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La Universidad Técnica de Viena ha logrado caracterizar con precisión el comportamiento de estas fibras microplásticas en experimentos realizados en un canal de flujo con la ayuda de cámaras de alta velocidad.
Los microplásticos son un problema internacional ya que, en la mayoría de ocasiones, suelen acaban en ríos y océanos, además de acumularse en organismos vivos y perturbar ecosistemas enteros. Es por ello que resulta complicado describir, de forma científica, cómo se comportan las partículas diminutas en una corriente, sobre todo en el caso de las fibras finas, que representan más de la mitad de la contaminación por microplásticos en la vida marina, puesto que su movimiento apenas puede predecirse en corrientes turbulentas.
"La forma en que las partículas de microplásticos se mueven, dispersan y depositan depende de su dinámica rotacional", explica Vlad Giurgiu, primer autor de la presente publicación y estudiante de doctorado del equipo del profesor Alfredo Soldati en la Universidad Técnica de Viena. "Esto es fácil de analizar en el caso de partículas casi esféricas. Pero a menudo hay que tratar con microfibras alargadas y curvadas". En este caso, se producen efectos complicados.
Las fibras pueden girar en las tres direcciones espaciales, y esta rotación también influye en su interacción con el flujo circundante. "En un flujo laminar perfectamente uniforme, podríamos predecir teóricamente el comportamiento de objetos simples, por ejemplo, esferas o elipsoides", dice Marco De Paoli (Instituto de Mecánica de Fluidos y Transferencia de Calor, TU Wien). "Pero en el mundo real no se trata de flujos perfectamente laminares ni de partículas perfectamente simétricas.
En su lugar, se producen turbulencias y las partículas tienen formas geométricas complejas que influyen significativamente en el transporte y hacen imposible una predicción teórica". Por este motivo, es difícil calcular exactamente lo que sucede. "Ya se han hecho varias simulaciones por ordenador, pero se basan en modelos simplificados para describir el comportamiento de las fibras", añade Vlad Giurgiu.
Estos datos pueden medirse desde el canal de flujo del Centro Científico de la Universidad Técnica de Viena (Arsenal, Viena). Allí pueden generarse flujos controlados a lo largo de un recorrido de 8,5 metros. En este sentido, se introdujeron en el agua pequeñas fibras microplásticas curvadas de unos 1,2 milímetros de longitud y se expusieron a un flujo turbulento.
El equipo instaló seis cámaras especiales justo encima de la superficie del agua y se recogieron imágenes de alta resolución de las partículas de microplástico en la corriente, a una frecuencia de 2.000 imágenes por segundo. Las imágenes permitieron calcular la posición tridimensional y la orientación de cada partícula de microplástico.
"En teoría, esto también funcionaría con sólo dos cámaras, pero con seis los datos son aún más fiables y precisos, sobre todo cuando la concentración de partículas es alta", explica Giuseppe Carlo Alp Caridi, coautor del estudio y jefe de reconstrucción óptica del Instituto de Mecánica de Fluidos y Transferencia de Calor. De este modo, se puede extraer una gran cantidad de datos sobre el comportamiento en movimiento de cientos de miles de partículas microplásticas y analizarlos después estadísticamente.
"Por ejemplo, resultó que las fibras se comportan de forma muy diferente cerca de una pared que, en medio del flujo de líquido, lejos de las paredes", explica Vlad Giurgiu. Esto significa que ahora se dispone por primera vez de datos fiables para validar modelos de cálculo teóricos sobre el comportamiento de dichas partículas.
En el futuro, esto también debería permitir predecir la propagación de fibras microplásticas a gran escala: "Imagina que tienes un barco que puede filtrar microplásticos del agua de mar", dice Marco De Paoli. "Entonces hay que saber adónde enviar el barco, porque el océano es grande. Si comprendes con precisión el comportamiento de las partículas, la respuesta puede calcularse con gran fiabilidad".
Todo ello debería constituir la base de nuevos modelos que puedan utilizarse para predecir la propagación de microplásticos a escala mundial. Los resultados se han publicado en la revista "Physical Review Letters".
