El secreto está en el aire (y en cómo se mueve)

Con lo mal que está la cosa a una le entran ganas de tratar de resolver alguno de los seis problemas del milenio que quedan aún por resolver, a ver si con el millón de dólares que otorga el Instituto Clay por ello... Claro, que tampoco esto es sencillo. Casi es más fácil hacerse pasar por Perelman y reclamar el millón al que renunció cuando resolvió el de la conjetura de Poincaré, pero me temo que el millón de Perelman ya se ha destinado al Instituto Poincaré de Francia.

En fin...

Entre los mencionados problemas del milenio está el de las ecuaciones de Navier-Stokes, del que hablamos en el capítulo anterior sin mencionarlo. Porque estas ecuaciones que sirven para describir la dinámica de fluidos forman parte de aquellas matemáticas que mencionábamos que, al no saber resolver exactamente las ecuaciones implicadas, hacen imposible tener predicciones climáticas exactas.

Ya en el siglo XVIII, uno de mis matemáticos favoritos (por lo de los puentes de Konisberg y el nacimiento de la Teoría de Grafos), Leonhard Euler formuló las ecuaciones que describen el movimiento de un fluido ideal (sin fricción entre sus moléculas), pero hicieron falta casi 100 años para que Claude-Louis Navier y Gabriel Stokes introdujeran en dichas ecuaciones la fricción y la viscosidad, dando lugar a las ecuaciones de Navier-Stokes. Sin embargo, aún formuladas desde el siglo XIX, a día de hoy, no se saben resolver exactamente. Como he dicho hace unas líneas, hay un millón de dólares para el que avance en el estudio de las mismas.

Pero, en realidad, están en juego mucho más que un millón de dólares, muchos más. ¿Por qué? Pues porque si se llegara a describir con exactitud la dinámica de fluidos sería una revolución no solo a nivel de predicción meteorológica, sino a nivel de aeronáutica y, cómo no, de diseño de coches, entre otros los de Fórmula 1. Y ahí se mueve dinero, créanme.

¿Qué tienen que ver Navier y Stokes con la Fórmula 1? Pues porque para el diseño de los coches utilizado en esta disciplina deportiva, a la hora de mejorar la aerodinámica de los monoplazas, sería absolutamente maravilloso conocer con exactitud cómo afecta al vehículo el efecto del viento. Pero no se puede, por lo que he dicho, porque ahí están las ecuaciones, sin resolver.

¿Cómo lo hacen entonces? Pues, probando prototipos. Hay varias formas de probar estos prototipos, una de ellas, claro está, es hacerlo en circuitos, pero esto presenta algunas desventajas: hay que construir un coche completo a escala natural para probarlo y es prácticamente imposible repetir las condiciones exteriores para los distintos tests.

¿Entonces? Se recurre a las pruebas en túneles de viento y a métodos computacionales (dinámica computacional de fluidos, CFD). La combinación de estos dos experimentos proporciona a los ingenieros una aproximación que ellos utilizan a la hora de diseñar los elementos del coche.

Ahora bien, un túnel de viento es algo excesivamente costoso y no todas las escuderías disponen de los mismos recursos. Y, no sé si exagero, pero el disponer de un buen túnel de estos podría ser más relevante que tener un buen piloto. Lo siento por los fans del asturiano, pero es así.

Es por eso que la propia Asociación de Equipos de Fórmula 1 (FOTA) ha regulado el uso de estos con el fin de homogeneizar los recursos de los equipos y, sobre todo, evitar inversiones desorbitadas en esta competición: concretamente,  los equipos disponen de cuatro días para test aerodinámicos en línea recta, o bien pueden sustituir cada día por cuatro horas en el túnel de viento a escala real, en donde la velocidad máxima a usar es de 70 m/s. Para las demás pruebas en el túnel de viento, estas deben ser en un modelo a máxima escala del 60% y no pueden superar la velocidad de 50 m/s.

Por lo tanto, si se resuelven las ecuaciones de Navier-Stokes se les acaba el chollo a los fabricantes de túneles de viento y los ingenieros de Fórmula 1, de cualquier escudería, dispondrán de datos exactos sobre el efecto del viento en sus bólidos.

Pero no solo la Fórmula 1, también los aviones, los barcos, nuestros coches... El conocimiento exacto de la dinámica de fluidos revolucionaría nuestra forma de viajar, y nuestros rascacielos, por ejemplo. Efectivamente, el no saber cómo será el comportamiento exacto de un fluido como el viento, o si este comportamiento será caótico o no, hace necesaria también la investigación en el ámbito de la arquitectura para prevenir posibles efectos adversos sobre estas construcciones en presencia de fuertes vientos.

Creo que me creerán mejor ahora cuando digo que el avanzar y resolver las ecuaciones de Navier-Stokes supondría mucho más que ese millón de dólares del Instituto Clay.

Déjenme, por último,  que les cuente que un grupo de compatriotas nuestros son parte del grupo de investigación que más ha avanzado últimamente, hasta donde yo sé, en el estudio de las singularidades (comportamientos inesperados) de las ecuaciones de marras y que explicarían, por ejemplo, los tornados o la ruptura de las olas. Quizás habría que explicarle a alguien de los que mandan en este país que invertir en Ciencia podría mejorar la Fórmula 1, a ver si esto les convence para invertir en serio en investigación. Por lo del espíritu olímpico del que hacen gala, digo.

Mientras se resuelven las ecuaciones de Navier-Stokes, pueden distraerse un rato diseñando alas aerodinámicas y simular cómo funcionan en distintas condiciones en esta página de la NASA. O, si quieren y se ven con ganas, hasta pueden construir un túnel de viento en miniatura casero o más fancy, como este señor.

Tómense su tiempo, las ecuaciones no se resolverán pronto. Creo.