La población mundial y la urbanización se han disparado en las últimas décadas. Con ellos llegaron decenas de nuevos edificios altos, drones, sistemas de ventilación más eficientes energéticamente, y taxis aéreos planificados por Uber y otras empresas. Pero estos avances tecnológicos deben enfrentarse a un fenómeno físico natural:el viento.

Los científicos presentaron los últimos hallazgos sobre el modelado y la predicción del flujo de aire urbano, con la esperanza de construir mejores edificios, ciudades y transporte — en la 73ª Reunión Anual de la División de Dinámica de Fluidos de la Sociedad Estadounidense de Física.

Los cielos urbanos del futuro podrían estar repletos de aviones autónomos:taxis aéreos, drones y otros sistemas autónomos. Un equipo de la Universidad Estatal de Oklahoma ha desarrollado técnicas para modelar los peligros ambientales que estos vehículos pueden encontrar para que puedan navegar por las ciudades de manera segura.

"Los entornos urbanos presentan enormes desafíos para los drones y las plataformas de movilidad aérea urbana, "dijo el investigador Jamey Jacob, quien lideró el equipo. "Además de los desafíos de la congestión del tráfico y los obstáculos, existen brechas tecnológicas críticas en el modelado, detector, y acomodarse a los dinámicos campos de viento locales urbanos, así como a la navegación de precisión a través de condiciones climáticas inciertas ".

Los investigadores conectaron sensores a aviones robóticos para tomar medidas más coherentes de las estelas de los edificios, o el flujo de aire perturbado alrededor de los edificios. Combinaron estos datos con predicciones numéricas para obtener una mejor imagen de los complejos patrones de viento que se encuentran en los entornos urbanos.

El trabajo podría ayudar a mejorar la predicción del viento y el tiempo, no solo para aviones no tripulados sino también para aviones convencionales.

"El potencial de equipar todos los drones y taxis aéreos urbanos, así como otros aviones, con sensores brinda una oportunidad de cambio de juego en nuestra capacidad de monitorear, predecir, e informar sobre eventos meteorológicos peligrosos, "dijo Jacob.

Otro grupo, con sede en la Universidad de Surrey también investigó las estelas de edificios. Con miras a mejorar la calidad del aire en las ciudades, buscaron diferencias de estela entre un solo edificio alto y un grupo de edificios altos.

"Comprender cómo modelar la estela de los edificios altos es el primer paso para permitir que los urbanistas reduzcan el efecto de isla de calor y mejoren la calidad del aire urbano, "dijo Joshua Anthony Minien, investigador en ingeniería mecánica.

El equipo llevó a cabo experimentos en un túnel de viento, variando la agrupación, relación de aspecto, y espaciamiento de edificios altos. Se animaron a ver que cuando se mide lo suficientemente lejos corriente abajo, un grupo de edificios y un edificio aislado tienen características de estela similares. Los cambios en la dirección del viento también parecen afectar significativamente las estelas de grupos de edificios.

Todos los edificios alto o no, debe estar ventilado.

"La capacidad de predecir las tasas de flujo de ventilación, los tiempos de purga y los patrones de flujo son importantes para la comodidad y la salud humanas, como lo destaca la necesidad de prevenir la propagación aérea del coronavirus, ", dijo el investigador de la Universidad de Cambridge, Nicholas Wise.

Con el profesor de ingeniería Gary Hunt, Wise encontró un problema en los modelos actuales de sistemas de ventilación natural pasiva. Estos a menudo usan flujo de desplazamiento, donde el aire más frío de la noche ingresa a un edificio a través de una abertura y el aire más cálido acumulado durante el día sale por otra abertura.

Su modelo matemático reveló que el flujo de desplazamiento no continúa durante la purga de aire caliente, como se creía. En lugar de, la habitación experimenta un "flujo de intercambio desequilibrado" que puede ralentizar el proceso de purga.

"Cada flujo de desplazamiento pasa a un flujo de intercambio desequilibrado, "dijo Wise.

Los investigadores se sorprendieron de lo mucho que la adición de una pequeña abertura de bajo nivel acelera el enfriamiento de la habitación, en comparación con una habitación con solo una apertura de alto nivel. Su modelo será útil para los diseñadores de sistemas de ventilación natural.