En este proyecto se ha estudiado el campo de velocidades y la renovación del agua en una laguna artificial para uso recreativo. El objetivo es evaluar si existen zonas de la laguna donde se produzca una baja renovación del agua, comparando diferentes alternativas de impulsión y captación. Para ello hemos utilizado simulaciones de Mecánica de Fluidos Computacional (CFD) realizadas con el software ScStream, de MSC Cradle.
En primer lugar, se genera una geometría apta para el estudio CFD que represente la laguna artificial, teniendo en cuenta sus elementos representativos y el mapa de profundidad. En este modelo geométrico se incluyen los elementos de captación e impulsión de agua.
A continuación, se configura el modelo CFD seleccionando las condiciones de contorno apropiadas, así como otras características fundamentales de la física del problema para definir la simulación, incluyendo el modelo de turbulencia.
Como último paso en la creación del modelo, se debe definir el mallado a emplear. En este caso utilizamos una malla cartesiana con tamaño de elemento que permita captar bien los patrones del flujo en un recinto de gran tamaño manteniendo unos tiempos de simulación razonables.
Una vez finalizadas las simulaciones, debemos observar y analizar los resultados obtenidos. El primer paso es verificar que la configuración y resolución del modelo se ha realizado correctamente, para lo cual realizamos una serie de comprobaciones analíticas que nos permiten confirmar el correcto funcionamiento del modelo.
Tras ello analizamos los mapas de velocidades y las líneas de corriente que se obtienen con las diferentes configuraciones, lo cual nos permite entender las diferencias en comportamiento del flujo y nos ayudará a comprender mejor los resultados de renovación del agua. Para ello utilizamos mapas de líneas de corriente proyectadas en un plano horizontal, donde el patrón de movimiento del flujo puede verse con claridad.
El paso final en este estudio es determinar una medida del tiempo de renovación del agua en los diferentes puntos de la laguna. Empleando el software ScStream, podemos definir tal indicador en base al tiempo que tarda el agua limpia en llegar a un punto, y el tiempo que tarda el agua de ese punto en abandonar la laguna.
Esto nos permite definir mapas del tiempo medio de renovación, y a partir de ellos, realizar un estudio estadístico sobre el porcentaje de volumen renovado en cada intervalo de tiempo. Este estudio estadístico nos proporciona indicadores cuantitativos claros sobre la eficiencia de renovación de las alternativas de impulsión y captación, lo cual convierte a la simulación CFD en una herramienta de gran utilidad para el diseño de este tipo de sistemas.
También podemos obtener mapas del volumen de agua con tiempo de renovación superior a cierto valor de referencia. Con ellos es posible determinar las zonas donde debería priorizarse la incorporación de nuevos sistemas de impulsión o captación en futuros rediseños del sistema.
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