Turbulencia

Pasamos la vida rodeados por fluidos; el aire fluye por nuestros pulmones, la sangre recorre los vasos de nuestro organismo; los aviones se mueven en el aire, los barcos navegan en el agua y los automóviles se deslizan por el suelo, todos ellos propulsados por otros fluidos que se mezclan en las cámaras de combustión. Si nos fijamos en el movimientos de los fluidos interesantes observaremos que la turbulencia es la norma, no la excepción. A pesar de su importancia, la turbulencia tiene mala reputación. Richard Feynman alegó que es “el problema sin resolver más importante de la física clásica”, lo ratifica Horace Lamb (1932): “ahora soy un viejo y cuando muera y vaya al cielo hay dos temas que espero aclarar. Uno es la electrodinámica cuántica y el otro el movimiento turbulento de los fluidos. Sobre el primero soy bastante optimista”.

¿En qué consiste la turbulencia? Si abrimos el grifo de la cocina un poco, el agua fluirá suave, si abrimos más la corriente se transforma en turbulenta; algo similar sucede al humo de un cigarrillo, que sube mansamente al principio para hacerlo, algo más arriba, de manera turbulenta. El fenómeno se desencadena cuando se forman torbellinos, pedazos de fluido zigzagueantes y a menudo giratorios que se mueven caóticamente respecto a la dirección media del movimiento. Aunque la turbulencia aumenta la resistencia a la que se enfrenta un objeto que se mueve en el aire o el agua, y por eso es importante reducirla, no siempre es un fenómeno indeseable: en los cilindros de un motor la turbulencia mejora el mezclado del combustible y produce una combustión más eficiente; la turbulencia también permite que las pelotas de golf (con hoyuelos) alcancen más del doble de distancia que una pelota lisa.

Argüíamos que los flujos turbulentos se caracterizan por la aparición de remolinos (o vórtices) de distintos tamaños que interactúan entre sí, se forman y deshacen. Los grandes se rompen en otros menores, éstos en otros más pequeño, y así sucesivamente, hasta que se hacen lo suficientemente pequeños como para disiparse en calor. Este viaje de la energía de las escalas grandes a las pequeñas reviste una importancia extraordinaria porque se estima que el cinco por ciento del gasto energético de la humanidad se disipa en los flujos turbulentos. 

Añadiré, por último, que la extraordinaria complejidad matemática de las ecuaciones que gobiernan la turbulencia ha impedido a los físicos hacer un análisis teórico del fenómeno… hasta ahora.