Para cualquiera (y eso es casi todo el mundo) que haya sacudido y golpeado una botella de ketchup para exprimir la ultimo gota fuera de ella, o aplastar y luego enrollar un tubo de pasta de dientes para expulsar un último chorro en su cepillo, la ayuda puede estar a mano muy pronto. Durante más de una década Kripa Varanasi y sus colegas del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han estado creando y estudiando superficies resbaladizas para su uso en equipos industriales tales como turbinas de vapor y plantas de desalinización.
Más recientemente, han encontrado maneras de aplicar sus ideas para crear recubrimientos internos para los contenedores de modo que su contenido fluya fácilmente y completamente, sin agitación, golpes o apretando. Y ahora ellos piensan que han descubierto una manera de adaptar estos recubrimientos super-resbalosos para dirigir líquidos sobre superficies planas, abriendo la posibilidad de bombear fluidos sin necesidad de tuberías.
La posición del loto
El trabajo del Dr. Varanasi comenzó con lo que se conoce como superficies superhidrofóbicas de desprendimiento de agua, un ejemplo clásico natural de esto es una hoja de loto. Repele el agua de forma tan eficaz que las gotitas simplemente se desprenden. La razón es que la superficie de la hoja está cubierta con estructuras microscópicas que contienen bolsas de aire. Esto reduce la tensión superficial que, de otro modo, provocaría la adherencia de una gotita de agua. Al recubrir las áreas de condensación utilizadas en las turbinas de vapor con superficies similares, su equipo cree que será posible acelerar el derramamiento de las gotas de agua. Eso aumentaría la eficiencia y, como la mayor parte de la electricidad del mundo sigue siendo generada por el carbón, el gas y las plantas nucleares que dependen de turbinas de vapor, también ahorraría una enorme cantidad de dinero.
La misma idea se ha adaptado desde entonces para ayudar a mover otras sustancias, tales como pasta de dientes, pintura y ketchup. Estos tienen una pegajosidad lo que significa que ellos pueden meterse en los bolsillos del aire y prenderse. Para contrarrestar esto, los investigadores reemplazan el aire con líquidos como los aceites. Las superficies resultantes son, de hecho, autolubricantes, de modo que incluso las sustancias más pegajosas fluyen a través de ellas fácilmente. El truco, dice el Dr. Varanasi, es tener la combinación correcta de estructura superficial y fluido lubricante, de modo que el líquido lubricante no sea barrido por lo que fluye sobre él.
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| Abriendo el sistema operativo de una salsa |
El equipo del Dr. Varanasi ha desarrollado una base de datos de recetas que pueden usarse para lubricar recipientes para una amplia gama de materiales. En 2012, él y uno de sus estudiantes, Dave Smith, fundaron una empresa llamada LiquiGlide, la que está trabajando con varias firmas de bienes de consumo como Elmer's, un fabricante estadounidense de pegamentos, para crear contenedores fáciles de verter, apretar y sacudir sus productos.
LiquiGlide también ha ideado una variante del sistema que se puede aplicar a la gran cantidad de recipientes y tuberías en las fábricas. Esto, afirma la compañía, podría reducir considerablemente las pérdidas de producción. Por el momento, la tendencia de las cosas como las pinturas a pegarse a las tuberías, los tanques de mezcla, etc., significa que se puede perder el 30% del material, especialmente durante las limpiezas en la producción por lotes, al cambiar a un color diferente de pintura.
Una característica de las superficies impregnadas de líquido del Dr. Varanasi es que las gotitas que se forman sobre ellas tienden a tener una gran área de contacto. Aumenta los efectos de la temperatura superficial sobre una gotita. Y eso hizo que el doctor Varanasi y David Quéré de ESPCI, una universidad de investigación en París, y sus colegas pensando en cómo explotar uno de esos efectos, conocido como movimiento termocapilar. Un cambio en la temperatura puede alterar la tensión superficial de una gotita, haciendo que se mueva. Por lo general, se necesitan grandes diferencias de temperatura incluso para que una gotita se mueva lentamente. Por curiosidad idearon un experimento usando una textura superficial impregnada con aceite.
Como informan en Physical Review Fluids, los investigadores aplicaron un gradiente de temperatura y registraron el movimiento de las gotas de agua. Incluso con cambios bajos de temperatura, las gotas saltaban a lo largo de sus superficies resbaladizas. El grupo ha aumentado posteriormente la velocidad a la que pueden propulsar las gotitas de agua a diez milímetros por segundo. Esto es diez veces más rápido de lo que se ha informado en superficies convencionales.
El Dr. Varanasi y el Dr. Quéré tienen varias ideas para hacer uso de este descubrimiento calentando y enfriando selectivamente diferentes áreas de la superficie para dirigir las gotitas alrededor. Uno de ellos es crear nuevos tipos de dispositivos microfluídicos o laboratorios en un chip, como se les conoce coloquialmente. Estas máquinas de un solo tiro, de un centímetro de diámetro, se utilizan cada vez más para cosas como analizar la sangre.
Para trabajar, tienen que ser capaces de mover los reactivos alrededor de sí mismos a través de diminutas tuberías y válvulas. Este movimiento se ve obstaculizado por la tensión superficial, cuyos efectos aumentan a medida que disminuyen las dimensiones de las tuberías. El Dr. Varanasi y el Dr. Quéré piensan que al calentar y enfriar selectivamente diferentes áreas de una superficie impregnada de líquido, podrían mover y mezclar fluidos sin una tubería tan complicada.
Direccionar fluidos alrededor también podrían ayudar con el trabajo del grupo en el desarrollo de condensadores más potentes. Incluso puede resolver uno de los problemas del vuelo espacial. Muchos equipos convencionales dependen de la gravedad para mover líquidos por dentro de ellos. Eso no funciona en una órbita. Pero el movimiento termocapilar si lo haría.
Mientras tanto, de regreso a la Tierra, la mayoría de la gente puede conformarse con ahorrar incluso un poco de lo que cada año equivale a un enorme lago de desperdicios de condimentos, productos de baño, cremas y casi cualquier otra cosa que viene en botellas, contenedores o tubos. Si el Dr. Varanasi lo consigue, los días de la sacudida y del golpe están contados.
Este artículo apareció en la sección de Ciencia y Tecnología de la edición impresa bajo el titular La última gota
The Economist
03 Diciembre 2016
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