Para llevar a cabo sus experimentos, los científicos montaron en el laboratorio tanques con agua y generaron las olas con motores. Para medir el desplazamiento del fluido usaron proyectores de alta definición y cámaras rápidas. Foto: Gentileza Laboratorio de Flujos Geofísicos.

Laboratorio de Flujos Geofísicos

Aguas turbulentas

Pablo Dmitruk, Pablo Cobelli y Pablo Minnini desarrollan una línea experimental para estudiar problemas de flujos atmosféricos y oceánicos. Con tanques de agua en los que simulan olas, pueden estudiar la generación de olas gigantes o los precursores, una pequeña onda que llega antes que la onda principal y podría usarse para anticipar la llegada de tsunamis.

21 May 2013 POR Patricia Olivella

Generamos turbulencia cuando revolvemos el café en un pocillo. La encontramos en la atmósfera, cuando viajamos en avión y los sacudones ponen nervioso a más de un aerofóbico. Hay también turbulencia en los océanos, en la magnetosfera terrestre, y en el medio interplanetario. Aunque las condiciones físicas en cada uno de estos casos son muy diferentes entre sí, todos estos medios comparten algunas propiedades a la hora de estudiar sus movimientos.

Desde hace ya muchos años, en el Departamento de Física, los integrantes del Grupo de Flujos Astrofísicos estudian –de forma teórica o con modelos numéricos– problemas de fluidos y de plasmas (gases ionizados). Los integrantes del grupo, Daniel Gómez, Sergio Dasso, Cesar Bertucci, Pablo Dmitruk, Pablo Cobelli y Pablo Mininni, siempre se han interesado por aplicar su investigación a problemas de astrofísica y física espacial -tales como el viento solar o la física solar-, o a problemas de geofísica, como flujos en la atmósfera y en los océanos. Pero recientemente, los tres Pablos -Dmitruk, Cobelli y Minnini-, comenzaron a desarrollar una nueva línea experimental, dando origen al Laboratorio de Flujos Geofísicos, con el objetivo de considerar problemas de flujos atmosféricos y oceánicos, pero desde el punto de vista experimental.

El regreso de Pablo Cobelli al país le dio impulso al empeño de los investigadores por montar el laboratorio experimental. Cobelli es un investigador repatriado en el 2011. Hizo un doctorado y un posdoctorado en Francia y tiene experiencia en laboratorios de fluidos. “Su regreso fue muy importante para poder iniciar el proyecto”, afirma Minnini. El laboratorio recién esta empezando, pero hay muchas aplicaciones que los investigadores tienen en mente para el futuro, muchas de las cuales les permitirán interactuar con otros investigadores de la Facultad, especialmente en ciencias de la atmósfera y en oceanografía.

Uno de los temas, tal vez más atractivos por su posible aplicación en una cuestión de interés público, es el de los precursores. Se trata de una pequeña onda que llega antes que llegue la onda principal a un lugar y que podría usarse para detectar precursores de tsunamis.

Otro problema con aplicaciones es el de la generación de olas gigantes. “En el estado desordenado de las ondas en el océano, cada tanto se genera espontáneamente una onda muy grande, que puede tener más de 20 metros de altura, y que puede poner en riesgo a barcos que estén cerca. Este es un fenómeno usual en flujos turbulentos, y que estamos estudiando”, comenta Minnini. Hay también otras aplicaciones que los investigadores piensan estudiar más adelante. “Me interesa la generación de energía eléctrica a partir de la energía almacenada en el oleaje, es decir, en el estado agitado de la superficie del océano y también en las mareas”, acota Cobelli.

Pablo Dmitruk, Pablo Cobelli y Pablo Minnini frente a la cuba en su laboratorio.

Junto con los investigadores formados hay becarios doctorales y estudiantes de grado, trabajando tanto en las líneas tradicionales del grupo como en esta nueva línea experimental. Por ejemplo, Juan Ignacio Gossn y Stephanie Müller estudian la interacción entre remolinos de gran escala y la topografía submarina en sistemas que simulan la rotación terrestre. Matías Cveczilberg trabaja en ondas atrapadas, tema vinculado a la recuperación de energía de las olas. Stella Maris Sánchez estudia un tipo particular de inestabilidad hidrodinámica de interés en astrofísica. Pablo Terrén Alonso trabaja en un sistema modelo de laboratorio que simula la turbulencia que se genera cuando las olas oceánicas interactúan entre sí.

Para llevar a cabo estos experimentos, los científicos montaron en el laboratorio tanques con agua y generaron las olas con motores. Para medir el desplazamiento del fluido usaron proyectores de alta definición y cámaras rápidas. Midieron también el movimiento de pequeñas partículas que se agregan al líquido y se iluminan con un láser. “En este momento tenemos montada una experiencia para medir ondas en la superficie de un líquido. Tenemos un tanque de agua de 2 metros x 0.80 metros donde generamos olas con dos motores. La deformación de la superficie del agua se mide con una cámara rápida, y nos permite estudiar turbulencia (el estado desordenado de las ondas en la superficie del océano), o la generación de grandes olas”, cuenta Minnini. “El siguiente experimento (que ya estamos empezando a montar) es una mesa rotante, para poder estudiar flujos en rotación, considerando que la dinámica de la atmósfera y de los océanos en las escalas más grandes esta fuertemente influenciada por la rotación de la Tierra.

Las mediciones se contrastan con simulaciones numéricas. “En el grupo tenemos dos clusters (con 96 procesadores cada uno) y varios códigos numéricos para estudiar la dinámica de fluidos”, explica el investigador. El uso de supercomputadoras permitió explorar flujos turbulentos en diversos regímenes y con resoluciones espaciales nunca antes exploradas. “La combinación de simulaciones, teoría y experimentos nos permite mejorar nuestro entendimiento de un fenómeno muy presente en la naturaleza”, cierra Minnini.