«Principio de tubo en tubo»: investigadores de Kaiserslautern optimizan el comportamiento de mojado y deslizamiento de las tuberías

Incluso a través de tuberías estrechas, por ejemplo en instalaciones de producción, se debe permitir que los líquidos fluyan sin resistencia. Esto generalmente se logra mediante recubrimientos aplicados. Un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Kaiserslautern (TUK) está replanteando el comportamiento del flujo: el punto de partida es un tubo adicional interno con una superficie funcional, que no solo optimiza el comportamiento de humectación y deslizamiento según el efecto loto, sino que también estabiliza las inclusiones de aire necesarias. Con ayuda de tecnología láser, las estructuras pueden transferirse a tuberías prácticas. La Sociedad Alemana de Investigación (DFG) apoya el proyecto con aproximadamente 740.000 euros.

Dos departamentos de la TUK y un instituto de Kaiserslautern reúnen sus competencias para el proyecto «Comportamiento de humectación y transporte de estructuras de franjas jerárquicas planas y curvas sin sustrato»: la profesora asistente Clarissa Schönecker (Departamento de Microfluídica), el profesor Dr. Egbert Oesterschulze (Departamento de Física y Tecnología de Nanostructuras) y el Dr. Johannes L’huillier (Centro de Fotónica de Kaiserslautern e.V.).

«En contraste con una tubería convencional, mediante la incorporación de un tubo interior perforado se pretende influir de manera específica en el flujo de la tubería para reducir la resistencia por fricción», explica Oesterschulze. «Para ello, un segundo medio interactuará en las zonas perforadas con el medio contenido en el tubo interior y afectará su comportamiento de humectación y flujo. Este nuevo estado de humectación se deriva del conocido en la literatura como 'Estado Cassie-Baxter' y se ampliará en el marco del proyecto de investigación interdisciplinario al 'Estado Cassie-Baxter sin sustrato'.» «Además, queremos influir de manera específica en la humectación del interior del tubo mediante una estructura superficial jerárquica, es decir, una combinación de nano y microestructuras», añade el físico.

El grupo de trabajo de Oesterschulze investiga estos procesos de humectación y flujo en estructuras de silicio fabricadas con gran precisión mediante microtecnología.

Recibe apoyo del departamento de ingeniería mecánica y tecnología de procesos: «Considero las estructuras desarrolladas desde la perspectiva de la dinámica de fluidos y doy impulso mediante cálculos de dinámica de fluidos sobre cómo realizar las funciones deseadas, como la rugosidad o la humectabilidad», complementa Schönecker. «Así, se crean superficies que son mejor aplicables y más estables. Pienso en perspectivas de aplicación en general, donde el líquido se transporta bajo presión o carga a través de tubos delgados, por ejemplo, en procesos de ingeniería o en microsistemas», añade Schönecker.

Para probar la practicidad deseada, el Centro de Fotónica participa en el proyecto. «Con ayuda de un procesamiento láser de alta precisión, podemos transferir las estructuras superficiales jerárquicas a tubos metálicos convencionales», dice L’huillier. «Es decir, todos juntos proporcionamos el diseño y la investigación básica necesaria para nuestro componente funcional en términos de comportamiento de flujo, y ya estamos construyendo el puente hacia la aplicación.»

Responder preguntas:

Jun.-Prof. Clarissa Schönecker
Tel.: 0631 205-5971
Email: schoenecker@mv.uni-kl.de

Prof. Dr. Egbert Oesterschulze
Tel.: 0631 205-2680
Email: oester@rhrk.uni-kl.de

Priv.-Doz. Dr. Johannes L’huillier
Tel.: 0631 415 575 - 12
Email: johannes.lhuillier@pzkl.de