La ruptura del ritmo le bastaría. Bombear un líquido a través de una tubería de forma pulsante, al ritmo del corazón que bombea sangre a través de la aorta, reduce las turbulencias y, por lo tanto, puede generar un ahorro de energía considerable. Eso escribe investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria el miércoles en la revista científica Naturaleza.
Suena genial, pero cuando se les pregunta, los expertos se muestran escépticos sobre la aplicación de la idea. La pausa en el bombeo también crea una onda de presión y una aorta elástica puede absorberla mejor que una tubería rígida.
Bombear y hacer circular líquidos y gases requiere mucha energía. Se estima que el 10 por ciento de la producción mundial de electricidad se utiliza para bombear. Esto abarca desde una escala a gran escala (oleoductos y gasoductos industriales) hasta una escala pequeña (las tuberías de calefacción en el hogar). Se necesita tanta energía porque la fricción en las tuberías crea vórtices en el fluido (turbulencia), con fuerzas que van en todas direcciones en lugar de solo hacia adelante, como se desea.
Otra estrategia
Este es un problema conocido. Se buscan soluciones en el diseño de tuberías o en la composición de fluidos. Sin embargo, el cuerpo humano utiliza una estrategia diferente. Gracias al ritmo del corazón, hay pocas turbulencias en el torrente sanguíneo.
La idea del bombeo pulsante no es nueva. La idea subyacente es que una aceleración, que se produce cuando una bomba aplica más fuerza, ralentiza la generación de energía cinética turbulenta y reduce el esfuerzo cortante en la pared de la tubería. El retraso también afecta la resistencia. Tomar un descanso del bombeo, como lo hace el corazón, no se había estudiado antes.
Los investigadores experimentaron con un tubo de 1,2 metros de largo y un diámetro interior de un centímetro. Un pistón impulsaba el agua a través de un dispositivo. A velocidad continua, se observaron turbulencias en todo el tubo. Este también es el caso con una velocidad que cambia uniformemente. Si se mantenía el ritmo del corazón humano, incluida una pausa después del retraso, no se podían observar turbulencias. Las ondas del gráfico pertenecientes a esta variante se parecen a las de un cardiograma.
Nueva energía en la ola
La explicación, según los investigadores, es que la pausa en el bombeo desacopla la aceleración de la desaceleración anterior. Esto le da a la turbulencia la oportunidad de disiparse antes de que entre nueva energía en la onda.
Los investigadores calculan el ahorro de energía que esto puede generar en un 9 por ciento, en comparación con las bombas con velocidad continua.
«La idea es bonita y creo que los efectos medidos a escala de laboratorio son correctos», afirma Jerry Westerweel, profesor de dinámica de fluidos en la TU Delft. «Pero el fenómeno no se puede ampliar».
Cierra el grifo rápidamente
Eso se debe a la onda de presión provocada por el retraso. “Se produce un ‘golpe de ariete’”, afirma Westerweel. “Puedes experimentar esto en casa si cierras un grifo rápidamente, luego escuchas un golpe y las tuberías vibran. En el experimento de los austriacos, el grado de desaceleración en combinación con la corta longitud del tubo no produce diferencias de presión significativas. Pero si nos fijamos en la dinámica de un sistema de tuberías a una escala utilizada en la industria del petróleo y el gas, la onda de presión es significativa”.
Calcula: «Con un diámetro de 20 centímetros, una longitud de tubería de 10 kilómetros y una velocidad del aceite de 3 metros por segundo, puede surgir una onda de presión de 30 bares con la misma variación del flujo pulsante que en el artículo». A modo de comparación: la presión en una tubería de agua es de 2 a 4 bar.
La comparación con el torrente sanguíneo es errónea en más lugares. «La pared de la vena es elástica, lo que significa que parte de la energía se destina a estirar la pared en un flujo pulsante», dice Westerweel. “Además, la vasculatura se adapta a las variaciones en el flujo sanguíneo al aumentar el diámetro del vaso sanguíneo, lo que ralentiza la velocidad del flujo. Nada de esto es posible en un tubo rígido, como dice el artículo”.