El vaciado de botellas es un fenómeno que la mayoría de nosotros hemos observado al servir una bebida. Investigadores del Instituto Indio de Tecnología Roorkee descubrieron cómo hacer que las botellas se vacíen más rápido, lo que tiene implicaciones de amplio alcance para muchas áreas más allá de la industria de las bebidas.

Las burbujas se han estudiado extensamente durante siglos, incluidos los primeros esfuerzos de Leonardo da Vinci, quien notó el famoso aumento sinusoidal de burbujas dentro de una piscina. La dinámica de crecimiento de las burbujas en la boca de una botella depende de las propiedades termofísicas del fluido, la geometría de la botella y su ángulo de inclinación. Estos parámetros inextricablemente entrelazados han hecho de la dinámica de vaciado de botellas la próxima frontera para los físicos de burbujas.

En esta semana Física de fluidos , Lokesh Rohilla y Arup Kumar Das exploran este fenómeno de vaciado de botellas desde la perspectiva de la dinámica de las burbujas en una botella comercial utilizando fotografías de alta velocidad. El análisis de imágenes les permitió conceptualizar varios parámetros, como el espesor de la película líquida, relación de aspecto de la burbuja, modos de vaciado de botella y velocidad de subida.

"La dinámica de las burbujas dentro de la botella es demasiado compleja para estudiarla, así que dividimos el crecimiento interfacial de la burbuja en diferentes etapas para comprenderlas, "dijo Rohilla.

Es bien sabido que el tiempo de vaciado de una botella es más rápido si aumenta su ángulo de inclinación. Esto aumenta lo que se conoce como frecuencia de pellizco de burbujas, y el incremento relativo depende de las propiedades termofísicas del fluido.

"Nuestros experimentos sugieren que existe un ángulo crítico de inclinación, después de lo cual cualquier aumento adicional en la inclinación de la botella no dará lugar a una mayor reducción del tiempo de vaciado de la botella, "dijo Rohilla." Esto ocurre debido a la saturación del vacío, espacio ocupado por aire dentro del líquido circundante, en la boca de la botella con el ángulo de inclinación ".

Se identificaron dos modos distintos de vaciado de botellas. En un modo, la tasa de descarga aumenta debido a un pellizco de alta frecuencia de las burbujas de aire dentro de la botella. En el otro modo, es causado por un aumento en el volumen de la burbuja pellizcada a una frecuencia comparativamente más baja.

"También hemos observado una burbuja encapsulada al descargar líquido en una botella invertida verticalmente, ", Dijo Rohilla." Las burbujas encapsuladas han pellizcado los sitios fuera de la boca de la botella, contrario a la intuición. La presencia de un violento chorro eyector dentro de fluidos no viscosos, en el que el líquido se vuelve delgado debido a que casi no hay fricción interna, y su completa ausencia dentro de los fluidos viscosos controlan la periodicidad de las burbujas ".

Este trabajo demuestra que la geometría de la botella y las propiedades termofísicas juegan un papel en la reducción del tiempo que tarda una botella en vaciarse.

"Podemos manipular el patrón de descarga de la botella manipulando la geometría de la botella, ", dijo Das." Un diseño de botella intuitivo y específico para el producto permitirá un mejor control de su tasa de descarga ".

La industria de bebidas y las plantas químicas se encuentran entre las aplicaciones que se beneficiarán de esta mejor comprensión de la geometría de las botellas.