Calibración y validación de OpenFOAM para la modelación de un canal de ondas en 2D

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dc.contributor.advisorWinckler Grez, Patricio
dc.contributor.authorContreras Ruiz, Carlos
dc.date.accessioned2023-11-03T16:18:48Z
dc.date.available2023-11-03T16:18:48Z
dc.date.issued2020-10
dc.description.abstractEn la actualidad los puertos tienen un rol estratégico en el desarrollo de un país, ya que contribuyen al intercambio de productos, ingresos a las arcas fiscales y generación de empleos. Aunque su principal objetivo es actuar como punto de encuentro entre el medio marítimo y el terrestre, en estos se desarrollan múltiples servicios conformados por distintos agentes y organismos. El transporte de tipo marítimo es el que maneja la mayor cantidad de mercancías, lo que favorece a las economías de escala (Rúa, 2006). Es por esto que la tecnología se enfoca en la construcción de embarcaciones cada vez más grandes, veloces y que además proporcionan una mayor seguridad a la carga. Siguiendo esta misma línea, se prevé que al favorecer la globalización económica mediante la estandarización de las normas comerciales para los países, se estimulará el intercambio de productos por lote, reforzando así el tipo de transporte que sea capaz de cumplir con el traslado de dichos productos de manera más eficiente (González, 2000). Para optimizar el intercambio de mercancías entre naciones, en las últimas dos décadas se ha requerido de la construcción de muelles más grandes y con mayor calado debido al aumento del tamaño de las naves. Esto hace muy costosa la construcción de rompeolas, forzando a su vez el diseño de muelles expuestos a condiciones adversas de oleaje, de esta manera se llevan a cabo construcciones que van más allá de los límites del conocimiento actual (Tirindelli et al., 2002). Las operaciones de dragado se pueden definir como la succión, transporte y descarga de sedimento en el agua mediante dragas, generando un mayor calado para la maniobra segura de buques. Si se considera la opción de hacer dragados en el muelle, de manera que se pueda mantener un calado para grandes buques, sin exponer la estructura a condiciones desfavorables surgen otros problemas; como el impacto ambiental en la zona donde se deposita el sedimento, enterrando la flora y fauna marina, además, las operaciones de dragado pueden alterar las condiciones físicas, químicas y biológicas del ecosistema en las zonas de dragado y descarga; también se generan impactos físicos y/o químicos en la calidad del agua. Se deben considerar también los costos de las operaciones de dragado y descarga debido a las regulaciones ambientales de cada país, derivados de los tratamientos que requieren los contaminantes que pueda tener el sedimento (Landaeta, 1995). Por otra parte, si existe una fuente de aporte de sedimento cercana, las operaciones de dragado deben realizarse con regularidad a lo largo de la vida útil del muelle. El diseño de obras marítimas se sustenta principalmente en el modelado físico y formulaciones semiempíricas, que entregan como resultado los criterios de diseño. La principal ventaja de las formulaciones semiempíricas es su bajo costo, simplicidad y corto tiempo en la obtención de los resultados, sin embargo, su rango de aplicabilidad es acotado solo a los casos convencionales, dejando de lado incluso efectos locales importantes que afectan significativamente los resultados. Por otra parte, el modelado físico es una representación más exacta de los procesos implicados en la propagación del oleaje y su interacción con la estructura. Sus principales inconvenientes están relacionados a los efectos de escala, costos, limitación en la cantidad de sensores disponibles y la alteración del flujo debido a los mismos sensores (Higuera, 2015). Desde hace unos pocos años se han desarrollado modelos numéricos para estudiar el comportamiento del oleaje. En el caso de los modelos basados en las ecuaciones promediadas de Navier-Stokes (RANS), se alcanzan resultados bastante precisos en la propagación de oleaje no lineal en aguas someras; además, modelan la transformación del oleaje antes, durante y después de la rotura (Pedrozo & Torres, 2011). Las principales desventajas del modelado numérico están asociadas a que las simulaciones bidimensionales no representan todos los procesos que experimenta el oleaje, mientras que las simulaciones en tres dimensiones requieren altos costos computacionales. Además, es necesario calibrar y validar el modelo para asegurar que los datos obtenidos representen correctamente el comportamiento del oleaje (Higuera, 2015). Dentro de los modelos que utilizan las RANS, destaca OpenFOAM (Jasak et al., 2004) por su licencia de código abierto; lo que permite el uso ilimitado de núcleos y rutinas según los requerimientos del investigador. Mientras que en el caso de software comerciales, el uso de rutinas y de núcleos depende del tipo de licencia adquirida (Davidson et al., 2015). Además, algunos de los numerosos estudios desarrollados en la última década con OpenFOAM, presentan la configuración de sus casos paso por paso, con el propósito de facilitar el uso de OpenFOAM a una comunidad creciente de usuarios. Ejemplo de esto es Herreras & Izarra (2013); de esta manera se intenta disminuir la poca documentación y soporte que presenta OpenFOAM a diferencia de sus contrapartes de pago. El modelo OpenFOAM está limitado al estudio regiones relativamente pequeñas debido al significativo uso de recursos computacionales que demandan las RANS. Es por esto que en algunos casos, en etapas tempranas de un proyecto es necesario desarrollar modelos a escala, como canales de onda, para calibrar y validar el modelo. Un incipiente grupo de investigadores, desde que OpenFOAM fue liberado para uso libre y gratuito en el año 2004, ha modelado canales de ondas para evaluar el comportamiento del oleaje; tales como Chenari (2014), analizó el comportamiento de oleaje regular interactuando con el fondo en un canal de ondas, además presentó las ventajas y limitaciones de la herramienta waves2Foam de OpenFOAM; Davidson et al. (2015) estudió el comportamiento de la energía producida por el oleaje en un canal de ondas tridimensional mediante la herramienta interFoam; Chen (2015) estudió las cargas de oleaje sobre estructuras costeras para la explotación de energía renovable, entre otros. Muchas investigaciones han sido la base para continuar desarrollando el modelo en términos de las necesidades de los usuarios, y por otra parte, estos mismos estudios han servido para validar los resultados del modelo. Para el desarrollo de este trabajo se utilizó el modelo OpenFOAM con el solver olaFlow (Higuera, 2015), ya que cuenta con herramientas y subrutinas que permiten modelar canales de onda bidimensionales, para distintos regímenes de propagación de oleaje, y con un razonable uso de recursos computacionales.en_ES
dc.facultadFacultad de Ingenieríaen_ES
dc.identifier.citationContreras Ruíz, C. (2020) Calibración y validación de OpenFOAM para la modelación de un canal de ondas en 2D [Tesis de pregrado, Universidad Valparaíso].en_ES
dc.identifier.urihttps://repositoriobibliotecas.uv.cl/handle/uvscl/13166
dc.language.isoesen_ES
dc.publisherUniversidad de Valparaísoen_ES
dc.subjectCAMBIOS COSTEROSen_ES
dc.subjectCOSTAS -- EVOLUCIONen_ES
dc.subjectESTUDIOS OCEANOGRAFICOSen_ES
dc.subjectOLEAJEen_ES
dc.titleCalibración y validación de OpenFOAM para la modelación de un canal de ondas en 2Den_ES
dc.typeTesisen_ES
uv.catalogadorCOP INGen_ES
uv.departamentoEscuela de Ingenieria Civil Oceanicaen_ES

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