Ciencias de la Tierra

Theoretical prediction of the environmental impact of pesticides

Investigadores: 
Español
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).

The project will develop a large database of quantum chemical calculation of pesticide that will be central part of an expert system to predict the environmental impact of pesticides based exclusively in Quantum Chemistry calculations.

The ultimate goal is to develop and validate new computational tools to predict the impact of pesticides and their degradation products, providing new predictive decision-making tools in environmental policy.

Triphenylene-based molecules as Organic Spacers for tuning structure and electronic properties of 2D perovskites materials

Investigadores: 
Español
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).

Two-dimensional (2D) hybrid organic-inorganic perovskites have shown great application potential in solar cells and other optoelectronic devices. Based on DFT simulations and AIMD, we study the structure, stability and electronic-structure related properties of a series of 2D Ruddlesden-Popper and Dion-Jacobson perovskites, which adopt the general formula Y2BX4 and YBX4, respectively, with Y = TriPh-based organic bication or cation, B = Pb, Sn; X = Cl, Br, I).

Ab initio molecular dynamics study of bimolecular processes in acid zeolites

Investigadores: 
Español
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).

Many industrially relevant hydrocarbon reactions catalyzed by acid zeolites include in their mechanism bimolecular steps, in which new C-C bonds form by reaction of cationic intermediates with neutral molecules. To design highly specific catalysts able to favor one particular process among some competitive ones, it is necessary to go beyond the static description provided by standard DFT calculations and take into account the mobility of the reactants within the zeolite channels. In this project we intend to investigate, using ab initio molecular dynamics (AIMD) metadynamics simulations, the formation of key dimeric intermediates involved in the diethylbenzene-benzene transalkylation and butene skeletal isomerization reactions, in order to find the zeolite microporous structures able to enhance the rate of such bimolecular steps.

Towards high-efficient and stable all-iniorganic perovskites as sun-light absorber materials (2)

Investigadores: 
Sin definir
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).

Hybrid organic-inorganic lead halide perovskites have earned much consideration for their use in photovoltaic devices, wich efficiencies as high as 23%. But yet important challenges need to be overcome: poor stability and the toxicity of Pb. This project purpose the search for suitable perovskite semiconductor materials with enhanced stability, low toxicity as well as improved sunlight conversion efficiencies. Both, the intrinsic stability (replacing the organic cations by inorganic ones) and toxicity (by reducing Pb quantity) problems of perovskite materials can be fixed by adjusting the chemical composition. Thus, the effect of the chemical composition of all-inorganic perovskites with general formula Cs1-aRbPb1-bSnbI2Br on stability and sub-light absorption related-properties by using ab-initio methods.

Studying the statistical properties of clusters of photonic particles by communication-free parallel Monte Carlo simulations

Investigadores: 
  • Juan Manuel Rius Casals. Universidad Politécnica de Cataluña [UPC].
Sin definir
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).

Clusters of plasmonic nanoparticles enable a multitude of promising applications as surface-enhanced Raman spectroscopy or tailored properties in colloidal assemblies. Computer simulations play a fundamental role in understanding and predicting the electromagnetic properties of these clusters. We employ a novel communication-free parallel Monte Carlo method to efficiently calculate the optical response of clusters of nanoparticles with different configurations. Our objective is to study the properties of these systems from a statistical point of view, with special emphasis on the coupling effects that determine their collective behavior. From the results, we infer simple rules that allow to better understand them and to design particle arrays with the desired properties.

Simulations of carbon-based electrodes for a new generation of more efficient bateries

Investigadores: 
  • César González. Universidad Complutense de Madrid [UCM].
Sin definir
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).

Solid state batteries have recently acquired a great importance due to their advantages respect the other types. Normally, graphite has been chosen as the anode electrode due to the fantastic electronic properties and the low chemical reactivity. Doping the C-based structures with N, an improvement in the electrode performance is obtained. In this project, using precise mechano-quantum calculations based on the Density Functional Theory, we have planned to study graphite and nanotubes doped with different elements (N or B) in order to establish their potential improvement in the electronic interchange as well as the ionic mobility. We will study the inclusion of different types and number of alkaline ions (Li, Na, K) to find the best arrangements and the saturation number. All these parameters will suggest the best future electrode.

Towards high-efficient and stable all-iniorganic perovskites as sun-light absorber materials

Investigadores: 
Sin definir
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).

Hybrid organic-inorganic lead halide perovskites have earned much consideration for their use in photovoltaic devices, wich efficiencies as high as 23%. But yet important challenges need to be overcome: poor stability and the toxicity of Pb. This project purpose the search for suitable perovskite semiconductor materials with enhanced stability, low toxicity as well as improved sunlight conversion efficiencies. Both, the intrinsic stability (replacing the organic cations by inorganic ones) and toxicity (by reducing Pb quantity) problems of perovskite materials can be fixed by adjusting the chemical composition. Thus, the effect of the chemical composition of all-inorganic perovskites with general formula Cs1-aRbPb1-bSnbI2Br on stability and sub-light absorption related-properties by using ab-initio methods.

Theoretical simulations of novel Magnetic Carbides immersed in a graphene-based matrix

Investigadores: 
  • César González. Universidad Complutense de Madrid (UCM).
Sin definir
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).

Motivated by the recent synthesis of magnetic carbides nanoparticles (NP) developed at the Institute of Applied Magnetism, we propose the theoretical study, based on the Density Functional Theory (DFT), of the interface formed between the iron carbide, the so-called cementite (Fe3C) with a graphitic layer that covers the NP. The determination of the interaction established between both subsystems is of paramount importance for the understanding of the magnetic properties of the NPs and their further application as efficient lightweight microwave absorbing material. The theoretical calculations can help in the atomic and magnetic characterization of such complex interface as well as the most favorable Fe3C surface for the graphite adsorption. The large unit cells required by the simulations demands the use of supercomputer facilities.

Direct Numerical Simulations of spanwise flexible wings in tandem configuration

Investigadores: 
  • Oscar Flores. Universidad Carlos III de Madrid (UC3M).
Sin definir
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES).

The objective of this activity is to evaluate the effects that spanwise flexibility has over the aerodynamic performance of a pair of flapping wings in tandem, in a configuration similar to that of a dragonfly. The kinematics of the wings are chosen to be the optimal ones in 2D simulations of two airfoils in tandem, and they are implemented here for rectangular wings of aspect ratio 2 and 4 for a pitching and heaving (vertical) motion imposed at the mid-span section of the wing. The results of the 3D simulations will allow the analysis of the impact that spanwise flexibility has over the global system in terms of total forces and power, and their relation with the interactions of the vortical structures over both wings, comparing their behaviour with those of wings that are rigid. 

First principles simulations of amorphous GeSe compounds for memory selectors

Investigadores: 
  • Pablo Ordejon. ICN2 (Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology).
Sin definir
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.

The project will develop structural models of amorphous GeSe, a glassy semiconductor which is being used in the development of switching memories to be used in the context of neuromorphic computing. We will use First-Principles, Density Functional Theory methods to obtain models of the structure of these amorphous materials, of which little is known experimentally. These structural models are an imperative requisite for further studies of the electronic properties of these materials, which will allow us to gain undernstanding on how to tune their composition (via doping) and structure (via preparation conditios) to optimize their performance in memory devices. The work is part of the EU H2020 project INTERSECT.

Estudio del efecto de las nubes en la radiación solar

Investigadores: 
Sin definir
Objetivos: 

El objetivo general del proyecto es analizar cómo el uso de modelos 3D de nubes puede mejorar las estimaciones proporcionadas por modelos de transferencia radiativa 1D, lo que conlleva realizar simulaciones con diferentes modelos y, posteriormente, comparar con medidas experimentales en estaciones de referencia.

WRF-Chem simulations for aerosol cloud interaction research (REINFORCE)

Investigadores: 
Sin definir
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.

To be able to take decisions on how best to adapt to Climate Change, it is essential to have access to reliable data and climate change projections. To improve the climate change projections, the Fifth Assessment Report of the IPCC points to the aerosol-cloud interactions (ACI) as one of the main sources of uncertainty due to the poor knowledge of the detailed aerosol impact on clouds. Therefore, Aerosol-Cloud Interaction (ACI) is presently in the focus of atmospheric research, particularly on cloud models since incorporating ACI accurately in cloud parameterization schemes is rather challenging. With REINFORCE, we will investigate the ACI and Ice Nucleation formation to evaluate cloud model parameterizations by means of WRF-Chem model.

Estudios computacionales en reacciones multicomponentes

Investigadores: 
  • Carlos Fernández Marcos. Departamento de Química Orgánica e Inorgánica de la Universidad de Extremadura (UEX).
Sin definir
Descripción: 

Dada la gran demanda actual de productos con finalidades biomédicas, la síntesis de compuestos bioactivos supone un reto para la investigación en química orgánica y química médica. El grupo de investigación que desarrolla el proyecto está interesado en el desarrollo de nuevas reacciones multicomponente de isonitrilos (RMCI) para la síntesis de compuestos de interés biológico. En estas reacciones se combinan simultáneamente 3 o más reactivos con una gran eficiencia atómica, para dar lugar a un nuevo producto que incluye la mayoría de los átomos de partida. Ejemplos clásicos de RMCI son las condensaciones de Ugi y Passerini, que han encontrado múltiples aplicaciones en la industria farmacéutica. Estas reacciones están gobernadas por una serie de equilibrios reversibles e irreversibles, que pueden verse afectados por sutiles modificaciones en los reactivos de partida o en la condiciones de reacción. Los métodos computacionales son útiles para explicar y fundamentar los resultados experimentales, así como para hacer previsiones con un alto grado de fiabilidad.

El objetivo principal es el estudio teórico de nuevas RMCI y, en concreto, el estudio computacional de dos tipos de reacciones: reacciones tipo Ugi con enoles y procesos tándem de cicloadición de isonitrilos para la obtención de aminas aromáticas. El proyecto consta de una parte de cálculos computacionales, que se llevarán a cabo utilizando el programa Gaussian y constarán de tres etapas diferenciadas: una primera fase de estudio será la localización de los mínimos de energía, frecuencias, cargas, etc. de todos los reactivos implicados en las reacciones, y de los productos a los que se llega; en una segunda fase mucho más compleja, se elaborará un perfil energético completo de la reacción, calculando estados de transición, orbitales moleculares y estudiando los posibles caminos que pueden llevar a los productos; en una tercera etapa se racionalizarán los datos obtenidos para un entendimiento y conexión entre los resultados experimentales y los calculados o bien, haremos uso de la información obtenida para el diseño de nuevas estrategias de síntesis.

Relationship between thermoelectric features and dimensionality in monochalcogenide compounds

Investigadores: 
Sin definir
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.

In recent years, semiconductor materials based con chalcogenides have receive great attention owing to their wide applications in numerous fields. In addition, chalcogenide elements are earth abundant, cheap and non-toxic. One of the main potentials applications for chalcogenide-based semiconductor is the thermoelectricity. Although compounds here studied (concretely SnX and SnX2 with X = S, Se, Te) have been extensively characterized, theoretical studies on the relationships between the electronic structure, dimensionality and thermoelectric features are very scarce. Herein, we propose a comprehensive study on the electronic structure and thermoelectric properties in chalcogenides-based semiconductor materials by using first-principles calculations combined with the Boltzmann transport theory.

Ab-initio based data mining techniques for studying the emergent phenomena in La1-xSrxMnO3/BaTiO3 heterojunctions

Investigadores: 
Sin definir
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación.

Oxide heterojunctions (OH) constitute a material framework were interfaces often exhibits new phenomena unrelated to its constituents bulk properties. Involved mechanisms arise from the complex interrelation between lattice, charge, orbital and spin where no experimental technique can unravel the whole complexity. However, the increasingly large information density (called datacubes) acquired in scanning transmission electron microscopy and electron energy-loss spectroscopy contains more and more details of the subtle mechanisms involved. We tackle the problem using “big data” techniques applied to ab-initio simulations which can help rationalizing those datacubes into a reduced set of configurations in the real (energy) space towards a realistic description of structural distortions (oxidation states) at the interface of OH.

ATLAS production and simulation jobs running on HPC facilities (Phase II)

Investigadores: 
Sin definir
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación. 

We need CPUs to run simulations of the proton-proton collision events in our detector, and supercomputers have spare CPUs. The possible usage of HPC resources by ATLAS is now becoming viable due to the changing nature of these systems and it is also very attractive due to the need for increasing amounts of simulated data. In recent years the architecture of HPC systems has evolved, moving away from specialized monolithic systems, to a more generic linux type platform. This change means that the deployment of non HPC specifc codes has become much easier. The timing of this evolution perfectly suits the needs of ATLAS and opens a new window of opportunity. The ATLAS experiment at CERN will begin a period of high luminosity data taking in 2022. This high luminosity phase will be accompanied by a need for increasing amounts of simulated data.

Reactions of complex organic molecules at the low temperatures of interstellar media

Investigadores: 
  • Octavio Roncero. Instituto de Física Fundamental, Consejo Superior de Investigaciones Científicas
Sin definir
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación (RES). 

Quantum simulations of reaction rates of complex organic molecules (COMs), like methanol and formaldehide, with OH, for temperature in the 10-100K range to determine the reaction mechanism and the reaction rates under single collision conditions. Quantum effects will be accounted for by the semi-classical Ring polymer Molecular Dynamic approach based on Path Integrals. These simulations will serve to validate or not the available experimental data, since they may be due to formation of dimers as recently proposed. The rate obtained will be implemented in astrophysical models to determine the abundance of different COMs under the different physical conditions of different astrophysical objects.

ATLAS production and simulation jobs running on HPC facilities

Investigadores: 
Sin definir
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación. 

We need CPUs to run simulations of the proton-proton collision events in our detector, and supercomputers have spare CPUs. The possible usage of HPC resources by ATLAS is now becoming viable due to the changing nature of these systems and it is also very attractive due to the need for increasing amounts of simulated data. In recent years the architecture of HPC systems has evolved, moving away from specialized monolithic systems, to a more generic linux type platform. This change means that the deployment of non HPC specific codes has become much easier. The timing of this evolution perfectly suits the needs of ATLAS and opens a new window of opportunity. The ATLAS experiment at CERN will begin a period of high luminosity data taking in 2022. This high luminosity phase will be accompanied by a need for increasing amounts of simulated data.

Applying an ensemble data assimilation technique to generate a high-resolution regional dust analysis

Investigadores: 
Sin definir
Descripción: 

Proyecto asignado a través de la Red Española de Supercomputación. 

There is an increasing need for accurate predictions of sand and dust storms because of its impact on life, health, property, environment and economy in many countries. In alignment with the mission of the first Regional Specialized Meteorological Center on Atmospheric Sand and Dust Forecast, the present project aims to prepare the operational implementation of an ensemble data assimilation technique to generate an improved high-resolution regional dust forecast for Northern Africa, Middle East and Europe. The novelty of the proposed project will be the generation of a dust forecast at an unprecedented high-resolution using a state-of-art dust model and its advanced data assimilation capabilities with the assimilation of satellite products over source regions with specific observational constraints for dust.

Implementación paralela de modelo matemático de Tsunamis en el Mediterraneo y Atlántico

Investigadores: 
Sin definir
Descripción: 

El interés en modelizar tsunamis se ha incrementado en los últimos años a raíz de las terribles consecuencias del tsunami del oceano índico del 2004 y posteriormente del tsunami ocurrido en 2011 en Japón. Los tsunamis pueden producir efectos catastróficos por medio de olas de gran amplitud y fuerte corrientes que rompen contra la línea de costa. A raíz de la agencia española de cooperación internacional se desarrolló un modelo numerico de propagación de tsunamis para las aguas de Marruecos y el sur de la península ibérica, ambas zonas seísticamente activas puesto que la placa africana y la eurásica confluyen en esta zona. A consecuencia de ello, a lo largo de la historia han ocurrido varios tsunamis en la zona. El modelo desarrollado ha sido probado con las simulaciones de los tsunamis históricos de 1755 de Lisboa y de 1856 y 2003 de Algeria para los que existen registros históricos y simulaciones previas. El principal inconveniente de estos modelos es el elevado tiempo de cómputo para obtener resultados acerca de las posibles situaciones de emergencia.

Objetivos: 
  • El objetivo del presente proyecto es desarrollar una versión paralela del modelo descrito basada en OpenMP y MPI para reducir el tiempo de ejecución del mismo y poder obtener resultados en un tiempo reducido que permita actuar ante posibles riesgos de tsunami en la zona del sur de la península ibérica y el Marruecos.
Metodología: 

Para realizar el proyecto se parten de tsunamis conocidos de los que se dispone además de registros históricos de los problemas y catastrofes producidas. Para acelerar la ejecución de las simulaciones se va a proceder a realizar una implementación del código Fortran utilizando MPI y OpenMP. Como primera aproximación al desarrollo del código, se van a evaluar por separado implementaciones puramente basadas en OpenMP y en MPI por separado, para identificar las ventajas e inconvenientes de cada una de ellas en el código. Una vez identificados los puntos de unión de ambas librerías se procederá a realizar una versión híbrida de MPI y OpenMP para mejorar al máximo posible el rendimiento del código.

Estudio de olas de calor en Extremadura: clima actual y futuro

Investigadores: 
Sin definir
Objetivos: 
  • El objetivo principal es el cálculo de los niveles de retorno de temperatura extrema en una situación de cambio climático, y analizar la variabilidad espacio-temporal de los eventos de olas de calor a partir de salidas de modelos climáticos globales y regionales para periodos actuales y futuros.

The impact of the 11 year cycle in WACCM simulations

Investigadores: 
Sin definir
Objetivos: 
  • Realizar integraciones climáticas con el modelo WACCM-3.1.9 (Whole Atmosphere Community Climate Model). El modelo WACCM-3.1.9 es capaz de simular reacciones químicas (como las del ozono estratosférico), y el transporte de una multitud de especies químicas. La capacidad de incluir las interacciones entre la dinámica atmosférica y la química es una característica muy novedosa de este modelo, lo que le convierte en una de las herramientas más válidas con respecto a otros modelos publicados en el informe IPCC. Sin embargo, este modelo tiene un elevado coste computacional que requiere del uso de técnicas de supercomputación.
  • Se acometerán modelizaciones climáticas a través de integraciones de modelos de circulación general (WACCM) e integración numérica de ecuaciones diferenciales.

Magnetic connectivity through the Solar Partially Ionized Atmosphere

Investigadores: 
Sin definir
Objetivos: 
  • Exploración de una descripción novedosa del plasma de la atmósfera solar que incluye una aproximación multi-fluido.
Metodología: 

El bajo nivel de ionización en la fotosfera y cromosfera del sol conlleva diferencias sobre el tratamiento clásico magneto-hidrodinámico de su atmósfera.  El código desarrollado en este proyecto permite hacer simulaciones de las regiones sub-fotosférica y fotosférica del sol, hasta la cromosfera baja, con un realismo no conseguido en el pasado.

Distribución de niveles electromagnéticos en determinados entornos geográficos

Investigadores: 
Sin definir
Objetivos: 
  • Se plantea el objetivo de cálculo de la propagación electromagnética en entornos reales en cierta banda de frecuencias, analizando el efecto de diferentes obstáculos y accidentes geográficos en los niveles de campo detectados a distintas distancias de los transmisores.
  • Asimismo, las iniciales simulaciones en 2D servirán para ajustar parámetros de la aplicación que permitan su extrapolación a posibles ejecuciones de entornos reales de grandes dimensiones en 3D.
Metodología: 

Se implementan algoritmos basados en FDTD (Finite-difference time-domain) para el cálculo de niveles de campo electromagnético en determinadas bandas de frecuencias y la obtención de resultados fiables de cara a computar la afección de radiaciones en el cuerpo humano.

Su aplicabilidad es clara en el cálculo de valores de campo en entornos no ideales con grandes oscilaciones de niveles y donde las aproximaciones de algoritmos basados en óptica geométrica y aproximaciones numéricas no proporcionan información completa ni fidedigna en determinadas circunstancias.

La posibilidad de sistematizar estos algoritmos para su extrapolación en la aplicabilidad a entornos de grandes dimensiones, en conjunción con información derivada de Sistemas de Información Geográficos (SIG), hace que sea prometedor el uso de supercomputadores en esta materia. Por tanto, este tipo de simulaciones teóricas, que cada vez más incorporan un modelado del entorno más detallado, permiten la obtención de resultados precisos, sirviendo como base de cara a planificaciones radio o estudios de puntos o áreas críticas de especial interés.

Aplicación de la supercomputación en el ámbito de los procesos energéticos y las energías renovables mediante elementos finitos

Investigadores: 
Sin definir
Descripción: 

El Grupo de Investigación "Aprovechamiento Integral de Residuos Biomásicos. Energías Renovables" (GAIRBER) se creó en 2005. Centra su investigación en el aprovechamiento integral de residuos biomásicos y la aplicabilidad a la producción de energía, así como a la producción de materiales de alto valor añadido como los carbones activados.

Objetivos: 
  • Análisis y optimización de los procesos térmicos aplicados a la biomasa. En este primer objetivo se analizarán los fenómenos de transferencia de energía, momento y materia en los procesos termoquímicos a los que se somete la biomasa (combustión, gasificación, etc.), prestando especial atención a la reducción de la exergía perdida. Esto permitirá aumentar el rendimiento energético de los procesos.
  • Desarrollo de modelos de predicción del comportamiento de carbones activados. A partir de la biomasa se pueden obtener carbones activados, que son materiales de alto valor añadido. El conocimiento de su comportamiento permitirá la producción de carbones diseñados para funciones específicas.
Metodología: 

Se utilizará el Método de los Elementos Finitos para resolver los complejos sistemas de ecuaciones diferenciales que se plantean en los objetivos anteriores. En concreto, se utilizará el programa COMSOL Multiphysics que permite el análisis simultáneo de principales procesos físicos y químicos que tienen lugar en la naturaleza. Esto permitirá conocer la distribución de los valores de las variables estudiadas (temperatura, presión, velocidad, entalpía, entropía, exergía, etc.) dentro del dominio analizado.

La comparación de los datos experimentales y teóricos permitirá crear modelos válidos para mejorar los procesos termoquímicos aplicados a la biomasa y la producción de carbones ad hoc para aplicaciones concretas. La realización de modelos tridimensionales requiere una enorme capacidad computacional, por lo que el supercomputador Lusitania desempeñará un papel fundamental.

ABAQUS

Investigadores: 
Sin definir
Objetivos: 
  • Se pretende optimizar la geometría de andamiajes para ingeniería de tejido óseo, es decir, de estructuras biocerámicas y andamiajes híbridos bioactivos cerámico/polímero fabricados mediante la técnica de moldeo robotizado (robocasting).
Metodología: 

Para alcanzar el objetivo anteriormente mencionado se pretende simular mediante el método de elementos finitos diversos ensayos mecánicos (compresión, tracción, etc.) y de permeabilidad en este tipo de estructuras, variándo los diversos parámetros geométricos que pueden controlarse mediante la técnica de fabricación mencionada (robocasting) y propiedades de los materiales individuales que componen estas estructuras.

Evaluación de los recursos eólicos y solares en Andalucía mediante un modelo meteorológico de mesoscala (RENUEVA)

Investigadores: 
Sin definir
Descripción: 

Las energías renovables van a jugar en las próximas décadas un papel clave en el sistema energético a nivel mundial. Esta revolución energética tiene en España a uno de sus mayores impulsores, destacando en particular como uno de los líderes en el aprovechamiento de la energía eólica y solar. Dichas fuentes tienen la ventaja de una menor incidencia en el medio ambiente y se han convertido en un factor estratégico para afrontar el actual marco de fuerte crecimiento de la demanda energética en todo el mundo, así como la dependencia de las formas tradicionales basadas en los combustibles fósiles.

Sin embargo la explotación de estas fuentes primarias no está exenta de diversos problemas de primer orden que se han de resolver. Entre ellos se encuentra el de la variabilidad espacio-temporal de los recursos. Dicha variabilidad afecta a la producción y gestión de la electricidad obtenida mediante las diferentes tecnologías de explotación; en definitiva a su integración dentro del sistema energético.

Además, como variables climáticas, la radiación y el viento están sujetos a variaciones naturales en un amplio rango de escalas espaciales y temporales, así como a los efectos del cambio climático.

Conocer con antelación la disponibilidad de estos recursos es pues un factor crucial para el desarrollo y mejor aprovechamiento de estas fuentes renovables, tanto a corto como a largo plazo. Una manera de llevar a cabo esta tarea es mediante el uso de Modelos Meteorológicos de Mesoscala. Estas herramientas son implementaciones de las ecuaciones físicas que describen las interacciones entre los distintos elementos del sistema climático, dando en cada instante de tiempo una descripción completa e integral del estado atmosférico en una determinada región.

Objetivos: 
  • Estudiar la disponibilidad de los recursos solar y eólico mediante el uso de los modelos de predicción numérica.
  • Análisis de la viabilidad de dichos modelos como herramientas para la predicción de estas fuentes de energía.
  • Estudiar la complementariedad de ambos recursos.
  • Estudiar la evolución en las próximas décadas de estos dos recursos en el contexto del cambio climático global.
Metodología: 

El núcleo de la metodología son los modelos meteorológicos de mesoscala. En particular el modelo Weather Research and Forecasting (WRF) es uno de los más usados dentro de la comunidad científica. Posee un conjunto amplio de esquemas físicos que permiten adaptarlo mejor a las características particulares de cada región y es capaz de trabajar con resoluciones espaciales y temporales muy altas.

Por otra parte este tipo de modelos requieren de ejecuciones en máquinas muy potentes ya que desarrollan una tarea de cálculo extremadamente intensiva, la cual a su vez genera una enorme cantidad de información. Estas dos características aumentan además drásticamente al incrementar la resolución espacial y/o temporal.

Cálculos AB-Initio

Investigadores: 
Sin definir
Objetivos: 
  • Existe evidencia de la variación de parámetros mecánicos, pero la fragilización por hidrógeno no está explicada teóricamente. En este sentido, varios modelos tratan de explicar la propagación de la fisura por la presencia en el metal de átomos de hidrógeno.
  • Generalmente se asume que el hidrógeno se genera eletroquímicamente en la superficie del material y difunde hasta la zona en proceso de fractura. Para explicar el proceso por el cual el hidrógeno fragiliza el material existen varias teorías:

    • Cambio estructural o de fase producido por el hidrógeno.
    • Plastificación producida por el Hidrógeno o hydrogen-enhanced localizad plasticity (HELP).
    • Reducción de la energía cohesiva por el efecto del hidrógeno.
Metodología: 

Los cálculos de Ab-Initio o por Primeros Principios se basan en el formalismo del Funcional de la Densidad, la teoría de pseudo-potenciales y el teorema de Bloch. Se va a definir una base de ondas planas para representar las funciones de onda de Kohm-Sham.

En esta aproximación, la precisión de los cálculos viene determinada básicamente por dos parámetros:

  • la máxima energía de corte ("cut off").
  • el número de puntos usados en espacio recíproco para representar las funciones de onda ("puntos k").

El problema del canje y la correlación electrónica se representa a través de un funcional de canje y correlación aproximado calculado con correcciones de gradientes y se utilizarán pseudopotenciales ultra-suaves.

Para resolver auto-consistentemente este problema, se empleará el código de ordenador CASTEP, donde se implementará un método iterativo basado en las ideas de Carr y Parrinello.

En una segunda aproximación se pretenden realizar cálculos de Dinámica Molecular Ab-Initio empleando el mismo programa CASTEP.

En estos cálculos se considerará la aproximación de Born-Oppenheimer que aplica los principios de la mecánica clásica a los iones. Las funciones de onda de Khon-Sham se desarrollarán en una base de ondas planas.

Procesamiento paralelo de imágenes hiperespectrales de la superficie terrestre

Investigadores: 
Sin definir
Descripción: 

El análisis hiperespectral es una técnica avanzada de observación remota de la tierra caracterizada por la disponibilidad de imágenes con gran resolución en el dominio espectral (cientos o miles de bandas espectrales).

Las técnicas de análisis de imágenes hiperespectrales, obtenidas a partir de sensores de observación remota de la tierra operados por organismos internacionales como NASA o la Agencia Europea del Espacio (ESA), han seguido una notoria evolución marcada por los avances en el diseño de sensores y en la disponibilidad creciente de arquitecturas de computación de altas prestaciones.

El principal inconveniente de las técnicas de análisis hiperespectral es el excesivo coste computacional de las mismas: en ciertas aplicaciones (seguimiento y monitorización de incendios, desastres naturales, etc.) resulta indispensable desarrollar técnicas de análisis computacionalmente eficientes y capaces de proporcionar una respuesta en tiempo casi real.

Objetivos: 
  • En este sentido, el principal objetivo de la presente actividad consistirá en implementar de forma eficiente técnicas de análisis hiperespectral desarrolladas por expertos del grupo de investigación "Computación Hiperspectral" (HYPERCOMP) de la Universidad de Extremadura utilizando las infraestructuras del Centro Extremeño de Investigación, Innovación Tecnológica y Supercomputación.
Metodología: 

El principal problema que surge a la hora de caracterizar los elementos que aparecen en una imagen hiperespectral se basa en el hecho de que muchos píxels en la escena contienen varias sustancias a nivel sub-píxel, con lo que la firma espectral resultante en dichos píxels no “pura” sino que viene dada por una composición o mezcla de diferentes sustancias que cohabitan a nivel sub-píxel.

La existencia de mezclas a nivel sub-píxel no se debe exclusivamente a la insuficiente resolución espacial del sensor, ya que dicho fenómeno también puede producirse a nivel de partículas (denominado mezcla íntima) independientemente de cuál sea la resolución espacial disponible.

La aproximación fundamental en la literatura para caracterizar el fenómeno de la mezcla a nivel sub-píxel consiste en la utilización de un modelo de mezcla (ya sea lineal o no lineal) capaz de interpretar cada píxel de la imagen como una combinación de cada uno de los componentes que lo constituyen, ponderado por sus correspondientes fracciones de abundancia.

En este sentido, las técnicas que serán implementadas de forma eficiente con motivo de la presente actividad irán enfocadas al desmezclado eficiente de imágenes hiperespectrales de gran dimensionalidad, usando firmas espectrales puras (conocidas como endmembers en la literatura especializada) junto con sus correspondientes contribuciones o abundancias.

Supercomputing and e-science. CONSOLIDER CSD2007-00050-II-PR4/07

Investigadores: 
Sin definir
Objetivos: 
  • Realizar integraciones climáticas con el modelo WACCM-3.1.9 (Whole Atmosphere Community Climate Model). El modelo WACCM-3.1.9 es capaz de simular reacciones químicas (como las del ozono estratosférico), y el transporte de una multitud de especies químicas. La capacidad de incluir las interacciones entre la dinámica atmosférica y la química es una característica muy novedosa de este modelo, lo que le convierte en una de las herramientas más válidas con respecto a otros modelos publicados en el informe IPCC. Sin embargo, este modelo tiene un elevado coste computacional que requiere del uso de técnicas de supercomputación.
  • Se acometerán modelizaciones climáticas a través de integraciones de modelos de circulación general (WACCM) e integración numérica de ecuaciones diferenciales.

Simulación del clima mediante el modelo WACCM

Investigadores: 
  • José Agustín García del Departamento de Física de la Universidad de Extremadura.
  • Guadalupe Saenz García, Francisco Javier Acero Díaz y María Cruz Gallego Herrezuelo.
Sin definir
Objetivos: 
  • Realizar una serie de integraciones climáticas con el modelo WACCM (Whole Atmosphere Community Climate Model).
  • Este modelo tiene la particularidad de incorporar multitud de especies químicas de interés meteorológico dentro del proceso de integración, muy interesantes desde el punto de vista de la estratosfera. La idea es analizar el papel que juega la estratosfera en el estudio del cambio climático.
  • Estudios similares a los que se llevan a cabo en el supercomputador Lusitania del CénitS (Centro Extremeño de iNvestigación, Innovación Tecnológica y Supercomputación) se están realizando en el supercomputador MareNostrum del BSC (Centro de Supercomputación de Barcelona) y en el supercomputador FINIS TERRAE del CESGA (Centro de Supercomputación de Galicia). Por ello, otro objetivo fundamental es la coordinación entre los grupos de investigación que llevan a cabo estos experimentos.

Expedición Shelios 2009

Sin definir
Descripción: 

Retransmisión en directo

  • El elevado número de visitas esperado tanto los días que duró la expedición, como de forma especial el día del eclipse, llevó a los organizadores de la expedición a montar un cluster de máquinas entre diversas instituciones y colaboradores para que la página web estuviera siempre disponible para contar el día a día de la expedición.

Organizadores

Patrocinadores Sheilos 2009

Objetivos: 
  • El principal objetivo de la expedición Shelios 2009 fue la observación y retransmisión del eclipse total de sol que tuvo lugar el 22 de julio de 2009 y cuya banda de totalidad tenía su máximo de duración en el océano índico.
Metodología: 

Método de retransmisión

  • Tal y como se puede ver en el esquema, la imagen se enviaba desde China vía satélite y se recepcionaba en los servidores de las entidades españolas que a la vez distribuían a Internet y que mediante un Round-Robin DNS que proporcionaban los servidores ubicados en el CénitS (Centro Extremeño de iNvestigación, Innovación Tecnológica y Supercomputación) servían la web a todo el mundo de forma balanceada y con tolerancia a fallos.

 Esquema del método de retrasmisión

El fenómeno

  • El tercer Eclipse Total de Sol del siglo XXI en el Hemisferio Norte tuvo lugar el miércoles 22 de julio de 2009 (Figura 1). El recorrido de la sombra lunar comenzó en la India, cruzó Nepal y China. Después de abandonar el continente asiático pasó por la isla Japonesa de Ryukyu muriendo en pleno Océano Pacífico donde se produce el máximo del eclipse con una duración de 6 minutos y 39 segundos con el Sol a 86 grados sobre el horizontes a las 2:35 TU.
Banda de totalidad del eclipse

Figura 1.- Banda de totalidad -en color azul- del eclipse del 22 de julio de 2009. Más información (en inglés) en esta página de la NASA.

De los distintos lugares que atraviesa la banda de totalidad del eclipse el interior de China es uno de los mejores por tres principales razones:

  1. La probabilidad de tener los cielos despejados es alta.
  2. La probabilidad de tener tifones es muy baja.
  3. La duración de la fase total del eclipse está cerca del máximo. Shelios ha elegido como destino final de observación del eclipse los alrededores de la ciudad de Chongqing (Figura 2).

Detalle de la banda de totalidad en la zona de Chongquing (China)

Figura 2.-Detalle de la banda de totalidad en la zona de Chongqing (China).

El itinerario previsto fue el siguiente (Figura 3):

  • Día 0 (D12-L13 julio): Vuelo Tenerife-Madrid-Helsinki-Beijing. Descanso hotel.
  • Día 1 (M14 julio): Visitas al Templo del cielo y Observatorio Astronómico de Beijing. Traslado de Beijing a la Gran Muralla. Parada en Gubeikou y llegada a Jinshanling (noche en albergue). Primeras explicaciones cielo nocturno y astrofotografía.
  • Día 2 (M15 julio, 10km, 6h): Excursión Gran Muralla China. Jinshanling-Simatai (noche en albergue). Prácticas de localización constelaciones y astrofotografía.
  • Día 3 (J16 julio, 10km, 5h): Excursión Gran Muralla China (sección de Simatai). Traslado a Beijing al final del día. Descanso en hotel en Beijing.
  • Día 4 (V17 julio, 630km, 9h): Traslado a Pingyao con vehículos. Descando Hotel.
  • Día 5 (S18 julio): Visita Pingyao. Visita murallas y Templos del Dios y de Confucio. Descando hotel.
  • Día 6 (D19 julio, 530km, 8h): Visita al Templo de Shuanglin. Traslado a Xian con vehículos. Descanso en hotel.
  • Día 7 (L20 julio): Visita Gran Mezquita de Xian y los Guerreros de Terracota. Salida con tren nocturno hacia Chongqing (15:45).
  • Día 8 (M21 julio): Llegada a Chongqing a las 6:22. Visita alrededores Huaying (cerca de Chongqing, provincia de Chongqing). Instalación Campamento de observación. Prácticas nocturnas y astrofotografía.
  • Día 9 (M22 julio): Eclipse Total de Sol (Duración 5 minutos). Acampada en Huaying.
Contactos UT Local Sol  
      Altura[º] Azimud[º]
Primer 00:08 09:08 24,4 79,8
Segundo 01:13 10:13 38,3 87
Tercer 01:18 10:18 39,4 87,6
Cuarto 02:30 11:30 51,1 97,7

 

  • Día 10 (J23 julio): Vuelo Chongqing-Beijing. Descanso hotel en Beijing.
  • Día 11 (V24 julio): Visitas Plaza Tiananmen, la Ciudad Prohibida y el Templo de los Ancestros. Visita Parques de Jinshan y Beihai. Cena en la zona de los lagos y hutong de Hou Hai. Descanso hotel en Beijing.
  • Día 12 (S25 julio): Visita Templo Lama Yonghegong y Templo de Confucio. Tarde visita vieja Torre del Tambor y Palacio de Verano. Descanso hotel en Beijing.
  • Día 13 (D26 julio): Vuelo Beijing-Madrid-Tenerife.

 Expedición ruta China 2009

Figura 3.- Detalle de la ruta prevista para Shelios 2009.

Shelios se encarga de la organización teórica y práctica de la expedición. Se dividirá en cinco grandes áreas que enumeramos a continuación, junto con sus funciones:

  • Área de Ciencia y Divulgación: Observaciones astronómicas y divulgación de la expedición.
  • Área de Logística: Planificación teórica y desarrollo in situ del viaje.
  • Área de Sanidad: Salud de los expedicionarios.
  • Área de Imagen: Difusión de la expedición. El área de Imagen estará dividida en:
    • Gabinete de prensa.
    • Prensa escrita y radio.
    • Imagen vídeo y fotografía.

Tecnología

  • En esta sección de la página web se cuenta de forma resumida la tecnología que se ha desplegado para dar cobertura a la expedición en su objetivo de transmitir el día a día de los participantes en la expedición, y si las condiciones meteorológicas y técnicas lo permiten, retransmitir en directo el eclipse total de sol el próximo día 22 de Julio de 2009 desde China.

Ejemplo de una red

  • El elevado número de visitas esperado tanto los días que dura la expedición, como de forma especial el día del eclipse, ha llevado a los organizadores de la expedición a montar un cluster de máquinas entre diversas instituciones y colaboradores para que la página web esté siempre disponible para contar el día a día de la expedición.
Tecnología de red

Gracias a la empresa colaboradora Telefónica, la expedición tiene cubierta las comunicaciones. Telefónica ha proporcionado un telefono móvil, un modem 3G y un terminal satélite. Gracias al modem 3G y al terminal satélite podrán, estén donde estén, subir las crónicas diarias y el día del eclipse, retransmitirlo en directo a través de internet para todo el mundo.

Satelite HNS9201

Terminal satélite HNS9201 usado en la expedición

Además, la colaboración de Telefónica se ha extendido a proporcionar acceso a la red de distribución de contenidos Akamai, la cuál nos permite dar soporte a un elevado número de clientes con mínima latencia en cualquier parte del mundo en la reproducción de los vídeos bajo demanda y en el vídeo en directo del día 22 de Julio.

Funcionamiento Akamai

Esquema de funcionamiento de la red Akamai

Se cuenta además con un conjunto de camáras de video, algunas controladas de forma remota y un equipo mezclador de vídeo que nos permitirá día a día realizar las crónicas diarias y el día del eclipse transmitir una mayor cantidad de sensaciones, ya que se cuenta con varias cámaras y micrófonos.

Montura y Videocamara de seguimiento para el Sol

Montura y videocámara usadas en el seguimiento del sol durante el eclipse

Unos días antes de partir, se probó el equipamiento completo en el Observatorio del Teide intentando reproducir las condiciones que se sufren durante la observación del eclipse, como una bajada importante de la luz. Se realizó una observación de la luna llena.

Equipamiento para la retransmisón del eclipse

Prueba del equipamiento completo en el Observatorio del Teide antes de partir

Equipo mezclador durante la prueba nocturna

El equipamiento se probó de noche observando la luna

Todo el equipo humano y técnico puesto a disposición de esta expedición y sus objetivos no habría sido posible sin el inestimable trabajo de los organizadores y de nuestros colaboradores. A todos ellos Gracias!

Noticia en los medios de comunicación

Video Eclipse