Redistribución de la turbulencia y del transporte de momento en conductos con polímeros microbianos

Se investiga el efecto de soluciones diluidas de polímeros microbianos sobre la estructura de la turbulencia en flujos confinados. Los experimentos se llevaron a cabo en un conducto cuadrado impulsado por gravedad utilizando particle image velocimetry (PIV) para estudiar suspensiones de goma xantana (xanthan gum, XG) a 50, 100 y 200 ppm, en un rango de números de Reynolds de Metzner–Reed de 2.2  103 a 2.9  104. A 50 ppm, la turbulencia exhibe características similares al caso de agua, con solo ligeros cambios estructurales. A 100–200 ppm, los perfiles de velocidad se desplazan hacia un flujo tipo tapón y la tensión cortante de Reynolds se reduce significativamente, lo que indica una fuerte supresión del transporte de momento. De manera concurrente, las fluctuaciones de velocidad en la dirección del flujo medio cerca de la pared aumentan, mostrando una redistribución de energía. Los análisis de correlación y de descomposición ortogonal propia (POD) revelan estructuras más alargadas y alineadas con la corriente. Estos resultados demuestran que incluso concentraciones muy bajas de XG reorganizan la turbulencia y la transferencia de energía, con implicaciones para la reducción de fricción, el transporte de sedimentos y el control de flujos hidráulicos.