Taller Teórico-Práctico en Turbulencia 2026

Simular numéricamente el comportamiento de un flujo turbulento implica enfrentar retos comunes —selección del modelo de cierre de turbulencia, definición de condiciones de frontera, validación con datos experimentales— independientemente del contexto de aplicación. Esta charla parte de la experiencia acumulada en la simulación de flujos viscosos y viscoelásticos en procesos de manufactura, como el moldeo por inyección de polímeros, para discutir cómo estas mismas herramientas y criterios de modelado se trasladan al estudio de un fenómeno muy distinto: la turbulencia generada por el oleaje marino.

Se presentan las similitudes y diferencias metodológicas entre ambos dominios: mientras que en procesos industriales el interés suele centrarse en la predicción de defectos o en el llenado de una cavidad, en el estudio del oleaje costero el objetivo es caracterizar la transferencia de energía entre escalas turbulentas mediante modelos RANS y LES, con miras a evaluar el potencial energético del recurso undimotriz. Se abordan también los retos particulares de trabajar con geometrías, condiciones de frontera y escalas espaciotemporales propias de un dominio oceánico abierto, en contraste con los dominios cerrados y controlados típicos de la simulación de procesos.

En esta conferencia magistral se presenta la relación entre la física y el arte desde la perspectiva de la mecánica de fluidos, analizando cómo los principios que describen el movimiento de los fluidos han influido tanto en el desarrollo científico como en la creación artística. Particularmente se revisarán las aportaciones materiales y tecnológicas que llevan al desarrollo de diversas técnicas pictóricas dentro de la historia del arte, analizando como casos particulares la obra de Leonardo da Vinci, Vincent van Gogh, David Alfaro Siqueiros y Jackson Pollock.

Las inestabilidades hidrodinámicas constituyen uno de los mecanismos fundamentales que conducen a la formación de vórtices y al desarrollo de la turbulencia en los fluidos. En esta charla se presentarán los fundamentos matemáticos y computacionales utilizados para su simulación numérica, con énfasis en la formulación vorticidad–función de corriente para fluidos incompresibles. Se discutirán aspectos relacionados con la discretización mediante diferencias finitas, la integración temporal con esquemas de Runge–Kutta, la resolución de la ecuación de Poisson mediante transformadas rápidas de Fourier y los criterios de estabilidad numérica. Como ejemplo representativo se analizará la inestabilidad de Kelvin–Helmholtz, mostrando la evolución de la vorticidad y la formación de estructuras coherentes mediante simulaciones computacionales. Finalmente, se comentará cómo estas técnicas pueden extenderse al estudio de otras inestabilidades hidrodinámicas y problemas relacionados con la transición hacia la turbulencia.

Las tecnologías de energías renovables marinas (Offshore Renewable Energy, ORE) requieren procesos de validación cada vez más rigurosos para acelerar su transición desde el laboratorio hasta su despliegue comercial. En este contexto, la simulación numérica de alta fidelidad basada en Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) se ha convertido en una herramienta clave para reproducir fenómenos hidrodinámicos altamente no lineales que resultan difíciles de modelar mediante técnicas convencionales. Esta presentación mostrará cómo el software DualSPHysics puede complementar los ensayos experimentales, proporcionando predicciones numéricas avanzadas de procesos como el rompimiento de olas, impactos por slamming, sobrepasamiento (overtopping), agua embarcada (green water), fragmentación de la superficie libre e interacción fluido-estructura-mooring. Estas capacidades permiten ampliar el rango de condiciones evaluadas, reducir el número de ensayos físicos necesarios y mejorar la interpretación de los resultados experimentales.

La turbulencia es uno de los fenómenos más complejos de la mecánica de fluidos debido a la formación, interacción y desaparición continua de estructuras vorticosas que evolucionan en múltiples escalas espaciales y temporales. Aunque el análisis tradicional mediante campos de velocidad, vorticidad y espectros de energía ha permitido comprender gran parte de su comportamiento, estos enfoques describen principalmente aspectos dinámicos y energéticos, dejando abierta la posibilidad de incorporar herramientas que cuantifiquen la organización espacial de las estructuras presentes en el flujo.

En este trabajo se presenta una caracterización cuantitativa de la evolución topológica de un flujo turbulento utilizando números de Betti, entropía topológica y espectros de energía como descriptores complementarios. Como caso de estudio se emplea un flujo generado por la inestabilidad de Kelvin–Helmholtz, fenómeno que constituye un modelo clásico para analizar la formación, crecimiento e interacción de estructuras vorticosas. A partir de simulaciones numéricas transitorias se reconstruyen los campos de velocidad y vorticidad, los cuales son procesados para obtener representaciones binarias sobre las que se calculan los invariantes topológicos.

El análisis permite seguir la evolución temporal de las componentes conexas y de las regiones cerradas presentes en el flujo, identificando de manera objetiva procesos como la aparición, fragmentación, fusión y desaparición de vórtices. Asimismo, estos cambios topológicos se comparan con la evolución de la entropía y con la redistribución de energía entre escalas, mostrando que las variaciones en los números de Betti coinciden con etapas relevantes de reorganización del flujo turbulento.

Los resultados evidencian que los descriptores topológicos proporcionan información complementaria a las métricas convencionales y permiten cuantificar la complejidad espacial de la turbulencia desde una perspectiva diferente. Esta aproximación abre nuevas posibilidades para el estudio de flujos complejos y constituye una herramienta con potencial para aplicaciones en mecánica de fluidos, ingeniería, ciencias computacionales y análisis de sistemas dinámicos, donde la identificación automática de patrones y estructuras coherentes resulta de especial interés.

Uno de los problemas más importantes en los escenarios sobre el calentamiento global es cómo tomar en cuenta la nubosidad. Este factor es determinante pero es demasiado complejo para ser tomado en cuenta por los actuales modelos climáticos.

En este trabajo generamos modelos para explicar la formación de patrones de nubes convectivas (redes abiertas/cerradas) mediante física estadística y ecuaciones de Ginzburg-Landau/Swift-Hohenberg, optimizando costos computacionales frente a la hidrodinámica de alta resolución. Este enfoque estocástico reproduce con éxito la transición de fase entre células, ofreciendo una herramienta eficiente para mejorar la representación de la nubosidad en modelos climáticos globales.

El aprovechamiento de la energía de corrientes marinas depende de diferentes factores, como la velocidad de corriente, profundidad de instalación, vida marina, vida útil de operación, mantenimiento, etc. La gran ventaja sobre otras fuentes de energía renovables como la eólica es que existen corrientes semi-permanentes o permanentes a lo largo de todo el año. Además, al tener un fluido con una viscosidad alta respecto al aire, se puede reducir el tamaño de los dispositivos considerablemente, gracias a las fuerzas de sustentación y arrastre que se ven incrementadas por la interacción con el agua.

En México a diferencia de otras partes del mundo las velocidades de corrientes marinas en lugares que son candidatos para la extracción de energía por medio de turbinas hidrocinéticas son de bajas velocidades (~1m/s). El canal de Cozumel es un ejemplo de un sitio donde se podrían instalar turbinas de este tipo debido a que la velocidad promedio en el año de 0.88–1.04 m/s (Alcérreca-Huerta et al., 2019). Bajo estas condiciones se diseñó en el Instituto de Ingeniería, UNAM, como parte del proyecto CEMIE-Océano, un prototipo de turbina helicoidal de eje vertical.

Actualmente, el prototipo se encuentra en un Nivel de Madurez Tecnológica (TRL) 5 (validado en entorno relevante) y nos encontramos en transición hacia TRL 6 (demostrado en entorno operacional real), esta escala se utiliza a menudo como una serie de pasos discretos, pero la aparición de contratiempos hace que las etapas resulten difíciles de distinguir. Estos contratiempos van desde retrasos en la entrega de componentes indispensables hasta oxido incrustado en la turbina después de pruebas realizadas en el océano. Estas experiencias, lejos de ser meros obstáculos, han proporcionado lecciones críticas sobre instrumentación, calibración y logística que ahora guían las siguientes fases del desarrollo.

En esta platica se hablará de la evolución de este desarrollo tecnológico incluyendo algunas de las dificultades y los pasos más importantes. El proceso de desarrollo de la turbina helicoidal de eje vertical continua hasta la fecha y consiste en diferentes esfuerzos desde la investigación de ciencia básica para poder llegar a comprender la interacción del fluido en movimiento con la estructura de la turbina (fuerzas de arrastre y sustentación) y poder continuar con el desarrollo tecnológico.

En este taller se realiza un análisis de Interacción Fluido-Estructura (FSI) unidireccional para evaluar la deformación de una pala de aerogenerador debido a las cargas aerodinámicas. Primero, se utiliza ANSYS Fluent para simular el flujo de aire y calcular la distribución de presiones sobre la superficie de la pala. Posteriormente, estas cargas se transfieren a ANSYS Mechanical, donde se determinan los esfuerzos y deformaciones generados en la estructura, permitiendo analizar su comportamiento mecánico bajo condiciones de operación.

¿Qué es un perfil aerodinámico? ¿Qué es un perfil de flujo laminar natural y que es un perfil de flujo turbulento? ¿Cuáles son las consideraciones que se deben tener en la selección de un perfil aerodinámico? ¿Son las características del flujo las que condicionan nuestra selección? Si es así ¿Qué características del flujo son determinantes en la selección? ¿Qué herramientas de diseño de perfiles aerodinámicos poseemos en la actualidad? ¿Qué papel juega el fenómeno de turbulencia? ¿Qué impacto tiene la turbulencia en los coeficientes aerodinámicos y en el ángulo de ataque? ¿Qué modelos matemáticos tenemos para describir la turbulencia en perfiles aerodinámicos y cuáles son sus alcances y limitaciones? ¿Cómo la turbulencia se puede convertir en nuestra aliada para mejorar los coeficientes aerodinámicos de un perfil en ciertas condiciones de flujo? Éstas y otras interrogantes nos plantearemos en la conferencia y las resolveremos juntos, no te la pierdas.

Este taller práctico está diseñado para participantes de nivel principiante e intermedio que deseen iniciarse en la simulación de flujos turbulentos con ANSYS. A lo largo de la sesión, los asistentes realizarán un caso completo guiado paso a paso: creación y preparación de la geometría en DesignModeler, generación de una malla con refinamiento en pared para capturar correctamente la capa límite turbulenta, configuración del solver en Fluent (con selección justificada del modelo de turbulencia), ejecución del cálculo y post-procesamiento detallado de resultados. Se hará especial énfasis en la interpretación física de los contornos de velocidad y energía cinética turbulenta, la verificación del parámetro y+ y los criterios de convergencia, brindando a los participantes criterios sólidos para aplicar en sus propios proyectos. No se requiere experiencia previa en CFD, solo conocimientos fundamentales de mecánica de fluidos.

Desde las primeras observaciones de las llamadas "llamas cantoras" en el siglo XVIII y los experimentos de Pieter Rijke en el siglo XIX, la interacción entre el calor y el sonido ha despertado un gran interés científico. Estos estudios demostraron que una liberación periódica de energía, cuando se encuentra adecuadamente sincronizada con las oscilaciones de presión, puede generar y mantener ondas acústicas de gran intensidad. Durante el siglo XX, este principio encontró una de sus aplicaciones más representativas en los pulsorreactores y, actualmente, continúa siendo fundamental para comprender, aprovechar y controlar las inestabilidades de combustión presentes en turbinas de gas, motores cohete, sistemas de propulsión y dispositivos termoacústicos.

En este taller teórico-práctico, los participantes explorarán cómo la combustión, las oscilaciones de presión y la resonancia acústica pueden acoplarse para producir un sistema pulsante autosostenido. Mediante conceptos de termodinámica, dinámica de gases, transferencia de calor y resonadores de Helmholtz, cada participante diseñará, construirá y pondrá a prueba su propio pulsorreactor experimental. Finalmente, se comparará el desempeño de los diferentes diseños mediante mediciones de frecuencia, tiempo de giro y RPM de una pequeña turbina. Una experiencia donde ingeniería, fuego y sonido trabajan en sincronía para revelar la fascinante física de los fenómenos termoacústicos.

Este taller ofrece un recorrido integral por la simulación hidrodinámica de absorbedores puntuales para la generación de energía undimotriz. En el bloque teórico se introducirán los fundamentos de la energía undimotriz, los principios del Método de Elementos de Frontera (BEM) y la clasificación de los dispositivos convertidores (WECs), con un énfasis especial en los PAWECs (Point Absorber Wave Energy Converters) y sus principios de funcionamiento.

En el bloque práctico, los asistentes aplicarán estos conceptos mediante la simulación numérica del caso de estudio RM3 (Reference Model 3), un absorbedor puntual de referencia, empleando WEC-Sim, un programa de código abierto para la simulación de estos dispositivos. Además, se explorará una geometría alternativa para comparar su comportamiento hidrodinámico y evaluar el rendimiento en la absorción de potencia.