Gipuzkoako Ingeniaritza Eskolako bloga/ Blog de la Escuela de Ingeniería de Gipuzkoa

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Nola eta non pilatzen da elektrizitatea? Horri buruz hurrengo tartean arituko gara.

Aurreko atalean ikusi genuen moduan 3 energia mota bakarrik ezagutzen ditugu unibertsoan. Hala ere, anitzak dira energia iturriak eta baita iturri hauetan pilatuta dagoen energia eraldatzeko moduak ere.

Eraldaketa horien bitartez, eguneroko bizitzan behar ditugun aplikazio teknologikoetarako forma egokia ematen saiatzen gara energiari. Horri erreparatuz, etxeetan ditugun aparailu gehienek behar dutena da, zirkuitu elektrikoetan elektroiak abiadura jakin batekin mugitzea da, alegia, elektroiek energia zinetikoa izatea edo, beste era batera esanda, elektrizitatea.

Elektrizitatea iturri desberdinetatik lortzen dela ezaguna zaigu. Etengabe ari gara entzuten eta irakurtzen iturri hauetariko batzuk berriztagarriak direla eta beste batzuk ez berriztagarriak; eta nola ez, ingurugiroarentzat batzuk besteak baina hobeak direla eta abar luze bat.
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Efecto de la Fibra en el Concreto Reforzado

En los últimos años el uso de fibras de polipropileno en mezclas de concreto ha tenido un crecimiento considerable, dado que se caracterizan por tener elevada resistencia a la tracción. En estado fresco del hormigón, modifica la consistencia de la mezcla de y reduce el agrietamiento por contracción plástica, en estado endurecido, incrementa la tenacidad y la resistencia al impacto, y, reduce la contracción por secado así como el agrietamiento.

Teniendo conocimiento de dichas propiedades que la fibra de polipropileno brinda al hormigón, nuestra investigación se basó en la posibilidad de emplear estas propiedades como ventajas constructivas con el fin de realizar edificaciones seguras, resistentes y que garanticen la evacuación de los usuarios en caso de una eventualidad sísmica.

Para desarrollar nuestra investigación, elaboramos diez lotes de diferentes dosificaciones de hormigón, en los cuales se experimentó con diferentes porcentajes de fibras de polipropileno dentro de cada mezcla. Cada lote constó de la fabricación de nueve cilindros de dimensiones 10cm de diámetro y 20cm de altura.


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El problema de Monty Hall

Let´s make a deal es el nombre de un famoso programa-concurso de la televisión estadounidense que funcionó desde 1963 hasta 1990. En una de las pruebas se mostraban tres puertas de las cuales el concursante debía elegir una.

Monty Hall

Monty Hall

Detrás de una de las puertas había un gran premio (un coche); detrás de las otras puertas, no había premio (en realidad, el premio que escondían estas dos puertas era una cabra).Monty Hall, el simpático presentador del concurso, conocía dónde se escondía el premio. Una vez que el concursante hacía su elección, Monty abría una puerta sin premio de entre las dos restantes y hacía la siguiente pregunta al concursante: «¿Quieres cambiar tu elección por la otra puerta no abierta?». ¿Le parece a Ud. más ventajoso para el concursante cambiar de puerta?


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Energia motak

Zientzialariok ez dakigu zehazki zenbat energia dagoen unibertsoan.

Dena dela, badakigu zenbat energia mota dauden. Begira dezagun ingurura! Arretaz begiratzen badugu hiru energia mota baino ez daudela ikusiko dugu.

Jar gaitezen leihotik begira… errepidean zehar kotxeak, motorrak, etab ikusten ditugu mugitzen ari direnak. Mugimenduan dagoen edozein masak badu energia jakin bat horregatik bakarrik, mugimenduan egoteagatik. Energia mota horri energia zinetikoa esaten diogu.

Begira dezagun sabaira. Lanpara bat dago, geldirik, beraz ez du energia zinetikorik… Baina eusten duen kablea hautsiko balitz? Ba bai…a ze kaskarrekoa. Beraz, geldirik egon arren badu energia bat. Energia hori, lurraren eremu grabitatorioan gauden masa guztiok pairatzen dugu eta energia potentzial grabitatorioa esaten diogu. Energia potentziala elastikoa eta elektrikoa ere izan daiteke. Nolabait helduta dagoen zerbait aske utzi ezkero mugituko denean gorputz horrek duen energia da eta duen posizioaren araberakoa da.

Lanpararik ez dagoen lekuren batean agian seguruago egongo gara ezta? Atera gaitezen balkoira. Atera al da Eguzkia? A zer nolako goxotasuna sumatzen dugun. Eta ikusi ere egiten dugu, gauean ez bezala. Eguzkiak inguruak argitzen eta berotzen ditu. Energia mota hau irradiatze-energia da.

Eta kitto!

Inguruan ikusten ditugun energia guztiak mota hauetako energiak edo hauen konbinaketak dira…

Baina seguru hasi zaretela ingurura begira eta ari zaretela pentsatzen… eta mugikorreko bateriak sortzen duen energia elektrikoa? Eta zentral nuklearretako energia nuklearra? Eta parke eolikotako energia? Eta Fotovoltaikoa? Eta pila batean dagoen energia kimikoa?

Horiek, eguneroko hizkuntzan energia motak bezala ezagutzen ditugun arren, energia iturriak dira. Energia iturri ugari ditugu baina, energia motak, lehenago aipatuko hiru baino ez!

Ikatza, gasolina, egurra edo gasa, energia ez berriztagarri bezala ezagutzen ditugu. Baina ez dira energia bere baitan, energia iturria baizik.

Eta gauza bera gertatzen da energia berriztagarri bezala ezagutzen ditugunekin; Eguzkia, haizea, ur-jauziak, … energia iturriak dira guztiak.

Energia iturri hauetatik energia “askatzen” denean; gauzak mugitu egiten dira (energia zinetikoa), gauzak mugitzeko prest geratzen dira (energia potentziala) edo uhin elektromagnetikoak, argia adibidez, igortzen dira (irradiazio-energia).

Baina nola “askatzen” da energia hori? Zer gertatzen da linterna baten etengailuari eragitean? Edo presa bateko urak zentral hidroelektriko batean sartzen direnean? Edo zer gertatzen da uranio atomo bat fisionatzen denetik elektroi bat zirkuitu elektriko batean energia zinetikoaren ondorioz mugitzen hasten den arte?

Euskadi Irratiko Ekosfera Saioan emititua 2014ko urriaren 12an.

Kristina Zuza,
Fisika Aplikatua I Saila

Energia ez da sortzen ez desagertzen, eraldatu egiten da.

Oso ezaguna egiten zaigu hitz hori baina zer ote da hain propietate bereziak dituena?

Demagun haur bihurri xamar batek, zati ezinak diren eta elkarren artean berdinak diren hainbat bloke dituela jostailu gisa kutxa batean; demagun 28 bloke dituela. Haurrak, egunero ateratzen ditu kutxatik eta aitak, gauero, kutxan sartzen ditu eta 28 daudela ziurtatzen du.

Egun batean 27 kontatzen ditu eta erabat aztoratzen da, baina bila hasi eta sofaren azpian zegoela konturatzen da.

Beste egun batean 30 kontatzen ditu! Ezin du sinetsi, baina hara non konturatzen den arratsalde pasa joko berdina duen semearen laguna etorri dela jolastera eta bertan utzi dituela bi bloke.

Haurra handitzen doa eta gero eta leku aldrebesagoak bilatzen ditu blokeak gordetzeko. Bere intimitatea ere zaintzen du eta aitak miatzea debekatua duen tiraderatan gordetzen ditu hauetariko batzuk. Aitak jadanik ezin ditu guztiak batu eta jatorrizko kaxan gorde, baina badaki falta diren piezak etxean daudela!

Agian ezertan hasi aurretik zientziak nola funtzionatzen duen gogoeta txiki bat egin beharko genuke…

Zer egiten du zientzialari batek? Mundua behatzen du, mundua aztertzen du eta galderak egiten dizkio bere buruari. Zergatik mugitzen da baloi bat?

Galdera horri erantzuna bilatzeko esperimentu edo behaketak diseinatzen ditu, datu enpirikoak jasotzen ditu eta ondoren datu horiek esplikatzeko moduko teoria edo lege bat osatzen du. Eta bere galdera erantzuten saiatzen da. Baloia mugitzen da energia duelako.

Eraiki duen lege edo teoria horretan oinarrituz, oraindik eman ez den gertakizun bat nolakoa izango den deskribatzen saiatzen da. Baloi bati energia ematen badiot mugitu egingo da.

Zientzialarien komunitateak onartu egiten du teoria edo lege hori eta zientziaren korpusaren parte bilakatzen da, are eta lege edo teoria horren bitartez esplika ezin daitekeen egoera bat agertzen den arte.

Hori dela eta, esan beharra dago egun zientziaren korpusa osatzen duten teoria eta legeak, zientzialariek natura eta mundua ulertzeko sortu dituzten modeloak direla. Ez dira beti berdinak izan, eta ez dira beti berdinak izango, etengabe aldatzen ari da zientzia eta etengabe ari dira lege, teoria eta definizio berriak sortzen.

Energiaren kasuan, gure egunerokotasunetik hain gertu dagoen kontzeptua izanik, suposa dezakezue hainbat definizio eta teoria erabili izan direla zientziaren historian zehar.

Baina bat aukeratu behar. Richard Feymman fisikari famatuari lapurtu diot analogia eta baita definizioa ere. Bere hitzetan, orain arte dakigunean oinarrituz, energiaren kontserbazio legea baldintzarik ez duen lege bat da.

Unibertsoan bada energia esaten diogun kantitate bat  konstante mantentzen dena naturan gertatzen diren aldaketak gertatzen direla ere. Ideia hau oso abstraktua da, printzipio matematiko bat delako.

Dena dela, zientzialariok gaur egun ez dugu guztiz garbi zenbat dagoen ere unibertsoan.

Euskadi Irratiko Ekosfera saioan emititua 2014ko irailaren 28an

KRISTINA ZUZA ELOSEGI,
Saila: Fisika Aplikatua I

Dotoretasun birziklatua

Tytti Thusberg
Artista eta diseinatzailea

Maiatzaren 28an Madrilera joan nintzen “Diseña para reciclar” Ecoembes-ek antolatutako enpresentzako jardunaldira. Jardunaldi honen irekiera Mª José Delgadok egin zuen, Magramako Hondakinen Zuzendariorde Nagusi denak (Espainiako Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente). Bere hitzetan, birziklatzea ez da aukera, Europako arauditik dator, eta arrazoiak ulertzeko, datuak ezagutu besterik ez dugu egin behar. Adibide gisa, urtero Europan 3 bilioi tona hondakin sortzen ditugu, eta 2020an kopuru hau %45  igotzea (OCDEn arabera) espero da. Euskal Autonomia Erkidegoan ere kopuruak deigarriak dira, 2012an milioi bat tona hondakin sortu baikenuen.

Ecoembeseko jardunaldian argi geratu zitzaidan enpresak lana egiten ari direla hondakinak murrizteko eta beraien birziklapena sustatzeko. Ikerkuntzari esker, adibidez, botilen pisua murriztu egin da diseinua aldatzeagatik, eta ondorioz, lehengai gutxiago erabili behar da. Sailkapen-zentroetan botilen errekuperatze-tasa altuak lortzeko, beste hainbat ezaugarri ere kontuan hartzen dituzte diseinatzeko garaian, hala nola, kolorea, etiketaren materiala eta tamaina, etiketaren itsasgarria, tapak ekoizteko materialak eta gehigarriak.

Gure Eskolako edukiontzi horietan botatzen duguna Urnietako sailkapen-zentrora bidaltzen dute, eta handik, materialak banandu ondoren, zenbait enpresatara bidaltzen dituzte. Horietako bat Stora Enso da, Bartzelonan kokatua, eta han tetra brickak osatzen dituzten materialak banandu ondoren, alde batetik aluminioa eta bestetik energia isolatzea lortzen dute. Lortutako aluminioa edozein erabileratarako prest dago eta beste lata edo brick batean topatuko dugu berriro. Hau da ekonomia zirkularraren oinarrietako bat: ez dago zaborrik, materialak baizik.

Azken urteetan material berriak sortzen ari dira; adibidez, gure Eskolako ‘Materialak+Teknologiak’ ikerkuntza-taldeak 25 urte daramatza helburu horrekin, eta azken 10 urteetan iturri berriztagarrietatik lortutako materialen ikerkuntzan ere lan interesgarriak egin ditu zenbait enpresekin. Horietako bat, adibidez Traysrenew proiektu europarra dugu, non helburua izan den, alde batetik, jakientzako bandejak ekoiztea iturri berriztagarrietatik lortutako materialak erabiliz, eta, bestetik, hortik sortutako hondakinak konpostagarriak izatea.

Baina, zerbait gehiago egin al dezakegu gure eguneroko bizitzan sortzen ditugun hondakin/materialekin? Tytti Thusberg ezagutu arte uste nuen ezetz, baina muga gure buruan dagoela argi geratu zitzaidan bere obrak ikusi ondoren. Ziur gogoratuko zarela Eskolan egindako “Hondakinen gaikako bilketa” erakustaldiaz, non bere lana ikusteko pribilegioa izan genuen. Baina, nola iristen da horrelako diseinuak sortzera? Non aurkitzen da etorri handi hori?

Vestido diseñado por Tytti Thusberg“Dena Finlandian hasi zen, nire jaioterrian. Bertan, Diseinuko Goi Mailako ikasketak bukatzean, proiektu bat egin nuen ekodiseinuan oinarrituta eta artilea erabiliz material gisa. Sortzeko metodoari eta diseinuari esker, zenbait lehiaketatan entzutea lortu nuen; horien artean aipagarriena SIFA (Smirnoff International Fashion Awards), non Finlandiako irabazlea eta nazioarteko finalista izan nintzen.

Donostiara etorri nintzenean, pixkanaka beste lan batzuekin hasi nintzen; besteak beste, hondakin-materialak erabiliz diseinuak sortu nituen. 2004an Gipuzkoako Foru Aldundiaren diru-laguntza lortzeak  bultzada eman zion nire proiektuari, MODA GELDOA-SLOW FASHION deitzen dudanari, eta proiektu beronekin jarraitzen dut egun.

Nire lanek beti izan dute atzetik ikuspuntu etikoa; ez dut moda ulertzen beste era batera. Slow Fashionaren manifestuan laburtzen da nire lan egiteko era: diseinatzaileek ez dute denboraldiaren arabera lan egingo, baizik eta zerbait esan behar dutenean eta prest daudenean, betiere kontuan hartuz moda etikoa eta ekologikoa izan behar duela, eta ekoizpenaren prozesua lokala. Kontsumitzaileen ikuspuntutik, gutxi erosi baina berezia eta jarauntsi daitekeena, diseinu atenporala eta bakoitzaren pertsonalitatearekin lotuta. Zintzoa izan produkzioarekin eta bidezkoa erosketekin. Hau da, nire helburua iraun dezan moda da.

Irudian dagoen diseinua, adibidez, mertzeria baten jabeak denda ixtean eman zizkidan panty erabilezin pila batekin ideia desberdinak probatu ondoren, moztu eta forma eman ondoren sortutakoa da. Orokorrean, horrela izaten da, materialak eskuratzeko aukera daukadanean ideiak probatzen ditut eta diseinuak edo obrak sortzen ditut.

Lan honen merkatuari dagokionez, gero eta handiagoa da. Adibidez, alde batetik automobiletan erabiltzen diren segurtasun-uhalekin poltsak egiten ditut. Bestetik, enkarguak izaten ditut, adibidez Chocolates Valorretik enkargu bat iritsi zait zenbait obra beraien produktuen bilgarriak erabiliz egiteko. Beste obra batzuk ere egiten ditut, orokorrean saltzen ez ditudanak, adibidez, Eskolan jarritako diseinuak, edota irudikoa. Horiek, pasareletan eta erakustaldietan aurkezten ditut”.

Tyttiren lana materialen eta modaren iraunkortasunean oinarrituta dago. Gure bizitzaren arlo askotan erabil dezakegu bere lan egiteko era, horietako bat, birziklatzea, lehenengo urratsa dena gure hondakinek Lurra kutsatu ordez materialak berrerabiltzeko eta lehengaien eta energiaren kontsumoa murrizteko. Eskolan aukera daukazu, zuk aukeratu.

Cristina Peña Rodriguez,
Ingeniaritza Kimikoa eta Ingurumenaren Ingeniaritza Saila

 

A la caza del submarino amarillo

Este verano, me contaron que para muchos estudiantes de ingeniería hace unos cuantos años era un clásico un problema teórico de matemáticas en el que se trataba de cazar un submarino, ya sea amarillo o no. Un ejemplo es el siguiente enunciado, extraído de esta web.

El submarino se encuentra bajo la superficie del mar y hay dos barcos caza submarinos en la superficie que intenta localizar la posición del submarino para darles la posición del submarino a un avión amigo que intercepte al submarino y le lance unas cargas explosivas para hundirlo. En un momento determinado, los dos caza submarinos, U y V se encuentran en las posiciones (10,0,0) y (0,25,0)  respectivamente, tal y como se muestra en la figura.

Las coordenadas están expresadas en millas náuticas. La nave U localiza al submarino en dirección del vector 4i-6j-2k. Y la nave V lo localiza en dirección 10i-6j-k. Hace 4 minutos el submarino se encontraba en las coordenadas (10,-5,-10), el avión llegara a la zona en veinte minutos. El submarino se está moviendo en línea recta a velocidad constante.

¿Qué posición y dirección deben reportar las naves de la superficie al piloto del avión para que este intercepte al submarino?

El problema gráficamente se puede plantear de la siguiente manera:

Planteamiento mediante coordenadas y, z del problema: a la caza del submarino

Y se trata de descubrir un punto de intersección. Es un problema a resolver mediante ecuaciones paramétricas. Un problema sencillo. Para no aburrir, dejo a los lectores que intenten el problema y comprobar la solución en la web. Existen varias variantes de este problema, como éste.

La razón subyacente para plantear este tipo de problemas seguramente esté en la batalla del Atlántico, donde los barcos Aliados de la 2ª Guerra Mundial se afanaban por hundir los U-Boats alemanes en una de las campañas militares clave de esta época. Y aunque parezca mentira, se dedicaron muchos esfuerzos a las matemáticas. Hay varias razones:

  • El océano es grande, ¿dónde hay más posibilidades de encontrar U-boats?
  • Los Aliados contaban con dos máquinas Enigma, y a menudo conocían la ruta de los submarinos. ¿Cómo interceptarlos?
  • Trayectorias de torpedos y cómo escapar de ellos.

He encontrado en Internet un tipo de problemas denominados chasing-escaping problems que consisten en enunciados de trayectorias de misiles, maniobras en el mar para acorralar a un objetivo, etc. Un libro que habla de esto es Chases and Escapes: the Mathematics of pursuit and evasion.

Aunque a los alumnos les parezca aburrido, el teorema de probabilidad de Bayes tuvo una gran influencia en todo esto como sistema de búsqueda de submarinos. En el Libro The theory that would not die, se cuenta cómo el teorema de Bayes hundió a los submarinos rusos en la Guerra Fría, sirvió para resolver el código Enigma de los alemanes y muchas otras ideas.

No sólo Bayes, sino que hay muchas más ramas de las matemáticas que permitieron planear una estrategia en un combate, tal y como se recoge en la recomendable obra Differential Games: A Mathematical Theory with Applications to Warfare and Pursuit, Control and Optimization.

Esta entrada participa en la edición 5.6 del Carnaval de Matemáticas, alojada en el blog www.cifrasyteclas.com por el gran divulgador, David Orden.

Julián Estevez,
4º de Ingeniería Mecánica.

La operación PLUTO y el origen de la tubería flexible

6 de junio de 1944, los soldados aliados toman tierra en las playas de Normandía. El ejército aliado requiere una gran cantidad de carburante para abastecer sus vehículos y confiar el transporte de éste a los buques cisterna, que pueden ser blanco de los submarinos enemigos al atravesar el canal de la Mancha, es muy arriesgado.

La Operación PLUTO (Pipe-Lines Under The Ocean) fue una operación secreta concebida por el almirante Louis Mountbatten y desarrollada por el ingeniero británico AC Hartley en 1942, en previsión al desembarco, que consistía en la fabricación y el tendido de 17 oleoductos para suministrar combustible a las fuerzas aliadas. Al final de la Segunda Guerra Mundial, más de 780 millones de litros de combustible fueron enviados desde Reino Unido hasta diferentes puntos de la costa de Francia.

El tendido de los oleoductos se llevó a cabo mediante los revolucionarios “ConunDrums”, unos gigantes carretes flotantes de hasta 15 metros de diámetro donde se enrollaban kilómetros de tubería para que después fuese desenrollada al ser remolcados por buques cableros.

ConunDrums

 

La Operación PLUTO está considerada como una de las mayores hazañas de la ingeniería militar de la historia. El éxito de la fabricación y el enrollado de una tubería flexible y continua preparó el camino para la tecnología actual de la tubería flexible (TF).

La unidad de TF es un sistema de servicio portátil con fuerza motriz hidráulica, diseñado para inyectar y recuperar una sarta continua de tubería del orificio de un pozo. Consta de 4 componentes básicos: un carrete para almacenar y transportar la sarta de tubería flexible, un cabezal inyector para lograr el esfuerzo de tracción para introducirla y recuperarla, la cabina de control desde la cual el operario controla y monitorea la operación y el conjunto de potencia que genera la potencia hidráulica y neumática necesaria requerida por los demás componentes.

Unidad-de-tuberia-flexible

 

Aquí podemos ver un vídeo en el que se explica brevemente su funcionamiento: https://www.youtube.com/watch?v=DVM2AymOcfo

Alguna de las ventajas de la TF frente a la tubería por tramos convencional:

  • Posibilidad de mantener el pozo circulando mientras se introduce y extrae la tubería.
  • No es necesario hacer conexiones tramo por tramo para introducirla o retirarla del pozo, ya que se enrolla o desenrolla automáticamente como si fuera una manguera, permitiendo así un almacenamiento más rápido.
  • Reducción del número de operarios requeridos.
  • Menor riesgo operativo.
  • Puede ser utilizada en pozos desviados y horizontales.
  • Rapidez operativa y de movilización que se traducen en un ahorro económico.

Una de sus principales desventajas:

  • La tubería se deforma plásticamente cuando se despliega y cuando se recupera en el carrete. Esto produce fatiga en la tubería. Se utilizan software de simulación de fatiga como medida de seguridad para reemplazar la tubería antes de que falle.

Desde su introducción en las operaciones de campos petroleros a comienzo de los 60, el uso de la TF ha adquirido un mayor auge en la industria petrolera debido al desarrollo de nuevas tecnologías y procesos de fabricación. A día de hoy, se ha convertido en una herramienta esencial y económicamente viable.

Imanol Estevez,
4º de Ingeniería mecánica.

¿El hombre ha llegado una vez a la Luna?

¿El hombre ha llegado una vez a la Luna? Sin ninguna duda: NO. ¡Ha llegado 6 veces! Este agosto se celebrará el segundo aniversario del fallecimiento del primer hombre que pisó el satélite. Curiosamente, a pesar de la fama que podría haber disfrutado tras su aventura, Neil Armstrong pasó lo más desapercibido que pudo tras abandonar la NASA. De hecho, siempre estuvo cerca de su familia e impartió clases de ingeniería en distintas universidades.

Hay un famoso discurso suyo en homenaje a la ingeniería, que aparece a continuación:

Yo soy, y siempre seré, un ingeniero ‘rarito’ de calcetines blancos y protector en el bolsillo. Nacido bajo la segunda ley de la termodinámica, empapado por las tablas de vapor, enamorado de los diagramas de cuerpo libre, transformado por Laplace y propulsado por flujo compresible. Como ingeniero puedo enorgullecerme bastante de los logros de mi profesión. La ciencia trata lo que ES y la ingeniería trata lo que PUEDE SER. Los ingenieros dedican su vida entera a hacer las cosas mejor y de manera más eficiente. Es una profesión que deja huella en nuestra sociedad de innumerables maneras. Hace un siglo, el mundo necesitaba mejoras en la calidad de vida – salud, movilidad, hábitos. Por entonces la vida era una lucha continua. El siglo XX estuvo salpicado a menudo por el terror de la guerra y oscurecido por rebeliones sociales para superar la injusticia.  Pero el siglo XX fue también el primero en el que la tecnología puso los principios para hacer llegar las imágenes de aquellos traumas al resto del mundo y conmover a la gente de formas que no habían sido nunca imaginadas. La ingeniería ayudó a crear un mundo en el que la injusticia no puede ser escondida. Muchos mirarán atrás para ver cómo hemos cambiado y qué hemos conseguido. El futuro es un poco incierto, pero no es disparatado sugerir que el siglo XXI disfrutará de una media de progresos no muy distintos del siglo XX. Es algo por lo que tener esperanza.

Julián Estevez,
Departamento de Ingeniería Mecánica.

Coriolis y los huracanes

Uno de los conceptos que más desconcierta a los alumnos a la hora de aprender conceptos sobre Mecánica Clásica es la de fuerzas ficticias. Se entiende por Mecánica Clásica la que ocurre con objetos de la escala a la que estamos acostumbrados, ya que a nivel de las partículas, se dan otros efectos.

La idea de fuerzas ficticias y fuerzas reales tiene que ver con el sistema de referencia que usamos para entender el entorno. Es decir, no es lo mismo que fijemos como origen de coordenadas a una persona en el andén de una estación, o a una persona que viaja en un tren. Dentro de los conceptos de este tipo de fuerzas, una de las más conocidas es la provocada por la aceleración de Coriolis, la cual se da en sistemas que están rotando. Concretamente, esta fuerza sirve para explicar el sentido de giro de los huracanes.

Estos fenómenos meteorológicos giran en sentido anti horario en el hemisferio norte, y en sentido horario en el hemisferio sur. Vamos a ver en qué consisten y cómo se demuestra este efecto con las fórmulas que un alumno cualquiera pueda ver en clase:

Pensemos que el hemisferio norte lo convertimos en un disco plano. Lógicamente, sigue girando. Un huracán es una zona de baja presión, lo cual atrae a los vientos de su alrededor.

zona de baja presion

Es decir, lo más normal sería que el viento que baja del norte o el viento que sube del sur fueran en línea recta. Sin embargo, no es del todo correcto. Para ello, pensemos en un sistema de coordenadas tal que así donde la pantalla representa el plano X-Y, y Z es el plano perpendicular. Es decir:

sistema de coordenadas xy

La velocidad de giro de la Tierra en ese sistema tiene componente Z únicamente, y su valor es w. La aceleración de Coriolis (llamada así en honor al científico francés Gaspard de Coriolis, 1792–1843) tiene la fórmula de un producto vectorial de la forma:

Acel Coriolis = 2 · w x velocidad

El producto vectorial es una sencilla operación. Pensemos en el viento que sube del sur, el cual tiene una velocidad v. Al hacer el producto vectorial entre esa velocidad y la velocidad de rotación de la Tierra, nos aparece una aceleración de Coriolis con sentido X positivo. Es decir, eso significa que se está desviando hacia la derecha. En cambio, un viento que baje del norte, en el producto vectorial va a tener un sentido Y negativo, lo cual implica que se desvía hacia la izquierda, tal y como aparece en la siguiente imagen:

aceleracion de coriolis

Y como el centro de bajas presiones sigue atrayendo a los vientos, se terminará formando esto:

trayectoria del viento

Lo cual provoca que el huracán gire en sentido antihorario en el hemisferio norte, y en sentido horario en el sur. La fuerza por efecto Coriolis se consigue al multiplicar la aceleración por la masa. Para que este efecto sea perceptible, la masa de aire ha de ser muy grande, por lo que el efecto Coriolis no se puede apreciar en desagües de grifos ni pequeños recipientes, tal y como circula en muchos vídeos de la Red.

Para más información y profundización, recomiendo este vídeo educativo del MIT.

 

 

Julián Estevez,
Departamento de Ingeniería Mecánica.