Optimización de fondeos oceanográficos

  1. Coronil Huertas, Daniel José
Dirigida per:
  1. José Juan Alonso del Rosario Director
  2. Juan Manuel Vidal Pérez Director

Universitat de defensa: Universidad de Cádiz

Fecha de defensa: 29 de de setembre de 2017

Tribunal:
  1. Alfredo Caso Goméz President/a
  2. José María de la Viña Molleda Secretari/ària
  3. Antonio Dominguez Abecia Vocal
Departament:
  1. Física Aplicada

Tipus: Tesi

Teseo: 495693 DIALNET

Resum

Cada año se instalan en el océano un gran número de sistemas de fondeos oceanográficos, con el fin de medir y registrar los valores de distintas variables oceanográficas y meteorológicas. Uno de los principales requisitos que presenta un sistema de fondeo es que los desplazamientos, tanto horizontales como verticales, de sus componentes en respuesta a las corrientes sean pequeños. Por este motivo, los fondeos oceanográficos en lugares con velocidades de corrientes elevadas, requieren de un estudio previo detallado. La inclinación de las líneas de amarre del fondeo debido a la fuerza de arrastre de la corriente provoca errores en el registro de las series temporales de las variables medidas. El grado de inclinación es un factor crítico en el error de las mediciones de los instrumentos. Por lo tanto, el criterio clave para mejorar este tipo de fondeo es el diseño de un elemento de flotación sumergido que aporte la máxima flotabilidad y la mínima fuerza de arrastre debida a su tamaño y forma. Existen multitud de patentes de diseños innovadores que han intentado solventar, aunque sin llegar a una solución óptima, los problemas relacionados con el arrastre en un fondeo. En la última década, también se han desarrollado una gran cantidad de proyectos innovadores relacionados con los sistemas de fondeos oceanográficos. Como sistema de flotación se ha elegido un prototipo de boya especial, diseñada y patentada por INNOVA OCEANOGRAFÍA LITORAL S.L. junto con la Universidad de Cádiz. El modelo experimental de boya presenta una geometría novedosa, con la forma semejante a un pez luna. Con ella se pretende reducir la fuerza de arrastre en comparación con una boya esférica equivalente de referencia con el mismo empuje. Inicialmente, el prototipo se mide y se traza su geometría para poder parametrizarla. Se utilizan dos métodos fundamentales para el diseño y el análisis en Ingeniería: el cálculo y la experimentación. El primero implica la resolución de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales, ya sea por métodos analíticos o asistidos por ordenador; mientras que el segundo, conlleva la construcción de modelos físicos a escala que son probados en diferentes instalaciones que simulan su comportamiento. La metodología computacional (cálculo), se realiza con las simulaciones numéricas (en 2D y 3D) por el método de los elementos y volúmenes finitos elaboradas por el programa TDYN CFD+HT. La metodología experimental, se realiza ensayando con modelos a escala reducida en una mesa de flujo laminar, en un dispositivo de ensayos aerodinámicos y en un canal de ensayos hidrodinámicos. Los modelos se construyen en una impresora 3D. Finalmente, para contrastar si las mejoras propuestas optimizan o no un fondeo oceanográfico, se compara el comportamiento de un fondeo real anterior con un nuevo fondeo en el que se instalan los nuevos elementos diseñados. El programa de cálculo utilizado para la comparativa "Mooring Design and Dynamics" (conjunto de rutinas de "MATLAB"). El presente estudio muestra satisfactoriamente los resultados de optimización de un fondeo oceanográfico en el que se instala una nueva boya con forma novedosa, consiguiéndose una reducción de los desplazamientos verticales y horizontales, así como de los ángulos de inclinación de las líneas de amarre.