La ciencia detrás de las gotas: Un impulso tecnológico para la industria y el riego de precisión

En un innovador estudio, científicos del MIT han captado imágenes en alta velocidad que desentrañan el complejo comportamiento de una gota al impactar en una piscina profunda. Los resultados, publicados el 21 de febrero de 2025, aportan datos cruciales para predecir cómo la lluvia o sistemas de riego pueden lanzar partículas y patógenos desde superficies acuáticas, con implicaciones en la industria, la agricultura y la salud pública.

Este fenómeno conecta el comportamiento del líquido en la piscina con la formación de la corona, lo que podría determinar cómo se arrastran y dispersan partículas, desde polen hasta pesticidas y agentes patógenos

Los investigadores dispusieron gotas de agua de diferentes tamaños, con un diámetro promedio de aproximadamente 5 milímetros, y las dejaron caer desde diversas alturas, alcanzando velocidades cercanas a los 5 metros por segundo. Con cámaras capaces de capturar hasta 12,500 fotogramas por segundo, se documentó la evolución de la salpicadura, tanto por encima como por debajo de la superficie del agua. Al impactar, cada gota formaba una cavidad —o “cráter”— mientras, casi simultáneamente, se elevaba una corona de líquido. Sorprendentemente, pequeñas gotas secundarias se desprendían de esta corona incluso antes de que alcanzara su altura máxima, evidenciando un proceso que se desarrolla en apenas una fracción de segundo.

Figura 1. (a) Salpicadura en piscina profunda formando una cavidad, oleaje, corona y gotas secundarias. (b) Salpicadura en película delgada (Bourouiba Reference Bourouiba2021a)./Dandekar R, Shen N, Naar B, Bourouiba L. Splash on a liquid pool: coupled cavity–sheet unsteady dynamics. Journal of Fluid Mechanics. 2025;1002:A13. doi:10.1017/jfm.2024.1105.

La profesora Lydia Bourouiba, responsable del laboratorio de Dinámica de Fluidos en la Transmisión de Enfermedades en el MIT, destacó que “esta pared cilíndrica de líquido ascendente, y su evolución en el tiempo y espacio, está en el centro de todo”. Según explica, este fenómeno conecta el comportamiento del líquido en la piscina con la formación de la corona, lo que podría determinar cómo se arrastran y dispersan partículas, desde polen hasta pesticidas y agentes patógenos.

Modelado matemático y aplicaciones futuras
Gracias a las precisas mediciones obtenidas, el equipo ha formulado un conjunto de “ecuaciones de evolución” que describen cómo cambian, en función del tiempo y la posición, las dimensiones de la cavidad y la corona. Este modelo matemático permite predecir la forma y el comportamiento de una gota al impactar en un cuerpo de agua, abriendo la posibilidad de estudiar en tres dimensiones la dispersión de partículas transportadas por salpicaduras. Entre los coautores del estudio se encuentran el exestudiante de doctorado Raj Dandekar, el postdoctorado Naijian Shen y el estudiante Boris Naar.

El hallazgo no solo representa un avance en la comprensión de un fenómeno cotidiano, sino que también puede contribuir a mejorar la gestión de riesgos en sectores tan variados como la salud pública y la agricultura. La investigación ha recibido apoyo de entidades como el Departamento de Agricultura, la Fundación Richard y Susan Smith, la National Science Foundation, el CDC-NIOSH, Inditex y el National Institute of Allergy and Infectious Diseases, entre otros.

Con esta innovadora técnica de imagen, el MIT se posiciona a la vanguardia en el estudio de la dinámica de fluidos, proporcionando herramientas esenciales para abordar desafíos que van desde la mitigación de enfermedades hasta la optimización de procesos industriales y agrícolas. (SoloRiego)