Evaluación de las cargas aerodinámicas sobre antena VERTEX RSI en escenarios críticos de operación.

Abstract

Los radiotelescopios han sido baluartes esenciales en la exploración astronómica, permitiendo avances significativos en nuestra comprensión del universo. Históricamente, estos instrumentos han desentrañado cuantiosos misterios del cosmos, marcando hitos en la ciencia astronómica. Chile, en particular, ha desempeñado un papel vital en la radioastronomía global, al ser anfitrión de proyectos emblemáticos, consolidando su estatura en la arena astronómica internacional. Uno de estos proyectos es el ALMA en el Valle de Chajnantor. La singularidad de ALMA no sólo radica en su capacidad tecnológica, sino también en su ubicación estratégica. Para garantizar la recepción ininterrumpida y de alta calidad de las ondas de radio, es esencial minimizar las perturbaciones atmosféricas. Es por ello por lo que ALMA ha posicionado sus radiotelescopios a más de 5000 metros sobre el nivel del mar. Esta ubicación elevada, si bien ofrece datos astronómicos de una claridad excepcional, también somete a los radiotelescopios a condiciones climáticas extremas, especialmente cargas de viento significativas. A pesar de que estas antenas están robustamente diseñadas con factores de seguridad adecuados, las cargas aerodinámicas no son trivialmente despreciables. Entender a fondo la naturaleza y magnitud de estas cargas es de suma importancia, no sólo para garantizar la integridad estructural de los radiotelescopios, sino también para optimizar su tiempo de operación, planificar adecuadamente el mantenimiento y establecer criterios claros de operación según las condiciones de viento. Con este propósito en mente, el presente trabajo se sumerge en un estudio detallado de la dinámica de fluidos computacional (CFD), con el objetivo de modelar las cargas aerodinámicas que enfrenta el radiotelescopio VERTEX RSI en el observatorio ALMA. Se realiza un análisis exhaustivo de las condiciones de viento a las que este radiotelescopio se encuentra expuesto, enfocándose en escenarios operativos críticos dentro del observatorio ALMA. Los resultados obtenidos son meticulosamente comparados con estudios previos y literatura relevante, buscando asegurar la rigurosidad, exactitud y relevancia de las conclusiones presentadas.

Radiotelescopes have been essential strongholds in astronomical exploration, enabling significant advancements in our understanding of the universe. Historically, these instruments have unraveled several mysteries of the cosmos, marking milestones in astronomical science. Chile, in particular, has played a pivotal role in global radioastronomy, hosting flagship projects and solidifying its stature in the international astronomical arena. One such project is ALMA in the Chajnantor Valley. The uniqueness of ALMA lies not only in its technological capability but also in its strategic location. To ensure uninterrupted, high-quality reception of radio waves, it's essential to minimize atmospheric disturbances. For this reason, ALMA has positioned its radiotelescopes at over 5000 meters above sea level. This elevated location, while providing astronomical data of exceptional clarity, also subjects the radiotelescopes to extreme weather conditions, particularly significant wind loads. Although these antennas are robustly designed with suitable safety factors, the aerodynamic loads are not trivially negligible. A thorough understanding of the nature and magnitude of these loads is of utmost importance, not only to ensure the structural integrity of the radiotelescopes but also to optimize their operational time, plan maintenance adequately, and establish clear operational criteria based on wind conditions. With this purpose in mind, the present work delves into a detailed study of computational fluid dynamics (CFD), aiming to model the aerodynamic loads faced by the VERTEX RSI radiotelescope at the ALMA observatory. An exhaustive analysis of the wind conditions this radiotelescope is exposed to is conducted, focusing on critical operational scenarios within the ALMA observatory. The results obtained are meticulously compared with previous studies and relevant literature, aiming to ensure the rigor, accuracy, and relevance of the presented conclusions.