El bombeo intermitente de un fluido por una tubería reduce significativamente el coste de transporte.

En un estudio de prueba de concepto, los investigadores utilizaron simulaciones numéricas para demostrar que, cuando se conecta y se apaga periódicamente una bomba, el flujo sigue cambiando entre un estado turbulento y otro laminar. Esto redujo los costes de energía hasta en un 22%, una cifra que, según los investigadores, puede optimizarse aún más.

Los flujos laminares, como el que se ve cuando se abre lentamente un grifo, son regulares, ocupan el menor espacio posible y son energéticamente eficientes. Los flujos turbulentos, por otro lado, como cuando un grifo abre a tope, son caóticos y desperdician energía.

Si inyectamos tinta en un flujo laminar en una tubería transparente, veremos una línea bien definida de tinta moviéndose por la tubería. Con un flujo turbulento, sin embargo, veremos a la tinta dispersarse a medida que cada partícula de fluido toma un camino impredecible. Este movimiento caótico a pequeña escala da como resultado que se pierda mucha energía. Los flujos laminares son ideales para el transporte de fluidos, pero cuando los fluidos viscosos se mueven rápido y a gran escala, el sistema evoluciona naturalmente hacia un estado turbulento.

En el estudio, los investigadores codificaron un modelo que, usando un superordenador, pudo simular un flujo turbulento estandarizado. Los científicos ejecutaron diferentes escenarios, cambiando la duración del tiempo en que la bomba estaba encendida, su intensidad (la velocidad a la que acelera el fluido) y la duración total de cada ciclo de encendido y apagado de la bomba.

Descubrieron que los ciclos caracterizados por un bombeo breve e intenso que aceleraba rápidamente el fluido seguido de una fase larga en la que se apagaba la bomba y el fluido se ralentizaba funcionaban mejor para mantener el fluido en un estado laminar durante la mayor cantidad de tiempo.

Reducir la turbulencia y, por lo tanto, los costes de mover fluidos a través de tuberías podría generar numerosos beneficios económicos y ambientales. El transporte de fluidos constituye una parte importante del costo final del combustible, por lo que el hidrógeno líquido podría volverse más barato para los países desarrollados. Para los países en desarrollo que aún no pueden hacer el cambio a la energía verde, el petróleo y el gas natural podrían convertirse en una alternativa energética más asequible a la leña, cuyo uso contribuye a la deforestación y produce más contaminantes nocivos que los combustibles fósiles.

Referencia:

Foggi Rota, G., Monti, A., Rosti, M.E. et al. (2023) Saving energy in turbulent flows with unsteady pumping. Sci Rep 13, 1299. doi: 10.1038/s41598-023-28519-x

Para saber más:

Un modelo para la máquina de coser fluidodinámica, o como untar miel con conocimiento
¿Por qué moja el agua? La física de fluidos inunda nuestras vidas

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance