Cavitación: de la ingeniería naval a los centros de belleza

No deja de sorprender como algunos descubrimientos o estudios, a veces, pasan de meras curiosidades a problemas serios o a formar parte importante de la estructura de nuestra sociedad. Tal pasa con el álgebra de Boole (de la que ya hablaremos en próximos post) o con nuestra protagonista de hoy: la cavitación.

Definición:

La primera pregunta siempre es la obvia: ¿que es la cavitación?.

Para saberlo primero deberemos de conocer el principio de Bernoulli (Wikipedia). Este principio hidrodinámico nos describe el comportamiento de un flujo laminar moviéndose a lo largo de una corriente de agua y nos dice que un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.

La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:

• Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.
• Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.
• Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.

Esto es definido mediante la siguiente ecuación:

donde:
V = velocidad del fluido en la sección considerada.

 = densidad del fluido.

P = presión a lo largo de la línea de corriente.

g = aceleración gravitatoria

z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.

Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos:

Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la línea de corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido.  

La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente o en un flujo irrotacional.

Una vez que tenemos el principio de Bernoulli, podemos definir que es la cavitación:

La cavitación o aspiraciones en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de la constante de Bernoulli. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno.

(Fuente: Wikipedia)

Es un porceso fisico que es muy parecido al de la ebullición, la diferencia es que la cavitacion es causada por una caída de la presión local por debajo de la presión de vapor mientras que la ebullicion lo hace por encima de la presion ambiente local.

(Fuente: Mecánica de fluidos)

Ingeniería naval

A la hora de diseñar un barco o un submarino, el fenómeno de la cavitación es tenido muy en cuenta, no como un algo molesto, sino como un elemento crucial que podría acabar en desastre, de no diseñarse correctamente.

En el diseño de barcos, el efecto de la cavitación provoca el desgaste y rotura de hélices y timónes, pudiendo poner en peligro la integridad del pasaje. Y en cualquier caso, acorta la vida útil de estos componentes.

En los submarinos, este efecto es todavía más estudiado, evitado e indeseado, puesto que imposibilita a estos navíos de guerra mantener sus características operativas de silencio e indetectabilidad por las vibraciones y ruidos que la cavitación provoca en el casco y las hélices.

En cualquier caso, el efecto es siempre el mismo. Cuando las burbujas de vapor se implotan se produce una especie de martilleo lo que produce un deterioro en las paredes de la carcasa, de las palas del impulsor, o del material sobre el que se produzca, en el cual el daño esta en función de la proximidad en que se encuentran estas implosiones.

(Fuente: Mecánica de fluidos )

Esto limita a los submarinos y vehículos subacuáticos a velocidades inferiores, siempre, a los 140 km/h.

Actualmente, esta limitación se está resolviendo gracias a la supercavitación, que consiste en rodear el objeto o nave de una nube de gas renovable de forma que el agua casi no esté en contacto con la superficie del objeto, reduciendo así de manera drástica la resistencia al avance que presenta el agua.

“Cuando un fluido se mueve rápidamente alrededor de un objeto, la presión en el flujo disminuye, especialmente en el lado trasero del cuerpo”, explica Marshall P. Tulin, director del Ocean Engineering Laboratory de la Universidad de California, y pionero en la teoría de flujos supercavitacionales.

“Conforme aumenta la velocidad, se llega a un punto en que la presión del flujo iguala la presión de vapor del agua, momento en que el fluido experimenta un cambio de fase y se vuelve gas: vapor de agua”.

 En otras palabras, cuando la presión del agua ya no es suficiente para mantener juntas las moléculas que componen el líquido elemento, éstas se disocian formando un gas.

“Bajo ciertas circunstancias, especialmente en las aristas afiladas, el flujo de agua puede contener cavidades de presión más o menos constante rellenas de vapor de agua y aire en su estela. Es lo que se conoce como cavitación natural,” dice Tulin.

“La cavidad depende de la forma del objeto para que se mantengan las condiciones de presión constante en sus alrededores, pero también depende de la presión interna de la cavidad y de la fuerza de la gravedad,” nos explica.

(fuente: Blogs de Ingenieros industriales de Guipuzcoa)

Estética

Pero esta capacidad corrosiva que tiene la cavitación ha encontrado una vía útil para nosotros, curiosamente, en los centros de estética: la cavitación estética.

Básicamente, en estética, se utilizan máquinas en las que la oscilación provocada por los ultrasonidos de baja frecuencia crea la formación de micro burbujas (o cavidad) que explotan –ó implotan- en el interior de la masa grasa y de los adipocitos, fluidificándola y favoreciendo la salida de los mismos grasos.

Físicamente es el desarrollo de las micro burbujas obtenidas por un empuje ultrasónico a baja frecuencia. Este efecto de micro burbujas va a “trabajar” en el interior del tejido adiposo, golpeando los adipositos, eliminándolos ó reduciéndolos en breve tiempo.

(Fuente: Cavitaciónestetica.com).

Este método se caracteriza por lograr romper las difíciles estructuras de los depósitos grasos localizados. Estas zonas suelen ser resistentes a las dietas de adelgazamiento, dado su carácter de almacenamiento y no son fáciles de eliminar, tampoco, a través del ejercicio o los masajes. La cavitación consigue actuar sobre estas zonas, liberándolas de la grasa. Es un reafirmante muscular y moldeador del cuerpo que obtiene resultados en pocas sesiones.

Provoca la destrucción de la célula adiposa con la consiguiente transformación de la grasa en una sustancia líquida (diglicérido) que será eliminada a través del sistema linfático y vías urinarias.  Las células grasas se ven expuestas a una sobrepresión, que rompe sus membranas, desencadenando la destrucción de los adipositos. La grasa que contienen ?los triglicéridos- se fragmenta en diglicéridos, pudiendo ser éstos últimos expulsados a través de la orina. A través de una emulsificación de la grasa, se consigue cambiar el estado de los depósitos grasos, pasando de sólido a líquido, convirtiéndolos en una sustancia fácil de eliminar mediante la orina. Se aconseja una dieta hipocalórica y la ingesta de al menos dos litros de agua antes y después de cada tratamiento, dado que es una parte imprescindible para poder eliminar la grasa.

(Fuente: BeautyMarket.es)

Así que la próxima vez que vaya a su centro de estética a eliminar la grasa localizada mediante cavitación, sabrá lo que siente un submarino. ;)

Autor: Jose Enrique Carrera