Coanda me ha tirado el café

Como buen amante del café, a media mañana me hago un café sólo en una cafetera italiana (de las de toda la vida) y por supuesto a fuego lento, y como cada día, lo he derramado. Así que esta vez, cámara en mano, quería buscar y darle una explicación a este fenómeno.

¿No sería más fácil que el café cayese vertical sin pegarse a la cafetera y yo no dejase una señora mancha? Sería más lógico, pero entonces yo perdería la costumbre de tirar medio café fuera. ¿Y cuál es la explicación de que pase eso? ¿Porqué se mueve así? Los culpables son la viscosidad del fluido y el efecto Coanda.

Empecemos por el principio. ¿Os acordáis de la entrada anterior donde un fluido (entiéndase fluido como cualquier liquido, gas o aire) se encontraba con un cilindro? ¿y ese cilindro con un fluido de un color verde muy llamativo? Como vimos en ese caso, el fluido lo bordeaba con suavidad “molestándose” en pegarse a él con un movimiento que podríamos calificar de lento y pegajoso y, de forma más técnica, viscoso. Si hacemos zoom en la superficie del cilindro veríamos algo así:

flujo laminar cilindro     Imagen2

Imagen4Imagen3Y si pudiésemos hacer aun zoom hasta un nivel macroscópico, por muy pulida que estuviese la superficie encontraríamos algo de este estilo, que a nivel microscópico lo que parecía una superficie plana y pulida en realidad es muy accidentada.

Visto esto, es fácil pensar que el fluido se meta en esos huecos y no avance sino que esté parado o frenado, mientras que si nos alejamos los suficiente de la superficie el fluido seguirá su movimiento a la velocidad que llevaba.

¿Y esto porqué ocurre? Ocurre porque la lámina que hay pegada no se mueve, y esta lámina parada e inmóvil debido a la viscosidad del fluido frenará un poco la laminita que hay justo encima de ella, esa lámina también frenará otro poco a la de arriba y así lámina a lámina hasta llegar a la zona donde ya apenas se ven frenadas y el fluido se mueve a su velocidad “normal”. Esta zona donde el fluido pasa de tener una velocidad “como el resto del fluido” a estar parado en la superficie del objeto se le conoce como capa límite.

En la siguiente secuencia de imágenes sacada de una serie-documental titulada National Commitree for Fluid-Mechanics podemos ver como hay un objeto plano o placa, un fluido que lo rodea (posiblemente aire) que se mueve de izquierda a derecha y un frente de posiblemente humo blanco que se mueve con el resto de aire. Según avanza el aire vemos que el humo que pega a la superficie de la placa se va quedando atrás (señalado con el circulo naranja).

 Imagen5 Imagen6 Imagen7

Como dato curioso, se dice que la capa límite que se forma en torno a un tren llega a ser tan grande, que si pudiésemos sacar nuestro brazo por la ventanilla de los últimos coches el aire la golpearía con apenas velocidad.

Ahora que hemos visto como un fluido tiende a frenarse en contacto con una superficie, cabe preguntarse ¿que pasa si esta superficie no es plana? Pues que si la velocidad del fluido no es muy elevada y la curva es lo suficientemente suave el fluido seguirá pegado a ella. Esa tendencia de la capa límite de un fluido es lo que se conoce como efecto Coanda. Efecto_coanda

Para verlo más claro aquí tenemos una comparativa entre lo que sucedería si lo que toca al cilindro es otro sólido (rebota en él) o un fluido (se pega a él):

¿Y qué pasa si como en el caso del café tenemos también el efecto de la gravedad que nos tiraría hacia abajo de él? Que mientras que la velocidad sea baja, la curva suave y la viscosidad lo suficientemente grande, el fluido seguirá pegado aunque la gravedad intente hacerlo caer verticalmente. Así, para el caso concreto de la cafetera, no conseguiremos atinar en la taza hasta que la velocidad del chorro sea elevada y la cafetera esté muy tumbada.Imagen10Imagen9

Aquí podéis ver en detalle la curva que describe el café en su empeño por seguir pegado a la superficie de la cafetera:

Y una sucesión de imágenes del vídeo donde podemos ver el momento en el que el café deja de pegarse a la superficie de la cafetera.

Imagen11

Imagen12

Otro curioso ejemplo del fenómeno Coanda lo podemos observar en este vídeo que he visto en Youtube:

Llegados a este punto donde ya tenemos claro que para no tirar el café fuera necesitamos inclinar la cafetera bastante vamos a pegar un salto de tamaño y escala y nos fijaremos en el ala de un avión, donde encontramos el mismo efecto. Si el ala está demasiado inclinada respecto a la dirección del aire, a éste le costará seguir su superficie, produciéndose lo que se conoce como entrada en pérdida, algo así como que el ala deja de sustentar al avión.

Con esta entrada hemos visto un curioso fenómeno del comportamiento de los fluidos y lo que es más importante sabremos a quien echarle la culpa cuando se nos caiga el café.

Espero que os guste y nos veamos en la siguiente entrada.

Anuncios

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s