Danilo Aballay y Vicente Iligaray dictaron charlas en la vigésimo tercera edición de la IACM Computational Fluids Conference, realizada hace algunos días en Santiago. El evento, que por primera vez se efectuó en América Latina, reunió a expertos internacionales que estudian problemas que abarcan áreas tan diversas como la aerodinámica, la minería y la generación de energía.
El Hotel Intercontinental de Santiago fue, recientemente, el escenario de la vigésimo tercera edición de la IACM Computational Fluids Conference, uno de los eventos más importantes del mundo en el campo de la mecánica de fluidos computacional. El congreso, que se realizó por primera vez en América Latina, abarcó temas como flujos laminares y turbulentos, fluidos compresibles e incompresibles, interfaces en movimiento y problemas acoplados, además de sus aplicaciones en problemas propios de áreas tan diversas como la aerodinámica, la generación de energía, la minería, la industria alimentaria, la ventilación y la refrigeración.
Por ese motivo, las diferentes versiones de la conferencia -organizada por la Sociedad Chilena de Mecánica Computacional (SCMC) y la Asociación Internacional por la Mecánica Computacional (IACM)- se han convertido en instancias propicias para que académicos e investigadores interactúen con pares que trabajan en distintos aspectos de esta área, incluyendo diversas técnicas numéricas, aspectos matemáticos de las formulaciones y simulaciones. A esto se suman, técnicas emergentes que surgen de tecnologías como la inteligencia artificial. Entre quienes aprovecharon esta oportunidad para entablar nexos con otros expertos del área, estuvieron dos estudiantes del Instituto de Ingeniería Matemática y Computacional (IMC UC): Danilo Aballay y Vicente Iligaray.
Durante el mini simposio “Métodos de elementos finitos en mecánica de fluidos”, organizado por Federico Fuentes y Manuel Sánchez -ambos académicos del IMC-, Vicente Iligaray dictó la charla “Computing Energy Stability Limits in Ducts of Arbitrary Cross-Section”, mientras que Danilo Aballay realizó la presentación titulada “Energy Stability of Pressure-Driven Flows Between Concentric Cylinders”. En ambas sesiones, presentaron distintos aspectos de la investigación que desarrollan actualmente junto a Federico Fuentes.
Vicente Iligaray y Danilo Aballay.
“Fue una instancia muy interesante. Nunca había participado o hecho una presentación en una conferencia de este tipo. De hecho, había personas que han escrito varios de los libros con los que nosotros estudiamos, por lo que pudimos hablar con ellos”, cuenta Vicente Iligaray, estudiante de Ingeniería Matemática. Tanto su presentación como la de Danilo Aballay, alumno de Ingeniería Matemática y del Magíster en Ingeniería Matemática y Computacional, se enmarcan en el área de estabilidad global de fluidos. Mientras Vicente se enfocó en los métodos numéricos y los resultados que han obtenido, Danilo se centró en una geometría particular que han analizado y en la verificación computacional de una conjetura propuesta por Joseph y Carmi en 1969 y que llevaba sin ser resuelta desde entonces.
Vicente explica que su charla se centró en el estudio de un flujo que viaja a través de un tubo que puede tener distintas geometrías, ya sea cuadrada, rectangular, circular. Un ejemplo de una estructura de este tipo sería una cañería o un ducto de ventilación. “Nos enfocamos en la geometría de tubos largos. Cuando uno tiene uno de estos tubos, es posible que exista un flujo que se forma por gradientes de presión”, comenta el estudiante. “Ese sistema se puede alterar, ya sea porque la cañería o la caja de ventilación recibe un golpe, porque se produjo un sismo o hay una imperfección en la tubería, lo que introduce perturbaciones en el sistema. Nosotros queremos saber si esas alteraciones eventualmente desaparecerían, por lo que el flujo se mantendría ordenado, o si pueden ir desarrollándose hasta que el flujo se desordena completamente, generando un flujo turbulento”, agrega.
El alumno precisa que a través del trabajo que realiza junto a Danilo y el profesor Fuentes lo que se hace es “obtener ciertas cotas en las que uno puede asegurar que, independientemente de cómo se perturbe el sistema, eventualmente va a converger en un flujo ordenado, o laminar”. Vicente añade que lo primero que hicieron fue validar su método: “Lo que estamos haciendo no es obtener números matemáticamente analíticos, sino que desarrollar un método que nos entrega estos números de manera computacional. Entonces, lo que hicimos primero fue estudiar geometrías que ya se han estudiado en años anteriores, como es el círculo, la elipse y ductos cuadrados o rectangulares. Obtuvimos gran similitud respecto de los resultados obtenidos previamente, con lo que conseguimos verificar que nuestro método es correcto. Luego, lo extendimos para aplicarlo a geometrías que no se han estudiado nunca, por ejemplo, a un tubo que tenga forma triangular”.
Danilo agrega que, en términos de aplicaciones de ingeniería, también revisaron otras formas como los ductos cuadrados donde sólo sus esquinas son curvas (rounded squares). “Revisamos esa geometría y también el caso del ánulo, que es donde se da la conjetura de Joseph y Carmi y que nosotros pudimos comprobar computacionalmente”, indica. En cuanto a las aplicaciones de este trabajo conjunto, ambos estudiantes señalan que la gama es amplia: “Un ejemplo es la impresión 3D, donde existe la necesidad de que un flujo pase para dar forma a un objeto”, comenta Danilo.
Vicente añade que otro escenario posible se da en las casas que hoy se elaboran con impresoras 3D de gran tamaño, donde el material va cayendo por una cañería tubular que puede tener distintas geometrías. “El ingeniero que diseña ese aparato quiere que el material salga lo más rápido posible y al mismo tiempo, apunta a que el flujo sea estable, porque si va demasiado rápido o alguien golpea el tubo puede haber un derrame. Entonces, nuestro método lo podría ayudar a decidir qué tan grande puede ser esa tubería o qué tan rápido puede ir empujando el material para que no haya ningún problema”, señala el estudiante.
En general, precisa el estudiante, cuando un ingeniero quiera diseñar un sistema en el que hay un canal y quiere asegurarse que cualquier perturbación va a decaer podría usar el método diseñado por ambos estudiantes y el profesor Fuentes para obtener “cotas que le dicen qué tan rápido puede hacer que vaya el fluido, o cómo puede modificar los parámetros de una geometría para asegurarse de que cualquier flujo que vaya por ahí va a ser ordenado”.
Danilo Aballay indica que, mirando al futuro, lo que buscan lograr es obtener mejores resultados y también extender el estudio a flujos con campo electromagnético, lo cual corresponde a magnetohidrodinámica, campo que abarca el estudio de fluidos eléctricamente conductores como los plasmas, los metales líquidos y el agua salada. “Es un área más compleja que nos gustaría estudiar y ya estamos viendo algunos estudios teóricos de las estructuras matemáticas que aparecen cuando uno resuelve este tipo de problemas”, comenta.