Inestabilidad por latigazos en chorros líquidos cargados estudiada en Andalucía (Univ. Málaga y Sevilla)

http://es.youtube.com/watch?v=68oev2wlKXU

(versión del vídeo en mejor calidad 39 Mb y aún mejor calidad 96 Mb)

Uno de los grandes logros del año pasado (2007) de la Física de Fluidos española ha sido la publicación de no uno sino dos artículos en la prestigiosa revista “Annual Review of Fluid Mechanics” . Uno de ellos por investigadores andaluces, Antonio Barrero (Univ. Sevilla) e Ignacio G. Loscertales (Univ. Málaga), quizás entre los mayores expertos mundiales en chorros líquidos cargados (electrospinning) y sus aplicaciones en nanotecnología (por ejemplo, para encapsular medicamentos utilizando nanofluidos). El artículo es Antonio Barrero e ­Ignacio G. Loscertales, “Micro- and Nanoparticles via Capillary Flows,” Annual Review of Fluid Mechanics, 39: 89-106, 2007 . Para los que no lo sepan su índice de impacto en el JCR 2007 es de 9.5 siendo la revista número 1 en Física de Fluidos y Plasmas, la que le sigue tiene un índice de impacto de 3.3 (gran diferencia). De hecho estos andaluces han llegado a publicar en la mismísima Science, I.G. Loscertales, A. Barrero et al. “Micro/nano encapsulation via electrified coaxial liquid jets,” Science, 295: 1695-1698, mar 1 2002 (citado 182 veces en el ISI WOS, su artículo más citado).

El vídeo, aunque la calidad youtube es pobre (si te interesa, los enlaces de mejor calidad son preferibles) ilustra magistralmente la inestabilidad por latigazos que ha sido observada con extrema claridad por primera vez en experimentos recientes realizados por Alvaro G. Marin, Guillaume Riboux, Ignacio G. Loscertales, Antonio Barrero, publicados como vídeo en ”Whipping Instabilities in Electrified Liquid Jets,” oct 1 2008 .

Los chorros líquidos pueden desarrollar diferentes tipos de inestabilidades, como las de Rayleigh-Plateau que rompen el chorro líquido en gotas. Cuando las propiedades del líquido cambian, por ejemplo cuando se electrifica (se carga eléctricamente su superficie) puden aparecer nuevos tipos de inestabilidades. La más común se denomina inestabilidad por latigazos (whipping instability) que se caracteriza por rápidos y violentos latigazos del chorro similares a los del látigo de Antonio Banderas como el zorro o los de Harrison Ford como Indiana Jones.

El vídeo muestra la dinámica de un chorro de glicerina líquida cargada en un baño líquido con hexano (un dieléctrico), lo que permite mejorar la visualización de la inestabilidad. Los autores del vídeo consideran que es probable que esta sea la primera vez que este fenómeno se visualiza con suficiente claridad como para poder analizar sus características y cómo cambias éstas cuando se modula el caudal del chorro. Entre las características sorprendentes observadas en el vídeo se encuentra la estabilización espontánea del chorro cargado a una distancia crítica del electrodo de tierra.

Traducción libre del vídeo: Los chorros líquidos cargados pueden desarrollar cierto tipo de inestabilidades llamadas “inestabilidades de latigazo” (“Whipping Instabilities”). Estas inestabilidades se manifiestan como una secuencia de movimientos caóticos similares a un látigo que es lanzado violentamente. Esta inestabilidad es difícil de observar debido a que los “latigazos” son muy violentos y rápidos. Sin embargo, cuando estos experimentos se realizan dentro de un medio líquido, los autores han observado que la inestabilidad se muestra en un régimen muy ordenado y periódico que permite caracterizar sus propiedades, como longitud de onda, frecuencia de vibración, amplitud, etc.

El chorro líquido cargado cae formando una estructura espiral cónica bastante regular cuando el caudal de líquido es bajo. Conforme se aumenta el caudal, la longitud de onda decrece, es decir, el número de vueltas en la espiral aumenta. Cuando el caudal supera cierto umbral, el movimiento se vuelve aperiódico e irregular, caótico determinista. Este comportamiento inestable se puede controlar variando la distancia entre la aguja que inyecta el chorro y el electrodo de tierra. Por debajo de cierta distancia crítica el flujo se estabiliza, de forma reversible, ya que si lo alejamos volverá a ser inestable. Sorprendetemente, el fluido cargado a corta distancia del electrodo se comporta como un fluido no cargado viscoso, incluso si cuando lo alejamos presenta una inestabilidad que lo rompe en gotas.

En resumen, unos resultados experimentales muy interesantes que han sido posibles gracias al “arte” experimental de estos andaluces “artistas” de la física de fluidos.

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