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Silvana TapiaLuisa AchaerandioJuan Carlos GilIgnacio CrespoBorja TosarFrancis VillatoroHéctor SocasGastón GiribetAlberto Aparicifuga de aire en tubos inclinadospresión hidrostática en estemosmenisco colapsa por desbalance hidrostáticopresión laplace y curvatura meniscoLaplaceJuan Carlos Gilfigura 1Advanced Functional MaterialsJohn LaplaceCFDTitanicIngeniería naval
Menisco colapsa por desbalance hidrostático
Con
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Juan Carlos Gil explica que el desafío principal no era lograr la flotación en sí misma, sino evitar la fuga de aire cuando los tubos se inclinan debido a las diferencias de presión hidrostática.
…hablando de tubos de aluminio, hay suficiente flotabilidad submarina cuando el tubo está completamente sumergido para que los tubos vuelvan a la superficie. Por eso el nombre del artículo habla de recuperables; aunque tú lo hundas, el tubo de aluminio emerge. Vale, pero recordar que el desafío no era tanto hacer flotar a estas cositas sino impedir que el aire escapase cuando se inclinan. Obviamente, cuando el tubo está en horizontal la presión a ambos lados del tubo pues es la misma. Pero cuando se inclina uno de los estemos queda más profundo que el otro y por tanto aparece una diferencia de presión hidrostática que empuja el aire hacia arriba. La única cosa que puede evitar que el aire acabe saliendo es la presión de Laplace asociada a la curvatura del menisco que os he descrito antes de la interfaz aire-agua. Así que si el empuje hidrostático, el desbalance hidrostático gana a Laplace, ocurre lo de antes, el menisco colapsa, el aire sale literalmente desplazado por el extremo superior y a pique que nos vamos. Los autores usan la ecuación de John Laplace, simulaciones numéricas de fluidos CFD y hacen un montón de experimentos de flotabilidad y muestran que un tubito normal como de los que estamos hablando, de estos 5 milímetros.…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil describe un aspecto clave de los tubos superhidrofóbicos mencionados en un artículo de Advanced Functional Materials, centrándose en la relación entre el diámetro interno del tubo y la altura máxima del menisco.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #2recubrimiento superhidrofóbico interior tubosmembrana tensa efecto hidrofobicidadtensión superficial evita entrada aguadiámetro interno tubo artículoaltura máxima menisco aguamenisco curva tapa tubodiámetro excesivo tubos superhidrofóbicosmenisco de agua tapona el tubointerfaz colapsa agua invade tubopérdida de flotabilidad advanced functional materials…estiárico o PDMS, que es un tipo de silicona, con el objetivo de reducir la energía superficial, de tal forma que el agua prefiera quedarse rodeada de aguas en vez de absorberse sobre la superficie, en vez de mojar, en este caso, los tubos y aplican este. recubrimiento superhidrofóbico tanto al exterior como al interior de los tubos. ¿Qué raro, no? Y al interior, ¿por qué? La primera pregunta que se me ocurrió. Bueno, porque es en el interior del tubo donde ocurre la física chula. Por efecto de la hidrofobicidad, el agua se comporta en la boca del tubo como una suerte de membrana tensa. Mientras el tubo sea lo suficientemente estrecho, la tensión superficial podrá sostener esta membrana y evitar que el agua entre al tubo. La figura más relevante para ver esto del artículo es la 1, que muestra estos tubos sobre la superficie del agua y, en particular, el panel B, que ilustra los dos parámetros claves. Son dos parámetros claves: el parámetro fundamental es la relación entre ellos, ¿vale?: el diámetro interno del tubo de max en el artículo y la altura máxima del menisco, H max. Si esta altura máxima del menisco del agua es mayor que el diámetro del tubo, el menisco puede curvarse lo suficiente como para alcanzar la parte superior del tubo, taponarlo completamente, sellarlo y deja así el aire atrapado en el interior. Pero si el tubo, claro, es demasiado ancho, pues el menisco este de agua ya no consigue taponar todo el tubo; la interfaz colapsa, el agua invade el tubo, el aire escapa y la flotabilidad obviamente se pierde. Así que el mecanismo que os estoy tratando de contar es que el tubo flota porque el agua forma una especie de cuente curvo estable en la boca ligeramente dentro del tubo que tendría que curvarse demasiado para conseguir entrar y si los parámetros son los adecuados, pues no lo consigue. Como el líquido del que estamos hablando, agua, la gravedad es la que es y el tratamiento hidrofóbico son los dos que os he contado; los autores encuentran que hay un punto dulce en cuanto a diámetro interior, ese va a ser al final el parámetro clave de los…
Juan Carlos Gil explica que el desafío principal no era lograr la flotación en sí misma, sino evitar la fuga de aire cuando los tubos se inclinan debido a las diferencias de presión hidrostática.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1fuga de aire en tubos inclinadospresión hidrostática en estemosmenisco colapsa por desbalance hidrostáticopresión laplace y curvatura menisco…hablando de tubos de aluminio, hay suficiente flotabilidad submarina cuando el tubo está completamente sumergido para que los tubos vuelvan a la superficie. Por eso el nombre del artículo habla de recuperables; aunque tú lo hundas, el tubo de aluminio emerge. Vale, pero recordar que el desafío no era tanto hacer flotar a estas cositas sino impedir que el aire escapase cuando se inclinan. Obviamente, cuando el tubo está en horizontal la presión a ambos lados del tubo pues es la misma. Pero cuando se inclina uno de los estemos queda más profundo que el otro y por tanto aparece una diferencia de presión hidrostática que empuja el aire hacia arriba. La única cosa que puede evitar que el aire acabe saliendo es la presión de Laplace asociada a la curvatura del menisco que os he descrito antes de la interfaz aire-agua. Así que si el empuje hidrostático, el desbalance hidrostático gana a Laplace, ocurre lo de antes, el menisco colapsa, el aire sale literalmente desplazado por el extremo superior y a pique que nos vamos. Los autores usan la ecuación de John Laplace, simulaciones numéricas de fluidos CFD y hacen un montón de experimentos de flotabilidad y muestran que un tubito normal como de los que estamos hablando, de estos 5 milímetros.…
Juan Carlos Gil describe la solución que encontraron los autores del artículo para evitar la pérdida de aire en tubos superhidrofóbicos inclinados, que consiste en colocar una pared interna para desacoplar hidrostáticamente los extremos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4 · Palabras #6pared interna en tubos superhidrofóbicosdesacoplamiento hidrostático de extremospérdida de aire a 10 gradosburbujas comprimidas por impacto…Los autores usan la ecuación de John Laplace, simulaciones numéricas de fluidos CFD y hacen un montón de experimentos de flotabilidad y muestran que un tubito normal como de los que estamos hablando, de estos 5 milímetros. Pierde aproximadamente la mitad del aire atrapado cuando se inclina solo 10 grados; 10 grados de inclinación, que vamos, que nada es un día tranquilo en el océano. Llamamos a eso, vale, así que se ponen a tope para encontrar la solución: hacen más teoría, más simulaciones, más experimentos y tras arduas y sesudas deliberaciones se les ocurre una idea de una complejidad técnica apabullante que consiste en poner una pared en el interior del tubo; ese sellado interno desacopla hidrostáticamente los dos extremos del tubo de tal forma que ahora el aire ya no puede desplazarse de un lugar a otro. Cuando llega una ola o un impacto, pues las burbujas, ahora tenemos dos, una en cada lado, pues simplemente se comprimen un poquito, intentan irse hacia el lado de arriba y se encuentran con una pared; bueno, pues luego cuando se equilibra el tubo, pues se expande otra vez y Tampichis se quedan. Es una solución tremendamente simple y tremendamente efectiva, que me resonó con un problema del que fui testigo durante el diseño de la primera misión espacial en la que participé: el telescopio infrarrojo ISO. Que soy como el abuelo Cebolleta, creo que ya…
Juan Carlos Gil concluye su análisis del artículo, destacando tres aspectos clave: la importancia de la ingeniería basada en principios físicos básicos, el potencial de fenómenos delicados para generar mecanismos robustos y la búsqueda constante en la ingeniería naval de soluciones innovadoras.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #7ingeniería guiada por física básicamenisco de agua mecanismo robustoingeniería naval barcos imposibles hundir…energía de las olas. Obviamente muy preliminar, no estamos ante la próxima revolución energética, pero bueno, sirve como demostración conceptual, digamos, de que la idea funciona. Bueno, voy concluyendo: ¿por qué me ha parecido importante lo que cuenta este artículo? Primero, porque es un ejemplo más, bien chulo, de ingeniería guiada por física básica, que demuestra que a veces la innovación no consiste en inventar nuevos materiales, sino en encontrar su forma adecuada Segundo, porque muestra cómo fenómenos aparentemente delicados, como la curvatura de un menisco de agua que se le iba a ocurrir, pues pueden convertirse en mecanismos sorprendentemente robustos cuando se aprovechan de forma inteligente Y tercero, porque esto va en la línea, en la gran aspiración de la ingeniería naval, de buscar la panacea, los barcos imposibles de hundir, que como nos recordó Titanic hace más de un siglo, bueno, pues es bastante importante Lado negativo, el artículo deja abierto un gran problema y es de nuevo la escalabilidad. El único parámetro importante según estudian es el diámetro de los tubos. Por supuesto también contaría el espesor de las paredes porque al fin y al cabo es el que…