LA EXPLICACIÓN DEL SALTO HIDRÁULICO, EL FENÓMENO QUE INTERESÓ A DA VINCI

Leonardo da Vinci documentó en el siglo XVI un fenómeno curioso que puede observarse cada día, por ejemplo, al abrir el grifo para cepillarse los dientes.

El salto hidráulico u onda estacionaria, un acontecimiento que se observa cuando dos capas de líquido que circulan a distinta velocidad se encuentran y forman un frente de más altura con el aspecto de una ola. Esto se puede ver cuando el agua se extiende al tocar la superficie del lavabo y se crea una película lisa rodeada por un círculo de agua más elevada antes de caer por el desagüe.

Hasta ahora, se pensaba que este comportamiento del agua ocurría como resultado de la fuerza de la gravedad. Pero un estudiante de doctorado de ingeniería química de la Universidad de Cambridge en Inglaterra, Rajesh Bhagat, demostró que hay otra explicación.

Bhagat explica lo que ocurre exactamente: “Cuando el chorro toca la superficie del lavabo se esparce una capa fina de líquido en forma radial, que cambia su grosor abruptamente, en un punto en particular. Este cambio repentino en la profundidad del líquido o el grosor de la capa es lo que se llama salto hidráulico”. Y aunque en el ejemplo del grifo vemos un salto hidráulico circular, existen otros tipos de saltos en el mar y en los ríos que generan violentas olas y turbulencias.

Bhagat para buscar una explicación a este cambio de grosor, disparó sobre superficies planas chorros de agua hacia arriba y hacia los lados en diferentes ángulos. Observó en ambos casos los mismos saltos hidráulicos circulares que cuando el agua fluye hacia abajo. Es decir, que independientemente de cual fuese el ángulo o la orientación del chorro, en las grabaciones con cámaras de alta velocidad pudieron observar que el salto hidráulico era el mismo. Por lo tanto, el experimento indicó que la causa podía ser cualquiera, menos la gravedad.

Bhagat asegura que los saltos hidráulicos están provocados por la tensión superficial y la viscosidad. La tensión superficial mide la cohesión que existe entre las moléculas de un líquido. Es la fuerza que un objeto tiene que superar para atravesar un líquido. Y permite, por ejemplo, que algunos insectos puedan caminar sobre el agua, ya que su peso no rompe la cohesión que existe entre las moléculas.

El investigador señaló que si la capa del líquido es fina la tensión superficial es muy importante y explicó que lo que sucede es que una cierta fuerza empuja el líquido hacia adelante, pero la tensión superficial lo empuja en la dirección contraria porque quiere contraerlo y en cierto punto se equilibran ambas fuerzas y allí sucede el salto hidráulico. Esto, además, está demostrado con ecuaciones matemáticas.

La viscosidad, por otra parte, es la oposición de un fluido a deformarse y se debe a la fuerza de adhesión. La fuerza de adhesión es la que permite que las moléculas de agua puedan adherirse a otras moléculas, así como a determinadas superficies, mediante puentes de hidrógeno.

Bhagat alteró en sus experimentos la tensión superficial y la viscosidad del agua, y consiguió predecir con precisión el tamaño de los saltos hidráulicos independientemente de la dirección del agua.

Ian Wilson, profesor del departamento de ingeniería química de la Universidad de Cambridge declara: “Realmente estábamos investigando el flujo de líquidos creado por dispositivos que usan chorros al extraer capas de suciedad en operaciones de limpieza. El estudio sobre el salto hidráulico es una consecuencia inesperada de ese trabajo. La investigación fue impulsada por la curiosidad y por las oportunidades de colaboración entre estudiantes y profesores de distintos departamentos en Cambridge".

Bhagat asegura que el estudio es importante porque, al comprender la mecánica de los saltos hidráulicos, es posible reducir el consumo de agua y lo considera un logro notable para comprender la dinámica de las capas delgadas de fluidos. Además, señaló que comprender cómo manipular el límite de un salto hidráulico es muy interesante y que ahora con esta teoría podemos extender o reducir fácilmente el límite.

El estudio tiene aplicaciones importantes sobre todo a escala industrial. De hecho, la teoría ya se está usando en el departamento de Ingeniería Química de su universidad y podría emplearse de múltiples formas para hallar maneras más eficientes de limpiar todo tipo de cosas con agua, desde automóviles a equipos en las fábricas. Incluso, es posible que algún día su investigación ayude a ahorrar agua en los hogares.

Fuentes: BBC News Mundo, ABC, RT Actualidad