Este blog cumple hoy 3 años. En todo este tiempo, hemos acumulado ya (datos recogidos el día 5) 1 261 entradas publicadas, 6 929 comentarios, 520 411 visitas totales y 768 839 páginas cargadas. Se notó un gran crecimiento de 2008 a 2009 y en este 2010 se han mantenido los números.
Pero lo que más llena es ver que los suscriptores al feed no han parado de aumentar en todo este tiempo, con una media en el último mes de 1 030 suscriptores.
Gracias a todos vosotros por estar al otro lado. Gracias a los que aportáis ese feedback tan valioso y gracias a los que simplemente os conformáis con mirar. Y ya sabéis…
Podemos hacerlo mejor, pero no os prometemos nada.
Elegir un hogar no es fácil cuando eres fitoplancton. Todo depende de su ubicación, pero no existe el lugar perfecto. La luz del sol es necesaria para realizar la fotosíntesis, por lo que vivir en la superficie podría parecer lo más deseable. Sin embargo, los nutrientes son más abundantes en aguas frías, procedentes de capas más profundas de la columna de agua (entre otras cosas, arriba, todo el mundo se los come enseguida). Estos dos factores se equilibran en un punto óptimo llamado DCM (deep clorophyll maximun): la profundidad a la que se encuentra más clorofila, el punto donde la mayoría del fitoplancton prefiere vivir.
Hace algunas semanas os comenté que la roseta llevaba un CTD que le servía para conocer la salinidad, temperatura y presión a distintas profundidades, pero se me olvidó mencionar el fluorímetro que también lleva incorporado. Este aparato sirve para medir, precisamente, la cantidad de clorofila presente en distintos puntos de la columna de agua. Para ello emite un pulso de luz azul que hace que la clorofila emita fluorescencia de una longitud de onda determinada (en el espectro del rojo). De este modo se puede medir la actividad biológica fotosintética: podemos saber cuántas microalgas y cianobacterias hay ahí, por pequeñas que sean.
(Esta anotación se publica simultáneamente en Amazings.es)
En cierto sentido, los oceanógrafos son como los macroeconomistas. También ellos estudian intercambios a gran escala que, por eso mismo, no se pueden cuantificar de forma independiente (la suma tendría infinitos factores). También ellos utilizan balances y estimas para acercarse a una red de relaciones compleja en la que intervienen infinidad de variables, muchas de las cuales se desconocen y otras tantas que ni siquiera creemos ignorar.
Existen, no obstante, dos diferencias fundamentales entre ambos colectivos: (1) al contrario que los expertos en capitalismo, ningún oceanógrafo en su sano juicio piensa que los recursos de carbono y oxígeno de su contabilidad puedan crecer indefinidamente; (2) hasta la fecha, las predicciones de los oceanógrafos no han causado ninguna crisis a nivel mundial debida a la burbuja del fitoplancton (crucemos los dedos).
De hecho, el material de construcción de los océanos (la base de toda su economía), no es el ladrillo, pero hasta hace poco se creía que sí provenía de una sola fuente: la capa fotosintética del océano. Esto es: la capa superior de la columna de agua, de unos 200 metros de profundidad y la única a la que llega la energía solar. Esta es necesaria para que el fitoplancton y las algas puedan asimilar el CO2 disuelto en el agua (proveniente en gran parte de la atmósfera) y generar oxígeno y materia orgánica (de hecho, son las responsables de casi dos terceras partes de toda la actividad fotosintética del planeta). Es lo que se conoce como producción primaria del océano.
Toda esta materia orgánica es consumida por distintos organismos dando lugar al proceso inverso: la respiración. Si antes decíamos que la producción consiste en sumar agua, más CO2 y energía para obtener carbohidratos y liberar oxígeno, la respiración permite volver a oxidar esos carbohidratos y recuperar parcialmente la energía invertida anteriormente, liberando CO2. Parte de este CO2 regresa, a su vez, a la atmósfera aunque por el momento los océanos están funcionando como sumideros de CO2 (es decir, por el momento el flujo de CO2 de la atmósfera al océano es mayor en este sentido que en el contrario, pero el cambio global podría invertir la situación). Por otro lado, una porción del carbono se sedimenta en el fondo marino. Gracias a ello hoy contamos con depósitos de petróleo y gas que tardaron millones de años en producirse.
Antes mencionábamos que, al contrario que los economistas, los oceanógrafos trabajan con presupuestos acotados (budgets en inglés). Como es evidente, no pueden saber cuántas algas comen al día todos los cangrejos del mundo. Ni cuántos cangrejos son digeridos por cada pez de cada especie. En cambio, hay huellas que son más fáciles de rastrear, documentos y facturas que testimonian los intercambios que allí han tenido lugar. Así, podemos medir la cantidad de oxígeno o de CO2 disuelto en el agua, averiguar cómo reaccionan estos valores en distintas circunstancias (con más o menos luz o temperatura, por ejemplo) e intentar aplicar estos datos a un ecosistema tan vasto y complejo como es el océano. Con ello se pretende deducir cuántos bichos hay ahí abajo, de qué se están alimentando y quién tiene que pagar la cuenta al final de la cena (no sabemos si el océano podrá seguir absorbiendo CO2 de la atmósfera indefinidamente).
Evidentemente, se trata de contabilidades complejas en las que entran en juego demasiadas variables (y algunas más que ni imaginamos). El gran problema es que, en el océano profundo, los errores de nuestras cuentas son del orden del 300%, como poco y tirando a optimistas (según otras estimas podrían rondar el 700%). Según los datos que se tienen sobre el consumo de oxígeno (la respiración), allí abajo debería haber una cantidad de materia orgánica bastante superior a la estimada: si hay mucho gasto, tiene que haber alguien comprando cosas. Pero, según los libros de texto, toda la producción primaria proviene de la capa superior del océano y esta no es suficiente ni de lejos para mantener la respiración que hemos contabilizado. Una de dos: o no sabemos contar o… los libros de texto están mal y nos encontramos ante una economía sumergida comparable a la industria de la Coca Cola (el 80 % de la respiración tiene lugar por debajo de los 800 m y el 10 %, por debajo de 4500 m).
Es decir: es posible (como advierte Carlos Duarte, su hipótesis es poco ortodoxa) que en el océano profundo, en ausencia de luz, se esté produciendo materia orgánica a partir de CO2 gracias a la quimiosíntesis efectuada por arqueas y bacterias cuyo repertorio metabólico desconocemos. Precisamente por eso, uno de los objetivos de esta expedición es explorar la biodiversidad y el funcionamiento de esta zona oscura del océano y hacer un inventario genómico de todo lo que se vaya encontrando. Las consecuencias de descubrir novedades en esta materia podrían ser impredecibles para el sector energético entre otros.
Carta de su Majestad el Rey Neptuno al Hespérides.
Un año más estoy enojado por la osadía de algunos neófitos que intentan cruzar el Ecuador de mis mares sin ser bautizados, sin pagar tributo y sin rendir pleitesía.
Debería descargar sobre ellos toda mi furia, pero en lugar de ello voy a dar muestra de mi benevolencia y por eso anuncio que el próximo sábado día 1 a las 11 de la mañana, tomaré el mando de mi querido Hespérides, con el beneplácito de mi viejo amigo el Comandante, para que todos aquellos neófitos que voluntariamente pasen unas pruebas puedan ser bautizados y así poder proseguir la travesía y aplacar mi terrible ira y obtener mi gracia, todo ello acompañador por mis ninfas, verdugos y negros, y de ricos sabrosos manjares.
La mecánica de fluidos es uno de los ámbitos más complejos que se pueden encontrar en ingeniería. Muchos de los fenómenos que ocurren en el vuelo de un avión son tan tremendamente complejos y dependen de tantas variables que todavía no se comprenden con exactitud. Por consiguiente, realizar una simplificación en aras de construir una explicación asequible para el profano en la materia, es una tarea difícil. De ahí que circulen por la red (e incluso en algunos libros sobre aerodinámica) tantas explicaciones erróneas de por qué vuela un avión.
El pasado 16 de diciembre, se publicó un artículo al respecto titulado Así vuela un avión en el excelente blog La pizarra de Yuri. Dicho artículo se dedica a desmontar una a una estas explicaciones erróneas para luego desarrollar la correcta. Aunque la explicación es magnífica y tremendamente divulgativa, considero que todavía quedan unos flecos pendientes que convendría matizar. En la presente entrada, mi pretensión es, precisamente, la que reza el título: puntualizar algunos aspectos de aquel artículo (confío en que sirva para convencer a algún aerotrastornado que no quedó muy satisfecho). Para ello, voy a apoyarme en la misma referencia que se utiliza en La pizarra de Yuri [1]. Además, si estás leyendo esto, es porque ha pasado la revisión de un amigo mío ingeniero aeronáutico que trabaja en el departamento de aerodinámica de una de las empresas de motores más importantes del mundo.
¿Por qué vuela un avión?
La madre del cordero, es decir, la razón última por la que un avión vuela es el hecho de que el aire es un fluido real y, como tal, presenta cierta viscosidad. La viscosidad es, para que nos entendamos, la fricción que se produce entre las partículas de un fluido. La consecuencia principal de dicha propiedad es que existe una comunicación entre las partículas: si una de ellas se mueve, golpea a las adyacentes, que a su vez golpean a las adyacentes, que a su vez… Esto vuelve al fluido pegajoso (tanto más cuanto más alta es la viscosidad) y hace que se dé el fenómeno físico denominado efecto Coanda.
¿Quién no ha desviado alguna vez el chorro del grifo acercando un dedo? Como puede verse en la imagen que acompaña a este texto*, una corriente de fluido tiende a pegarse a una superficie sólida cuando discurre cerca de ella. Pues bien, esto es exactamente lo que ocurre con el aire que pasa cerca de un ala de avión: se crea una circulación de aire alrededor de la misma.
La viscosidad inherente del fluido permite que alrededor de un ala se forme una capa de aire de un determinado espesor (que puede ser de unos centímetros en el ala de un avión) denominada capa límite. En esta capa, la velocidad relativa del aire con respecto del ala varía desde cero —sobre la superficie del sólido (por eso la capa de polvo que ensucia nuestro coche no se va circulando con él)— hasta el 100 % de la velocidad del aire no perturbado conforme nos vamos alejando.
Variación de la velocidad en la capa límite
Las fuerzas presentes debidas a la viscosidad entre las capas de aire con distintas velocidades obligan a estas a seguir el perfil alar y a formar la capa límite. De hecho, cuando el ángulo de ataque supera un cierto límite, estas fuerzas no son suficientes como para que las capas de aire sigan pegadas a la parte superior del ala. Entonces se produce el fenómeno denominado desprendimiento de la capa límite, y la sustentación se pierde [2]. El avión cae.
Perfil en pérdida
No existe sustentación sin viscosidad
Así pues, es cierto que el principio de Bernoulli se cumple. También es cierto que un avión vuela porque desvía una gran cantidad de aire hacia abajo. Pero la razón última de que el aire sea desviado es su viscosidad. No existe sustentación en un fluido ideal no viscoso. De hecho, existen experimentos con helio que lo demuestran. Concretamente, el helio-4 es un isótopo que presenta un punto crítico a 2.81 K, de modo que a temperaturas inferiores se comporta como si estuviera formado por dos fluidos diferentes: uno viscoso (helio normal) y otro con viscosidad nula (helio superfluido). Mediante un tapón poroso y a una velocidad inferior a un valor crítico, es posible retener el helio normal y separarlo así del superfluido. Con este helio superfluido no viscoso se ha comprobado que un perfil no genera sustentación [3].
Es cierto que los cálculos de la sustentación suelen hacerse empleando formulaciones que toman la simplificación del fluido ideal (viscosidad nula), pero la viscosidad vuelve a reintroducirse en la ecuación de manera implícita al establecer la llamada condición de Kutta, que fija el punto de salida del aire justo en el borde de salida del perfil. Y esto, a su vez, impone que el aire tenga que circular alrededor del ala.
Resumiendo, el ala de un avión sufre una fuerza de sustentación que puede entenderse desde dos perspectivas: 1) la existencia de una diferencia de presiones entre la parte superior y la inferior y 2) el hecho de que una gran cantidad de aire es desviada hacia abajo. Ahora bien, esta diferencia de presiones y el hecho de que el aire se desvíe hacia abajo solo se puede mantener si existe una circulación: si el aire se acomoda para seguir la forma del ala y alcanzar el borde de salida. Y esto es consecuencia directa de la viscosidad.
El error principal, a mi juicio, del artículo de La pizarra de Yuri es precisamente ese: que no menciona en ningún momento la viscosidad, un elemento básico dentro del complejo entramado que supone el vuelo de un avión.
* En realidad, la imagen de la cuchara no se corresponde con el efecto Coanda. En este ejemplo particular, el agua se pega a la cuchara por efecto de la tensión superficial más que por la viscosidad, ya que tenemos un fluido (el agua) dentro de otro (el aire). El efecto Coanda propiamente dicho se daría al meter la cuchara completamente en la corriente de un río, por ejemplo. Sin embargo, he escogido esta imagen porque creo que transmite mucho mejor esa idea de «pegarse a un sólido».
