La escena es conocida. Y bastante irritante, hay que admitirlo. Mientras que la botella de ketchup se ha utilizado copiosamente y parece casi vacía, la famosa salsa roja hecha con partículas de tomate, vinagre, azúcar, sal y otros aromas ya no fluye en un chorro regular, sino que sale a borbotones, produciendo salpicaduras… tu camiseta blanca. ¡camisa! Gracias a simulaciones por computadora y experimentos de laboratorio, dos ingenieros mecánicos de la Universidad de Oxford (Inglaterra) pudieron modelar este fenómeno. Y también para proponer soluciones, que, además de esta pequeña molestia cotidiana, podrían aplicarse a otras situaciones que implican la sustitución de un fluido por un gas, como la captura de dióxido de carbono en las cuencas de agua o ciertos tipos de erupciones volcánicas.
Un fluido no newtoniano
Primero debemos recordar una peculiaridad del ketchup que nada tiene que ver con sus propiedades culinarias. A diferencia del agua y la mayoría de los solventes, por ejemplo, la viscosidad del ketchup varía según las fuerzas que se le aplican, haciéndolo más o menos sólido o líquido. Por eso agitamos bien una botella de ketchup antes de usarla: la salsa fluirá más fácilmente. Para los científicos, el ketchup pertenece a la categoría de fluidos “no newtonianos”, como la miel, el yogur, la nata, la mantequilla derretida o incluso la pintura.
Dos fuerzas en equilibrio
Sin embargo, se requiere una fuerza de empuje para sacar la salsa de tomate de la botella.
La escena es conocida. Y bastante irritante, hay que admitirlo. Mientras que la botella de ketchup se ha utilizado copiosamente y parece casi vacía, la famosa salsa roja hecha con partículas de tomate, vinagre, azúcar, sal y otros aromas ya no fluye en un chorro regular, sino que sale a borbotones, produciendo salpicaduras… tu camiseta blanca. ¡camisa! Gracias a simulaciones por computadora y experimentos de laboratorio, dos ingenieros mecánicos de la Universidad de Oxford (Inglaterra) pudieron modelar este fenómeno. Y también para proponer soluciones, que, además de esta pequeña molestia cotidiana, podrían aplicarse a otras situaciones que implican la sustitución de un fluido por un gas, como la captura de dióxido de carbono en las cuencas de agua o ciertos tipos de erupciones volcánicas.
Un fluido no newtoniano
Primero debemos recordar una peculiaridad del ketchup que nada tiene que ver con sus propiedades culinarias. A diferencia del agua y la mayoría de los solventes, por ejemplo, la viscosidad del ketchup varía según las fuerzas que se le aplican, haciéndolo más o menos sólido o líquido. Por eso agitamos bien una botella de ketchup antes de usarla: la salsa fluirá más fácilmente. Para los científicos, el ketchup pertenece a la categoría de fluidos “no newtonianos”, como la miel, el yogur, la nata, la mantequilla derretida o incluso la pintura.
Dos fuerzas en equilibrio
Sin embargo, se requiere una fuerza de empuje para sacar la salsa de tomate de la botella. Se genera cuando se aprieta el recipiente (plástico), lo que también cambia la viscosidad de la salsa. De hecho, el aire presente en el interior está comprimido, empujando el líquido frente a él. Pero otra fuerza, denominada “arrastre viscoso” y que actúa como fricción generada por las paredes de la botella, se opone a su expulsión en el corcho. Y es el equilibrio entre estas dos fuerzas lo que determinará el flujo del líquido y que él mismo evoluciona con el tiempo. Porque el arrastre viscoso disminuye con la cantidad de ketchup a medida que hay menos y menos para empujar; y cuanto más espacio hay en la botella, más se puede expandir el aire, lo que disminuye la fuerza de presión.
Un análogo de una botella de ketchup.
Para estudiar qué sucede específicamente cuando la botella está casi vacía, los investigadores británicos construyeron un sistema similar: tubos capilares de 10 centímetros de largo, que contienen cantidades variables de aire y aceite de silicona (un fluido no newtoniano similar al ketchup) que se pueden expulsar con un jeringuilla. 🇧🇷Es un dispositivo experimental bastante simple, pero imita los parámetros esenciales de un sistema más sofisticado, como una botella de ketchup”.expone Callum Cuttle, uno de los autores del estudio en un anuncio de la Universidad de Oxford.
El dispositivo experimental utilizado para estudiar la expulsión de un fluido no newtoniano contenido en un tubo y empujado por aire. Créditos: C. Cuttle et al.
punto de inflexion
Y fue variando todos los parámetros de este experimento que los físicos ingleses destacaron un límite crítico, de donde el líquido ya no fluye regularmente, sino que es expulsado repentinamente a través de proyecciones. Depende de muchos factores, incluida la cantidad de aire, la relación de compresión y el diámetro del orificio (la boquilla) utilizado para expulsar el líquido. Antes de alcanzar este punto de inflexión, las fuerzas de flotación y el arrastre viscoso disminuyen simultáneamente, produciendo un flujo constante. Pero una vez atravesada, la fuerza motriz disminuye menos rápidamente que el arrastre viscoso, que comprime en exceso el aire en la botella y salta hacia arriba, ¡lo que hace que el líquido restante salga a chorros!
Molestias que se pueden evitar
🇧🇷Nuestros análisis revelan que las salpicaduras de ketchup son el resultado de lo que pasa por márgenes muy delgados: apretar una botella demasiado dará como resultado salpicaduras de líquido en lugar de un flujo constante”., informa Callum Cuttle. Por lo tanto, se pueden evitar los aerosoles de salsa de tomate potencialmente desastrosos apretando la botella con más cuidado cuando está casi vacía. Pero la solución más eficaz, concluyen los investigadores, sería utilizar boquillas menos estrechas para reducir el arrastre viscoso, o simplemente retirar la tapa para recoger las últimas gotas de condimento.
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