Modelación Física y numérica

 

Modelación Física

La modelación física de los distintos tipos de dispositivos/prototipos generados a partir de investigaciones en el CEMIE-Océano es de gran importancia para la verificación del comportamiento y funcionamiento esperados. Como consecuencia de la modelación física se podrá realizar un análisis de las variables de diseño, estimación de eficiencias, respuesta de los dispositivos y validación/calibración de modelos numéricos para la futura optimización de los dispositivos y estimación de sus impactos. La principal ventaja de la modelación física es la reproducción de las condiciones del medio físico a los cuales se encontrarán sujetos los dispositivos permitiendo el análisis de la interacción fluido-dispositivo. Más aún, con la posibilidad de controlar variables específicas del ambiente, es posible cuantificar la influencia de las variables físicas, lo que reduce incertidumbres para las posteriores fases de desarrollo de prototipos: construcción pre-serie, instalación en condiciones marinas reales, inicio de producción de plantas piloto. La modelación física, variará las escalas de prueba en función del propósito buscado, es decir, innovaciones en fases finales poseerán una escala de prueba mayor que aquellas en fase inicial de diseño. Durante el desarrollo de la modelación física, su estrecha colaboración con las líneas estratégicas de modelación numérica permitirá optimización de recursos y particularmente el desarrollo de dispositivos eficientes para la extracción de energía.

 

La modelación física se empleará para apoyo de diversos proyectos dentro del CEMIE-Océano buscando la adecuada coordinación de la infraestructura existente, así como su posible mejoramiento y adecuación para la investigación en energías del océano. Así, las líneas o acciones estratégicas para “Modelación Física” son:

 

F-LT1-DRNEMUIOCG Análisis de la interacción de dispositivos de conversión de energía marina en pequeña escala.

‐ Objetivos: Analizar, en condiciones controladas y en pequeña escala, el comportamiento de dispositivos de conversión de energía marina con el fin de optimizar su funcionamiento, maximizar la energía captada, determinar las dimensiones y ubicación de mayor eficiencia, proveer de información para el diseño de los sistema de fijación y/o anclaje, observar los patrones de turbulencia y esfuerzos inducidos por el flujo para elegir adecuadamente los materiales y geometría de cada dispositivo.

 

F-LT2-DRNEMUIOCG Actualización de la infraestructura experimental y adecuación de sitios de prueba en condiciones reales.

‐ Objetivos: Dotar al CEMIE-Océano de las mayores capacidades posibles para la prueba de dispositivos de aprovechamiento de la energía marina en condiciones controladas o en sitios con condiciones reales pero en cuerpos de agua semi-cerrados. Asimismo se realizará: Inventario de los laboratorios disponibles para establecer el grado de actualización/mejoramiento requerido tanto en equipamiento como en personal ii) Equipamiento e instrumentación adecuados para el análisis de dispositivos en sitios experimentales con condiciones marinas reales iii) Determinación de cuerpos de agua semi-cerrados o sitios de experimentación para pruebas de dispositivos.

 

F-LT3-DRNEMUIOCG Fabricación de un prototipo de generación (tanque de oleaje) y sistema de propagación de oleaje tridimensional.

‐ Objetivos: Crear un prototipo experimental que cumpla con los más altos estándares a nivel internacional para la generación de oleaje espectral-direccional en el que se puedan hacer pruebas de dispositivos para el aprovechamiento de la energía marina en escalas reducidas (1:20-1:30). Las dimensiones de esta instalación permitirán probar, además de dispositivos aislados, grupos de dispositivos a fin de verificar su adecuando funcionamiento, distancias de colocación, interacción entre dispositivos y flujos, sistemas de anclaje y alteración a los patrones de flujo en sus inmediaciones.

 

Modelación Numérica

El estudio del comportamiento dinámico del flujo de fluidos y su interacción con los distintos dispositivos, prototipos y elementos para el aprovechamiento de fuentes de energía del océano resulta indispensable para lograr la optimización de dichos elementos y consecuentemente mejorar la eficiencia para la explotación de las fuentes de energía. Más aún, la modelación numérica permite el análisis de una amplia gama de condiciones oceánicas (normales y/o extremas) a las que se encontrarán sujetos los elementos de aprovechamiento energético, evitando así elevados costos de evaluación y validación de dispositivos, prototipos o elementos. Lo anterior buscar impulsar de forma conjunta las estrategias para la modelación física en laboratorio o in situ y el desarrollo e innovación de dispositivos para extracción de energía con fuentes del océano.

 

La modelación numérica se empleará entonces como una herramienta para el apoyo de las diferentes líneas de investigación en el CEMIE-Océano tanto de los grupos temáticos, como de los proyectos transversales que así lo requieran. Así, en el proyecto transversal “Modelación Numérica” se tendrán la siguiente acción estratégica a desarrollar:

 

N-LT1-DRFEMUIOCG Desarrollo del programa de estudios científicos y tecnológicos: “Modelación numérica aplicada a simulación de: climas marítimos, procesos costeros e interacción fluido-estructura/fluidodispositivo”.

‐ Objetivos: Generar la capacidad humana para el análisis por medio de simulaciones numéricas de los distintos procesos e interacciones entre flujos en el océano y estructuras o dispositivos para la extracción de energía. Esta acción estratégica se planea a través de cursos intensivos y/o talleres para la especialización en estos temas e incentivar la actualización constante que se requiere en el manejo de software para modelación numérica.

 

N-LT2-DRFEMUIOCG Modelación numérica de climas marítimos (oleaje, marea, corrientes) y gradientes termohalinos considerando efectos de cambio climático.

‐ Objetivos: Evaluar y analizar las condiciones marítimas y del océano para la determinación de lugares con gran potencial energético, así como para la previsión/predicción de dichas condiciones ante diferentes escenarios y su posible influencia en el funcionamiento de dispositivos/prototipos para el aprovechamiento de fuentes de energía del océano

 

N-LT3-DRFEMUIOCG Modelación numérica aplicada a procesos de interacción fluido-dispositivo y optimización de componentes. ‐ Objetivos: Evaluar y proveer validaciones a bajo costo del funcionamiento de dispositivos/prototipos para el aprovechamiento de fuentes de energía del océano a través del empleo de modelos CFD-CSD y FEA. Optimización de los distintos componentes y del dispositivo per se pueden ser llevadas en fases de prediseño, diseño, calibración y puesta en marcha. Lo anterior resultará en una reducción de costos para la optimización de dispositivos/prototipos desarrollados en el CEMIE-Océano así como el entendimiento de los procesos físicos asociados al funcionamiento de los dispositivos/prototipos y la alteración de su entorno inmediato.

 

N-LT4-DRFEMUIOCG Evaluación del impacto de dispositivos de energía del océano en la morfodinámica e hidrodinámica costera y marina a través de simulaciones numéricas

‐ Objetivos: Determinar y analizar el impacto que producen los distintos dispositivos de energía del océano en la morfodinámica e hidrodinámica de ambientes costeros y marinos. Asimismo, se pretende evaluar el comportamiento de los dispositivos en una escala local y estimar las eficiencias y máximos de producción probable.

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