Absurdos errores de la ciencia y la ingeniería.
La vital importancia de utilizar siempre las unidades correctas y verificar y corregir errores experimentales.
Luis Pardillo Vela
Yo no entiendo como con la tecnología de hace 4500 años se pudo construir la pirámide de Keops, pero tampoco entiendo como actualmente se puede fabricar una memoria que con una superficie inferior a 1 cm2 y espesor menor de 1 mm, puede almacenar el contenido de cien películas en alta calidad. Estos son grandes e impecables logros de la humanidad, antigua y moderna, pero en el siguiente relato vamos a ver grandes errores de la ciencia y la ingeniería, algunos tan absurdos como utilizar mal las unidades y otros no tan absurdos pero si predecibles (aunque a veces la predicción no era obvia ni mucho menos).
- El Boeing -767 que planeó sobre Gimli (1983).
Fuente: https://blogaero.com/2013/01/18/el-asombroso-caso-del-planeador-de-gimli/
En junio de 1983, un B-767 de Air Canada estaba siendo revisado en Edmonton tras haber sufrido anteriormente algunos problemas con el sistema que medía la cantidad de combustible. No obstante, por aquel entonces, tampoco era necesario que dicho sistema funcionase perfectamente, se podía simplemente estimar de forma manual la cantidad de fuel que se introducía en el avión. Así que cargaron el combustible midiéndolo manualmente desde tierra y listo.
A mitad del vuelo, una alarma sonó indicando que el caudal de combustible del motor izquierdo perdía presión. Poco después el motor izquierdo se apagó. Y posteriormente una segunda alarma empezó a sonar alertando de que no llegaba combustible tampoco al motor derecho. Repentinamente, el segundo motor también se apagó y el avión perdió toda su capacidad propulsiva.
Al haber perdido los motores, la mayor parte de los instrumentos de vuelo se apagaron, dejando únicamente algunos medidores básicos para el vuelo. Los pilotos hubieran perdido también el control de la aeronave si no llega a ser porque los motores siguieron girando por el impacto con el aire, proporcionando una pequeña cantidad de energía. De lo contrario, los sistemas hidráulicos hubieran dejado de funcionar y el avión hubiera sido inmanejable.
El final no parecía nada halagüeño, pero ahí estaba el comandante, que había sido piloto de planeadores y supo mantener el avión en una trayectoria de descenso óptima para intentar un aterrizaje de emergencia. El objetivo era llegar a Winnipeg, pero estaban perdiendo altitud demasiado rápido. La solución más apropiada parecía intentar aterrizar en la antigua base aérea de Gimli, a la que sí podían llegar. El único problema era que la base había sido abandonada, las pistas habían sido convertidas en una especie de circuito de velocidad y justamente aquel día había un gran picnic al que había acudido mucha gente.
Y otro problema, los pilotos no consiguieron bajar el tren de aterrizaje del morro, ya que habían perdido en gran medida los sistemas hidráulicos. Además, al ir perdiendo velocidad los motores giraban cada vez más despacio, disminuyendo la energía generada y reduciendo la efectividad de los mandos.
Contra todo pronóstico, el piloto consiguió aterrizar en el primer y único intento que tenía. Tras ir arrastrando el morro del avión por la pista, el aparato finalmente se detuvo y nadie resultó herido, ni pasajeros, ni miembros de la tripulación ni los que estaban de picnic.
¿Cuál fue el error?
Canadá empezó a utilizar el las unidades del Sistema Internacional en 1970. El capitán calculó que para volar desde Edmonton a Montreal necesitaba unos 22.300 kilogramos de queroseno. Pero hasta entonces, casi todos los aviones utilizaban unidades anglosajonas para medir la cantidad de combustible. Y al pasar de kilos a litros (aplicando la densidad del queroseno) dividieron por 1,77 en lugar de por 0,8, es decir usaron la conversión libras a litros cuando correspondía la de kg a litros. Así pues, en lugar de salir con los 22.300 kilogramos necesarios, el avión despegó de Edmonton con menos de la mitad del combustible que necesitaba.
- La nave Mars Climate Orbiter (1999).
El 11 de diciembre de 1998, un cohete despegaba de Cabo Cañaveral, Florida, con destino a Marte. A bordo viajaba la Mars Climate Orbiter, el primer satélite meteorológico que se enviaba a otro planeta. La nave debía llegar a Marte en septiembre de 1999. Pero nunca lo hizo. Y no lo hizo por un motivo tan sumamente tonto que nadie reparó en él hasta que fue demasiado tarde.
Las cosas empezaron a torcerse mucho antes de llegar a Marte. En todas las misiones, los controladores corrigen desde Tierra la trayectoria de la nave. A eso se le llama TCM (Trajectory Correction Maneuver) y es algo rutinario. Esta vez, sin embargo, varios controladores se percataron de algo extraño. Aquella nave se desviaba demasiado de su ruta. Ellos corregían la trayectoria, pero la nave se desviaba de nuevo, sin motivo aparente. A medida que la nave se acercaba a Marte, los controladores, cada vez más preocupados, siguieron reajustando su trayectoria. No sirvió de nada. El 23 de septiembre de 1999, tras un viaje de nueve meses, la nave desparecía de las pantallas del Instituto de Tecnología de California sin dejar rastro y sin que nadie supiese por qué. Y, tras numerosos informes, peritajes y entrevistas, la conclusión no pudo ser más humillante para la agencia espacial estadounidense: habían cometido un error en las unidades de medida.
El control de Tierra (en Pasadena, Texas) usaba el sistema métrico decimal, mientras que la nave (diseñada por Lockheed Martin Astronautics de Denver) realizaba los cálculos en el sistema anglosajón. Así, cada vez que los controladores ordenaban a la nave que variase su trayectoria, enviaban unos datos en el sistema internacional y que la nave interpretaba como si fuesen del sistema anglosajón.
- El Puente de Laufenburg (2003).
Fuente: https://cddis.nasa.gov/docs/2010/SGP_General_v12e_CCC.pdf
Es el nuevo puente que une las orillas alemana y suiza de la antigua ciudad de Laufenburg, dividida en dos por el Rin. Durante su construcción en 2003, los ingenieros descubrieron que existía una diferencia de elevación de 54 cm entre el puente construido del lado de Suiza y la carretera del lado Alemán. La razón del error es que los horizontes del lado de Alemania y Suiza están basados en referencias distintas. Alemania tiene como referencia el nivel del Mar del Norte y Suiza tiene como referencia el Mediterráneo y entre ellos hay una diferencia de 27 cm. Pero aplicaron esa diferencia de altura de forma incorrecta, y en lugar de contrarrestarla la duplicaron, con ese resultado de 54 cm de diferencia, que se tuvo que corregir desde el lado alemán para poder completar el puente.
- 2.000 vagones más anchos que sus estaciones (2014).
Fuente: http://www.elmundo.es/economia/2014/05/21/537cbc0a268e3e840c8b4573.html
La operadora pública de ferrocarriles francesa SNCF encargó 2.000 vagones para renovar su flota ferroviaria que, sin embargo, ha descubierto a posteriori que son demasiado anchos para circular por unas 1.200 estaciones del país, lo que acarreó un coste extra de 50 millones de € por los trabajos de acondicionamiento necesarios.
Según SNCF, el fiasco de los trenes franceses ha sido culpa del operador nacional de las vías RFF. En este sentido, el ministro de Transportes francés, Frederic Cuvillier, ha culpado del problema al "absurdo" sistema ferroviario generado en 1997. "Cuando separas al operador ferroviario (RFF) del usuario (SNCF) no funciona", indicó en declaraciones a la emisora BFMTV. "Descubrimos el problema un poco tarde", admitió por su parte el portavoz de RFF Christophe Piednoël.
Vamos ahora con un error que en septiembre del 2011 puso en jaque a la física y que derrumbaba nada menos que la Teoría de la Relatividad de Einstein.
Pero en este caso el error no era de cálculo, era de tipo experimental, un error sistemático.
- El neutrino que viajaba más rápido que la luz (2011).
Fuente: http://ciencia-simple.blogspot.com.es/2012/04/el-neutrino-que-viaja-mas-rapido-que-la.html
En septiembre del 2011 se publicaron los primeros resultados de un experimento internacional llamado OPERA que se desarrolla bajo la montaña del Gran Sasso, en Italia. Los científicos que forman parte de este experimento mantenían en su publicación que las partículas llamadas neutrino que fueron lanzadas desde el acelerador de partículas de CERN en la frontera de Suiza con Francia y luego fueron captadas por OPERA viajan a una velocidad mayor que la velocidad de la luz. Estos resultados sorprendieron mucho a la comunidad científica dado que fue la primera vez que se reportaba la existencia de partículas que viajan más rápido que la luz.
Después del escepticismo inicial y de releer el artículo la descripción metódica no dejaba dudas, los científicos hicieron un trabajo muy serio. De hecho desarrollaron un método estadístico sofisticado que les permitió medir el tiempo de viaje promedio de las partículas desde CERN hasta el Gran Sasso. El único problema que presentaban los resultados era que contradecían las mediciones astronómicas que fueron hechas en 1987 cuando al observar las partículas que llegaron de una supernova (SN1987A) las partículas de la luz llegaron casi al mismo tiempo que los neutrinos lo que significa que si los neutrino fueron más veloces que la luz como lo indicaban los resultados de OPERA tendrían que haber llegado tres años antes.
En febrero del 2012 reconocieron los miembros de OPERA que una fibra óptica que era parte del sistema de medición no funcionaba correctamente. Poco tiempo después se publicaron los resultados del proyecto llamado ICARUS el cual se encuentra también en el Gran Sasso y sus resultados mostraron el error instrumental.
De hecho el error estadístico era pequeño pero el error instrumental no fue considerado de forma correcta. El error estadístico depende del número de mediciones que se hacen (cuanto más grande el número de mediciones más pequeño es el error estadístico). Por el contrario el error instrumental (error sistemático) depende de cuan exacto es el equipo de medición y de la capacidad de los técnicos para realizar las mediciones y achicar al máximo errores técnicos como el mal funcionamiento de una fibra óptica que provocaba errores de medida.
- El puente levadizo Cau Cau (Chile. 2011-2019 y continúan los arreglos)
La construcción del primer puente levadizo de Chile, el puente Cau Cau en Valdivia, constituyó tal serie de errores, mal diseño, impresentables fallos de montaje, falsos profesionales en la construcción (incluido un topógrafo), que mereció, por tal acumulación, de desastres un capítulo en Discovery Channel.
Ya casi terminado, estuvo a punto de ser demolido, por los errores y el enorme coste de los arreglos, pero finalmente fue recuperado, eso sí, con un tiempo y presupuesto de casi el doble del proyecto inicial.
El problema principal fue la errónea colocación de los brazos o rampas del puente. Fue tal el secretismo y los obstáculos puestos para la investigación periodística, y a la vez la tan variada, confusa y en ocasiones contradictoria información proporcionada por el gobierno y miembros del ministerio de obras públicas, que cuesta identificar la verdadera razón del problema principal. Se habla de que se colocaron las rampas (brazos del puente) intercambiadas (la norte por la sur y la sur por la norte), o de que las dos se fabricaron iguales (gemelas) por lo que al colocarlas una frente a otra no coincidían, de forma que la acera y carril bici caían en lados contrarios en cada rampa (ver foto en color), o la más probable, que una de ellas fuera colocada al contrario. Esta última es la que plantea Discovery Channel, ya que el desnivel que deben tener las rampas para que el agua de lluvia caiga hacia las riberas, hace que al invertir una de ellas se produzca un desnivel contrario en uno de los lados, dando lugar a un desnivel en la unión (figura en blanco y negro) lo que provocó que se tuviera que hacer un recrecido con láminas de acero (marcado en rojo en la última foto), con lo cual se variaban los cálculos de carga iniciales.
Pero aquí no terminaron los problemas. En febrero de 2015 en una prueba de elevación de la rampa sur se produjo el colapso de uno de los dos pistones, quedando la rampa bloqueada sin posible solución ni a corto ni medio plazo.
Tras costosos arreglos, en agosto de 2018 se puso en uso parcial, permitiendo el paso de vehículos de bajo tonelaje y realizando aperturas mensuales programadas (usando gruas), para el tránsito fluvial de embarcaciones mayores. El 26 de julio de 2019 se abrió una la licitación para la reparación definitiva del puente Cau Cau....... Y en febrero de 2021 otra .......
Veamos ahora un error que ha ocurrido en la construcción de varios puentes debido a la resonancia. En realidad no fueron errores de cálculo, sino imprevistos no calculados para las circunstancias que finalmente provocaron la resonancia.
Pero previamente veamos que es la resonancia:
Todo sólido alterado de su posición de descanso tiende a vibrar a ciertas frecuencias denominadas naturales, es equivalente al caso de una regla de plástico que sobresale de la mesa y la hacemos vibrar, la frecuencia de la vibración dependerá de la naturaleza y dimensiones de la regla que sobresale. Estas vibraciones pueden ser excitadas por fuentes tales como vientos, sonidos, motores, compresores, e incluso terremotos. Si la frecuencia de una fuente de vibración coincide con una frecuencia natural de vibración de una estructura, ésta entrará en resonancia, es decir, la amplitud de su vibración va aumentando retroalimentada por la fuente emisora y su amplitud de vibración puede alcanzar magnitudes lo suficientemente grandes como para dañarla o incluso destruirla. Para evitar la resonancia es necesario conocer las frecuencias naturales de vibración de la estructura como también el espectro de frecuencias de las fuentes de vibración con las que la estructura puede entrar en contacto. Su estudio previo es complejo y se usan además modelos a escala o prototipos que luego no se ajustan a la realidad, o no se ensayaron con situaciones imprevistas como en los siguientes casos. Pero antes, si quieres, dos vídeos explicativos sobre la resonancia (duración 2:08 y 4:12):
- El Puente del Milenio en Londres (2000).
Para marcar la entrada en el nuevo milenio, Londres construyó un puente peatonal colgante que une la zona de Bankside con La City. Tiene una longitud de 325 metros dividida en tres secciones. Está hecho de acero y con un diseño muy moderno. El 10 de junio de 2000 se abrió al público e inmediatamente después se observaron vibraciones en la estructura. Diseñado para soportar a unas 5000 personas a la vez, la pasarela entró en resonancia llevando consigo tan solo a unas 2000 personas. Las primeras pequeñas vibraciones obligaron a los viandantes a caminar de manera sincronizada con el balanceo, incrementando el efecto. El balanceo alcanzó niveles obviamente preocupantes y el puente se cerró a los tres días de la inauguración. La solución fue encajar discretamente 37 amortiguadores de fluido viscoso, (disipación de energía), debajo de la cubierta para mitigar el movimiento horizontal y 52 amortiguadores de masa (inercial) para controlar el movimiento vertical. El puente fue reabierto el 22 de febrero del 2002 con gasto extra de unos cinco millones de libras.
- Puente de Volgogrado (2010).
Otro puente que los siete meses de ser inaugurado entro en resonancia. El 20 de mayo de 2010 una tormenta con rachas de viento provocaron impresionantes vibraciones en este puente de la ciudad de Volgogrado (Rusia). El problema se solucionó incorporándole amortiguadores de masa en la estructura.
. El siguiente vídeo (0:46) muestra las vibraciones que alcanzaron una amplitud superior al metro .
http://www.youtube.com/watch?v=WEQrt_w7gN4
- Puente Arcos de Alconétar (2006).
Fuente: http://naukas.com/2012/06/15/la-resonancia-bien-entendida-ii-el-puente-arcos-de-alconetar/
Para cruzar el Tajo a la altura del embalse de Alcántara (Cáceres), se diseñó el que hoy se llama puente Arcos de Alconétar, estructura basada en un par de arcos metálicos de 220 metros de luz, sobre el que iría un tablero de hasta 400 metros de longitud. El 10 de enero de 2006, los dos semiarcos del primer arco de soporte habían sido unidos entre sí y estaban ya empotrados en sus arranques. El viento soplaba suave, a una velocidad constante de unos 20-30 km/h y entonces el puente empezó a ondular. Las mediciones hechas posteriormente indican que el arco se desplazaba hasta 80 centímetros respecto a su posición ideal, con un período de 1,4 segundos, fenómeno que duró aproximadamente una hora.Tras dos semanas de tregua, los días 24, 25 y 29 de enero de 2006 fueron testigos de nuevos episodios de ondulaciones. Afortunadamente, la elección de la estructura del arco evitó una caída catastrófica.
Tras el primer episodio, los ingenieros no perdieron ni un momento en buscar a un experto.
El escogido fue el catedrático Miguel Ángel Astiz Suárez, de la Universidad Politécnica de Madrid. Sus estudios confirmaron que se trataba de un fenómeno de resonancia. La combinación de vientos uniformes de baja velocidad y una geometría uniforme del obstáculo propiciaron un efecto resonante en el segundo modo de vibración del arco.
Las posibles soluciones fueron puestas a prueba en los túneles de viento de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos de la UPM, bajo la supervisión del profesor Meseguer. Tras analizar los resultados, se propusieron tres tipos de soluciones: incrementar la rigidez de la estructura, añadir sistemas de amortiguación, o introducir dispositivos aerodinámicos.
La solución escogida fue la tercera, ya que no solamente resultaba la más económica, sino, y esto era lo esencial, la más rápida de instalar. Dicho y hecho, se diseñó e instaló un sistema de deflectores, una especie de alerones horizontales, soldados en la parte superior del arco, que canalizaban la trayectoria del aire y evitaba la formación de remolinos.
Esa combinación de rigidez estructural, análisis correcto e intervención rápida evitó que el puente acabase en el fondo del Tajo antes incluso de haber sido terminado, algo que dice mucho a favor de la habilidad de los ingenieros españoles. La estructura de arcos fue reforzada y modificada con los deflectores, el tablero fue situado en su lugar, y cuando el puente fue terminado su estructura ya no era resonante.
En el siguiente vídeo (0:38) se puede ver el efecto de la resonancia (se observa a los 10s de iniciado el vídeo):
Y terminamos con el último y más famoso caso que además terminó colapsando.
- El puente de Tacoma (EE.UU.) (1940).
El 7 de noviembre de 1940, cuatro meses después de su inauguración, el puente Tacoma Narrows (el tercero más grande del mundo en ese momento) entró en resonancia con un viento de 64 Km/h.
En el siguiente vídeo se puede ver la resonancia y el colapso final (duración 3:16 muy interesante):
http://www.youtube.com/watch?v=fpqPLkYf9Io
El puente de Tacoma recibió a los pocos días de su inauguración el nombre de Gertrudis galopante, ya que era muy frecuente que entrara en resonancia y el puente oscilara de un extremo al otro, pero investigaciones más recientes de la causa del colapso del 7 de noviembre indican que no fue exactamente por resonancia, sino por otro fenómeno relacionado, denominado flameo o aleteo aeroelástico. Pero si es cierto que el puente entraba a menudo en resonancia con vientos entre 30-40 km/h, creando las oscilaciones que lo convirtieron en una montaña rusa improvisada (la que le dió el nombre de Gertrudis Galopante).