“Será posible llegar a volar a diez veces la velocidad del sonido”

Las reacciones químicas que permiten mezclar leche con café o que el oxígeno haga arder el hidrógeno de los cohetes, los intercambios de calor y masa que determinan el tiempo atmosférico o la resistencia aerodinámica son procesos que están 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, además de un reto científico apasionante, tiene aplicaciones de gran utilidad.

Uno de los principales expertos del mundo en la materia es Parviz Moin, director del Centro para la Investigación de la Turbulencia de la Universidad de Stanford (EEUU). La semana pasada, Moin estuvo en Madrid para ser investido como académico correspondiente de la Real Academia de Ingeniería y habló con Materia sobre lo logrado durante las últimas décadas por los investigadores de las turbulencias y sus retos de futuro. Por el momento, duda de que las investigaciones en el área permitan alcanzar velocidades supersónicas en vuelos comerciales a precios razonables, pero está convencido de que serán muy valiosas para facilitar la incorporación de los combustibles verdes y mejorar su eficiencia.

Pregunta. ¿En qué áreas se puede aplicar la investigación realizadas en el centro que lidera?

Respuesta. Las aplicaciones son muchas, desde modelos climáticos y de predicción del tiempo a la aerodinámica de coches o aviones. También se estudia la forma en que se mezcla el combustible y el oxidante en los motores de combustión interna, e incluso, en los sistemas biológicos, la sangre puede ser turbulenta. Personalmente estoy interesado en acústica y ruido: en la manera de reducir el ruido que produce un avión a reacción.

P. Las matemáticas y la física relacionada con problemas tan diferentes ¿son similares?

R. Están gobernadas por las mismas ecuaciones, que se conocen desde el siglo XVIII, así que se conocen bien, pero tienen soluciones en distintos regímenes. La misma ecuación que gobierna el flujo sanguíneo se podría aplicar al flujo de aire alrededor de un coche, aunque con diferentes moléculas.

P. Usted es uno de los pioneros en el uso de grandes ordenadores para resolver problemas relacionados con la turbulencia. ¿Puede ofrecer algún ejemplo sobre lo que han aportado esas técnicas?

R. En la industria de la aviación, han permitido resolver las ecuaciones que se refieren a estos problemas numéricamente en lugar de llevar los aviones o modelos de los aviones a un túnel del viento para ponerlas a prueba físicamente. En los ochenta, la compañía Boeing, por ejemplo, estaba diseñando el Boeing 757 y tenían que ir al túnel del viento cincuenta o sesenta veces para probar el diseño de un ala. Tenían que hacer un prototipo, llevarlo al túnel del viento y ver si tomaba las fuerzas adecuadas, de elevación y arrastre que debía tener por diseño. Gracias a la computación, ahora la frecuencia de los tests es mucho menor. El Boeing 777 solo requerirá 11 tests. Eso ahorra mucho dinero y tiempo.

En otro ámbito, certificar un motor de reacción, por ejemplo, costaba mil millones de dólares, porque un pequeño cambio en el diseño y las pruebas necesarias para testarlo pueden costar doscientos millones. Las simulaciones numéricas han reducido mucho el coste de estos procesos. Ya no es necesario hacer prototipos de todo y además puedes hacer los tests a escala. El Airbus A380 es inmenso, no lo puedes meter completo en un túnel del viento, tienes que hacer uno a la mitad o al cuarto, y gracias a los ordenadores eso ya no es así.

P. ¿Hay mucho espacio para mejorar gracias a la comprensión de la turbulencia en áreas como la velocidad o el consumo de combustible?

R. Durante las últimas dos décadas el consumo de los motores se ha mejorado alrededor de un 20%, pero aún hay espacio de mejora, especialmente en términos de la reducción de contaminantes y probando combustibles verdes. Las reacciones químicas que se producen cuando se mezclan los combustibles fósiles con combustibles verdes también son muy complejas y se tratan de entender empleando la computación.

En lo que se refiere a la reducción el ruido también 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 poniéndose cascos solo se reducen 40 decibelios. Experimentalmente es muy difícil entender la fuente del ruido, y eso lo tratamos de hacer con las simulaciones para después intentar reducirlas.

P. ¿Cree que será posible volver a tener aviones supersónicos para vuelos comerciales?

R. El problema más importante en el vuelo supersónico ha sido el ruido. El Concorde, por ejemplo, solo tenía velocidad supersónica sobre el agua. En tierra no se podía por el estruendo. Se están desarrollando técnicas para superar ese problema y algunos de los aviones privados que se están desarrollado ahora se están haciendo con estas ideas.

Sobre el vuelo hipersónico, en los últimos cinco años hemos visto que se ha logrado tener empuje con un estatorreactor. Esto es complicado porque la combustión se produce a velocidades supersónicas. Mantener la llama a esa velocidad es como encender una cerilla en medio de un huracán. Tienes muy poco tiempo para que las reacciones de combustión tengan lugar. En resolver ese problema se ha hecho mucho progreso últimamente y se ha demostrado en vuelo que es posible tener propulsión a esta velocidad. Así, sería 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 oxígeno y el combustible, y eso es mucho peso. Con estos estatorreactores no necesitarías cargar el oxígeno.

Parviz Moin, Director del Centro para la Investigación de la Turbulencia.