Introducción
En el campo de la ingeniería eólica, el modelado y la validación precisos son fundamentales para garantizar la integridad estructural y el rendimiento aerodinámico de varias estructuras como las antenas (Imagen 1). Debido a su naturaleza esbelta y, a menudo, flexible, las antenas son particularmente susceptibles a las fuerzas inducidas por el viento, como el desprendimiento de vórtices, el galope y las sacudidas. Estos efectos dinámicos pueden conducir a vibraciones estructurales significativas, fatiga del material e incluso al fallo si no se consideran adecuadamente en la fase de diseño.
Para abordar estos desafíos, es necesaria una validación rigurosa de los modelos computacionales para garantizar que las predicciones teóricas se alineen con el rendimiento del mundo real. Un ejemplo de ello es la validación de simulaciones de cargas de viento en antenas mediante pruebas experimentales y análisis de dinámica de fluidos computacional (CFD). Este proceso permite a los ingenieros refinar sus modelos, mejorar la precisión y mejorar la fiabilidad general de las estructuras de antena en diversas condiciones ambientales.
En colaboración con la Universidad RWTH de Aquisgrán, una institución líder en ingeniería y ciencias aplicadas, se realizan estudios prácticos en estructuras de antenas expuestas a cargas de viento. Al combinar enfoques teóricos con datos empíricos, la investigación tiene como objetivo cerrar la brecha entre la simulación y la realidad, contribuyendo al desarrollo de diseños de antenas más seguros y resistentes. Este estudio subraya la importancia de la validación en la ingeniería eólica, demostrando cómo la colaboración entre el mundo académico y la industria puede conducir a técnicas de modelado más precisas y un rendimiento estructural mejorado en aplicaciones del mundo real.
Descripción del trabajo
En el ejemplo de validación actual, se investiga el coeficiente de fuerza tanto para la simulación CFD en RWIND como para el estudio experimental [1] de la Universidad RWTH de Aquisgrán. El modelo central representa una antena con una sección rectangular, colocada sobre una superficie de rejilla que sirve como plano de tierra o suelo del túnel de viento. El modelo incluye varias etiquetas dimensionales en magenta, indicando las medidas específicas: la altura total de la antena es de 0,50 m; su base está elevada 0,20 m del suelo, con 0,08 m como longitud en la dirección y; y el ancho superior (en la dirección x) de la antena es de 0,056 metros (imagen 2).
Solución analítica y resultados
El supuesto requerido de la simulación de viento se ilustra en la siguiente tabla:
| Tabla 1: Relación de dimensiones y datos de entrada | |||
| Velocidad básica del viento | V | 10 | m/s |
| Dimensión perpendicular a la dirección del viento | b | 0,080 | m |
| Dimensión paralela a la dirección del viento | d | 0,058 | m |
| Altitud | href | 0.5 | m |
| Separación inferior | Espaciamiento | 0,20 | m |
| Densidad del aire - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Direcciones del viento | θviento | 0o hasta 360o con paso de 30o | Grado |
| Modelo de turbulencia - RWIND | RANS estacionario k-ω SST | - | - |
| Viscosidad cinemática (ecuación 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Orden del esquema - RWIND | Segundo | - | - |
| Valor teórico residual - RWIND | 10-4 | - | - |
| Tipo residual - RWIND | Presión | - | - |
| Número mínimo de iteraciones - RWIND | 800 | - | - |
| Capa de contorno - RWIND | NL | 10 | - |
| Tipo de función de muro - RWIND | Mejorado / mezclado | - | - |
| Intensidad de la turbulencia | I | 3% | - |
Los coeficientes de la fuerza del viento para varias direcciones del viento (θ = 0o hasta 360o con un paso de 30o ) se han determinado utilizando RWIND, como se ilustra en la imagen 3. Los resultados indican una desviación de aproximadamente el 8% de los datos experimentales.
Además, el modelo de la antena está disponible para descargar aquí:
-querkraft-hertha-hurnaus.jpg?mw=350&hash=3306957537863c7a7dc17160e2ced5806b35a7fb)
