I have become comfortably numb

Sopa de vórtices. HD from Guillem Borrell on Vimeo.

Esto es un juguetito, un código de pocas líneas que puede correr en un PC, que de vez en cuando uso para probar chorradas. No es exactamente "lo que hago" pero se le parece remotamente. El dominio es periódico, si os fijáis lo que sale por un lado entra por el contrario. Son 2048x2048 puntos así que ya hablamos de un tamaño decente.

Este es un pequeño modelo que simula lo que le pasa a una matriz de torbellinos en cuanto los sacamos de un orden perfecto. Los puntos rojos son torbellinos que giran en sentido contrahorario y los azules en sentido horario. El sistema se vuelve caótico, impredecible y tiende a disipar la energía (los vórtices cada vez son más grandes y más débiles). El problema que tiene este modelo es que la turbulencia necesita tres dimensiones para desarrollarse de manera completa, por este motivo no lo llamamos turbulencia sino sopa de vórtices.

Y es bonito, aunque sea una frikada. Es como cuando agitas el café con una cucharilla y la quitas de repente.

Hoy no me voy mucho antes que el viernes pasado. Son las nueve y pico y acabo de salir de una reunión para preparar el congreso de la American Physical Society. Pero a diferencia del viernes anterior, en el que nada funcionaba del todo, esta vez sí ha sucedido algo interesante.

Esta gráfica no os dirá absolutamente nada, pero desde que empecé la tesis doctoral hace dos años y pico es la primera vez que llego a una conclusión realmente prometedora.

Antes de seguir prefiero contaros una versión corta de la historia entera.

Mi tesis doctoral es equivalente a crear una montaña y luego picar en ella con la esperanza de encontrar algo distinto a piedra. Consigues la montaña después de programar, probar y correr una simulación capaz de reproducir un fenómeno físico. En mi caso una capa límite turbulenta. Creo que no hace falta que os diga que este primer paso conlleva dos años de presión, estrés, disgustos, falta de sueño y dolores de cabeza varios.

Este proceso me ha permitido asimilar conocimientos realmente valiosos. Si lo mismo (y realmente es un mismo muy mismo) lo hiciera para un banco estaría metiéndome en el bolsillo entre diez y cien veces lo que cobro ahora —lo sé, soy tonto, debería haber ya aceptado esas ofertas, pero qué sería del mundo sin tontos como yo—. Pero todo esto no garantiza absolutamente nada porque estás a merced de los datos que has generado, de la montaña.

Y te pones a picar piedra con la esperanza que encontrarás algo interesante. Algo, no ya que permita llegar a una conclusión, sino algo que prometa hacer encajar todo de manera sencilla. Porque todos los científicos sabemos que las cosas demasiado difíciles no suceden, porque son difíciles.

Esta gráfica no os dirá absolutamente nada. Esta gráfica no será importante para vosotros, pero es importante para mi.

Seguimos con el programa de PR para dar a conocer al mundo que nosotros la tenemos más grande

La capa límite.

Aunque trabajo en el laboratorio de Mecánica de Fluidos Computacional, lo que hacemos y la manera en lo que lo hacemos dista mucho de los códigos comerciales de CFD que un ingeniero aeronáutico está acostumbrado a ver.

Últimamente el laboratorio se ha mostrado más abierto a colaborar con empresas y a participar en proyectos de CFD industrial (que es como nosotros denominamos al uso de programas generalistas de CFD), entre ellos el diseño de un bañador con una textura de reducción de la resistencia de fricción.

La primera consecuencia es que me he encontrado con un problema distinto del que históricamente hemos tenido en el laboratorio: mallar. No es que no tengamos experiencia como grupo sino que yo no había mallado nada complicado en mi vida.

Hay otro problema añadido, el control que nosotros deseamos sobre la malla es mucho mayor que los que te ofrecen algunos malladores comerciales. Queremos mallar mediante mallas estructuradas todas las zonas donde sea posible y queremos poder cambiar la mayor cantidad de características posibles sólo con variar un parámetro. Esto no es exactamente lo que demanda la industria, simplemente es que nosotros somos así de raritos.

Ha resultado que uno de los pocos programas que reúne todas estas características es GMSH, una aplicación libre y gratuita diseñada por Christophe Geuzaine y Jean-François Remacle de U. Liège.

La pinta de una malla no estructurada para un perfil de envergadura finita (corta) es tal que esta:

Por supuesto, lo de generar una malla no es algo que esté exento de problemas, incluso cuando se ha definido la geometría correctamente. Un inconveniente que he encontrado es que he aproximado un perfil NACA 0012 mediante dos splines, una curva cúbica. Cuando se malla la superficie del final del perfil se llega a un caparazón definido por dos contornos cúbicos y uno cuadrático. El mallador no es capaz de generar la superficie correctamente dejando un pequeño salto antes de llegar a la superficie, como un pequeño escalón. Esto puede provocar el desprendimiento de la corriente, pero prefiero correr algo para ver hasta qué punto llega su efecto.

Seguro que hay alguna manera de resolver este problema con GMSH, y se me ocurre una mediante una extrusión, pero es algo que creo que debería hacer correctamente.

Si alguien desea más control sobre las mallas que genera sobre superficies definidas explícita o implícitamente siempre puede probar la librería de geometría computacional CGAL, una de las mayores demostraciones de uso de C++ como lenguaje de programación. Por desgracia el CFD industrial tiene un gran inconveniente: los plazos.

Este fin de semana me quedé con las ganas de ir a Holanda a visitar mi lector más fiel (un abrazo Mark) porque un volcán entró en erupción. Este Jueves participo en una mesa redonda en la UPV a la que me ha invitado otro asiduo de este blog (otro abrazo para Sergio). Siempre que no me lo impida una falla que parta en dos la provincia de Cuenca o algo parecido.

El título de la charla es DNS para el diseño de vehículos. DNS significa Direct Numerical Simulation, aunque los que no han hecho DNS en su vida lo llaman Direct Navier Stokes. El problema es que el DNS es a la Ingeniería Aeronáutica lo que el LHC es a la electrónica. Se trata de investigación sobre fluidos turbulentos y el resultado que se obtenga difícilmente será directamente aplicable al diseño de vehículos. Aquí quiero enfatizar lo de directamente aplicable.

La gran diferencia entre la Ingeniería y la Física es que en el primer caso hay un deadline. Esta es una limitación esencial debida motivos tan diversos como la rentabilidad, la productividad, la incapacidad de obtener resultados mejores... Y es una diferencia esencial porque impone en gran medida el tipo de herramientas que se pueden utilizar en cada una de las disciplinas. Un físico jamás hará algo por prueba y error y os sorprenderíais lo habitual que es hacerlo en Ingeniería.

Una vez me dijeron que para la Ingeniería, la Física es el horizonte. Y todos caminamos hacia el horizonte. Pero si tomamos la definición de horizonte que nos da la RAE, se trata de una línea imaginaria que se aleja a medida que nos acercamos y a la que nunca podemos llegar. Desde un punto de vista matemático se trata de una asíntota.

Es algo de lo que uno debería ser más consciente cuando sale de una escuela de ingenieros. La distancia entre tus resultados y el horizonte es lo que no sabes. Es una incógnita. Y cualquier ingeniero tiene un terror completamente fundado ante lo que no puede controlar. Un riesgo puede hundirle. Es la minimización de riesos que hace que todos los coches y aviones sean iguales.

Hay otra diferencia fundamental: las grandes empresas de ingeniería no diseñan herramientas. Están demasiado ocupados haciendo que los aviones vuelen y los coches avancen. Necesitan que alguien, ya sea un contratista, una universidad, un programa de defensa, la F1, lo que sea; avancen y les proporcionen nuevas ideas. Los presupuestos y los entregables están demasiado apretados como para ponerse a pensar en fabulosas ideas para el futuro. Hace tiempo oí sobre Airbus que se trata ya de una compañía como las demás: la ciencia se subcontrata y a quien la hace se le aprieta como a cuaquier proveedor.

El DNS está en el horizonte, pero de vez en cuando se aprende algo que sí es directamente aplicable. Un Black Swan. Está demostrado que el ritmo al que estas ideas se aplican a los proyectos de ingeniería aumenta a medida que avanzamos más rápido hacia el horizonte. Si los vehículos cambian algún día será por alguno de estos avances. Si nos cepillamos este tipo de investigación el margen de mejora está acotado.

Cuán rápido corremos hacia el horizonte. Deprisa, sin duda. Pero no mucho. Los mayores avances de la historia de la Ingeniería se produjeron durante periodos de guerra o tensión bélica. Nunca se avanzó tanto como durante la guerra fría. Porque el terror al enemigo era aún mayor al de un proyecto faillido. El dinero fluía sin límite porque ser más rápido, volar más lejos o transportar más peso significaba ganar una guerra o decantar la guerra fría. Estos tiempos ya han pasado.

Mi pregunta es. ¿Seguiremos frenando en nuestro avance hacia el horizonte?