La turbulencia es un fenómeno omnipresente y uno de los grandes misterios de la física. Un equipo de investigación de la Universidad de Oldenburg en Alemania ha logrado generar turbulencias de tormenta realistas en el túnel de viento del Centro de Investigación de Energía Eólica (ForWind).

Las fuertes tormentas a menudo parecen dejar una destrucción aleatoria:mientras las tejas del techo de una casa son destruidas, la propiedad vecina no puede sufrir ningún daño. Las causas de estas diferencias son las ráfagas de viento, o como dicen los físicos, turbulencia local. Es el resultado de flujos atmosféricos a gran escala, pero hasta ahora es imposible predecirlo con gran detalle.

Expertos de la Universidad de Oldenburg y la Université de Lyon han allanado el camino para estudiar las turbulencias a pequeña escala:el equipo dirigido por el físico de Oldenburg, Prof. Dr. Joachim Peinke, logró generar flujos turbulentos en un túnel de viento. Los flujos se parecían a los que ocurren en grandes vendavales. El equipo ha encontrado una manera de cortar literalmente un trozo de una tormenta, los investigadores informan en la revista Cartas de revisión física . "Nuestro descubrimiento experimental convierte a nuestro túnel de viento en un modelo para una nueva generación de tales instalaciones en las que, por ejemplo, los efectos de la turbulencia en las turbinas eólicas se pueden investigar de manera realista, "dice Peinke.

El parámetro más importante que caracteriza la turbulencia de un flujo es el llamado número de Reynolds:esta cantidad física describe la relación entre la energía cinética y las fuerzas de fricción en un medio. En lenguaje sencillo, puedes decir:cuanto mayor sea el número de Reynolds, cuanto más turbulento es el flujo. Uno de los mayores misterios de la turbulencia son sus estadísticas:eventos extremos como fuertes, Las ráfagas de viento repentinas ocurren con más frecuencia si miras escalas más pequeñas.

Ecuaciones no resueltas

"Los remolinos turbulentos de un flujo se vuelven más severos en escalas más pequeñas, "explica Peinke, quien encabeza el grupo de investigación Turbulencia, Energía eólica y estocástica. En una fuerte tormenta, es decir, cuando el número de Reynolds es alto, por lo tanto, una mosca se ve afectada por condiciones de flujo mucho más ráfagas que, decir, un avión. Las razones específicas de esto no son bien conocidas:las ecuaciones físicas que describen los fluidos aún no están resueltas cuando se trata de turbulencias. Esta tarea es uno de los famosos problemas matemáticos del milenio, en cuya solución el Clay Mathematics Institute en los Estados Unidos ha puesto un millón de dólares cada uno.

En el gran túnel de viento del Centro de Investigación de Energía Eólica (ForWind), El equipo de Oldenburg ahora ha logrado generar condiciones de viento más turbulentas que nunca. En comparación con experimentos anteriores, los investigadores aumentaron el número de Reynolds cien veces y, por lo tanto, simularon condiciones similares a las que se encuentran en una tormenta real. "Todavía no vemos un límite superior, ", dice Peinke." La turbulencia generada ya está muy cerca de la realidad ".

Experimentos en el túnel de viento

El túnel de viento de Oldenburg tiene una sección de prueba de 30 metros de largo. Cuatro ventiladores pueden generar velocidades de viento de hasta 150 kilómetros por hora, que corresponde a un huracán de categoría 1. Para crear un flujo de aire turbulento, los investigadores utilizan la llamada red activa, que fue desarrollado para los requisitos especiales en el gran túnel de viento de Oldenburg. La estructura, de tres por tres metros de tamaño, se encuentra al comienzo del túnel de viento y consta de casi mil pequeños, alas de aluminio en forma de diamante. Las placas de metal son móviles. Se pueden girar en dos direcciones a través de 80 ejes horizontales y verticales. Esto permite a los investigadores del viento bloquear y reabrir selectivamente pequeñas áreas de la boquilla del túnel de viento durante un breve período de tiempo. haciendo que el aire se arremolinara. "Con la red activa, la más grande de su tipo en el mundo, podemos generar muchos campos de viento turbulentos diferentes en el túnel de viento, "explica Lars Neuhaus, quien también es miembro del equipo y jugó un papel clave en este estudio.

Para los experimentos, el equipo varió el movimiento de la rejilla de una manera caótica similar a las condiciones que ocurren en un flujo de aire turbulento. También cambiaron el poder de los aficionados de forma irregular. Por lo tanto, además de las turbulencias a pequeña escala, el flujo de aire generó un mayor movimiento en la dirección longitudinal del túnel de viento. "Nuestro principal hallazgo es que el flujo del túnel de viento combina estos dos componentes en turbulencia de tormenta realista, "explica el coautor, el Dr. Michael Hölling. El físico también preside el Comité internacional de pruebas de túneles de viento de la Academia Europea de Energía Eólica (EAWE). Esta turbulencia de tormenta surgió de 10 a 20 metros detrás de la red activa.

Remolinos a pequeña escala

"Al ajustar la rejilla y los ventiladores del túnel de viento, hemos generado una turbulencia a gran escala de unos diez a cien metros de tamaño. Al mismo tiempo, una turbulencia a pequeña escala con dimensiones de unos pocos metros y menos apareció espontáneamente. Sin embargo, todavía no sabemos exactamente por qué, "Explica Hölling. Como informan él y sus colegas, este nuevo enfoque permite reducir la turbulencia atmosférica relevante para las turbinas eólicas, aviones o casas de un metro de tamaño en el túnel de viento. Esto permitirá a los investigadores realizar experimentos realistas con modelos miniaturizados en el futuro, en los que las ráfagas extremas ocurren con tanta frecuencia como en las tormentas reales.