Un vórtice en la atmósfera puede agitarse con suficiente energía para crear un tifón. Pero vórtices más sutiles se forman constantemente en la naturaleza. Muchos de ellos son demasiado pequeños para ser vistos a simple vista.

Cuando es simple, o los fluidos "newtonianos" (como el agua) fluyen muy rápido o a lo largo de una trayectoria curva, se desarrollan vórtices arremolinados. Su formación cuesta energía y aumenta la "fuerza de arrastre, "para que se requiera más energía para mover un fluido en la dirección deseada. En grandes infraestructuras como oleoductos, la entrada de energía adicional requerida para bombear el fluido tiene un costo financiero significativo. Añadiendo pequeñas cantidades de polímeros al aceite, los científicos pueden reducir la intensidad de los vórtices; el aceite fluirá a la misma velocidad pero con una presión de bombeo reducida, ahorrando energía y dinero. Si bien este fenómeno se conoce desde la década de 1940, Quedan muchas preguntas sobre cómo funcionan exactamente los polímeros.

Aunque es omnipresente en el medio ambiente, Los vórtices han resultado difíciles de capturar y estudiar en el laboratorio. Recientemente, sin embargo, Investigadores de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) crearon una forma de examinar estos remolinos de pequeña escala con la ayuda de un dispositivo especialmente desarrollado para este propósito. Publicado en la revista Revisión física X , su artículo reciente examina la formación de vórtices en fluidos con y sin polímeros añadidos.

"Podemos ver efectos muy dramáticos incluso con concentraciones muy pequeñas de polímero agregado, "dijo Noa Burshtein, primer autor del artículo y un Ph.D. estudiante en OIST.

Usando un dispositivo "microfluídico" impreso en 3D, un pequeño bloque de vidrio que contiene un par de canales cruzados microscópicos no mucho más anchos que un cabello humano, los científicos pudieron crear un vórtice que podría examinarse fácilmente con un microscopio. Los investigadores primero estudiaron la formación de vórtices en el agua, usando partículas trazadoras, que permiten a los científicos rastrear el movimiento de un fluido. Próximo, introdujeron pequeñas cantidades de polímeros en el agua. Descubrieron que la adición de solo una parte por millón de polímero ayudaba a que el fluido fluyera más suavemente.

Los investigadores de OIST colaboraron con colegas de la Universidad de Liverpool, quienes llevaron a cabo simulaciones por computadora de los experimentos para ayudar a comprender cómo los polímeros, moléculas elásticas que se comportan un poco como resortes microscópicos, afectan el flujo.

"Con la ayuda de las simulaciones, pudimos mostrar claramente dónde se estiran los polímeros en regiones muy específicas del flujo, y cómo esto actúa para suprimir la formación y el crecimiento del vórtice, "dijo el Dr. Simon Haward, autor correspondiente del artículo y líder de grupo en la Unidad de Micro / Bio / Nanofluídica del OIST.

Su trabajo tiene numerosas aplicaciones tanto a pequeña como a gran escala. Por ejemplo, Se utilizan pequeñas cantidades de polímeros para mejorar la circulación sanguínea en pacientes con corazones debilitados. Estas moléculas también se pueden utilizar para suprimir la fragmentación del chorro, cuando se forman muchas gotitas de líquido, lo que ayuda a mejorar la resolución de las impresoras de chorro de tinta. Los polímeros también ayudan a suprimir los vórtices en la infraestructura a gran escala, como oleoductos y alcantarillas.

"Nuestro descubrimiento también tiene implicaciones para optimizar los flujos en los dispositivos de laboratorio en un chip que se están desarrollando para aplicaciones biomédicas y de diagnóstico de microfluidos, "dijo Amy Shen, profesor de la Unidad de Micro / Bio / Nanofluídica de OIST y coautor del artículo.

Los científicos dijeron que esperan aprovechar el estudio en investigaciones futuras.

"Es muy emocionante revelar el efecto del polímero con tanta claridad por primera vez, dijo Haward.