RENOVABLES

Modelado de turbinas eólicas mediante modelos reducidos: Se cuenta con un modelo acoplado que permite simular temporalmente el comportamiento de las aspas de rotores eólicos. Este modelo requiere bajo costo computacional debido a que las aspas se simulan como sólidos unidimensionales y como modelo fluidodinámico se utiliza el DRD-BEM basado en la teoría del momento del elemento de aspa el cuál es algebraico. Esto lo hace particularmente apto para ser acoplado con otros modelos que requieran simular las turbinas con bajo costo computacional. Mediante este modelo se estudian fenómenos aeroelásticos en aspas y turbinas eólicas, así como la interacción entre las turbinas eólicas y su entorno.

Interacción entre el flujo atmosférico de capas bajas y generadores eólicos de gran tamaño: La generación de energía eólica difiere de otras formas convencionales de generación debido a la naturaleza estocástica del viento, y por esto, su pronóstico juega un papel fundamental para la inserción en un sistema eléctrico. Por otro lado, las características propias de la circulación atmosférica definen las cargas aerodinámicas sobre las turbinas, las que determinan las cargas estructurales y la capacidad de generación eléctrica de las mismas.

La interacción de las turbinas eólicas con su entorno es un problema donde aparecen típicamente diversas escalas espaciales y temporales: la escala sinóptica es la que modula el problema, pero también tienen una influencia importante los fenómenos a escala local debido a la topografía del terreno y el efecto de la presencia de las turbinas.

En este contexto, resulta necesario:
– Desarrollar herramientas de modelado numérico que mejoren las posibilidades de inserción de la energía eólica en el mercado eléctrico y el análisis estructural de turbinas eólicas.

– Estudiar la influencia de las turbinas eólicas en la circulación atmosférica y viceversa, con el fin de evaluar en qué medida los parques eólicos podrían afectar el tiempo y el clima a escala local así como también conocer cómo la circulación atmosférica afecta el diseño estructural de las turbinas.

Para esto se desarrollan modelos computacionales para estudiar las características de la circulación a escala local y evaluar la calidad de los pronósticos basados en el modelo WRF (Weather, Research and Forecast model). Es necesario también analizar estrategias combinadas (estocástico-dinámicas) para la generación de pronósticos de energía a corto plazo.

Esta metodología permite estudiar diferentes problemas relacionados con la generación de energía eólica:
– Análisis del recurso eólico en sitios de nuevas instalaciones
– Prospección de la producción de nuevas centrales y análisis de factibilidad
– Pronóstico de potencia generada para administración de centrales eólicas y del mercado eléctrico
– Análisis estructural, mecánico y eléctrico de nuevos diseños de turbinas eólicas.

Simulación de flujos complejos utilizando la formulación velocidad–vorticidad de las ecuaciones de Navier-Stokes: El objetivo general de la línea de trabajo en la que se enmarca este proyecto es la implementación de modelos basados en la formulación híbrida, velocidad–vorticidad, de las ecuaciones de Navier-Stokes para simular problemas multifísica.

En primera instancia, por un lado, se busca establecer una metodología de simulación de los fenómenos de interacción fluido–estructura que aparecen ante la presencia de un sólido en un fluido en movimiento. Esta situación se da en muchos problemas de ingeniería donde un fluido produce cargas de tipo hidro o aerodinámicas sobre una estructura y ésta al deformarse modifica el campo de velocidades del primero produciéndose una interacción que, si realimenta en forma positiva al sistema fluido–estructura, puede producir daños definitivos en esta última.

En particular se piensa como una primera aplicación de esta metodología la simulación de aspas de rotores eólicos. Para esto se deberá tener en cuenta el movimiento de rotación de la estructura. Otras aplicaciones posibles resultan la simulación de rotores en general (aplicable a helicópteros, hélices en aviación o turbinas de gas, por ejemplo); estructuras submarinas; torres u otras estructuras sometidas a la acción del viento, ríos y corrientes marinas.

Por otro lado, se buscará simular la deformación termomecánica de flujos multifase. En este caso las posibles complejas reologías de los diversos materiales y su dependencia con la temperatura y otras variables del problema representan un desafío para el modelado. En particular se prevé la aplicación al estudio de la dinámica de deformación de las capas geológicas a mediana y gran escala (varios cientos de kilómetros). Las grandes deformaciones que aparecen en este problema hacen que resulte apropiada una formulación euleriana del mismo, particularmente a través del acoplamiento de las ecuaciones de Navier-Stokes en su formulación híbrida con el problema de transmisión de temperatura.

FUSION NUCLEAR

Simulación en física del Plasma utilizando el código EUTERPE: EUTERPE es un código girocinético tri-dimensional utilizado para simular el comportamiento de Plasmas confinados magnéticamente en reactores de fusión del tipo Tokamak o Stellerator.
El código pertenece al grupo de Ralf Kleiber, del Max-Planck Institut fur Plasmaphysik. EURATOM-Association (Germany) y fue cedido mediante la firma de un documento de respeto a la propiedad intelectual al CSC.

El código fue instalado y testeado en TUPAC, en un ejemplo básico de plasma confinado a un reactor tipo Tokamak. En las figura 1 se presenta el speed up dentro de un nodo de TUPAC mientras que en la figura 2 se presenta el speed up obtenido en 2048 procesadores de TUPAC.

Speed up de EUTERPE en 2048 procesadores de TUPAC
Graph01

FISION NUCLEAR

Comportamiento del Combustible: DIONISIO 2.0 es un código de simulación del comportamiento del combustible bajo irradiación diseñado por el Sector Códigos y modelos de la gerencia de combustibles nucleares de la CNEA. El código se aplica tanto a combustibles destinados a reactores de potencia como de investigación. Para el caso de un combustible de potencia, el código resuelve una barra completa mediante la división de la misma en sectores en la dirección axial, cada uno de ellos sometido a las condiciones locales de potencia lineal, temperatura del refrigerante y flujo neutrónico. En cada sector se selecciona un dominio representativo bi o tridimensional, que corresponde a la pastilla, el gap y la vaina, sobre el que se determinan la distribución de temperatura; la tensión-deformación elastoplástica de cada material debidas a la dilatación térmica, el swelling (en la pastilla), el creep y el crecimiento por irradiación (en la vaina); la liberación de gases de fisión y el porcentaje del mismo presente en el volumen libre de la barra. La interacción termo-mecánica entre la pastilla y la vaina es analizada con especial detalle y, dado que bajo estas condiciones de contacto las exigencias sobre la vaina pueden llegar a ser extremas, llegando aún a la rotura, se ha desarrollado un módulo que permite considerar la presencia y evolución de una fisura. En lo que respecta a combustibles para reactores de investigación, el código resuelve un dominio tridimensional para diversos tipos de placas constituidas por el material físil (que puede ser monolítico o disperso) y la vaina que puede ser de aluminio o Zircaloy. DIONISIO ha participado en diversos proyectos internacionales de inter-comparación de códigos para reactores de potencia, con muy buenos resultados. Ha sido validado contra más de 34 experimentos completos obtenidos de la base de datos de la OIEA. La versión para combustibles de investigación fue contrastada con experimentos controlados obteniéndose una muy buena concordancia con los datos medidos.
Durante este año ha sido instalado en TUPAC y testeado. Ha sido utilizado para simular los diseños preliminares del combustible a ser destinado al Reactor Argentino RA-10 de investigación y al Reactor Argentino Mediano CAREM.

Resultados provistos por el código para el combustible CAREM. (Versión tridimensional del código).
figura 10

FOSILES