Entrevista a Stefano Discetti, responsable del Grupo de Investigación en Ingeniería Aeroespacial de la Universidad Carlos III de Madrid e Investigador principal de un proyecto Starting Grant del Consejo Europeo de Investigación (ERC)
Su investigación se centra en los campos del estudio y control del comportamiento de flujos turbulentos. ¿Nos puede explicar en qué consiste?
En mecánica de fluidos denominamos flujo el movimiento de un fluido (un líquido o un gas, como agua o aire). En la gran mayoría de los fenómenos de la naturaleza que nos rodean y en las aplicaciones de la ingeniería esos flujos son turbulentos, es decir tienen un carácter caótico, aparentemente irregular. La turbulencia es algo que vemos todos los días, como cuando observamos las hojas arrastradas por el viento formando espirales desordenadas, o el humo de una chimenea que se disuelve rápidamente, y que tiene un impacto muy relevante en nuestra vida cotidiana. Por ejemplo, la resistencia aerodinámica de vehículos de transporte, y consecuentemente el consumo de combustible, depende del comportamiento del aire alrededor del vehículo. Entender el comportamiento de los flujos turbulentos y aprender a controlarlos representan uno de los grandes desafíos de la Física y de la Ingeniería.
Mi investigación está enfocada al desarrollo de técnicas de medida para caracterizar estos flujos, sobre todo técnicas ópticas, y de metodologías para controlar el comportamiento de los mismos en aplicaciones aeronáuticas.
En el marco de su proyecto Starting Grant del Consejo Europeo de Investigación (ERC), denominado NEXTFLOW (Next-generation flow diagnostics for control; Técnicas de caracterización de flujos de nueva generación para el control), trata de mejorar las capacidades de las técnicas de medida de los flujos aerodinámicos, ¿en qué se fundamenta?
El objetivo del proyecto NEXTFLOW es proporcionar herramientas para obtener medidas completas y fiables de los flujos turbulentos. La naturaleza tiene cierto sentido del humor, lo interesante es que de los flujos turbulentos conocemos muy bien las ecuaciones que regulan su comportamiento (las ecuaciones de Navier-Stokes), pero no sabemos resolverlas en la gran mayoría de los casos. Por eso necesitamos la experimentación, y la observación de estos flujos. Aquí entra el problema de la capacidad de medir la turbulencia. Se trata de flujos caóticos, tridimensionales, con vórtices y estructuras de escalas muy diversas, y con las técnicas de medida tradicionales casi siempre solo conseguimos descripciones parciales, incompletas.
En el proyecto NEXTFLOW, apuntamos a desarrollar nuevas estrategias para conseguir una descripción completa de los flujos turbulentos y así mejorar nuestro entendimiento de los mismos. La hipótesis principal es que, si los conocemos mejor, tenemos más oportunidades de encontrar maneras eficientes de controlar su comportamiento.
¿Qué métodos emplea en su investigación?
Primero, apuntamos a conseguir descripciones completas de flujos turbulentos con el uso simultáneo de distintas técnicas de medida avanzada. El objetivo es combinar de una forma inteligente técnicas con distintas fortalezas, para de alguna forma compensar las debilidades de cada una de ellas, y al mismo tiempo intentar mantener el conjunto de equipos de medida lo más compacto y sencillo posible. La técnica que utilizamos como piedra angular es la velocimetría por imágenes de partículas volumétrica, que es una técnica en la que nuestro grupo de aerodinámica experimental y propulsión está en primera línea. La técnica consiste en sembrar el fluido con partículas muy pequeñas, y con un conjunto de cámaras reconstruir como se mueven en el espacio.
El objetivo del proyecto NEXTFLOW es proporcionar herramientas para obtener medidas completas y fiables de los flujos turbulentos
La limitación principal de esta técnica es que muchas veces solo podemos sacar fotos instantáneas, pero no historias temporales. En NEXTFLOW, apuntamos a superar estas limitaciones combinando, gracias a técnicas de inteligencia artificial, las instantáneas que obtenemos de la velocimetría por imágenes de partículas con datos obtenidos simultáneamente por sondas rápidas, que sí pueden medir historias temporales, por ejemplo, sensores sobre la superficie de un ala. El resultado final que esperamos es una descripción completa del campo fluido, en el espacio y en el tiempo.
Una vez dispongamos de esta descripción, utilizaremos métodos de minería de datos para obtener modelos sencillos, que se puedan manejar para desarrollar leyes de control.
¿Qué aplicaciones prácticas tiene su investigación, y de qué manera contribuye a afrontar los desafíos de la sociedad?
Mejorar nuestra capacidad de medir flujos turbulentos es fundamental para avanzar en su estudio. Entender la turbulencia y saber cómo controlarla tiene un impacto muy relevante en nuestras vidas. Estamos viviendo en la actualidad una emergencia relacionada con la sostenibilidad del desarrollo de nuestra sociedad, los recursos energéticos limitados, y en general el impacto sobre el medioambiente del impacto de la actividad humana. Aprender a controlar la turbulencia puede contribuir fuertemente en esta dirección, con un trasporte más sostenible, un aprovechamiento más efectivo de las fuentes renovables, y la mejora de la eficiencia de una gran cantidad de procesos de producción industrial. Nuestro grupo apunta a contribuir con un grano de arena en este enorme reto.
¿Qué retos se plantea en un futuro con su investigación?
Creo que en estos últimos años se han hecho grandes avances en nuestra capacidad de medir y controlar flujos turbulentos en nuestros laboratorios, en parte gracias también a los progresos de la inteligencia artificial. El paso siguiente es salir de nuestro hábitat controlado del laboratorio y llevar estos avances a las aplicaciones prácticas. Se trata de un salto muy grande, muchas ideas que funcionan en laboratorio son a veces imposibles de implementar en una aplicación tal y como son y requieren un gran trabajo científico e ingenieril de adaptación. Es un desafío fascinante y que seguramente estimulará investigaciones interesantes en los próximos años.
Ya sé que me dirá, como buen académico e investigador, que la ciencia no tiene fronteras, ni nacionalidad… pero no por ello deja de ser cierto que la ciencia la hacen personas concretas en lugares determinados. ¿Cómo avanza Madrid cuando avanza la ciencia en Madrid?
Cuando avanza la ciencia en Madrid, avanza Madrid no solo para los beneficios del progreso de primera mano, por ejemplo, en el mundo de la ingeniería con el desarrollo start-ups tecnológicas punteras, sino también para el fomento a nivel local de la cultura científica a través de la divulgación y la formación de doctores. Esto requiere voluntad por parte de las instituciones de invertir en la atracción de talento, y en proporcionar los medios para que este talento pueda expresarse.
Para concluir esta entrevista, ¿qué ha supuesto en su trayectoria obtener la importante y prestigiosa financiación ERC?
Recibir una ayuda Starting Grant del Consejo Europeo de la Investigación (ERC) es algo más que recibir los medios para llevar a cabo investigación puntera. Se trata de alguna forma de un reconocimiento de la calidad de tu investigación, y por eso estoy muy agradecido. Es cierto que este reconocimiento llega gracias a los esfuerzos conjunto con todas las personas excepcionales con la que he desarrollado mi actividad científica en estos años, desde mi antiguo grupo en Nápoles en el que moví los primeros pasos en la investigación como doctorando, pasando por el grupo de ingeniería aeroespacial de la UC3M donde he podido desarrollarme y madurar como científico, las colaboraciones internacionales, y sobre todo el grupo de aerodinámica experimental y propulsión, con el que llevo a cabo mi investigación. Espero que NEXTFLOW sea una gran oportunidad para seguir creciendo juntos y conseguir grandes logros.
