La importancia de entender la mecánica de fluidos
 

Sentando bases tecnológicas y biológicas desde Santa Fe y Paraná
Dr. Diego Martín CampanaEl Dr. Diego Martín Campana* investiga en el área de Mecánica de Fluidos en el Grupo de Física de Fluidos y Dinámica Interfacial que dirige el Dr. Fernando Saita, científico del INTEC / Conicet / UNL** de nuestra ciudad. Los resultados de su trabajo permitirán, eventualmente, su aplicación en la resolución de problemas tecnológicos -por ejemplo, tintas inadecuadas en las impresoras de chorro de tinta- y/o biológicos -por caso, el funcionamiento pulmonar- donde se producen fenómenos de inestabilidad interfacial.

¿Qué debemos entender por Inestabilidad Interfacial (I. I.)?
En la Mecánica de Fluidos, se denomina problemas de I. I. a aquellos flujos donde los procesos físicos que se desarrollan en una o más interfases del sistema vuelven inestable al mismo. Se entiende por interfases a superficies donde el líquido está en contacto con un gas o con otro líquido, por ejemplo, la superficie de un chorro de agua pequeño en contacto con el aire. En la interfase entre el agua y el aire aparece una fuerza que se llama “tensión superficial” (TS) que desestabiliza al chorro y, por lo tanto, el mismo se “rompe” formando pequeñas gotas de agua; estas gotas, a su vez, adoptan una forma esférica gracias también a la TS. Por ello, controlando o cambiando dicha tensión se puede conseguir algún efecto deseado en el sistema, por ejemplo, hacer que el chorro se rompa en un tiempo más largo o más corto, o lograr que las gotas formadas tengan un tamaño más uniforme. Para controlar la TS existen sustancias que se denominan “surfactantes” o “tensioactivos”. Por ejemplo, los detergentes que usamos a diario son “tensioactivos”.

¿Por qué es necesario estudiar este tema?
Debido a que los problemas de estabilidad interfacial son parte importante del funcionamiento de nuestro mundo. Cabe aclarar que la TS, aunque siempre está presente en las interfases, es importante sólo cuando las dimensiones del sistema son pequeñas. En consecuencia, todo lo que trate de procesos biológicos o industriales de reducidas dimensiones (microcircuitos; micromecanismos, entre otros) constituyen problemas en los que, tal vez, las fuerzas interfaciales sean de extrema importancia, tanto en la fabricación como en el funcionamiento de los mismos. Por ejemplo, un problema tecnológico cotidiano en el que se aprovecha la I. I. es el caso de las impresoras de “chorro de tinta”. En ellas, la tinta se eyecta del cartucho y al entrar en contacto con el aire se forman gotas, que luego son orientadas y dirigidas hacia el papel. Como se puede comprender, el control del tamaño de las gotas es un punto crítico en este dispositivo. Dicho tamaño depende, entre otros factores, del diámetro del orificio por donde sale el chorro, de la cantidad de tinta que se expulsa y, claro está, de la TS de la interfase.

fotografía bajo microscopio de un chorro de líquido, que se rompe formando gotas debido a la tensión superficial¿Y en el caso de procesos biológicos?
El problema biológico más estudiado con relación a la I. I. es el del funcionamiento de los pulmones. En ellos, el aire se transporta a través de las vías aéreas, que son conductos recubiertos, en su parte interior, con una delgada película o capa de líquido. Ésta sirve para mantener las vías humectadas y retener partículas de polvo y otras sustancias. En la superficie entre el líquido y el aire aparece la TS y provoca un proceso similar al que rompe el chorro de líquido en gotas: si se forman estas gotas, entonces el conducto puede taparse y, por lo tanto, se interrumpe el paso de aire. Este proceso es natural y ocurre en los pulmones todo el tiempo, pero el organismo lo controla generando un surfactante propio que mantiene la TS en valores bajos y, por lo tanto, las vías aéreas abiertas. El pulmón no puede funcionar sin este surfactante porque la TS sería tan grande que los pulmones dejarían de funcionar porque todas las vías aéreas se cerrarían. Un ejemplo de este problema se da en los bebés que nacen muy prematuros, a los cuales hay que suministrarles surfactante en forma externa para que sus pulmones puedan funcionar. Como se puede ver, es importante entender correctamente los problemas de I. I. para desarrollar métodos a fin de controlarlos y utilizarlos de manera conveniente.

¿Es una investigación solamente académica?
Hasta ahora, la investigación sólo ha tenido ese propósito. No obstante, siempre hemos orientado el análisis, intepretación y publicación de los resultados de forma que, eventualmente, sean aprovechados por ingenieros y tecnólogos en sus desarrollos y aplicaciones. Y en cuanto al valor académico, se puede decir que las investigaciones realizadas en nuestro país se encuentran, a nivel mundial, en el grupo de las líderes, como lo demuestran algunas publicaciones internacionales que hicimos con el Grupo hace poco tiempo. Existe otro equipo de investigación importante en el área, residente en Tandil (Bs. As.), con el cual estamos trabajando desde 2005, mediante un proyecto en red financiado por la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica.

¿Cuál será el beneficio para la sociedad?
Donde sean aplicables, los resultados podrían ser de utilidad a empresas u organismos del área farmacéutica (surfactantes de uso terapéutico), de equipamiento informático (desarrollo de tintas con propiedades adecuadas), así como a aquéllas dedicadas a la fabricación de cables muy finos con recubrimientos especiales y a muchas otras del área de la industria química, donde existan procesos de flujo con interfases (flujos multifásicos).

Usted está relacionado con la Facultad de Ingeniería de la UNER. ¿En qué actividades y desde cuándo?
En 1998, egresé con el título de Bioingeniero de la mencionada Facultad. Allí desarrollo actividades docentes y de investigación desde 1995 (como becario y auxiliar de docencia), y actualmente soy profesor adjunto de la Cátedra Mecánica del Continuo e integrante del Grupo de Biomecánica Computacional (GBC), bajo la dirección del Dr. José Di Paolo. Este grupo tiene un convenio de colaboración con el Grupo que dirige el Dr. Fernando Saita, del INTEC / Conicet / UNL, y a través del cual se comparten los recursos (humanos y materiales), el trabajo y los resultados de algunas investigaciones. Por ejemplo, el trabajo sobre inestabilidad por tensión superficial comenzó en la FI / UNER motivado por el estudio del problema de cierre de vías aéreas pulmonares. Además de este tema, en el GBC estamos dedicados a la solución de otros problemas tales como el flujo sanguíneo en arterias con patologías (estenosis y aneurismas) y modelos teóricos de prótesis articulares (rodilla, cadera) con materiales novedosos que incrementen la eficacia y reduzcan el desgaste de estos dispositivos. En el GBC también hemos conducido una asesoría técnica para una empresa nacional que está evaluando la viabilidad de construir un dispositivo biomédico capaz de registrar las presiones intra-craneales en pacientes con traumatismos severos.

(*) Nacido en la provincia de Mendoza, es Bioingeniero (UNER), Dr. en Ingeniería (UNL); becario posdoctoral del Conicet en Intec y docente-investigador en la carrera de Bioingeniería de la UNER. (**) Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química, de la ciudad de Santa Fe.

Entrevistó: Lic. Enrique A. Rabe (ACS/Conicet Santa Fe).

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Publicado el 15 de agosto de 2007