En las industrias farmacéutica, petrolera, de pinturas, alimentos, lechera y de la construcción, entre otras, es necesario caracterizar fluidos. Para ello se utilizan reómetros, instrumentos que miden el índice de fluidez de un líquido, mezcla o suspensión, bajo la acción de fuerzas externas, pero suelen ser demasiado costosos.

Por ello, científicos de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) desarrollaron un dispositivo de bajo costo para fluidos newtonianos y no newtonianos y, en particular, para los adelgazantes, que combina dos tipos de movimientos.

El denominado reómetro electromagnético de esfera giratoria en sedimentación está en proceso de patente. Este desarrollo podría ser benéfico para estas industrias, pues mientras los que existen en el mercado alcanzan hasta un millón de pesos, el de los universitarios podría costar menos de 100 mil.

Francisco Antonio Godínez Rojano, investigador del Instituto de Ingeniería (II) de la UNAM, explicó que los newtonianos son fluidos que se definen “por una relación lineal entre el esfuerzo y la velocidad de deformación; los no newtonianos no siguen esta ley que planteó Isaac Newton.

“Nos interesó, en específico, caracterizar fluidos adelgazantes. Su particularidad es que al aplicarles una deformación a cierta velocidad presentan un ‘adelgazamiento’ o disminución en la viscosidad”. Ejemplo de ellos son la leche, la pintura o la sangre humana.

Para lograr esa deformación, el dispositivo se basa en la caída de una esfera a través del fluido a caracterizar, al combinar ese movimiento con otro rotacional; ambos se dan conjuntamente.

Los componentes

Godínez Rojano, junto con Roberto Zenit, del Instituto de Investigaciones en Materiales de la casa de estudios, y Eric Lauga, de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, utilizaron un par de bobinas de Helmholtz; es decir, un arreglo de alambres enrollados por los cuales pasa una corriente eléctrica para generar un campo magnético.

En tanto, la esfera en el fluido está equipada con un imán permanente en el centro; al conectar y hacer rotar a las bovinas, el imán no sólo se enfila con sus líneas de campo, sino también gira, precisó el académico universitario. Por gravedad, la esfera produce sedimentación (una especie de hundimiento) en el fluido.

Así se combinan ambos movimientos: uno rotacional y otro de sedimentación. Con esto es posible ajustar modelos reológicos para obtener las propiedades o características que distinguen a cada fluido adelgazante.

El reómetro arroja el índice de adelgazamiento, una constante que normalmente se llama n. Para cualquier fluido newtoniano, en principio, esa constante debe ser igual a uno; es decir, su viscosidad puede ser la que sea, pero se mantiene constante, independientemente de la velocidad de deformación.

En esos fluidos la peculiaridad es que se comienzan a deformar cada vez más rápido y su viscosidad es cada vez menor. Cualquier prueba se realiza a diferentes velocidades de giro; se inicia con velocidades bajas y normalmente sedimenta poco, y al aumentar también se incrementa la sedimentación.

En el caso del dispositivo universitario se realizaron pruebas con tres tipos de fluidos: mezclas de carbopol (un polímero) y de dos compuestos químicos: trietanolamina (orgánico) y etilenglicol. Como fluido newtoniano de referencia y para comparar, se utilizaron mezclas de agua y miel.

La novedosa idea de combinar esos movimientos llevó a la solicitud de la patente, que ya obtuvo el primer visto bueno del Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial.

Francisco Godínez expuso que ya existen dispositivos comerciales, entonces la pregunta fue cómo podrían competir contra eso y la mejor manera es con el costo.

El nuestro podría ser más económico, de cientos de miles y hasta más de un millón de pesos, a menos de 100 mil, resaltó.

También se buscará obtener la patente en Estados Unidos y Europa. A la par del registro de patente en México, los científicos escribieron el artículo Sedimentation of a rotating sphere in a power-law fluid, publicado en la prestigiosa revista Journal of Non Newtonian Fluid Mechanics. El proyecto también ha contribuido a la formación de recursos humanos.