Nutrition Chile , Valparaíso, Thursday, October 14 of 2010, 18:47

Proyecto para la predicción de niveles de contaminación

La Universidad Técnica Federico Santa María desarrolla un modelo computacional para entender el comportamiento de flujos turbulentos

USM/DICYT Predecir de mejor manera una preemergencia ambiental y contribuir a procesos de combustión menos contaminantes. Estos beneficios podrían surgir de una investigación llevada a cabo por Carlos Rosales, académico del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Técnica Federico Santa María, quien trabaja hace más de un año en un proyecto Fondecyt.

 

Rosales es especialista en mecánica de fluidos, básicamente en el área de flujos turbulentos. El profesor USM aclara que “turbulencia es sinónimo de movimiento caótico e impredecible, y cualquier fluido se comporta en la mayoría de las situaciones y a todo nivel de escalas de ese modo. La turbulencia tiene importancia en astrofísica, meteorología, en geofísica, y por supuesto en ingeniería. Por ejemplo toda la circulación de la atmósfera de la tierra está gobernada por fenómenos turbulentos”.

 

“Este fenómeno no es aún bien entendido y no existe claridad absoluta en el tema. Hoy no es posible predecir con exactitud cuando un flujo ordenado se torna caótico y turbulento. La investigación se relaciona con esto, y busca contribuir a la teoría estadística de flujos turbulentos”, agrega.

 

Para elaborar una estandarización del comportamiento del fluido, el académico USM sintetizará en computador réplicas de campos de flujo turbulentos reales. “Esto se puede hacer con líquidos o gases. La turbulencia es distinta dependiendo de algunas propiedades del fluido y las condiciones del flujo, entre otras variables. Este es un tema que interesa a los físicos, a los matemáticos aplicados y a las ingenierías mecánica y química”.

 

El nivel de resolución para resolver este tipo de turbulencia necesita de supercomputadores, incluso con los experimentos más simples. Carlos Rosales explica que “en flujos turbulentos se involucran muchas escalas espaciales distintas. Hemos realizado estudios para reducir las necesidades para replicar la estadística turbulenta, para que sea computable y que no se necesite tanto recurso informático. Ya hemos logrado los primeros avances en el tema”.

 

El profesor de la Universidad Técnica Federico Santa María afirma que “en un campo turbulento se pueden transportar, por ejemplo, especies contaminantes, los cuales técnicamente se denominan escalares pasivos. Este tema es importantísimo, ya que los modelos predictivos que existen para la dispersión de contaminantes son muy poco precisos. La turbulencia no tiene la estadística que suponen los modelos normales, y por ejemplo los episodios en que tenemos preemergencia ambiental pueden ocurrir con mucha más frecuencia de lo que predicen los modelos actuales”.

 

“De esta manera, las grandes desviaciones con respecto a la media son más frecuentes y de mayor intensidad de lo que predicen los modelos que se utilizan hoy en día. Nosotros estamos estudiando la física fundamental del fenómeno, y eso se podría aplicar al tema de la contaminación. En este plano no existe todavía ningún modelo predictivo bueno, e incluso se sabe científicamente que los modelos que se están usando para dispersión de contaminantes se basan en distribuciones estadísticas que no tiene que ver mucho con la realidad. La investigación en turbulencia es un primer paso para mejorar esa situación”, enfatiza.

 

La otra aplicación importante que tendría el proyecto del profesor Rosales se relaciona con reacciones químicas y combustión. “Para realizar una combustión y tener reacciones químicas completas, uno necesita mezclar íntimamente los reactantes a nivel molecular. Dicho proceso se produce a partir de un mezclado turbulento, que hace que los reactantes lleguen a estar en contacto estrecho y ocurra el fenómeno”.

 

“La calidad de la combustión en motores, turbinas y lo que ocurre en los reactores de procesos químicos tiene que ver con la forma en la cual uno logre mezclar turbulentamente los reactantes en el proceso”, explica.

 

El académico USM aclara que “una combustión eficiente es un requisito en todos los motores de combustión interna, ya sea el de un auto o el de un gran camión minero, así como en turbinas de gas y quemadores industriales. Tal eficiencia se ve afectada por la intermitencia extrema de las fluctuaciones turbulentas de concentraciones y temperaturas que ocurren. El poder entender mejor la naturaleza de dicha turbulencia escalar nos permitirá diseñar mejores máquinas y equipos”.