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Un algoritmo numérico para representar el comportamiento de fluidos violentos, como es el caso de los fluidos de los tanques de almacenamiento petroleros, fue desarrollado por el doctor Joel Sánchez Mondragón, en la estancia posdoctoral que desarrolló en el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP), junto con los doctores Eustorgio Meza Conde y Alberto Omar Vázquez Hernández, especialistas del Programa de Explotación de Campos en Aguas Profundas.
En el seminario Simulación de fluidos violentos con el método de Movimiento de Partículas Semi-implícito y su aplicabilidad en problemas de interacción fluido-estructura, organizado por la Coordinación del Programa de Explotación de Campos en Aguas Profundas, el doctor Sánchez Mondragón explicó que utilizó el método de Movimiento de Partículas Semiimplícito (MPS), el cual representa al fluido como partículas libres de mallas, permitiendo tener una mejor representación del comportamiento de la superficie libre del océano, para simular los fenómenos altamente no lineales del fluido en interacción con la estructura, tal como es el caso del rompimiento del oleaje.
El doctor Joel Sánchez comentó que los modelos de partículas pueden ser
representados a través de
métodos de mallas (métodos Eulerianos) y sin mallas o libres de mallas (métodos Lagrangianos). En el caso de los métodos que emplean mallas no es posible representar el rompimiento de la superficie libre del fluido.
En particular, los métodos Lagrangianos pueden analizar fácilmente superficies libres sin difusión numérica, esto último debido a que se sigue el movimiento de cada partícula del fluido a lo largo de toda la simulación, sin el uso de términos convectivos.
Los métodos basados en partículas calculan el comportamiento de fluido con base en la ecuación de Navier-Stokes. El método MPS calcula el cambio de las posiciones y velocidades de las partículas del fluido para determinar la distribución de sus cantidades físicas como presión y densidad, así como las fuerzas de interacción con las estructuras.
Cabe mencionar que el método MPS es uno de los más populares que los centros de investigación están desarrollando en los últimos años, para simular el comportamiento violento de fluidos incompresibles.
Los resultados obtenidos por el doctor Joel Sánchez a lo largo de un año de investigaciones forman parte del proyecto D.00511 Asimilación, implementación y validación de un tanque numérico para análisis hidrodinámico de un sistema flotante de producción, cuyo líder es el doctor Omar Vázquez Hernández, en el cual desarrolló un código numérico 2D para su aplicación futura en un tanque numérico.
Lo interesante de este método es que está desarrollado con base en partículas y, por lo tanto, la virtud que tiene es que puede simularse la fragmentación y posteriormente la coalescencia del fluido con bastante facilidad”.
En su oportunidad, el doctor Omar Vázquez indicó que en el desarrollo del código se siguió primeramente un modelo hidrostático de referencia de la literatura. “Un problema esencial es que estando el fluido en reposo, el código tiene que determinar la presión para que los campos sean más homogéneos; posteriormente, ya con ese problema resuelto, se procedió a analizar el fluido en movimiento y se hizo una comparación con los resultados numéricos de otras publicaciones”.
Expresó que en otro caso los resultados del modelo numérico se compararon con los de otros modelos y con los de una prueba experimental. Una parte de aplicabilidad de este código –que está hecho en dos dimensiones– podría ser el sloshing, es decir, un ejemplo en el que se tiene un fluido dentro de un tanque de almacenamiento y el tanque tiene una serie de oscilaciones debido a las aceleraciones del buque.
El Líder de Proyecto mencionó que este tipo de modelos numéricos permitirá efectuar simulaciones más reales del comportamiento de las estructuras marinas principalmente cuando están expuestas a tormentas extremas, esto debido a que la simulación de olas peraltadas o el efecto del rompimiento del oleaje es un problema no lineal difícil de representar numéricamente empleando otros tipos de teorías.
El objetivo –se indicó– es mostrar el desarrollo que se tiene y en un futuro desarrollar este algoritmo a tres dimensiones y comenzar a tener algunas aplicaciones en la industria.
Finalmente, señalaron que hay aplicaciones muy interesantes de este método, dirigidas a la parte cualitativa, como por ejemplo el enfriamiento de soldadura o de microcanales en células. “Realmente el método de partículas es el que permite una mejor representación de un fluido violento”, aseveró el doctor Joel Sánchez.
