¿Cuál es el secreto de los remolinos de Kármán?

La reacción de un fluido en movimiento a perturbaciones internas o externas suele ser sorprendente. Este es el caso, por ejemplo, cuando los obstáculos perturban el flujo natural del aire. Al hacerlo, no es raro ver aparecer increíbles formaciones de remolinos.

Los datos de satélite muestran que tal fenómeno se produce con frecuencia aguas abajo de los relieves de las islas y otros archipiélagos, en particular, los de las Islas Canarias, Madeira y las Antillas en presencia de un viento con componente norte. Luego observamos una estela de vórtices que serpentean alternativamente en dirección ciclónica y anticiclónica. Se llama callejón de remolinos de Kármán, llamado así por el ingeniero y físico húngaro-estadounidense Theodore von Kármán.

Estos vórtices alternos aparecen a plena luz del día cuando van acompañados de nubes bajas. Como las gotas de agua de los estratos y estratocúmulos son fácilmente transportadas por las corrientes, materializan bien los vórtices. En el caso de aire demasiado seco, estos últimos no son o solo parcialmente visibles y pueden deparar sorpresas desagradables para quienes se aventuran en el aire. Sin embargo, los remolinos de vórtices nunca se extienden muy alto en la atmósfera. De hecho, la mayoría de ellos están confinados por debajo de los 3500 metros de altitud.

Remolinos de kárman
Callejón de remolinos de Kármán observado el 15 de septiembre de 1999 aguas abajo del archipiélago de Juan Fernández ubicado en la parte inferior izquierda de la fotografía (Chile). Como estamos aquí en el hemisferio sur, el viento es del sur. Créditos: Wikimedia Commons.

Remolinos de Kármán: un complejo mecanismo de formación

La explicación física del fenómeno es bastante compleja. Involucra varios parámetros como la altura y forma del relieve, la velocidad del viento y la estabilidad de la capa de atmósfera considerada. Sin embargo, se puede señalar que los devanados están ligados a la caída de presión que aparece a sotavento de los relieves. La succión resultante desvía el aire para reorganizar las alteraciones de presión, creando un patrón periódico. Esta configuración en vórtices organizados es un estado intermedio entre un flujo laminar y un flujo turbulento.

Finalmente, tenga en cuenta que el fenómeno descrito por Theodore von Kármán no es exclusivo de la atmósfera. En otra escala, ocurre alrededor de cables eléctricos y antenas de automóviles, así como chimeneas o puentes. En este último caso, puede causar daños importantes si el puente no ha sido diseñado para resistir o evitar la aparición de resonancias. Entonces la estructura comienza a ondular peligrosamente y, a veces, incluso se rompe. Este trágico resultado ilustra la necesidad de una buena comprensión de cómo se comportan el aire y el agua cerca de los obstáculos.

Fuente : Introducción a la dinámica de fluidos geofísicos: aspectos físicos y numéricos, Benoit Cushman-Roisin.