¿Cómo se comporta el agua en el espacio?

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Las partículas en el espacio pueden crecer monstruosamente grandes y rebotar en superficies no humectantes de maneras verdaderamente sobrenaturales. Los astronautas se enfrentan con frecuencia a enormes gotas, y Scott Kelly demostró recientemente su inusual comportamiento a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS, por sus siglas en inglés) mediante gotas de agua y una pala de ping-pong hidrofóbica (repelente al agua).

Para explorar la dinámica de estas gotas gigantescas, un grupo de investigadores dirigido por Mark Weislogel, profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales de la Universidad Estatal de Portland, en Oregón, Estados Unidos, está generándolas y estudiándolas en la Tierra.

Como Weislogel y sus colegas informan esta semana en 'Physics of Fluids', los investigadores formaron un charco sobre una superficie plana y no humectante y lo arrojaron desde una altura de seis pisos en una "torre de caída". Los artículos en caída libre experimentan un estado de casi sin peso similar llamado de baja gravedad. "Cuando la gravedad está esencialmente 'apagada' de esta manera, el charco trata de formar una gotita y sale de la superficie en el proceso como un charco saltarín", explica Weislogel.

Grandes gotas y charcos tienden a saltar espontáneamente a partir de superficies hidrofóbicas suficientemente durante las pruebas de rutina en torres de caída. El sencillo dispositivo experimental del grupo sin partes móviles se puede utilizar para profundizar en los fenómenos dinámicos de gotitas del orden de 10 ^ 4 veces más grandes que sus contrapartes terrestres normales.

"Cuando la gravedad está esencialmente 'apagada' de esta manera, el charco trata de formar una gotita y sale de la superficie en el proceso como un charco saltarín", explica Weislogel.

Este sistema proporciona y confirma "rápida y cualitativamente las guías diseñadas para los 'tiradores de gotas' como las que se utilizan en las pruebas de torres de caída, incluyendo las relaciones para predecir la duración de la eyección de las gotas y las velocidades, además del volumen de las gotas, la textura superficial, el contorno de la superficie, el patrón de humectación, el volumen de gotas y las propiedades de los fluidos", agrega.

Gotas y burbujas, problemáticas a baja gravedad

"Las gotas y las burbujas son muy comunes y problemáticas dentro de las naves espaciales de baja gravedad, por lo que necesitamos comprenderlas mejor para diseñar sistemas más fiables para el tratamiento de aguas, sistemas de combustible, refrigerantes y hábitats --dice Weislogel--. La sorpresa es que estos comportamientos pueden predecirse bien, algunos de ellos con extrapolaciones de cuatro órdenes de magnitud de los resultados de los experimentos terrestres".

En cuanto a las aplicaciones, el trabajo del equipo debería contribuir a mejorar los evaporadores sin contacto de los sistemas de evaporación de fluidos de las naves espaciales, utensilios no humectantes, intercambiadores de calor de condensación y mucho impacto más. El equipo de Weislogel está utilizando sus resultados para "realizar pruebas más a fondo en la ISS, donde los astronautas realizarán estudios del impacto de las gotas, la ruptura, el chapoteo y la coalescencia mediante paletas superhidrofóbicas simples y gotas de líquido muy grandes", dice.

"Y continuaremos nuestras pruebas en torres de caída, que es un trabajo divertido para los estudiantes graduados en mecánica de fluidos, con el fin de explorar otros efectos de las propiedades de los fluidos, las condiciones humectantes y la geometría de la superficie", concluye.

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