Todo empezó con un brindis. El ruido del vidrio y del líquido agitándose dio paso a la curiosidad científica: ¿por qué una botella de cerveza, al chocar contra otra, genera una cascada imparable de espuma? ¿Cuál es la explicación científica de un proceso que deja la mesa regada y la botella a medio vaciar?
Así formuladas, las preguntas surgieron, como no, en una mesa de bar de expertos en física y fluidos: ninguna de las hipótesis para explicar el fenómeno de la erupción de la cerveza los satisfizo por completo y del brindis decidieron pasar sin escalas al laboratorio.
En esa labor estuvo, durante un año, un trío de científicos de la Universidad Carlos III de Madrid, dedicado a replicar el fenómeno que ocurre cuando la base de una botellita de cerveza, de las que comúnmente se ofrecen en locales de trago, golpea el cuello de otra.
“Es un problema conocido desde hace mucho y, cuando nos hemos puesto a analizar, hemos visto que hay una física riquísima detrás: muchos procesos que no imaginábamos que encontraríamos”, cuenta Javier Rodríguez, profesor del departamento de Ingeniería Térmica y de Fluidos y uno de los participantes en el estudio.
Los investigadores identificaron un triple proceso, que nunca había sido detallado por la ciencia, para explicar la velocidad con que el líquido se transforma en espuma.
Burbujas en movimiento
Todo comenzó en un bar: el golpe de una botella de cerveza contra otra, seguido de un río de espuma, despertó la curiosidad científica.
Así, el estudio español estableció tres fases para explicar la ciencia detrás del brindis.
En la primera, las ondas de expansión y de compresión, generadas a partir del golpe entre botellas, avanzan por el líquido produciendo la rotura de las “cavidades de gas”, es decir, las burbujas en el fondo del receptáculo.
Luego, las burbujas se rompen en otras más pequeñas y generan una serie de bolitas de espuma.
Y en una tercera instancia, las burbujas, que pesan menos que el líquido que las rodea, suben hasta la superficie a toda velocidad, lo que provoca una especie de explosión de espuma, el “penacho” de cerveza.
“Realmente el proceso se compone de varias partes que podríamos comparar con distintos fenómenos de la naturaleza: el proceso por el cual aparecen ondas de presión está conectado con las explosiones subacuáticas, mientras que el crecimiento de la burbuja, porque absorbe dióxido de carbono y sube, es como el hongo de una explosión”, apunta Rodríguez.
El paper que produjeron los científicos, en el que también participó el Instituto Jean le Rond D’Alembert de Francia, fue publicado en Arvix y presentado en la conferencia sobre mecánica de fluidos de la Sociedad de Física Estadounidense.
Cuestión de velocidad
“Las cervezas las pagamos nosotros. No podíamos tener un gasto de alcohol tan grande en el presupuesto de investigación” – Javier Rodríguez, uno de los científicos responsable del informe
Para lograr los resultados, los científicos utilizaron láser pulsado para provocar burbujas en la botella y, tras golpearla, registraron los efectos físicos con cámaras de alta velocidad, que permiten conseguir hasta 6.000 fotogramas por segundo.
Ello permitió estudiar al detalle un fenómeno físico conocido como cavitación, que ocurre cuando un líquido es sometido a cambios súbitos de presión.
Lo que genera el golpe contra el vidrio, explican los científicos, es una reacción en cadena por la baja de la presión: las bebidas gaseosas tienen más dióxido de carbono (CO2) que el que el agua puede mantener disuelto –de allí las burbujas- y, al impactar el fondo de la botella, ese CO2 se “escapa” hacia la salida.
“Las burbujas se inflan muy rápidamente y, en una décima de milisegundo, colapsan sobre sí mismas… lo que provoca una reacción en cadena. Cuanto más rápido van las burbujas, más CO2 absorben, y cuanto más CO2 tienen, más rápido ascienden”, detalla el científico.
El CO2 normalmente sale despacio de una bebida gaseosa, pero con el golpe el proceso se acelera dramáticamente.
“Pierde en segundos lo que le llevaría horas si simplemente estuviera abierta en la mesa”, destaca Rodríguez.
En el laboratorio, los científicos usaron láser pulsado y cámaras de alta velocidad.
Del bar a la medicina
La investigación requirió varios cientos de botellas que, según Rodríguez, pagaron los científicos de su bolsillo: en los presupuestos de investigación no podía figurar semejante cantidad de alcohol, aunque fuera por el bien de la ciencia.
Tampoco se las tomaron, una vez abiertas: la cerveza estaba a una poco tentadora temperatura ambiente. De cada botella se obtuvieron dos o tres “explosiones”, antes de que el CO2 restante fuera insuficiente para seguir haciendo pruebas.
“El proceso que ocurre con la bola de espuma se puede relacionar con el mecanismo que está detrás de volcanes como los de barro: creemos que tienen el volcán tiene una masa de gas que empuja el barro hasta expulsarlo por la boca”
Ahora, los resultados van más allá del bar y el laboratorio: los descubrimientos pueden aprovecharse en terrenos como la ingeniería naval -para mejorar el diseño de hélices de barco, por ejemplo-, la medicina o la geología.
Uno de los proyectos, según revela Rodríguez, es el desarrollo de un método para medir la presión dentro del corazón de un modo no invasivo, usando un medicamento con burbujas que se inyectan y cuya oscilación podría dar información sobre la presión corporal.
Otra de las posibles aplicaciones es la predicción de erupciones volcánicas.
Así lo explica: “El proceso que ocurre con la bola de espuma se puede relacionar con el mecanismo que está detrás de volcanes como los de barro: creemos que el volcán tiene una masa de gas que empuja el barro hasta expulsarlo por la boca”.
Tal como hace la botella con la cerveza.