Siempre que efectuamos un cambio esperamos una respuesta. Por ejemplo, un día notamos que tenemos sobrepeso, entonces decidimos cambiar nuestra alimentación y hacer algo de ejercicio. A corto plazo, sufriremos las consecuencias: mal humor, cansancio, desesperación, hambre, ganas de comer más postre, etc. Sin embargo, si aguantamos y seguimos sosteniendo este cambio, a mediano plazo empezaremos a ver que no era tan difícil renunciar a ciertas comidas, que el indicador en la báscula va a la baja e, incluso, que empieza a gustarnos la espinaca cruda con limón, pero seguiremos sufriendo algunos efectos secundarios. A largo plazo, ese cambio se convertirá en rutina, nos alegrará el indicador en la báscula (o ya no le daremos importancia), y nos acostumbraremos a un nuevo tipo de comida y de estilo de vida.
El ejemplo anterior ilustra algo que a veces se nos olvida: que la respuesta a un estímulo es dinámica. Los cambios nunca son inmediatos, aunque a veces parezca o se desee que así sean. Cuando accionamos el interruptor en la pared, pareciera que inmediatamente el foco prende e ilumina el cuarto, pero no es así: en realidad, hay un tiempo de respuesta tan pequeño que es imperceptible para nuestros ojos.
Similarmente, existen respuestas tan lentas que pareciera que no ocurren, como los cambios geológicos o los procesos evolutivos. La teoría de sistemas dinámicos se encarga de estudiar –entre otras cosas– cómo ocurren estas respuestas transitorias que al final llevan a un estado estacionario, y de eso tratará esta entrega. Al final buscaremos ligar esto con los cambios que se requieren para lograr una transición energética sustentable y el papel que jugamos desde la academia para modificar la respuesta del sistema.
Desde el punto de vista de la teoría de sistemas dinámicos, un sistema –entendido como un conjunto de elementos que funcionan armónicamente como un todo– tiene entradas y salidas. Las primeras corresponden a aquello que puede ser cambiado, voluntariamente o no, y que afecta al sistema: son las causas. Las segundas son las respuestas, o sea los efectos.
Usualmente en ingeniería y en las ciencias, consideramos variables de entrada y variables de salida, porque las podemos de alguna manera cuantificar, a veces modificar y tal vez medir, y son “variables” porque justamente cambian a lo largo del tiempo. Además, en el sistema puede haber otras variables internas que son afectadas por las entradas, pero que no son propiamente consideradas de salida, aunque por supuesto afectan ellas mismas a las salidas.
Para simplificar, consideremos un sistema con sólo una entrada y una salida. Supongamos que la entrada cambia repentinamente de un valor a otro. Esto provocará un cambio en la salida, pero, ¿cómo será su respuesta transitoria? La Figura 1 ilustra dos posibles respuestas. La izquierda ilustra una respuesta sobreamortiguada, en la cual la salida inicialmente cambia rápido y poco a poco, suavemente, se aproxima a su valor final (también llamado estacionario).
La figura de la derecha muestra algo más interesante: la salida tarda en empezar a reaccionar (tiempo de retardo), responde con sobrepaso y luego presenta oscilaciones menguantes alrededor del valor final (respuesta subamortiguada). Además, antes de empezar a subir hacia el valor final, hace una pequeña excursión en sentido contrario (respuesta inversa).
Lo anterior puede ser estudiado usando modelos matemáticos, y con ellos hacer predicciones y análisis para sistemas tecnológicos particulares, pero hagamos ahora una extensión de estas ideas a otros ámbitos.
Actualmente, para asegurar el futuro de la humanidad, es indispensable lograr una transición energética sustentable. Además de sustituir las fuentes de energía fósil por fuentes de energía renovables, es necesario modificar los patrones de consumo energético que nuestra sociedad actualmente tiene.
Esto implica una gran cantidad de cambios no sólo tecnológicos sino también sociales. Cada uno de ellos tendrá una respuesta y, por lo tanto, se trata de un sistema complejo con múltiples entradas y múltiples respuestas. Pero hagamos una abstracción simplificante suponiendo una sola respuesta.
Nuestro objetivo es pasar del estado actual de consumo energético desmedido usando fuentes convencionales a un estado de consumo moderado alimentado con energías renovables. Lo ideal es lograr una respuesta sobremortiguada, rápida y sin sobresaltos. Sin embargo, la respuesta podría presentar retardo (de hecho, ya tiene), al igual que un sobrepaso grande que crearía la ilusión de que vamos bien para luego regresar a un nivel inferior al deseado. También, las reticencias y las inercias del status quo podrían llevar a experimentar una respuesta inversa, empeorando la situación antes de empezar a mejorar.
¿De qué depende el tipo de respuesta? No sólo de las acciones concretas que tomemos, sino del sistema mismo. Una de estas acciones es la formación de profesionistas especialistas en energías renovables y otra es la generación de conocimiento nuevo, y ambas las estamos llevando a cabo con éxito en la UNAM Campus Juriquilla.
Hace falta intensificar la vinculación con la sociedad y la industria para cambiar el sistema desde dentro y que la respuesta natural sea parecida a lo deseado. Otra posibilidad, desde la teoría de sistemas dinámicos, es aplicar una retroalimentación para adecuar las entradas a lo observado en las salidas, pero eso lo comentaremos en otra entrega.
El doctor Alejandro Vargas Casillas es investigador de la Unidad Académica del Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Juriquilla
