Investigadores de la UCA describen tres comportamientos de los anillos de vorticidad al chocar con obstáculos

Un equipo de investigadores de la Universidad de Cádiz ha identificado tres comportamientos distintos que pueden producirse cuando un vórtice con forma de anillo se encuentra con un obstáculo sólido. El trabajo, publicado en la revista científica internacional Journal of Fluid Mechanics, donde fue seleccionado como tema de portada, permite entender con más precisión cómo estas estructuras pueden deformarse, dividirse o reorganizarse al interactuar con objetos de distintos tamaños y formas.

La investigación nace de un Trabajo Fin de Grado y ha sido desarrollada por Andrés Herrera Gómez, Juan Ángel Tendero Ventanas y Rodolfo Ostilla Mónico, del Departamento de Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial de la Escuela Superior de Ingeniería de la Universidad de Cádiz. Mediante simulaciones numéricas tridimensionales, el equipo ha analizado el comportamiento de los anillos de vorticidad, estructuras de fluido en movimiento que pueden imaginarse como torbellinos con forma de rosquilla.

Estas estructuras aparecen en numerosos fenómenos naturales y tecnológicos, desde el movimiento de algunos animales en el agua hasta las corrientes generadas por las aeronaves, las erupciones volcánicas o la circulación sanguínea. Aunque se han estudiado durante décadas, aún quedan preguntas sobre lo que ocurre cuando chocan con superficies sólidas, sobre todo si los obstáculos varían en tamaño o forma. Para responderlas, los investigadores reprodujeron por ordenador el encuentro entre un anillo de vorticidad y un cilindro, modificando tanto las dimensiones de los obstáculos como las características del flujo.

Los resultados distinguen tres regímenes. Si el obstáculo es muy fino en comparación con el torbellino, el anillo atraviesa la zona de interacción y sigue desplazándose, aunque su forma cambia ligeramente. Con un tamaño intermedio, el anillo puede dividirse en nuevas estructuras que avanzan en direcciones distintas. Y si el cilindro es suficientemente grande, el comportamiento se asemeja al de un torbellino que choca contra una pared, deformándose y extendiéndose por su superficie.

Uno de los principales hallazgos es que la relación entre el tamaño del obstáculo y el diámetro del torbellino es el factor clave para determinar cuál de estos comportamientos se produce. El estudio también profundiza en la reconexión de los vórtices, un proceso en el que las estructuras de fluido en rotación se reorganizan y cambian sus conexiones. Según las simulaciones, la forma en que se conectan los torbellinos generados durante la interacción es decisiva para que el anillo original se reconstruya o aparezcan nuevas estructuras independientes, por lo que la geometría del obstáculo también importa.

Los autores señalan que estos resultados ayudan a unificar fenómenos que hasta ahora se estudiaban por separado, como la interacción de anillos de vorticidad con cables delgados, cilindros y paredes, lo que puede servir de base para futuras investigaciones sobre corrientes y estructuras sólidas.

Información elaborada a partir de Diario de Cádiz.