Simulación numérica de un canal de olas

Abstract

Actualmente existe un gran interés científico por las distintas formas de conversión de energías renovables no convencionales (ERNC). Una de ellas, que pretende ser una alternativa a las ya presentes en el mercado, es la energía undimotriz. El estado actual de este tipo de energía se encuentra a nivel de laboratorio, con algunos prototipos instalados a modo de prueba. Todos estos sistemas de conversión de energía marina necesitan ser caracterizados bajo condiciones controladas de laboratorio, típicamente utilizando un canal con generación artificial de ondas de superficie que represente lo mejor posible las condiciones reales del mar. La descripción del oleaje en el mar puede ser compleja dados los múltiples factores que inciden en las características de las olas componentes. La intensidad y dirección de los vientos, la batimetría local y las corrientes son todos factores aleatorios que suman incertidumbres a los modelos de generación y propagación de oleaje. Si bien se cuenta con herramientas analíticas para describir el comportamiento de las olas regulares, ésta teoría entrega sólo información básica para condiciones óptimas tales como fondo regular, además de considerar olas que no rompen y se mueven en una sola dirección. Las condiciones anteriores son idealizadas para poder obtener estimaciones de las velocidades y presiones en un tren de olas que permitan obtener información para el diseño y operación de sistemas flotantes, sin embargo, para tener datos más cercanos a la realidad se deben considerar modelos más complejos de descripción de estados de mar. Los modelos sencillos de oleaje usan teoría potencial para describir el flujo pero esta falla cuando la pendiente de la ola se vuelve significativa y nos encontramos cerca del límite para el rompimiento de la ola. Para modelar éstos fenómenos es necesario modelos más complejos que incluyan la viscosidad del fluido y por tanto la presencia de turbulencia. Estas propiedades pueden ser incluidas en modelos de oleaje usando herramientas tales como Computational Fluid Dynamics (CFD). En esta memoria se realiza la simulación numérica transiente en dos y tres dimensiones de un canal de olas experimental en construcción en el laboratorio de Estudios Avanzados en Fenómenos No Lineales (LEAF-NL), se estudia la generación y propagación de ondas de superficie en agua ante la respuesta impulsiva de un escalón de velocidad en la paleta generadora. Se simulan distintas condiciones de operación del canal para estudiar las propiedades de los fenómenos de generación y propagación de ondas características mediante el análisis de los datos obtenidos numéricamente. Se obtiene el perfil de la superficie libre del canal, a lo largo de la propagación de las ondas, la dinámica de la paleta generadora (fuerzas, torque), la potencia consumida por el mecanismo de generación y el volumen de agua desplazado, que entrega información útil para un mejor diseño del canal experimental estudiado y como herramienta para contrastar sus resultados.