Calculadora inestabilidad Rayleigh-Taylor RTI tasa de crecimiento

La calculadora RTI Rayleigh-Taylor determina la tasa de crecimiento exponencial γ de la inestabilidad en la interfaz entre dos fluidos superpuestos de densidades diferentes, cuando el fluido más denso ρ₂ está sobre el fluido menos denso ρ₁ en campo gravitacional antigradiente, según la formulación clásica Lord Rayleigh 1883 Proc. London Math. Soc. + generalización fluidos acelerados Sir Geoffrey Ingram Taylor 1950 Cambridge Proc. Royal Society A. La fórmula clásica para fluidos no viscosos sin tensión superficial: γ = √(A · g · k) [s⁻¹], con A = número Atwood = (ρ₂ - ρ₁) / (ρ₂ + ρ₁) (rango -1 a +1; A>0 = denso arriba = inestable; A<0 = estable), g aceleración gravitacional m/s², k = 2π/λ número de onda perturbación. La física subyacente: la interfaz perturbada h(x,t) = h₀·cos(kx)·exp(γ·t) crece exponencialmente cuando ρ₂ > ρ₁ porque la energía potencial gravitacional se libera convirtiendo configuración metaestable en estable. Tiempo duplicación: τ_double = ln(2)/γ ≈ 0,693/γ. Longitud de onda crecimiento máximo con tensión superficial σ: k_max = √(g·A·ρ_avg/(3σ)) para fluidos no viscosos. La viscosidad ν reduce γ. Las 4 categorías regímenes RTI:

• Lineal h/λ << 1, crecimiento exponencial γ = √(Agk)
• No-lineal débil formación burbujas y picos (Layzer 1955)
• Turbulento self-similar h = α·A·g·t² con α ≈ 0,06 burbujas, α ≈ 0,03 picos (Dimonte 2004 LANL)
• Multimodo mixing layer ICF zonas mezcladas. Las aplicaciones industriales italianas:

• Confinamiento inercial fusión ICF DTT Frascati 2028 ENEA + FTU 1989 plasma fusión ENEA Frascati objetivo comprimido láser RTI ablación A~1 g~10¹⁵ γ~10⁹ s⁻¹
• Combustores turbo-gas Ansaldo Energía Génova 1853 centrales GT26 GT36 RTI mezcla aire-combustible turbulencia llama
• Lanzadores Avio SpA Colleferro 1908 Vega VV23 P120C propelente sólido HTPB+AP RTI grain regression
• Reactores fusión nuclear ITER Cadarache 2025 + DTT Frascati 2028 ELMs edge plasma RTI MHD ballooning
• Vulcanismo explosivo INGV Roma 1999 Etna 1880 cámara magmática fragmentación RTI burbujas gas
• Mixing atmosférico cumulonimbus tops aire frío-caliente RTI
• Salt finger oceanografía haloclina doble difusión termohalina
• Supernova SN 1987A INAF Roma 2002 ejecta rico-Ni más allá He-shell RTI mixing 56Ni→56Co→56Fe
• ABC láser Asterix-class ENEA Casaccia 1962 objetivos plástico ICF
• Detectores subterráneos XENONnT INFN-LNGS Gran Sasso aislamiento vibraciones RTI suspensiones xenón líquido. Las escalas RTI típicas: laboratorio agua/aceite λ=10 cm γ~18 s⁻¹; mercurio/agua λ=1 cm γ~22,8 s⁻¹; ICF NIF/DTT plasma DT ablación A~1 g=10⁹ γ~10⁶ s⁻¹; supernova ejecta A~1 g=10⁵ k=10⁻⁹ γ~0,1 s⁻¹ (Mpc scale); vulcanismo magmático γ~0,01 s⁻¹

Tabla RTI italiana investigación ENEA INFN INGV

(Fuente: Lord Rayleigh 1883 PLMS + G.I. Taylor 1950 Proc. Roy. Soc. A + Chandrasekhar 1961 + Dimonte 2004 LANL + datos ENEA Frascati DTT/FTU + INGV 1999).

Ejemplos cálculo RTI italiano laboratorio y fusión

• Agua sobre aceite cocina laboratorio Politecnico Milán 1863: ρ₁ = 900 (aceite abajo), ρ₂ = 1000 (agua arriba), A = 0,053 (bajo pero positivo → inestable). g = 9,81 m/s², λ = 0,1 m → k = 62,83 m⁻¹. γ = √(0,053·9,81·62,83) = 5,72 s⁻¹. τ_double = 121 ms (rápido!)
• Mercurio sobre agua INRIM Turín 1923: ρ₁ = 1000, ρ₂ = 13550, A = 0,863. g = 9,81, λ = 0,01 m, k = 628 m⁻¹. γ = 72,9 s⁻¹. τ = 9,5 ms (extremadamente rápido)
• ICF Plasma DT objetivo DTT Frascati ENEA 2028: A ~ 1, g = 10¹⁵ m/s² ablación láser, λ = 10⁻⁶ m. γ = 2,5×10¹⁰ s⁻¹. τ = 28 ps. RTI principal obstáculo a la ignición fusión inercial (NIF Asterix Frascati ENEA)
• FTU plasma fusión ENEA Frascati 1989: tokamak compacto 8 T, RTI MHD ballooning. A = 0,98, g_eff = 10⁵, λ = 10⁻³ m. γ = 2,5×10⁴ s⁻¹. τ = 28 μs
• Vulcanismo Etna fragmentación INGV Roma 1999 Etna 1880: ρ_magma = 2700, ρ_gas = 200, A = 0,862, g = 9,81, λ = 0,5 m. γ = 10,3 s⁻¹. τ = 67 ms (explosión volcánica)
• Combustor turbina Ansaldo Energía Génova 1853 GT36: ρ_aire = 0,5, ρ_llama = 50, A = 0,98, g_eff = 50 m/s² swirl, λ = 0,01 m. γ = 175 s⁻¹. τ = 4 ms. RTI mezcla turbulenta llama
• Vega P120C Avio Colleferro 1908: propelente HTPB+AP sólido. ρ_solid = 1800, ρ_gas = 5, A = 0,994, λ = 0,01 m. γ = 249 s⁻¹. τ = 2,8 ms grain regression rate 1 cm/s
• Supernova SN 1987A INAF Roma 2002 mixing 56Ni: A ~ 0,98, g_eff = 10⁵, λ = 10⁹ m. γ = 0,025 s⁻¹. τ = 28 s. Mixing 56Ni→56Co→56Fe curva luz HST INAF Trieste 1898

Investigación italiana RTI ENEA INFN Así INGV INAF

La investigación italiana RTI:

• ENEA Agencia Nacional Nuevas Tecnologías Roma 1960 (8 centros, 2.700 investigadores): Frascati FTU 1989 tokamak compacto fusión 8 T (ITER analogous, RTI MHD ballooning); Frascati DTT Divertor Tokamak Test 2028 6 T 5,5 m R₀ divertor litio líquido (TRL 8 ITER/DEMO, RTI ablation front); Casaccia ABC láser 1962 Asterix-class objetivos plástico ICF (RTI ablación); Brasimone reactores rápidos
• ITER Cadarache Francia 2025 + Eurofusion + Ansaldo Nucleare Génova 23 mil mill. € reactor tokamak fusión 500 MW Q=10 (RTI ELMs edge plasma, contribución italiana F4E ENEA INFN Frascati 25%)
• INGV Instituto Nacional Geofísica Vulcanología Roma 1999 (1.000 investigadores, secciones Catania-Etna, Nápoles-Vesubio, Pisa, Bolonia): Etna 1880 INGV Catania cámara magmática RTI fragmentación; Stromboli paroxismo; Vesubio vigilancia; Campi Flegrei deformación
• INAF Roma 2002 astrofísica RTI: SN 1987A Nube Magallánica INAF Trieste 1898 ejecta mixing 56Ni; supernova remnants Cas A INAF Bolonia
• INFN-LNGS Gran Sasso Assergi 1987 1.400 m subterráneo (XENONnT, DarkSide, GERDA, Borexino) aislamiento vibraciones RTI crítico suspensiones xenón líquido
• Avio SpA Colleferro 1908 Vega VV23 + Vega-C + Vega-E lanzadores 4-stadi P120C+Z40+Z9+AVUM (RTI combustión propelente sólido HTPB+AP fragmentación grain regression)
• Ansaldo Energía Génova 1853 turbinas gas centrales GT26 GT36 (RTI swirl combustores NOx<25 ppm flame holding); Ansaldo Nucleare ITER ENEA F4E
• Politecnico Milán 1863 + Politecnico Turín 1859 CFD RTI multifase OpenFOAM ANSYS Fluent; Universidad Bolonia 1088 (más antigua del mundo) DEI fluidodinámica; Pisa Scuola Normale Superiore 1810 + ICTP Trieste 1964 + SISSA Trieste 1978 física plasma RTI MHD
• Cineca Casalecchio Bolonia 1969 Marconi100 IBM 30 PFlops + Leonardo HPC Atos 250 PFlops (5° clasificación TOP500 mundial 2024) DNS multifase RTI simulaciones NEK5000 OpenFOAM
• INRIM Turín 1923 metrología tensión superficial viscosidad ρ estándares SI (Du Noüy ring tensiometer ISO/IEC 17025)
• Premios Nobel italianos: Marconi 1909, Fermi 1938, Segrè 1959, Carlo Rubbia 1984, Riccardo Giacconi 2002. Bonus fiscales italianos investigación 2026: Crédito Imp. R&D L. 160/2019 art. 1 c. 200 hasta 25%; Patent Box L. 178/2020 50%; Crédito Industria/Transición 5.0 art. 38 DL 39/2024 hasta 35%; PNRR Misión 2 hidrógeno verde 3,2 mil mill. € + Misión 4 Comp. 2 investigación 6,9 mil mill. € ENEA INFN INAF

Actualizado a julio de 2026