¡°Ser¨¢ posible llegar a volar a diez veces la velocidad del sonido¡±

Las reacciones qu¨ªmicas que permiten mezclar leche con caf¨¦ o que el ox¨ªgeno haga arder el hidr¨®geno de los cohetes, los intercambios de calor y masa que determinan el tiempo atmosf¨¦rico o la resistencia aerodin¨¢mica son procesos que est¨¢n controlados en mayor o menor medida por la turbulencia. Comprender lo que parece un movimiento desordenado de los fluidos es un problema de complejidad extrema, pero hacerlo, adem¨¢s de un reto cient¨ªfico apasionante, tiene aplicaciones de gran utilidad.

Uno de los principales expertos del mundo en la materia es Parviz Moin, director del Centro para la Investigaci¨®n de la Turbulencia de la Universidad de Stanford (EEUU). La semana pasada, Moin estuvo en Madrid para ser investido como acad¨¦mico correspondiente de la Real Academia de Ingenier¨ªa y habl¨® con Materia sobre lo logrado durante las ¨²ltimas d¨¦cadas por los investigadores de las turbulencias y sus retos de futuro. Por el momento, duda de que las investigaciones en el ¨¢rea permitan alcanzar velocidades supers¨®nicas en vuelos comerciales a precios razonables, pero est¨¢ convencido de que ser¨¢n muy valiosas para facilitar la incorporaci¨®n de los combustibles verdes y mejorar su eficiencia.

Pregunta. ?En qu¨¦ ¨¢reas se puede aplicar la investigaci¨®n realizadas en el centro que lidera?

Respuesta. Las aplicaciones son muchas, desde modelos clim¨¢ticos y de predicci¨®n del tiempo a la aerodin¨¢mica de coches o aviones. Tambi¨¦n se estudia la forma en que se mezcla el combustible y el oxidante en los motores de combusti¨®n interna, e incluso, en los sistemas biol¨®gicos, la sangre puede ser turbulenta. Personalmente estoy interesado en ac¨²stica y ruido: en la manera de reducir el ruido que produce un avi¨®n a reacci¨®n.

P. Las matem¨¢ticas y la f¨ªsica relacionada con problemas tan diferentes ?son similares?

R. Est¨¢n gobernadas por las mismas ecuaciones, que se conocen desde el siglo XVIII, as¨ª que se conocen bien, pero tienen soluciones en distintos reg¨ªmenes. La misma ecuaci¨®n que gobierna el flujo sangu¨ªneo se podr¨ªa aplicar al flujo de aire alrededor de un coche, aunque con diferentes mol¨¦culas.

P. Usted es uno de los pioneros en el uso de grandes ordenadores para resolver problemas relacionados con la turbulencia. ?Puede ofrecer alg¨²n ejemplo sobre lo que han aportado esas t¨¦cnicas?

R. En la industria de la aviaci¨®n, han permitido resolver las ecuaciones que se refieren a estos problemas num¨¦ricamente en lugar de llevar los aviones o modelos de los aviones a un t¨²nel del viento para ponerlas a prueba f¨ªsicamente. En los ochenta, la compa?¨ªa Boeing, por ejemplo, estaba dise?ando el Boeing 757 y ten¨ªan que ir al t¨²nel del viento cincuenta o sesenta veces para probar el dise?o de un ala. Ten¨ªan que hacer un prototipo, llevarlo al t¨²nel del viento y ver si tomaba las fuerzas adecuadas, de elevaci¨®n y arrastre que deb¨ªa tener por dise?o. Gracias a la computaci¨®n, ahora la frecuencia de los tests es mucho menor. El Boeing 777 solo requerir¨¢ 11 tests. Eso ahorra mucho dinero y tiempo.

En otro ¨¢mbito, certificar un motor de reacci¨®n, por ejemplo, costaba mil millones de d¨®lares, porque un peque?o cambio en el dise?o y las pruebas necesarias para testarlo pueden costar doscientos millones. Las simulaciones num¨¦ricas han reducido mucho el coste de estos procesos. Ya no es necesario hacer prototipos de todo y adem¨¢s puedes hacer los tests a escala. El Airbus A380 es inmenso, no lo puedes meter completo en un t¨²nel del viento, tienes que hacer uno a la mitad o al cuarto, y gracias a los ordenadores eso ya no es as¨ª.

P. ?Hay mucho espacio para mejorar gracias a la comprensi¨®n de la turbulencia en ¨¢reas como la velocidad o el consumo de combustible?

R. Durante las ¨²ltimas dos d¨¦cadas el consumo de los motores se ha mejorado alrededor de un 20%, pero a¨²n hay espacio de mejora, especialmente en t¨¦rminos de la reducci¨®n de contaminantes y probando combustibles verdes. Las reacciones qu¨ªmicas que se producen cuando se mezclan los combustibles f¨®siles con combustibles verdes tambi¨¦n son muy complejas y se tratan de entender empleando la computaci¨®n.

En lo que se refiere a la reducci¨®n el ruido tambi¨¦n se puede hacer mucho. Por ejemplo, en portaviones, el motor de un reactor produce 156 decibelios. Eso tiene mucho que ver con la turbulencia. Incluso poni¨¦ndose cascos solo se reducen 40 decibelios. Experimentalmente es muy dif¨ªcil entender la fuente del ruido, y eso lo tratamos de hacer con las simulaciones para despu¨¦s intentar reducirlas.

P. ?Cree que ser¨¢ posible volver a tener aviones supers¨®nicos para vuelos comerciales?

R. El problema m¨¢s importante en el vuelo supers¨®nico ha sido el ruido. El Concorde, por ejemplo, solo ten¨ªa velocidad supers¨®nica sobre el agua. En tierra no se pod¨ªa por el estruendo. Se est¨¢n desarrollando t¨¦cnicas para superar ese problema y algunos de los aviones privados que se est¨¢n desarrollado ahora se est¨¢n haciendo con estas ideas.

Sobre el vuelo hipers¨®nico, en los ¨²ltimos cinco a?os hemos visto que se ha logrado tener empuje con un estatorreactor. Esto es complicado porque la combusti¨®n se produce a velocidades supers¨®nicas. Mantener la llama a esa velocidad es como encender una cerilla en medio de un hurac¨¢n. Tienes muy poco tiempo para que las reacciones de combusti¨®n tengan lugar. En resolver ese problema se ha hecho mucho progreso ¨²ltimamente y se ha demostrado en vuelo que es posible tener propulsi¨®n a esta velocidad. As¨ª, ser¨ªa posible llegar a volar a diez veces la velocidad del sonido. El concorde volaba a dos veces la velocidad del sonido. No creo que haya vuelos comerciales a esas velocidades, pero puede tener aplicaciones militares o para vuelos al espacio. Con los cohetes tienes que cargar el ox¨ªgeno y el combustible, y eso es mucho peso. Con estos estatorreactores no necesitar¨ªas cargar el ox¨ªgeno.

Parviz Moin, Director del Centro para la Investigaci¨®n de la Turbulencia.