Desarrollan en la UNAM un innovador instrumento para caracterizar fluidos

UNAM/DICYT 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.

En la Universidad Nacional Autónoma de México un grupo de científicos desarrolló 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.

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.

Godínez Rojano, junto con Roberto Zenit, del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de la UNAM, 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 que 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 siempre 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; 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 por parte del Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI); ahora se realizará un análisis a profundidad del instrumento.

Obviamente, expuso Francisco Godínez, ya existen dispositivos comerciales; la pregunta es cómo podríamos 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”.

Una vez que ya se cuenta con un prototipo, hay que mejorar su apariencia y automatizarlo, de modo que el usuario llegue, introduzca la sustancia a caracterizar y reciba sus resultados. En cuanto se obtenga la patente, el siguiente paso sería comercializarlo, ya sea a través de una transferencia de tecnología a una empresa o mediante la creación de una propia, spin-off, en el Instituto de Ingeniería. Ahora ya se piensa en obtener la patente en Estados Unidos y Europa.

A la par del registro de patente se escribió el artículo Sedimentation of a rotating sphere in a power-law fluid, publicado en la prestigiosa revista Journal of Non Newtonian Fluid Mechanics, que también contó con las colaboraciones de Eric Lauga para los cálculos y análisis de resultados, y de otra integrante del IIM, Elsa de la Calleja, para algunos experimentos.

No menos importante ha sido la formación de recursos humanos, estudiantes de licenciatura y posgrado, a cargo de Godínez Rojano y Zenit.