Los investigadores han respondido preguntas clave para ayudar a prevenir daños y mejorar la seguridad de los sistemas hidráulicos utilizados para las tuberías. turbinas de agua y otras aplicaciones.

La obra, dirigido por ingenieros de la Universidad de Waterloo, investiga un fenómeno conocido como cavitación, o la formación y colapso de burbujas llenas de gas destructivas como resultado de cambios rápidos de presión en los líquidos.

La cavitación está detrás de un conocido truco de fiesta que consiste en romper el fondo de una botella llena de líquido golpeando su parte superior abierta con la palma de la mano.

"El crecimiento y el colapso de las burbujas de cavitación son fascinantes, "dijo Zhao Pan, un profesor de ingeniería mecánica y mecatrónica que dirigió la investigación. "Suelen ser pequeños y rápidos, pero pueden causar daños graves incluso en superficies como aleaciones duras y vidrio ".

Los investigadores desarrollaron un modelo teórico para predecir la formación y el tamaño de grandes, Burbujas particularmente dañinas basadas en la aceleración y velocidad del flujo de fluido. Los experimentos que utilizan fotografías de alta velocidad validaron la teoría.

La información proporcionada por el modelo ayudará a los ingenieros a diseñar sistemas hidráulicos y desarrollar pautas de operación para minimizar el desgaste, evitar fallas mayores, y mejorar la confiabilidad de la tecnología.

En el truco de la fiesta golpear la botella provoca una alta aceleración del líquido con respecto a las paredes de la botella. Eso reduce la presión del líquido en el fondo, desencadenando la rápida formación de burbujas gaseosas.

Cuando esas burbujas colapsen o implosionar, crean temporalmente altas temperaturas, micro-chorros de alta velocidad y ondas de choque. Esos efectos son lo suficientemente poderosos como para romper el cristal.

El fenómeno es un culpable común de las tuberías de agua dañadas y las hélices de los barcos, por ejemplo. En casos extremos, ha provocado desastrosas fallas en las tuberías de las centrales hidroeléctricas.

"Por otra parte, el poder de estas burbujas también se puede aprovechar para siempre, "Pan dijo." La cavitación se puede utilizar para romper los cálculos renales, matar bacterias sin usar productos químicos, e incluso en la producción de cerveza y chocolate ".

Pan trabajó anteriormente con investigadores de Japón y Estados Unidos en una nueva teoría de las pequeñas burbujas de cavitación causadas por la aceleración de los líquidos que explicaba cómo funciona el truco. El trabajo reciente extiende esos resultados a la predicción de grandes burbujas. Un artículo sobre la investigación, Sobre el criterio de grandes burbujas de cavitación en un tubo durante un proceso transitorio, aparece en el Revista de mecánica de fluidos . Pan colaboró ​​en el nuevo estudio con investigadores de la Universidad de Tsinghua en China.