Primera imagen del lado oculto del Sol

No soy astrónomo, pero confieso que soy Trekkie, Padawan y un apasionado de las ciencias que estudian los confines del universo. Recientemente, investigadores de la NASA anunciaron un evento que transformará nuestra visión del Sol y que, en el proceso, otorgará gran impulso al campo de la física solar en los próximos años. El evento consiste en que las naves gemelas STEREO, de la NASA, estarán separadas por un ángulo de 180 grados y obtendrán imágenes de toda la superficie del Sol por primera vez en la historia.



El despliegue de las naves STEREO, a ambos lados del Sol, resuelve un problema que los astrónomos han tenido durante siglos: en un instante dado, solamente pueden ver la mitad de la superficie de la estrella. El Sol gira sobre su propio eje cada 25 días, de modo que a lo largo de un mes, muestra su faz entera hacia la Tierra, pero un mes no es suficiente para llevar la cuenta de los eventos que tienen lugar en el Sol. Las manchas solares pueden materializarse, explotar y reagruparse en cuestión de días; los agujeros coronales se abren y se cierran; los filamentos magnéticos se tensan fuertemente y luego ¡puf!, explotan, lanzando nubes de gas caliente hacia el interior del sistema solar.

La mitad de estas acciones no se ve; esto es un hecho que coloca en una situación algo incómoda a los encargados de realizar los pronósticos del tiempo en el espacio. ¿Cómo se puede anticipar tormentas si no se las ve venir? Del mismo modo, los investigadores no pueden llevar un registro de la evolución a largo plazo de las manchas solares o de la dinámica de los filamentos magnéticos porque se ocultan detrás del horizonte en momentos inoportunos. La vista global que proporcionarán las naves STEREO pondrá fin a estas dificultades.

El viaje de las naves STEREO al "lado oscuro" comenzó el 25 de octubre de 2006, cuando las sondas gemelas dejaron la Tierra juntas a bordo de un cohete Delta II. A gran altura sobre la atmósfera, se separaron y viajaron hasta la Luna. Lo que sucedió después fue una primicia en el campo de la navegación espacial. La Luna actuó como onda gravitacional, impulsando a las dos sondas en direcciones opuestas (STEREO-A frente a la Tierra y STEREO-B detrás de ella). Desde entonces, se han ido separando paulatinamente. A continuación, se muestra la posición actual de las naves:



Debido a la manera en la cual gira el Sol (en dirección contraria a las manecillas del reloj, en el diagrama que se muestra arriba), la nave STEREO-B puede ver por adelantado las manchas solares y los agujeros coronales antes de que giren hasta quedar frente a la Tierra; esto es ventajoso para los pronosticadores.

En este momento, la sonda STEREO-B disfruta de una ventaja de 3 días de adelanto respecto de los observatorios terrestres. Esto ha permitido a los investigadores predecir tormentas geomagnéticas hasta 72 horas antes de que lo que se lograba con anterioridad. En varias ocasiones, a finales de 2008, la nave STEREO-B detectó, antes que ninguna otra nave, agujeros coronales que expelían viento solar. Cuando el viento solar golpeó la Tierra, el pronóstico de largo alcance de la sonda STEREO-B fue validado por auroras como éstas:



Las dos naves espaciales envían sus datos hacia la Tierra por medio de un faro de radio que opera en la banda X del espectro. Cualquier persona que posea una antena parabólica de 10 metros y un receptor adecuado puede captar las señales. Los datos se transmiten lentamente, (500 bits por segundo) y se necesitan de 3 a 5 minutos para descargar una imagen completa.

Hasta el momento, la mini red incluye estaciones localizadas en el Reino Unido, Francia y Japón. Las dos naves STEREO están calificadas como dos de los observatorios más sofisticados que la NASA ha lanzado al espacio hasta la fecha. Están equipadas con sensores que miden la velocidad, dirección y composición del viento solar; asimismo, poseen receptores que captan emisiones de radio producidas por explosiones y ondas de choque en la atmósfera del Sol y también cuentan con telescopios que forman imágenes de la superficie solar y de todas las tempestades que azotan furiosas allí, además de coronógrafos para monitorizar eventos en la atmósfera exterior del Sol.

Pues bien, siguiendo el procedimiento expuesto, las dos naves han registrado la siguiente imagen del lado oculto del Sol, la cual me produce admiración, asombro y respeto hacia la maravilla de nuestro universo:



A partir de aquí, copio y pego la noticia que he encontrado en esta página.

Soon we may get the first ever glimpse of the dark side of the sun.

Well, no, there’s no actual dark side of a luminous ball of burning gas, but there is an effective dark side, as in, the side of the sun we can’t see at any given time.

Scientists aren’t content to get just half of the picture, so they’ve launched the STEREO (Solar Terrestrial Relations Observatories) mission, a pair of NASA spacecraft that will orbit the sun simultaneously to provide a complete view of all sides of the star at once.

"Then there will be no place to hide and we can see the entire sun for the first time," STEREO project scientist Michael Kaiser of NASA’s Goddard Space Flight Center told Wired.com.

The perfect spherical view will come on Feb. 6, 2011. Right now the satellites, which were launched in October 2006, are about 90 degrees apart, which allows a picture of about 270 degrees of the sun — the fullest view yet.

"The who goal of all of this is to try to get a better handle to try to predict solar storms, which cause cell phone disturbances, and disruptions to communications and power." Kaiser said. "We’d like to be able to predict these things as far in advance as possible to give us a longer warning time."

Solar storms are magnetic disruptions on the sun that release violent sprays of charged particles into space. These storms can produce magnificent displays of the Northern Lights. But some past storms have also cost airlines and satellite communications industries millions of dollars, and have led to large scale power blackouts (including one across the entire province of Quebec, Canada). Being able to reliably forecast these tempests in advance could make a huge difference in preventing disturbances on Earth.

Predicting solar weather is also important for the future of manned spaceflight. If astronauts are exposed to the intense radiation from solar storms while traveling beyond the protective magnetic field of the Earth, they could suffer serious harm. Even astronauts close to home who venture out for a spacewalk during a storm are put in danger.

"For future missions going to the moon and Mars, that’s very important," Kaiser said. "Some of these solar storms can be very intense. If the astronauts were completely exposed to one of these storms the radiation could be high."

The STEREO mission also aims to improve our basic scientific understanding of the dynamics within the sun, which could shed light on the workings of stars in general.

Impresionante. Además de agradecer a Pink Floyd por su descubrimiento del lado oculto de la Luna, ahora es preciso dar las gracias al equipo humano de la NASA responsable de semejantes fotos y avances científicos.

¿Qué hay detrás del Metal Gear?

Outer Heaven
200 kilómetros al norte de Galzburg, Sudáfrica.

El joven soldado, visiblemente fatigado pero alerta, ingresa en la oscura habitación usando su linterna y apuntando con su arma hacia todas las direcciones posibles. Sus pensamientos son confusos, pero su astucia e intuición le advierten de que está cerca de descubrir algo muy importante y peligroso.

-Adelante- Susurra el soldado con suavidad y a la vez con cautela.

Una chica asustada avanza sigilosamente. Alguien se aferra a ella con brusquedad y torpeza. Ella emite un grito ahogado que acaba en un sollozo breve. Se ha encontrado con su padre, lo sabe porque él le dice algo en el oído en un idioma tosco que el joven soldado no alcanza a entender.

-He cumplido con mi parte, Dr. Petrovich- Anuncia el soldado al tiempo que recarga su arma, dejando que el ruido producido al amartillarla resuene el confines de la mente del padre de la joven –Si es tan amable, ruego que me diga todo sobre esa máquina…-.

Efectivamente, lo anteriormente expuesto no es más que una versión personal sobre una de las etapas de un juego que me cautivó durante mi niñez de 8 bits, Metal Gear. En concreto se trata de uno de los diálogos entre el Dr. Petrovich y un jovencísimo e inexperto Solid Snake, luego de efectuar el rescate de la hija del ingeniero robótico responsable de la creación del prototipo TX-55. Durante el encuentro, el ingeniero en cuestión revela las debilidades de Metal Gear, el cual estaba controlado por un ordenador de grandes proporciones que, en el juego, se destruye a base de la instalación sistemática de bombas.



Soy un fanático de las vueltas de tuercas y de la formulación de interrogantes sobre lo que sucedería si un evento adicional transcurriera en una secuencia de acciones definida. Supongamos que el Dr. Petrovich le aconseja a Snake que introduzca una contraseña que, muy probablemente, deshabilitará eléctricamente el superordenador que controla al tanque andante bípedo, equipado con cabezas nucleares, que puede acoplarse y dominar en todas las formas de combate posibles así como también lanzar dichas cabezas nucleares desde cualquier localización. Imaginemos por un instante que el espíritu indomable de Solid Sanke obedece e introduce el mencionado código. La pantalla azul del ordenador comienza a parpadear hasta apagarse, por instantes Snake cree que ha triunfado…



Pero no. Snake no ha triunfado. A los pocos segundos, la pantalla muestra un mensaje que anuncia que se ha activado el sistema auxiliar de emergencia, el cual no es otra cosa que un cotidiano y sencillo Sistema de Alimentación Ininterrumpida (SAI), también conocido en el argot anglosajón como Uninterruptible Power Supply (UPS).

Para alimentar cargas críticas, como por ejemplo equipos médicos, sistemas de transacciones bancarias o bien ordenadores que controlan procesos importantes, como un tanque bípedo fuertemente equipado con armas nucleares; es necesario el empleo de sistemas de alimentación ininterrumpida, los cuales proporcionan protecciones frente a cortes de alimentación, introducción de contraseñas no autorizadas, así como regulación de tensión frente a fluctuaciones, por encima o por debajo de los valores nominales. Además, se emplean como supresores de transitorios y de armónicos en la línea de alimentación. En modo normal de operación, la potencia suministrada a la carga proviene de la red de corriente alterna de la empresa suministradora, la cual, en el caso de la historia que nos concierne, tiene su sede principal a menos de diez kilómetros de Johannesburgo. La siguiente figura muestra el diagrama constitutivo de este tipo de sistema.



En la figura anterior se observan diversos elementos y dispositivos, algunos de ellos son denominados como convertidores estáticos de energía porque manipulan y transforman la energía eléctrica sin emplear partes móviles. El primero de ellos es el rectificador, el cual es un sistema electrónico de potencia cuya función es convertir una tensión alterna en una tensión continua. Es posible diferenciar los rectificadores de acuerdo con el número de fases de la tensión alterna de entrada (monofásico, bifásico, trifásico o hexafásico). Dentro de estos, se puede diferenciar los rectificadores en función del tipo de conexión de los elementos (media onda y de onda completa). Otra posible clasificación es según su capacidad de ajustar el valor de la tensión de salida, ello depende de si se emplean diodos o tiristores. Los rectificadores no controlados son aquellos que utilizan diodos como elementos de rectificación, en cuanto que los controlados utilizan tiristores o transistores. La figura siguiente, muestra un rectificador monofásico de onda completa totalmente controlado.



La función de esta etapa de rectificación reside en la carga del banco de baterías anexo. La idea es transformar energía de corriente alterna (red monofásica o trifásica) en corriente continua para cargar las baterías que serán utilizadas durante el corte o la interrupción de la red. El rectificador puede ser de cualquier tipo, controlado, no controlado, monofásico, trifásico, de media onda o de onda completa, dependiendo de las disponibilidades y necesidades de energía. Se suele añadir una impedancia entre el banco de baterías y el rectificador, típicamente una bobina, para limitar la corriente y reducir el rizado. Para mejorar la vida de las baterías es necesario realizar un control complejo del sistema, ya sea, en modo tensión o modo corriente, de manera que se optimice el ciclo de carga y se alargue la vida de las baterías.

Adicionalmente, se dispone de un inversor u ondulador con un filtro. Los onduladores o inversores son convertidores estáticos de energía que convierten la corriente continua en corriente alterna, con la posibilidad de alimentar una carga en alterna, regulando la tensión, la frecuencia o bien ambas. Más exactamente, los inversores transfieren potencia desde una fuente de continua a una carga de alterna. En el caso del SAI del ordenador que controla al Metal Gear, el ondulador transfiere la energía en continua almacenada en el banco de baterías hacia la carga representada mediante el mencionado ordenador.

Suelen distinguirse tres configuraciones o topologías de inversores: con transformador de toma media (“push-pull”), con batería de toma media (medio puente) y configuración en puente completo. Corresponden a las tres formas más razonables de realizar la función de inversión de tensión o corriente suministrada por la fuente de corriente continua con los medios disponibles hoy día en electrónica de potencia.



Los interruptores estáticos, también denominados interruptores de “by-pass”, permiten alimentar la carga a través del inversor en menos de 1/4 ciclo cuando ocurre un fallo en la red eléctrica. Otra función de los interruptores estáticos es la de aislar el inversor cuando se desea efectuar su mantenimiento. Básicamente existen dos posibilidades de implementar los interruptores estáticos: utilizando tiristores o relés electromecánicos. Las soluciones de bajo coste emplean, en general, relés. Su conmutación debe ser rápida, de modo que no interrumpan la alimentación durante más de 1/2 ciclo. Cuando la potencia aumenta, el uso de tiristores es lo más habitual.

Volviendo a Outer Heaven, debo decir que afortunadamente el Dr. Petrovich le dio el consejo correcto a Snake: “usa explosivo plástico para destruir el ordenador que controla todas las funciones del Metal Gear”. Tarea nada fácil, puesto que para lograr tal objetivo es necesario recaudar previamente la cantidad de dieciséis explosivos.



Sin embargo, estoy seguro que de que la solución ortodoxa propuesta por el ingeniero especialista en robótica es la más eficiente y acertada, puesto que eliminar la alimentación del ordenador mediante una contraseña o sencillamente desenchufándolo, o bien provocar una fluctuación en la línea (como un corte o una sobretensión), la potencia necesaria para el continuo funcionamiento del mismo, sería inmediatamente suministrada por el banco de baterías mediante el sistema de alimentación ininterrumpida descrito.

La conclusión irónica (y humorística, por supuesto) de esta entrada es que en casos muy puntuales conviene usar la fuerza bruta (representada mediante los dieciséis explosivos) antes que la inteligencia (simbolizada por medio de la contraseña). No obstante, una segunda conclusión de mayor importancia reside en el hecho de que estos sistemas están ampliamente distribuidos en la mayoría de las aplicaciones cotidianas y específicas: suministro de energía en la sala de un quirófano ante eventuales cortes de electricidad, en ordenadores personales, dispositivos de soporte en sistemas informáticos bancarios, gubernamentales y militares, e incluso como parte del complejo desarrollo de la operación “Intrude N313”.



Finalmente quiero dejar este vídeo, en el cual un hábil jugador hizo en cuarenta y siete minutos con quince segundos lo que yo tardé en hacer durante más de cuatro años de mi infancia. Debo decir que lo he disfrutado en su totalidad, con una ligera sazón de sana envidia y de admiración.

REFERENCIAS

[1] Mohan, N., Undeland, T.M., Robbins, W.P. Power electronics, converters, applications and design. John Wiley and Sons, 1995.
[2] Rashid, M. Electrónica de potencia: Circuitos, dispositivos y aplicaciones. Prentice Hall Hispanoamericana, S.A., 1993.

Surfin' Tacoma

If everybody had an ocean
Across Tacoma
Then everybody'd be surfin'
Like California
You'd seem 'em wearing their baggies
Huarachi sandals too
A bushy bushy blonde hairdo
Surfin' Tacoma.

No. No se trata de una versión realizada por El Canto del Loco o por Daddy Yankee sobre la popular canción de los míticos Beach Boys. Se trata de una oda hacia uno de los hechos más llamativos y curiosos de la ingeniería moderna: el colapso del antiguo puente sobre el estrecho de Tacoma que tuvo lugar el día 7 de noviembre de 1940. Gracias a este colapso, se puso de manifiesto la necesidad de aplicar los conceptos propios de la aeroelasticidad y de la dinámica de sistemas a la ingeniería de puentes para poder comprender el comportamiento de aquellos que presentan fenómenos de resonancia y de gran vano bajo la acción del viento. En la primera figura se muestran los movimientos alcanzados por el tablero, previos al colapso del puente, mientras que en la figura siguiente se observa el momento en que se produce la destrucción de éste.





Me gustaría comenzar con un poco de historia preliminar para entender qué fue lo que pasó con tan singular estructura. En 1923 la cámara de comercio de Tacoma comenzó una campaña y estudios para financiar la construcción del puente. Varios renombrados arquitectos de puentes, incluídos Joseph Strauss, quien luego sería ingeniero principal del puente Golden Gate; y David Steinman, constructor del puente Mackinac, fueron consultados. Posteriormente, en 1937 el proyecto toma impulso, cuando la legislatura del estado de Washington State crea la Washington State Toll Bridge Authority y asigna 5000 dólares (si, el sueldo actual de cuatro personas de clase media) para estudiar el pedido de los condados de Tacoma y Pierce para construir un puente sobre el estrecho de Tacoma Narrows. Los planes preliminares especificaban el uso de vigas horizontales de 7,6 m de espesor, que se ubicarían debajo del puente para hacerlo más rígido.

Hasta los momentos parece que no existe anomalía alguna. Sin embargo, Leon Moisseiff, diseñador muy respetado del puente Golden Gate, propuso utilizar vigas más esbeltas, de solo 2,4 m de espesor. Según su propuesta el puente sería más delgado y elegante, y además se reducirían los costos de construcción.

Primer error capital. La interacción fluido-estructura, es decir, aire-puente, puede dar lugar a diversos fenómenos que reciben el nombre de aeroelásticos, los cuales pueden tener carácter oscilatorio y ser crecientes en el tiempo, en cuyo caso dan lugar a inestabilidades de carácter aeroelástico. Los fenómenos aeroelásticos más importantes descritos en ingeniería de estructuras se pueden clasificar como:

• Desprendimiento de torbellinos o vortex shedding en terminología inglesa.
• Galope transversal o galloping.
• Galope inducido por una estela o wake galloping.
• Flameo o flutter.
• Bataneo o buffeting.

El fenómeno aeroelástico ocasionado por la generación y desprendimiento de torbellinos o vortex shedding se debe a la separación del flujo del aire por la presencia de un obstáculo, que en ingeniería de puentes será el tablero, y que se caracteriza por el desprendimiento periódico de torbellinos de sentido de rotación alternado llamados vórtices de Von Kármán, que se muestran en la figura siguiente.



El mencionado desprendimiento de torbellinos genera unas fuerzas verticales sobre el tablero cuyo sentido se va alternando, las cuales son la causa de las vibraciones verticales típicas de este fenómeno aeroelástico. Este tipo de vibraciones aparece a bajas velocidades de viento, dando lugar a problemas de servicio exclusivamente. Con el fin de evitar este fenómeno se pueden plantear dos posibles estrategias: alterar la frecuencia propia de la estructura o aumentar el amortiguamiento de la misma. En el caso del puente de Tacoma, estas estrategias resultan prácticamente inviables a consecuencia del reducido espesor de las vigas utilizadas. La figura presentada a continuación, esquematiza las oscilaciones verticales en un tablero de puente debido al desprendimiento de torbellinos.



El galope transversal o galloping genera movimientos de gran amplitud según la dirección normal al flujo de aire, con frecuencias menores a las que se producirían en el caso de desprendimiento de torbellinos. Este fenómeno es característico de estructuras esbeltas con secciones transversales rectangulares o en forma de D, así como de cables de tendido eléctrico con hielo adherido. En ingeniería de puentes el fenómeno del galope transversal tiene importancia en el diseño de cables de gran longitud en puentes atirantados.

Por su parte, el galope inducido por una estela o wake galloping tiene lugar cuando existen dos obstáculos próximos de tal forma que uno de los cuerpos se encuentra en la estela del otro. Debido a la estela de torbellinos que genera el cuerpo aguas arriba del flujo de aire, el segundo cuerpo recibe una corriente incidente cuya intensidad y sentido variarán con el tiempo. Este fenómeno es típico de las catenarias de ferrocarril y de las líneas de transporte de energía eléctrica en las que los cables discurren agrupados en conjuntos formados por dos, cuatro, seis o más cables situados en paralelo y separados por espaciadores mecánicos en la dirección transversal.

La inestabilidad aeroelástica provocada por el flameo, flutter en inglés, tiene lugar a partir de una cierta velocidad crítica de viento cuando las fuerzas que el flujo de aire provoca sobre el tablero de un puente en combinación con los movimientos del propio tablero dan lugar a amortiguamientos negativos en la estructura de tal manera que los movimientos del tablero se van amplificando hasta que, debido al elevado nivel de tensiones que alcanza el material, se produce el colapso.

La vibración por bataneo o buffeting se corresponde con el estudio de la influencia de la naturaleza turbulenta del viento, esto es, el efecto de las ráfagas u otras perturbaciones de la corriente, las cuales no han sido producidas por el obstáculo que las sufre. Se distinguen dos tipos de bataneo: el generado por la propia turbulencia de la corriente incidente y el debido a las perturbaciones causadas por algún otro obstáculo próximo, situado corriente arriba del obstáculo en consideración, el cual suele denominarse como bataneo de estela o interferencia. Un ejemplo típico de bataneo de estela se produce entre rascacielos próximos en áreas urbanas cuando la dirección del viento es tal que un edificio queda en la estela del otro. En la figura siguiente se muestra un ejemplo de esta situación.



Continuando con el contexto histórico, el puente de Tacoma estaba sólidamente construido, con vigas de acero al carbono ancladas en grandes bloques de hormigón, a diferencia de los diseños precedentes que tenían un entramado característico de vigas y perfiles metálicos por debajo de la calzada. Adicionalmente, en los diseños previos el viento podía atravesar la estructura, pero en el nuevo diseño el viento sería redirigido por arriba y por debajo de la estructura.

Segundo error capital. Al poco tiempo de haber concluido la construcción a finales de junio, el puente fue abierto al tráfico el 1 de julio de 1940. Seguidamente se descubrió que la estructura se deformaba y ondulaba en forma peligrosa aún en condiciones de viento relativamente benignas para la zona.

La resonancia debida a las ráfagas de aire que no podían ser redirigidas era de tipo longitudinal, por lo que el puente se deformaba en esta dirección, con la calzada elevándose y descendiendo alternativamente en ciertas zonas. La mitad de la luz principal se elevaba mientras que la otra porción descendía. Los conductores veían a los vehículos que se aproximaban desde la otra dirección desaparecer y aparecer en hondonadas, que a su vez oscilaban en el tiempo. Sin embargo, se consideraba que la estructura del puente era suficiente como para asegurar que la integridad estructural del puente no estaba amenazada. Incluso se dice que mucha gente disfrutaba del paseo, notando los vaivenes infinitos del tablero, dando la sensación de que navegaban sobre las olas de un mar inhóspito.



El 7 de noviembre de 1940 sucedió el colapso definitivo del puente a causa de un modo de torsión nunca antes observado, con vientos de apenas 65 km/h. Concretamente, la falla se debió al segundo modo propio de torsión, en el cual las ráfagas de aire excitaron peligrosamente la segunda frecuencia propia a torsión de la estructura. En este segundo modo, el punto central del puente permaneció quieto mientras que las dos mitades de la carretera hacia una y otra columna de soporte se retorcían a lo largo del eje central en sentidos opuestos. Dicho de otra manera, el puente se vio afectado por el fenómeno de flameo o flutter anteriormente descrito.

Este segundo modo propio estaba amortiguado en forma negativa, lo cual implica que la amplitud de la oscilación aumentaba con cada ciclo porque la energía aportada por el viento excedía la que se disipaba en la flexión de la estructura. Eventualmente, la amplitud del movimiento aumentó hasta que se excedió la resistencia de los cables de suspensión del puente. Una vez que varios de los cables fallaron, el peso de la cubierta se transfirió a los cables adyacentes, que no soportaron el peso, y se rompieron en sucesión hasta que casi toda la cubierta central del puente cayó al agua.



Cabe destacar que, en el caso del puente de Tacoma Narrows, no existía una perturbación periódica. El viento soplaba en forma constante a 67 km/h. La frecuencia del modo destructivo fue 0,2 Hz, que no se corresponde ni con un modo propio de la estructura aislada ni con la frecuencia de un vortex shedding del puente a la velocidad del viento. El evento solo puede ser comprendido si se consideran acoplados los sistemas estructurales y aerodinámicos lo cual requiere un riguroso análisis matemático para descubrir todos los grados de libertad de esta estructura en particular y el conjunto de cargas impuestas sobre ella.

Tal como he mencionado anteriormente, el puente de Tacoma ha sido el punto de partida de uno de los campos más bonitos de la ingeniería. Aunque los fenómenos aeroelásticos se han manifestado generalmente en puentes colgantes o atirantados, debido a su gran ligereza, recientemente se ha producido algún caso en puentes de otra tipología, que presentaban también gran flexibilidad. En el caso de vortex shedding merece la pena comentar los movimientos de esta naturaleza que sufre el puente Trans-Tokio Bay Crossing. Se trata de un puente que cruza la bahía de Tokio, el cual consiste en una viga continua en cajón realizada en acero. No se trata, por lo tanto, de un puente colgante o atirantado. Su longitud total es de 1630 m y los dos vanos de mayor longitud tienen 240 m cada uno, siendo la anchura total de la sección transversal de 22,9 m. En la figura siguiente se muestra una fotografía del puente.



Algunos de los factores más importantes a considerar al decidir el método más adecuado para controlar las vibraciones inducidas por torbellinos son la estimación de la amplitud de la vibración, el establecimiento de una amplitud admisible y la selección del método de control de la vibración según la Japan Road Association. En concreto, el establecimiento de la amplitud de vibración admisible para el puente Trans-Tokio Bay Crossing se realizó considerando tres estados límite: servicio, fatiga y plastificación de la viga cajón. Tras realizar detallados estudios se optó por instalar 16 TMD’s (tuned mass dampers) para controlar las vibraciones asociadas con el primer y segundo modos de vibración verticales. Las vibraciones asociadas con los modos de vibración de mayor orden fueron controladas aerodinámicamente instalando unas placas verticales fijadas a los postes de las barreras del puente.

Para culminar esta breve (y espero que no tan pesada) revisión de lo sucedido con el puente de Tacoma, me gustaría agregar que lamentablemente hubo una víctima en este incidente grave. Un perrito llamado Tubby que quedó atrapado en el coche de un fotógrafo del Tacoma News Tribune.



Sin duda, el puente de Tacoma y Tubby han sido mártires al servicio de despertar la señal de alarma y la investigación más exhaustiva en el diseño y construcción de las diferentes tipologías de estructuras. Todo ello con la finalidad y el propósito de evitar desastres más graves y lamentables.

REFERENCIAS

[1] Bisplinghoff R. L., Ashley H., Halfman R. L. Aeroelasticity. Dover Publications, Inc. New York, 1996.
[2] Frangopol D. M. Case Studies in Optimal Design and Maintenance Planning of Civil Infrastructure Systems. ASCE, SEI, Reston (Virginia), USA, 1999.
[3] Fujino Y., Yoshida Y. Wind-Induced Vibration and Control of Trans-Tokyo Bay Crossing Bridge. Journal of Structural Engineering. Vol. 128, Nº 8, August, pp. 1012-1025, 2002.
[4] Nieto F., Jurado J. A., Hernández S. Aplicación de la programación distribuida en la obtención de la velocidad de flameo y los análisis de sensibilidad del flameo en puentes de gran vano. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería. Vol 21, 1, pp. 83-101, 2005.

Fe de errata

Soy humano. Siempre lo he sabido y, desde la fecha de la creación de esta bitácora hasta el pasado lunes 6 de julio de 2009, lo he demostrado con un pequeño error que me gustaría presentar a través del clásico juego de encontrar las diferencias. Esta vez no se trata de siete diferencias. Se trata de una sola, sutil y en apariencia insignificante, discrepancia que puede desencadenar terribles efectos secundarios como ceguera temporal, incredulidad y estupefacción. Espero que sea fácil detectar este error mediante la comparación de las siguientes imágenes. Ignorad por un momento los cambios realizados en cuanto a tipo y tamaño de letra.





¿Habéis encontrado la diferencia? En efecto, se trata de lo que seguramente estáis pensando y debo acotar que fue el autor de esta genial bitácora quien se dio cuenta de mi error, garrafal, inoportuno y digno de la categoría “hoygan”. Mediante esta entrada, además de enmendar dicho desliz, manifiesto mi profundo agradecimiento al cuidador de tan singular y excelente jardín.

Para finalizar, me despido con la definición especificada en el Diccionario Manual de la Lengua Española Vox del año 2007, y asociada al error en cuestión.

Corolario s. m. Razonamiento, juicio o hecho que es consecuencia lógica de lo demostrado o sucedido anteriormente.

Saludos cordiales.

Wintermute.

El misterio escondido en el 777

Dos de la madrugada de la taciturna noche de un sábado cualquiera. Diego está desesperado. Ha introducido decenas de monedas en una máquina luminosa, ruidosa y con apariencia infantil situada en el casino de la ciudad. Todo ha sido en vano. Encontró todas las combinaciones posibles menos una. En una ocasión salió primero la figura de una fresa carmesí seguida de dos relucientes sietes. En otro intento, un solitario siete precedió a un plátano dorado y a una piña desproporcionada. La última vez obtuvo dos magníficos sietes acompañados por una odiosa cereza.

Pero los tres sietes seguidos nunca llegaron.

Al menos eso era lo que creía Diego mientras abandonaba el recinto con los bolsillos vacíos y la mirada triste. Puesto que diez minutos después Olga, una jubilada de setenta años que sufre de insomnio y del vicio del juego, introduce una moneda sencilla e insignificante, tira de la palanca, observa cómo las figuras empiezan a pasar vertiginosamente hasta detenerse en una combinación que le produce un brillo codicioso en los ojos. En efecto, Olga ha obtenido el 777 y las monedas han comenzado a brotar como un manantial de agua cristalina y limpia.



Olga está feliz y, en consecuencia, inicia un nuevo proceso de introducción compulsiva de monedas, en un infructuoso intento de mejorar su inesperada suerte.

Lamentablemente, Olga y Diego desconocen la existencia de las secuencias pseudoaleatorias utilizadas comúnmente en la electrónica digital para la criptografía, la telefonía móvil con tecnología GSM y las máquinas tragamonedas, por poner algunos ejemplos cotidianos. Dichas secuencias se definen como una serie de combinaciones ordenadas que ocurren cíclicamente, dando una sensación de aleatoriedad necesaria en los juegos de azar.

Para comprender estas secuencias, debo definir en primer lugar lo que es un sistema secuencial, el cual no es más que un sistema combinacional realimentado que consta de un elemento de memoria. Se entiende por sistema combinacional a un conjunto de elementos que realizan una determinada función. Dichos elementos pueden ser puertas lógicas (AND, OR, NOT, NOR, NAND, XNOR y XOR), módulos de caminos de datos (multiplexores, codificadores, decodificadores y demultiplexores) y memorias ROM (Read Only Memory), PAL (Programmable Array Logic) y PLA (Programmable Logic Array). El elemento de memoria de un sistema secuencial generalmente son biestables síncronos o asíncronos. En general, los biestables síncronos poseen una señal de reloj (CLK) que indica los instantes de tiempo en que se actualiza el estado del biestable, por consiguiente todas las señales del sistema cambian síncronamente con la citada señal de reloj.

Para generar secuencias pseudoaleatorias se necesita de un registro de desplazamiento (SHR), el cual puede ser a derechas o a izquierdas. Un registro de desplazamiento a derechas es un registro que, al hacerlo evolucionar por efecto de la señal de reloj, modifica su contenido copiando el valor del biestable i-ésimo en el biestable situado a su derecha, caracterizado por ser un biestable de peso inmediatamente inferior. Por ejemplo, supongamos que tenemos un registro de cuatro bits que codifican un estado Q[3..0] en binario natural y que además los biestables son flip-flops tipo D, si para una determinada señal de reloj se introduce una señal de entrada (SI), el comportamiento del registro será análogo a lo expresado en la figura siguiente.



Por su parte, en un registro de desplazamiento a izquierdas, al hacerlo evolucionar por efecto de la señal de reloj, se modifica su contenido copiando el valor del biestable i-ésimo en el biestable situado a la izquierda, el cual es el biestable de peso inmediatamente superior. Si se reorganiza el registro de la figura anterior basándose en la premisa detallada, se observa que la información contenida en el bit de mayor peso se pierde con el ingreso de la señal de entrada, para el siguiente flanco de reloj.



Pues bien, en esencia la máquina tragamonedas que utilizó Olga para ganar el dinero introducido por Diego, es un registro de desplazamiento, a izquierdas o a derechas, que genera una serie de secuencias sobre la base de la información de entrada introducida. En general, el dispositivo consta de un módulo combinacional formado por puertas lógicas que cargan la señal de entrada SI, posee señales de habilitación (ENP y ENT) en lógica positiva (activas por alta tensión) o en lógica negativa (activas por baja tensión), y además tiene una señal de borrado o “clear” (CLR) que pone a cero todos los estados Q[3..0] del registro. No obstante, algunos registros presentan una señal de carga o “load” (LD) que permiten definir la combinación de inicio en los estados Q[3..0].



Supongamos que el módulo combinacional de la máquina usada por los protagonistas de nuestra historia está formado por una puerta XOR cuyas entradas son los estados Q1 y Q0 y cuya salida constituye la señal SI, supongamos además que el registro de desplazamiento es a derechas, y que la combinación ganadora, el tan esperado y deseado 777, se codifica con cuatro bits (Q3,Q2,Q1,Q0)=1000. Si además consideramos como hipótesis que cada flanco de la señal reloj viene representado por un tirón de la palanca de la máquina, provocando el cambio en los cuatro estados del sistema, tendremos por tanto la tabla de funcionamiento siguiente, partiendo del momento en que Olga obtuvo el premio mayor:



Se observa que a pesar de que la secuencia es ordenada y específica para el módulo combinacional propuesto, la sensación que puede dar a un jugador obsesivo o a un ludópata es la de aleatoriedad, tal como había mencionado previamente.

Evidentemente, las secuencias incluidas en una máquina tragamonedas son mucho más complejas con respecto a las presentes en el ejemplo ilustrativo propuesto, sin embargo, el principio de funcionamiento es análogo. Adicionalmente y para dar una mayor sensación de azar, el módulo combinacional debe estar formado seguramente por una memoria ROM de alta capacidad, donde está almacenada la tabla de la verdad del sistema, o bien por un sistema combinacional en dos niveles formado por puertas lógicas y multiplexores. El registro de desplazamiento puede ser a izquierdas o a derechas, o bien seleccionable mediante un multiplexor previo al biestable, tal como se muestra a continuación, lo cual haría aún más difícil la obtención de la secuencia ganadora:



Por lo tanto, una vez que Olga ha comenzado nuevamente a introducir las monedas que ha ganado, ella ha dado comienzo a un nuevo ciclo vicioso que ocasiona en ella un impulso irreprimible de jugar a pesar de ser consciente de sus consecuencias y del deseo de detenerse. Porque ella sabe que después de un 777 vendrá una cereza, un plátano y un 7. Lo sabe porque ha estado allí muchas veces dejando su pensión en la máquina de un casino lujoso y ostentoso.



Por tal motivo el mejor consejo es no jugar, pero si se hace tener en cuenta que una vez que se ha ganado lo más adecuado es retirarse. Tal como lo refleja esta página especialmente diseñada para ludópatas, lo cual no deja de ser una absurda ironía.

REFERENCIAS

[1] Hayes, J.F. Introducción al diseño lógico digital. Addison-Wesley Iberoamericana, 1996.
[2] Pollán Santamaría, T. Electrónica digital. Tercera edición. Prensa Universitaria de Zaragoza, 2008.

Un, dos, tres... ¡Catorce!

Comenzaré esta entrada en mi bitácora personal con un titular preciso y contundente: Apoteósico concierto de la genial banda irlandesa U2 en Barcelona.



Lo siento por Metallica, Red Hot Chili Peppers, Evanescence, Desorden Público, Joaquín Sabina, Joan Manuel Serrat, Snow Patrol e incluso por Reynaldo Armas, pero lo que han hecho Bono, The Edge, Adam Clayton y Larry Mullen el pasado 30 de Junio en el Camp Nou fue más que un espectáculo. Han hecho el mejor concierto al cual he asistido.

Para empezar, un obligado homenaje a Michael Jackson con la dedicatoria de “Angel of Harlem” y el estribillo de “Don't stop till you get enough”, seguido de una inesperada y asombrosa conexión con la Estación Espacial Internacional. Desde el espacio exterior, los astronautas interactuaron con los más de cien mil asistentes (yo incluido) y dieron su particular mensaje sobre la conservación del agua. No entraba en mis planes iniciales que U2 conectara con el espacio exterior. Que se sepa, es la primera vez que una banda de rock se comunica en vivo con personas exentas de la ley de la gravedad.

El concierto continuó con un mensaje solidario a Aung San Suu Kyi, presa política en Birmania luego de ganar unas elecciones legítimas. El carisma de Bono, la guitarra de The Edge, el espléndido escenario giratorio y la dedicatoria a la ciudad de Barcelona, complementaron una noche fabulosa. Respecto al escenario, debo acotar que mi primera impresión fue similar a la que tendría si me encontrara con una especie de monstruo mitológico o lovecraftiano, debido a que era análogo a un Nyarlathotep de acero y fibra de carbono





A pesar de que extrañé canciones como “The Sweetest Thing”, “Discotheque”, “Elevation”, “Hold me, thrill me, kiss me, kill me”, “Starting at the sun” o “Sometimes you can't make it on your own”; disfruté clásicos como “Where the streets have no name”, “Beautiful day”, “Vertigo”, “One”, “Sunday, bloody Sunday”, “Breathe”, “The unforgettable fire” y “With or without you”. Las 21 canciones estaban elegidas para conformar un repertorio uniforme, sólido e irrompible. Pero comparado con otros espectáculos previos de U2 (a los cuales no tuve la oportunidad de asistir), quizá sería precipitado o atrevido decir que es el mejor de su carrera: 'ZooTV Tour' fue más atrevido en el apartado tecnológico y 'PopMart' fue un hito visual y arquitectónico. Éste tiene la tecnología y la arquitectura, pero mirando atrás en lugar de hacia delante.



En conclusión: U2… ¡A sus pies!