23 julio 2010

El ‘Jaguar’ es el más rápido

TOP500 nos ofrece dos veces al año, en junio y en noviembre, el ranking de los 500 superordenadores más potentes del mundo. En la lista de junio de 2010, Jaguar, un ordenador instalado en el Laboratorio Nacional Oak Ridge en Estados Unidos, se ha coronado oficialmente como el más poderoso del mundo. Su rendimiento alcanza los 1,759 petaflops,  o lo que es lo mismo, es capaz de realizar 1759 billones de operaciones por segundo (un petaflop equivale a mil billones de operaciones por segundo). Esta cifra resulta sorprendente si se tiene en cuenta que sólo hay tres ordenadores en el mundo capaces de superar la barrera de 1 petaflop. Estos son, además de Jaguar, el ordenador chino Nebulae, cuyo rendimiento llega a 1,271 petaflops, y el estadounidense Roadrunner (correcaminos), que alcanza los 1,042 petaflops.

Estados Unidos se reafirma indiscutiblemente como líder mundial en supercomputación. El 56,4% de los ordenadores del TOP500 están dentro de sus fronteras. Además, entre los 10 primeros puestos, sólo los número 2, 5 y 7 son ordenadores instalados fuera del territorio estadounidense. En concreto, están en China (2 y 7) y en Alemania (5).

Por su parte, China está aunando esfuerzos para afianzarse como otra gran potencia en supercomputación, y por primera vez tiene 2 sistemas entre los 10 primeros de esta lista. Su ordenador Nebulae es el segundo ordenador más rápido del mundo, y el primero en rendimiento máximo teórico (2,98 petaflops), por lo que fácilmente podría dar el salto al primer puesto del TOP500 en poco tiempo. En este momento, China tiene 24 computadoras en el ranking, lo que la iguala a Alemania. Por encima sólo están Estados Unidos con 282 ordenadores, Reino Unido con 38 y Francia con 27.

Fuente: Top500.org

Potencias mundiales de la supercomputación - Fuente: Top500.org

El ordenador más potente de Europa se llama Jugene y está en Alemania, en el centro de investigación Forschungszentrum Jülich. Ocupa el puesto 5 del ranking y su rendimiento alcanza los 825,50 teraflops. Un teraflop es mil veces inferior a un petaflop y equivale a un billón de operaciones por segundo. En total, en Europa están instalados 144 de los supercomputadores que forman la lista, lo que supone un 28,8% del total. En América están el 58% (290 computadores), en Asia el 11,4% (57 computadores), en Oceanía el 1,6% (8 computadores) y en África el 0,2% (sólo 1 computador).

Situación de España en el TOP500

España no está en sus mejores momentos en lo que a supercomputación se refiere y sólo 3 ordenadores de nuestro país aparecen en el TOP500 mundial. MareNostrum, instalado en el Centro de Supercomputación de Barcelona, es el ordenador más potente de España. Ocupa el puesto 87 en el TOP500 y alcanza un rendimiento de 63,83 teraflops. Se utiliza para fines médicos, como la investigación del genoma humano y el diseño de nuevos medicamentos. Los otros dos superordenadores españoles ocupan los puestos 180 y 204, y tienen unos rendimientos de 38,29 y 36,39 teraflops respectivamente.

España llegó a tener 9 ordenadores en el ranking de noviembre de 2007, cuando el MareNostrum ocupaba el puesto 13 mundial. Desde ese momento, la presencia española en el TOP500 ha ido cayendo. Sin embargo, parece que el gobierno tiene la intención de que España recupere fuerza en el campo de la supercomputación y planea que para el año 2012 se instale en Barcelona uno los ordenadores más potentes de Europa. Para ello se compromete a invertir 100 millones de euros. Este nuevo ordenador formará parte de las infraestructuras de PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe), recientemente inauguradas en Barcelona. PRACE constará de 4 supercomputadores interconectados que se ubicarán en España, Alemania, Francia e Italia.

Otros datos interesantes del TOP500

  • El 81,6% de los ordenadores del TOP500 lleva procesadores Intel.
  • El 85% utiliza procesadores de cuatro núcleos (quad core).
  • El 81% utiliza sistema operativo Linux.
  • El consumo medio de electricidad de los sistemas del TOP500 es de 397 kilovatios. El Jaguar, número 1 del ranking, consume 6,95 megavatios.
  • El nivel de rendimiento mínimo para entrar en la lista ha aumentado de 20 teraflops a 24,7 teraflops en sólo seis meses. Esto ha provocado que el sistema que ocupaba el puesto 357 en noviembre de 2009 sea el número 500 en junio de 2010.
  • Actualmente, la gran mayoría de los ordenadores que aparecen en el TOP500 se utilizan en el sector industrial (60%), seguido del sector de investigación (18,4%) y académico (15,8%).

¿Cómo sentimos el mundo?

EyeVista, oído, olfato, tacto y gusto. Son nuestras únicas armas para conocer y explorar el entorno que nos rodea y reaccionar ante las situaciones que se nos presentan. Los órganos de los sentidos captan la información del exterior y la transforman en puros impulsos eléctricos que se envían a áreas especializadas de la corteza cerebral. Allí se procesan y como resultado se producen sensaciones: ver un cuadro, oír una melodía, saborear una fruta…

La corteza cerebral o córtex cerebral es la capa de tejido nervioso que cubre el cerebro y es donde se localizan ciertas funciones como la percepción, el pensamiento, la imaginación, la reflexión y la decisión.

La vista

El ojo contiene unos 125 millones de células nerviosas llamadas fotorreceptores. Los fotorreceptores generan las señales eléctricas que permiten al cerebro formar las imágenes visuales.

El proceso de visión comienza cuando la luz atraviesa la córnea y entra en el ojo a través de la pupila. El iris regula la entrada de luz al ojo cambiando de forma, y hace que la pupila se encoja cuando la luz es brillante y fuerte, y que se expanda cuando hay oscuridad. Los rayos de luz pasan a través del cristalino y se refractan, de manera que convergen en la retina.  El cristalino debe enfocar los rayos luminosos para conseguir que se forme una buena imagen en la retina con independencia de la distancia a la que esté situado el objeto que estamos mirando. Para ello, si el objeto está cerca, el cristalino aumenta de grosor, y si el objeto está lejos, se aplana. En la retina se encuentran dos tipos de fotorreceptores: los bastones y los conos. Los bastones son los responsables de la visión en blanco y negro, y los conos, de la visión en color. La luz llega a estos fotorreceptores (bastones y conos) que mandan señales eléctricas al cerebro por medio del nervio óptico. Estas señales tienen que viajar hasta la parte anterior del cerebro, en concreto hasta el córtex visual, donde se procesarán y se transformarán en imágenes visuales conscientes.

La visión estereoscópica o tridimensional es posible gracias a que los ojos están separados cierta distancia uno del otro. Así, cada ojo ve una porción distinta del espacio que tenemos delante. La unión de las imágenes recogidas por cada retina da lugar a la sensación de profundidad y por tanto, a la visión tridimensional.

El oído

El oído capta ondas de sonido y las transforma en impulsos nerviosos que se envían al cerebro para su procesamiento. También es en el oído donde se sitúa el sentido del equilibrio, esto es, la percepción de la posición del cuerpo y su movimiento.

El oído se divide en tres secciones denominadas oído externo, medio e interno.  El oído externo canaliza las ondas sonoras por el canal auditivo hasta el tímpano, que marca el comienzo del oído medio. Las ondas hacen vibrar al tímpano, lo que provoca que también vibre la cadena formada por tres pequeños huesecillos llamados martillo, yunque y estribo. Estos huesecillos amplifican las ondas sonoras al golpear una membrana denominada ventana oval, que transmite el sonido hasta el oído interno. Esta amplificación hace posible que el sonido supere la diferencia de resistencia al pasar de un medio aéreo (en el oído medio), a un medio acuoso (en el oído interno). En el oído interno se encuentra el caracol o cóclea, donde se sitúan unas células especializadas capaces de transformar los sonidos en impulsos eléctricos. Estos impulsos viajan por el nervio auditivo hasta una parte específica del cerebro llamada córtex auditivo, donde se procesan para producir la sensación de audición.

Como ya comentamos, el oído también realiza una función fundamental relacionada con el equilibrio. Esta función se realiza en el oído interno, donde ciertas células inmersas en un fluido viscoso reaccionan ante cualquier movimiento, como cambios en la posición de la cabeza o la aceleración.

El  olfato

Aunque la vista es el sentido dominante en el ser humano, el olfato también juega un papel fundamental ya nos sirve de alerta en situaciones peligrosas como un escape de gas o un incendio aunque no podamos verlo directamente. La nariz humana puede distinguir entre miles de olores diferentes.

Al igual que el gusto, el olfato depende de unas células conocidas como quimiorreceptores. Estas células, ubicadas en el interior de la nariz, detectan las moléculas que entran en la cavidad nasal empujadas por corrientes de aire. Así, podemos intensificar la sensación de olor si inhalamos más aire por la nariz, algo que hacemos como un acto reflejo cuando un olor nos llama la atención. Los receptores olfativos de la zona más profunda de la cavidad nasal envían impulsos eléctricos al bulbo olfativo, situado en el sistema límbico cerebral. Este sistema se relaciona con las emociones, los sentimientos, los instintos… Por eso los olores suelen inducir emociones y recuerdos muy fácilmente. El bulbo olfativo, tras procesar y codificar los impulsos eléctricos, los envía a otras regiones del cerebro y los olores se tornan conscientes.

El gusto

En muchos casos las sustancias venenosas o dañinas para el organismo tienen un sabor amargo desagradable, mientras que las comestibles y nutritivas suelen tener buen olor y sabor. Por ello, el gusto y el olfato, actuando en conjunto, conforman un arma efectiva a la hora de evaluar si lo que vamos a comer o a beber está en buen estado o si por el contrario puede resultar perjudicial.

El gusto, al igual que el olfato, detecta las moléculas que entran, en este caso en la boca, y en respuesta genera datos en forma de señales eléctricas que son enviadas al cerebro. Estos datos viajan desde la boca a lo largo de unas determinadas fibras nerviosas y llegan a las zonas específicas del córtex cerebral que se relacionan con el sentido del gusto.

La lengua es el órgano principal del sentido del gusto y es el órgano muscular más flexible del cuerpo. Tiene tres músculos interiores y otros tres pares de músculos que la conectan a la boca y a la garganta. Su superficie está cubierta de papilas gustativas, unos receptores sensoriales especializados en detectar los diferentes sabores: dulce, salado, amargo, ácido y umami. La localización de las papilas gustativas en la lengua es un indicativo del sabor que detectan en mayor medida. Por ejemplo, las papilas gustativas de la punta de la lengua son especialistas en detectar el sabor dulce, las de los laterales de la parte delantera, el sabor salado, las de la parte posterior, el sabor amargo y las situadas a ambos lados de la parte posterior, el sabor ácido. El sabor umami (el término en japonés significa “sabor delicioso”) fue identificado por un químico japonés en 1908, y se corresponde con alimentos que contienen glutamato o ácido glutámico, como carnes, pescados, quesos o sopas. Este componente estimula receptores específicos en la lengua y el resultado es un gusto muy sabroso y apetecible. De hecho, los potenciadores del sabor suelen contener glutamatos. El más común es el glutamato monosódico, muy utilizado en la cocina asiática.

El tacto

El tacto nos permite sentir el contacto con las cosas al tocarlas, su suavidad o aspereza, su temperatura, etc. En la capa más externa de la piel, la epidermis, se encuentran miles de terminaciones nerviosas especializadas llamadas receptores del tacto. Estos receptores detectan cualquier tipo de estímulo sobre la piel, y como respuesta generan impulsos eléctricos que se envían a través de las fibras nerviosas a una zona específica del córtex cerebral para su procesamiento.

Los receptores del tacto se distribuyen por todo el cuerpo de forma variable, por eso hay zonas con mayor o menor sensibilidad. Existen varios tipos, cada uno especializado en una clase de estímulo. Los más simples son los receptores de dolor y temperatura, y consisten en terminales nerviosas libres. Otros receptores, en concreto los corpúsculos de Meissner y las células de Merkel, se encuentran en zonas de gran sensibilidad, como los labios o las yemas de los dedos. Gracias a la extraordinaria sensibilidad que proporcionan es posible, por ejemplo, leer el lenguaje Braille. Por su parte, los corpúsculos de Pacini responden a la presión y a las vibraciones.

Algunos receptores dejan de responder cuando el estímulo se mantiene constante a lo largo del tiempo. A este fenómeno se le conoce como adaptación sensorial, y es la razón por la cual dejamos de notar el reloj cuando lo llevamos puesto durante un rato. La adaptación sensorial es importante, ya que permite que podamos concentrarnos en estímulos que potencialmente puedan ser más relevantes.

Escrito por Varinia para  divulgaUNED.

Stirling, un motor cuyo ’combustible’ es sólo calor

Sistema solar Disco-Stirling

Sistema solar Disco-Stirling

En los últimos siglos, la humanidad ha experimentado el mayor avance tecnológico y científico de su historia. Esto ha hecho posible una importante mejora en la calidad de vida gracias a la aparición de nuevas tecnologías que hacen que todo sea más fácil y cómodo. La otra cara de la moneda nos muestra el acelerado deterioro del medio ambiente, debido en gran medida al imparable aumento de las necesidades energéticas.

Las principales fuentes energéticas utilizadas en la actualidad (petróleo, carbón y gas) no son renovables, lo que significa que es preciso investigar todas las posibles alternativas. Así, se ha recuperado un motor termodinámico inventado hace casi dos siglos y caído en desuso tras la invención y posterior expansión de los motores de explosión y eléctricos. Estamos hablando del motor Stirling, cuyas prestaciones y posibles aplicaciones en las tecnologías de energías renovables pueden hacer que se convierta en uno de los motores clave del siglo XXI.

Orígenes y evolución del motor Stirling

El motor Stirling fue inventado y patentado en 1816 por el reverendo escocés Robert Stirling. Inicialmente fue ideado con el fin de reemplazar a las turbinas de vapor que, debido a las frecuentes explosiones, causaban numerosos accidentes en las fábricas.  Robert Stirling patentó este motor junto con un dispositivo que mejoraba el rendimiento térmico y que él denominó economizador de calor (hoy se conoce como regenerador). Así, fue capaz de desarrollar un motor que trabajaba con aire caliente a una presión más baja, por lo que era más seguro y tenía menor riesgo de explosión que las máquinas de vapor que se usaban en aquella época.

La facilidad de uso, el funcionamiento silencioso con cualquier tipo de combustible y la seguridad, hicieron que los motores Stirling fueran muy populares hasta el final del siglo XIX, y se utilizaban con frecuencia y con buenos resultados en aplicaciones de bombas de agua y maquinaria ligera como mezcladoras, bombas de aire, aserradoras, etc. Sin embargo, estos motores disponían de baja potencia en relación a su peso y tamaño. Posteriormente, con la invención del motor de explosión, el uso del motor Stirling fue decayendo poco a poco hasta quedarse casi en el olvido.

La segunda etapa de los motores Stirling tuvo lugar a finales de los años 30, cuando unos ingenieros de Philips intentaron poner a punto un motor Stirling para alimentar unos equipos eléctricos. En esta época, el conocimiento sobre la física térmica y los fluidos térmicos era mucho mayor, y además se disponía de nuevos materiales como por ejemplo, el acero inoxidable, por lo que los resultados fueron mejores. En los años 50 estos ingenieros lograron que su motor Stirling alcanzara un potencia 30 veces superior a los primeros Stirling. Este hecho suscitó un gran interés por parte de la comunidad científica, y se propusieron gran cantidad de proyectos y estudios sobre el tema. Después de este auge momentáneo, de nuevo vino un periodo de tiempo que duró varias décadas en el que los motores Stirling fueron relegados a un segundo plano.

La crisis del petróleo de 1973 reabrió el interés, pero fue la NASA, con su investigación sobre sistemas de alta eficiencia térmica alimentados por energía solar, la que le dio un nuevo impulso a esta tecnología que parecía obsoleta. Durantes estos últimos años, la popularidad de los motores Stirling ha aumentado debido al gran número de características favorables que presentan, ya que tienen el potencial para ser mucho más eficientes que los motores diesel o gasolina.

Principios de funcionamiento: motores termodinámicos

El Stirling es un motor termodinámico. Este tipo de motores son capaces de transformar energía térmica (calor) en trabajo mecánico aprovechando la diferencia de temperatura existente entre una fuente de calor, denominada foco caliente, y un sumidero de calor, denominado foco frío. Pueden ser de combustión interna (también llamados endotérmicos), como los motores de los coches, o de combustión externa (o exotérmicos), como es el caso del motor Stirling. Que sea de combustión externa quiere decir que el motor puede funcionar con cualquier fuente de calor externa como por ejemplo, gases de escape de motores, combustión de biomasa, energía nuclear o energía solar. Esto nos hace intuir la enorme versatilidad de este tipo de máquinas, que lo único que necesitan para funcionar es calor y que en su funcionamiento no emiten ningún tipo de contaminante a la atmósfera.

Básicamente, el ciclo de funcionamiento de un motor Stirling consta de cuatro fases en las que un gas se comprime, se calienta, se expande y se enfría de manera cíclica. Esta serie de eventos provocan cambios en la presión del gas que se traducen en trabajo útil. Este proceso de conversión de calor en trabajo hace que el motor Stirling sea el único motor cuyo rendimiento se acerca al máximo teórico posible, que viene determinado por el llamado rendimiento del motor ideal de Carnot. En la práctica no es posible alcanzar este rendimiento ideal, ya que durante el funcionamiento se producen pérdidas inevitables.

El motor Stirling y la energía solar

Los sistemas que utilizan motores Stirling para producir electricidad a partir de la energía solar se conocen como disco-Stirling. Muchos expertos creen que estos sistemas tienen un futuro prometedor, ya que han demostrado eficiencias superiores a las demás tecnologías solares.

Los disco-Stirling se utilizan en energía solar termoeléctrica, que es la que aprovecha la radiación solar incidente para calentar un fluido que posteriormente se hará pasar por una etapa de una turbina que generará electricidad. Son pequeños discos parabólicos independientes conectados a un motor Stirling que está situado en el foco de la parábola. Consiguen concentrar la luz solar entre 1.000 y 4.000 veces y así se obtiene el calor suficiente para que el motor pueda funcionar.

En Estados Unidos se encuentran las mayores plantas termoeléctricas del mundo que estarán pobladas por miles de unidades disco-Stirling. En España podemos verlos en la Plataforma Solar de Almería, que los ha estudiado desde 1992, y en Sanlúcar la Mayor (Sevilla), donde hay instalados 8 sistemas disco-Stirling.

I’d put my money on the sun and solar energy. What a source of power! I hope we don’t have to wait until oil and coal run out before we tackle that.”

Thomas Alva Edison, 1931

Escrito por Varinia para divulgaUNED.