Browsing by Author "Cornejo Olivares, Pablo Eduardo"
Now showing 1 - 14 of 14
Results Per Page
Sort Options
Item Confección de un modelo CFD para el análisis del comportamiento de la dinámica de gases al interior de un motor de combustible sólido.(Universidad de Concepción, 2025) Quintana Rebolledo, Matías Raimundo Tomás; Cornejo Olivares, Pablo EduardoLa presente investigación se enmarca en el desarrollo de una mejora para la modulación de combustión de propelente s´ olido al interior de un motor de cohete para el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Concepción. La estrategia empleada históricamente consiste en desacoplar el problema, utilizando un modelo 0-dimensional para la cámara de combustión y CFD para la tobera. En cambio, aquí se propone resolver el problema acoplado, representando la combustión solida como un fenómeno fluido-dinámico únicamente (sin reacciones químicas). Usando un volumen de control 2D asimétrico, se empleó una malla fija y otra Overset para la simulación del problema usando ANSYS Fluent. Los resultados de ambas simulaciones son casi idénticos, a excepción del tiempo de cómputo que es 125% mayor con la malla Overset. Adicionalmente, se programó en Python la combustión de Nitrato de Potasio y Dextrosa (KNDX) usando un modelo de composita y otro de quemado erosivo. El modelo de composita describe correctamente la combustión de KNDX al compararla con datos experimentales, por lo que será usado en trabajos futuros para representar la regresión del grano.Item Desarrollo de un modelo CFD - 6DOF para el análisis de la estabilidad lateral – direccional de un UAV de tipo ala volante.(Universidad de Concepción, 2026) San Martín Araneda, Jorge Andrés Ignacio; Cornejo Olivares, Pablo Eduardo; Tinapp Dautzenberg, Frank JoachimLas aeronaves no tripuladas (UAV) de tipo ala volante presentan ventajas aerodinámicas significativas frente a configuraciones convencionales, pero su ausencia de empenaje compromete su estabilidad lateral-direccional, particularmente en el modo dinámico Dutch Roll, caracterizado por un amortiguamiento casi nulo. Frente a esta problemática, el objetivo de este estudio fue desarrollar un modelo CFD-6DOF validado experimentalmente para analizar la estabilidad dinámica lateral-direccional de un UAV de tipo ala volante. Para esto, se utilizó como plataforma de referencia un Skywalker X8, instrumentado con un autopiloto Pixhawk 6C, un GPS y un sensor de velocidad de viento, entre otros. Se ejecutaron ensayos de vuelo aplicando una perturbación impulsiva en los alerones, registrando la respuesta transitoria de la aeronave para su posterior caracterización. En paralelo, se implementó un modelo CFD estacionario en ANSYS Fluent, empleando el modelo de turbulencia 𝑘 − 𝜔 𝑆𝑆𝑇, el que fue validado respecto a coeficientes aerodinámicos reportados en la literatura especializada. A partir de este modelo, se caracterizaron las cargas equivalentes generadas por la deflexión de los elevones, las que fueron incorporadas mediante una Función Definida por el Usuario (UDF) en un modelo dinámico de seis grados de libertad (6DOF) con mallado dinámico híbrido, permitiendo simular la respuesta de la aeronave ante la misma perturbación aplicada en vuelo. La validación estática mostró concordancia satisfactoria para la mayoría de los coeficientes aerodinámicos, con errores RMSE normalizados iguales o inferiores a un 11.9%, aunque se identificaron discrepancias mayores en los coeficientes de momento de roll y yaw, de hasta un 20.4%, atribuibles a incertidumbres en la conversión de momentos respecto al punto de referencia aerodinámico utilizado en la literatura. El modelo dinámico logró reproducir satisfactoriamente los modos Roll y Spiral, así como los parámetros característicos del modo oscilatorio Dutch Roll, con errores RMSE normalizados de las variables de actitud lateral-direccional entre 6.4% y 17.5%, y diferencias relativas en frecuencia y amplitud de oscilación entre 8.0% y 21.1% respecto a los datos de vuelo. Se concluye que el modelo CFD-6DOF desarrollado queda validado, representando correctamente la física dominante del problema y las tendencias generales de la dinámica lateral-direccional del UAV, con discrepancias reducidas y dentro de márgenes de tolerancia aceptables. Este resultado verifica la hipótesis planteada, estableciendo una base metodológica viable para el análisis de estabilidad de UAV de ala volante en etapa de diseño, reduciendo la dependencia de ensayos físicos costosos.Item Desarrollo de una arquitectura conceptual para un sistema de alerta temprana de floraciones algales nocivas en la patagonia chilena utilizando el enfoque de ingeniería de sistemas basada en modelos.(Universidad de Concepción, 2023) Zurita Henríquez, Felipe Ignacio; Cornejo Olivares, Pablo EduardoLa industria acuícola está aumentando su producción e importancia como fuente de alimentos nutritivos a escala mundial, y es poco probable que esta tendencia se detenga o disminuya. Sin embargo, el sector acuícola debe abordar dos problemáticas principales para seguir desarrollándose de manera sostenible: necesita reducir su impacto ambiental y necesita reducir su alta vulnerabilidad a diversos factores, entre los que se incluye la variabilidad natural de los ecosistemas y el cambio climático. El cambio climático constituye una de las mayores amenazas para la producción acuícola, ya que los ecosistemas acuáticos se enfrentarán a un aumento de la temperatura del agua, una disminución del pH y del oxígeno, fluctuaciones de la salinidad y una mayor frecuencia de fenómenos extremos como las floraciones algales nocivas (FAN’s). El término FAN es muy amplio y abarca floraciones de muchos tipos, pero todas las FAN’s tienen una característica común: generan efectos adversos, sobre los peces en cultivo en particular, mediante la producción de toxinas ictiotóxicas, o daño mecánico en las agallas, entre otros, y sobre el ecosistema en general. Las FAN’s han causado mortandades masivas de peces en cultivo en la zona sur de Chile, y el manejo de esta biomasa en descomposición ha generado un intenso debate sobre el daño ambiental asociado a estas acciones. Frente a esta problemática, se plantea como objetivo el desarrollo de una arquitectura conceptual de un sistema que entregue una estimación del riesgo de posibles afloramientos algales a las empresas acuícolas, en un periodo de tiempo suficiente para que estas puedan reaccionar a modo de minimizar los daños. Para la consecución de dicho objetivo, se utilizó la metodología ARCADIA (Architecture Analysis and Design Integrated Approach), en conjunto con la herramienta de modelado Capella. Mediante un trabajo iterativo e investigativo, se desarrolló una arquitectura conceptual capaz de entregar un marco general para el desarrollo de sistemas de alerta temprana de floraciones algales nocivas, proporcionando así un punto de partida para un potencial usuario u organización que desee desarrollar su propio sistema. La arquitectura conceptual considera un sistema de gestión de sensores compuesto por cinco subsistemas y ocho funciones de alto nivel encargadas de satisfacer capacidades relacionadas a la gestión del flujo de datos y la sincronización espacio-temporal de los sensores. Se destacan tres actores externos al sistema: operador de sistema, sensores y sitio de interés (fiordo Comau). Cada uno de los actores cuenta con su propio conjunto de funciones y trabaja en combinación con el sistema de interés para generar la propiedad emergente de alerta temprana. Cabe recalcar que, al no formar parte del sistema en sí, los actores son fácilmente intercambiables por el usuario de la arquitectura conceptual. Esta es una decisión de diseño fundamentada en entregar mayor flexibilidad para cambiar dichos actores según cada necesidad particular, además que permite asegurar un mayor rango de soluciones para el problema. Se espera que trabajos futuros utilicen la arquitectura conceptual propuesta, y continúen con la última fase de la metodología ARCADIA, conocida como arquitectura física, en la que se debe definir en detalle cómo debe construirse el sistema para guiar la integración, verificación y validación de este.Item Estrategias para una simulación transiente de la balística interna de un motor de combustión sólida progresiva.(Universidad de Concepción, 2026) Quintana Rebolledo, Matías Raimundo Tomás; Cornejo Olivares, Pablo EduardoUna predicción adecuada de la balística interna de motores cohete de propelente sólido (SRM, por sus siglas en inglés) es esencial para un diseño confiable, pero sigue siendo un desafío debido a la naturaleza transiente de la combustión de este tipo de propelentes. Si bien los modelos en estado estacionario son computacionalmente eficientes, no logran capturar efectos que dependen del tiempo, como la evolución espacial de ondas de choque. Esta investigación presenta estrategias para una simulación CFD a escala completa en el tiempo (es decir, por la totalidad del tiempo de quemado) de un motor de propelente sólido a base de azúcar y combustión de tipo progresiva, utilizando ANSYS Fluent con solucionadores basados tanto en presión como en densidad. Empleando un modelo de turbulencia k–ε Realizable con funciones de pared non-equilibrium y una formulación de transporte de especies sin reacciones químicas, dentro de un enfoque de malla estática (sin deformar), las simulaciones reprodujeron el tiempo total de quemado de tres pruebas experimentales. Ambos solucionadores capturaron de manera precisa la dinámica de las ondas de choque, pero el solucionador basado en presión logró completó la simulación en 4 días, mientras que el basado en densidad habría requerido varias semanas. Las comparaciones con el empuje generado y presión medida experimentalmente destacaron la sensibilidad de la formulación que se utilice para estimar la tasa de quemado del propelente, subrayando su papel en la determinación de la utilidad de este modelo. Los resultados evidencian que los solucionadores basados en presión proporcionan una estrategia práctica y eficiente en recursos computacionales para llevar a cabo simulaciones que se enmarquen en la etapa de diseño iterativo de un SRM, sin comprometer la física esencial del flujo.Item Estudio de la hidrodinámica en diseños preliminares de ultra-floculadores mediante simulación numérica.(Universidad de Concepción, 2018) Del Río Reyes, Marco Antonio; Cornejo Olivares, Pablo Eduardo; Betancourt Cerda, Fernando ElíasLa floculación por polímero convencional es un proceso lento y de mediana eficiencia de recuperación que se realiza a bajas intensidades de mezcla. Se ha demostrado que es posible mejorar, considerablemente, tanto los resultados como los tiempos de tratamiento y los costos del proceso, al aumentar la intensidad de mezcla aplicando el floculante en las primeras etapas del proceso, en lo que se conoce como ultra-floculación. La intensidad de mezcla se mide por medio del gradiente de velocidad o shear rate, que corresponde a una medida del cambio espacial de la velocidad, i.e., del cambio punto a punto de ésta y, tradicionalmente, en el ámbito de la Ingeniería Ambiental se caracteriza mediante el gradiente de velocidad promedio obtenido por la ecuación de Camp-Stein, la cual considera la potencia disipada en el volumen. Dicha expresión solo es válida para casos simples de turbulencia isotrópica y, además, no considera los efectos geométricos del reactor, los cuales son importantes especialmente en reactores hidráulicos. En el presente trabajo se estudia, mediante el uso del código comercial de dinámica de fluidos computacional basado en el método de los volúmenes finitos ANSYS FLUENT, la hidrodinámica en distintos reactores hidráulicos de escala de laboratorio para el proceso de ultra-floculación. El objetivo del estudio es caracterizar la producción de la agitación en cinco distintos reactores hidráulicos a través de simulaciones CFD, para así aumentar el conocimiento sobre los mecanismos que influyen en la agitación en este tipo de reactores, además de evaluar la energía consumida para mezclar el fluido en ellos. Para caracterizar la intensidad de mezcla se utiliza el gradiente de velocidad efectivo, cuyo valor se obtiene del promedio en el volumen del shear rate local; adicionalmente, se emplea la curva de gradiente de velocidad local promedio en el tiempo y el shear rate medio obtenido por la ecuación de Camp-Stein. Se define además, un nuevo valor de shear rate medio, el cual emplea variables hidráulicas que permiten tener un segundo punto de vista respecto a la agitación media y a los mecanismos que influyen en la producción de ésta, con la ventaja de que el cálculo de este valor no depende de la parametrización de subgrilla del modelo de turbulencia utilizado para las simulaciones. La metodología del trabajo consiste en hacer primero una validación experimental con un reactor construido, luego simular cuatro diseños preliminares adicionales y, finalmente, realizar un escalamiento de los diseños más prometedores. Se evidenció que el shear rate depende de tres factores: el cambio de presión, la vorticidad relativa y el nivel de confinamiento del fluido (razón entre el volumen confinado y el área de confinamiento); de los cuales los dos primeros son los más eficientes para producir agitación de forma hidráulica.Item Evaluación de la estabilidad longitudinal de un uav mediante un modelo cfd-6dof(Universidad de Concepción, 2014) Sandoval Medina, Pablo Andrés; Tinapp Dautzenberg, Frank Joachim; Cornejo Olivares, Pablo EduardoItem Evaluación de las cargas aerodinámicas sobre antena VERTEX RSI en escenarios críticos de operación.(Universidad de Concepción, 2023) Ortega García, Nicolás Marcelo; Cornejo Olivares, Pablo Eduardo; Canales Cárdenas, Cristian AlexisLos 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.Item Mejoramiento del desempeño de un recuperador de calor a condensación para combustión de biomasa a escala domiciliaria.(Universidad de Concepción, 2023) Gallardo Quilapán, Sebastián Matías; Cornejo Olivares, Pablo EduardoEl consumo de los combustibles derivados de la madera tiene un extendido uso como fuente de energía para cocinar y mayormente para calefacción, en casi 2 millones de hogares del país. Si bien la biomasa es una forma aceptada de energía renovable y se considera un medio para ayudar a reducir el calentamiento global, tiene efectos adversos En 2019, la combustión a leña fue responsable del 65,9% de las emisiones de material particulado MP 2,5, la cual afecta la salud de personas y animales, daña la vegetación y el suelo, deteriora materiales, reduce la visibilidad y contribuye significativamente al cambio climático de manera negativa. Se propone una manera eficiente de realizar el proceso de combustión para calefacción domiciliaria mediante la incorporación de un intercambiador de calor a condensación (llamado comúnmente termocañón) en conjunto con un equipo reductor de material particulado al sistema de evacuación de gases de una cocina a leña convencional. Se caracteriza su comportamiento mediante pruebas bajo condiciones de operación controladas en un banco de ensayos, obteniendo así variables de entrada para confeccionar y validar un modelo CFD basado en estos resultados experimentales. En base al análisis del desempeño del intercambiador de calor convencional mediante CFD, se proponen mejoras a su geometría, las cuales consisten en aumentar la cantidad de pasos de los gases de combustión, disminuir el diámetro del cañón y adicionar generadores de turbulencia. Estas mejoras se evalúan en dos prototipos de intercambiadores de calor a condensación, que se diferencian únicamente en que uno de ellos incluye generadores de turbulencia adheridos en la placa separadora con dirección al paso 1. Así, se evalúa el desempeño de los prototipos utilizando las condiciones de borde derivadas del ensayo de caracterización y se compara con el desempeño del caso base. Las modificaciones geométricas produjeron un aumento significativo en variables de interés para el desempeño del equipo al compararse con el caso base. Lo anterior se demuestra en el aumento de 68% en la intensidad turbulenta, 57% en la velocidad, duplicar el tiempo de residencia de los gases de combustión y el aumento de 96% en la tasa de transferencia de calor. El modelo que contiene la adición de generadores de turbulencia presenta el mejor desempeño de los tres equipos, obteniendo la mayor tasa de transferencia de calor igual a 3,5 kW, lo que produce una disminución en la temperatura de los gases de combustión igual a 62% y un aumento en la temperatura de salida del agua igual a un 53% comparado con el caso base. Si bien este modelo obtiene el mejor desempeño, se debe evaluar el costo de fabricación y mantención que conlleva su fabricación, puesto que, entre él y el modelo sin GT, la diferencia de rendimiento puede no justificar la dificultad en la fabricación y posterior mantenimiento del equipo.Item Modelación matemática de la gasificación de carbón en un reactor de lecho fluidizado usando una descripción. granular euleriana.(Universidad de Concepción, 2010) Cornejo Olivares, Pablo Eduardo; Farías Fuentes, Óscar FranciscoSe desarrolló un modelo computacional tridimensional para la descripción del proceso de gasificación de carbón en lechos fluidizados en el entorno del código comercial multipropósito para CFD FLUENT 6.3, describiendo los procesos de secado, devolatilización, combustión y gasificación. Ambas fases, gas y sólido, fueron descritas usando un enfoque euleriano-euleriano intercambiando materia, energía y momentum lineal. La fase dispersa particulada fue descrita usando la teoría cinética para flujos granulares. El modelo químico se encuentra representado por cinco reacciones heterogéneas y cinco reacciones homogéneas, las cuales involucran el transporte de siete especies en la fase gas (CO2, CO, H2O, CH4, H2, O2 y N2) y una especie en la fase sólido (C(s)). Las velocidades de las reacciones homogéneas son determinadas usando Química de Velocidad Finita (Finite Rate Chemistry - FRC) combinando velocidades de reacción basadas en cinética química y velocidades de reacción basadas en la escala EDM), mientras que para describir las reacciones heterog eneas se implement o v a UDF (User De ned Function) un modelo cuya etapa controlante es la difusión (Kinetics/Difusion Surface Reaction Model) donde la velocidades de reacción son calculadas en base a una velocidad de la forma de Arrehnius y un coe ciente de difusión. La calibración y validación del modelo se realizó comparando sus resultados con datos experimentales obtenidos de un caso de gasificación de un reactor colombiano de lecho fluidizado de escala de ensayo disponible en la literatura; los resultados muestran buen ajuste con los datos experimentales disponibles, capturando fenómenos conocidos como altura de fluidización, distribución de temperatura y concentración de especies químicas, manteniendo la exactitud de modelos existentes desarrollados en el entorno de códigos académicos describiendo la misma experiencia, con la complejidad y flexibilidad asociada un código comercial.Item Optimización aerodinámica a bajos números de Reynolds.(Universidad de Concepción, 2025) Rojas Araya, Rafael Michelis; Cornejo Olivares, Pablo EduardoEsta investigación desarrolló una metodología de optimización aerodinámica basada en el método adjunto para mejorar el desempeño de perfiles aerodinámicos en condiciones de bajo número de Reynolds. El estudio se centró en la optimización de un perfil NACA 12 mediante simulaciones CFD bidimensionales en Ansys Fluent, validando la hipótesis de que el método adjunto permite obtener diseños más eficientes al reducir la separación del flujo y mejorar los coeficientes aerodinámicos respecto a la geometría original. La metodología incluyó tres etapas principales: validación del modelo CFD mediante comparación con datos experimentales de túnel de viento, optimización aerodinámica usando el método adjunto con función objetivo basada en la maximización de la eficiencia aerodinámica (relación Cl/Cd), y evaluación comparativa de las mejoras obtenidas. Las simulaciones se realizaron a velocidades de flujo libre de 10 m/s y 20 m/s, correspondientes a números de Reynolds de aproximadamente 9.7 ∙ 104 y 1.9 ∙ 105, respectivamente. La validación del modelo CFD fue satisfactoria, con diferencias porcentuales máximas del 6% entre los coeficientes de sustentación simulados y experimentales dentro del rango de ángulos de ataque válidos. La pérdida de sustentación se produjo entre 10° y 11° para 10 m/s, y entre 12° y 13° para 20 m/s, estableciendo los límites operacionales del análisis. La optimización mediante el método adjunto demostró mejoras significativas en la eficiencia aerodinámica. A una velocidad de 10 m/s, la eficiencia aerodinámica promedio aumentó de 22.1 a 34.5, representando una mejora del 59.4%. El coeficiente de sustentación promedio se incrementó en 85.7% (de 0.549 a 1.02), mientras que el coeficiente de arrastre aumentó moderadamente en 27.7% (de 0.0232 a 0.0296). A 20 m/s, las mejoras fueron aún más pronunciadas, con un incremento del 66.5% en la eficiencia aerodinámica promedio (de 27.2 a 45.3), un aumento del 103% en el coeficiente de sustentación promedio (de 0.572 a 1.16), y un incremento del 30.8% en el coeficiente de arrastre (de 0.0196 a 0.0256). El análisis de los campos de flujo reveló que el método adjunto adoptó estrategias de optimización diferenciadas según las condiciones de operación. A 10 m/s, la optimización se centró en aumentar la circulación y vorticidad para generar mayor sustentación, incrementando la velocidad local máxima de 19.6 m/s a 19.8 m/s y la vorticidad máxima de 3.65 ∙ 105 s⁻¹ a 4.14 ∙105 s⁻¹. A 20 m/s, la estrategia se orientó hacia la reducción del arrastre mediante el mantenimiento de un flujo más laminar, reduciendo la velocidad local máxima de 43.4 m/s a 34.8 m/s, la vorticidad máxima de 1.15 ∙ 106 s⁻¹ a 9.89 ∙ 105 s⁻¹, y la intensidad turbulenta máxima de 16.1% a 11.8%. Las modificaciones geométricas introducidas por el método adjunto incluyeron un incremento en la curvatura general del perfil, con modificaciones significativas tanto en el borde de ataque como en el borde de fuga. Se observó la formación de hendiduras estratégicas que favorecieron el control de la capa límite y la reenergización del flujo, creando puntos de estancamiento secundarios que mejoraron la adherencia del flujo al perfil.Item Optimización aerodinámica en una aeronave civil con una configuración alar de alta razón de aspecto reforzada con un soporte mediante simulación CFD.(Universidad de Concepción, 2020) Uvidia Calles, Jocelyne Paola; Cornejo Olivares, Pablo EduardoEl incremento de la demanda de la aviación comercial y el indiscutible crecimiento de la industria aeronáutica civil ha generado la necesidad de introducir nuevas estrategias seguras, económicas y eficientes. Estas mejoras incluyen aspectos ambientales, financieros y aerodinámicos. Los aviones comerciales actuales son aproximadamente un 80% más eficientes que los primeros aviones de pasajeros, no obstante, la eficiencia aerodinámica se ha mantenido en cifras constantes, por lo que es necesario introducir nuevos diseños que cumplan con la demanda proyectada y con nuevas condiciones de vuelo a régimen transónico. Para validar estos nuevos diseños y mejoras, es necesario el uso de optimizadores aerodinámicos, sin embargo, los procesos aerodinámicos no son fácilmente cuantificables, por lo que se hace uso de modelos de cálculo basados en CFD. Sin embargo, pese a que las simulaciones traen consigo una importante disminución de costos a la hora de encontrar soluciones, el modelo es más abstracto que el sistema que representa ya que incluye simplificaciones que permiten enfocarse en los objetivos del estudio, por tal razón es muy importante considerar parámetros como discretización de la grilla computacional y el modelo de turbulencia, ya que de estos depende el nivel de captura de los fenómenos físicos. Por lo tanto, este proyecto tiene como objetivo, validar mediante simulaciones CFD, el estudio y resolución de problemas aerodinámicos; y analizar la factibilidad de uso de un dispositivo de control de flujo activo como parte de un proceso de optimización aerodinámica. Para la validación de las simulaciones CFD se realiza un estudio sobre el perfil transónico RAE 2822 a Ma=0.73, AOA=3.19° y Re=6.5x106 ; y se comparan los datos numéricos y los fenómenos físicos con los resultados experimentales disponibles en la literatura. De igual forma, en este estudio se realiza una comparación de los modelos de turbulencia RANS y DES, con el fin de analizar la factibilidad de uso de cada uno. Posteriormente se procede a optimizar la aerodinámica de una aeronave civil con configuración alar de alta razón de aspecto reforzada con un soporte, mediante la implementación de un dispositivo de control de flujo activo (AFC). Para esto se simula el caso base, se identifica los fenómenos físicos presentes y los procesos que los generan y se analiza el beneficio de la aplicación del control de flujo activo a través de la comparación de los resultados entre el caso base y el avión con el dispositivo AFC instalado. Igualmente, en este estudio se realiza un análisis de sensibilidad por lo que el número de Mach varía para un rango: Ma=0.74-0.80, con un paso de 0.005 Mach. Al analizar los resultados de la simulación, la metodología se valida debido a la alta correlación entre los resultados y los datos experimentales, por lo que las simulaciones CFD pueden utilizarse para generar correlaciones y modelos dirigidos a optimizadores aerodinámicos. Del análisis de los modelos de turbulencia se presenta que si bien ambos modelos no difieren en gran medida en los resultados, el modelo más factible para la resolución de problemas aerodinámicos es RANS K-ω SST ya que genera resultados más precisos, además pese a que, el modelo DES genera con mayor detalle los fenómenos producto de la turbulencia, los resultados no compensan la complejidad y el alto costo computacional que conlleva; por lo que se recomienda su uso para estudios de geometría más compleja y flujo más ii complejo en donde sea necesario analizar fenómenos en detalle. De la simulación de la aeronave con una junta ala - refuerzo, se determina que, en la zona cercana a la unión del ala y el soporte, se genera un arrastre significativo, producto de una fuerte onda de choque confinada por el intradós del ala y el extradós del soporte, y se intensifica con el aumento de número de Mach, disminuyendo así su eficiencia aerodinámica. No obstante, al implementar el AFC se presentan cambios favorables, ya que disminuye los efectos y, por ende, el arrastre generado por las ondas de choque; retrasa la separación de la capa límite ya que la energiza; retrasa el inicio del buffet, sin generar pérdidas de eficiencia aerodinámica y, en consecuencia, incrementa el número de Mach al cual se puede obtener los valores máximos.Item Simulación numérica de un hidrociclón utilizando dinámica de fluidos computacional(Universidad de Concepción, 2017) Pérez Villalobos, Daniel Andrés; Rodríguez Godoy, Cristian Gabriel; Cornejo Olivares, Pablo EduardoEn la industria minera, una de las etapas claves en el procesamiento de minerales es la conminución, en donde se reduce el tamaño del material hasta dimensiones lo suficiente finas para continuar en las etapas posteriores de tratamiento y refinación. Para esto es necesario una clasificación por tamaño del mineral, en la cual el material apto continúa el proceso y el no apto es nuevamente tratado hasta obtener un tamaño apropiado. Este proceso es en donde operan principalmente los hidrociclones, los cuales son alimentados con una mezcla del mineral con agua (lodo), y cuyo comportamiento hidrodinámico y clasificación es dependiente de las condiciones del flujo y características de la mezcla. Uno de los problemas estudiados por varios investigadores es el roping en hidrociclones (supresión del núcleo de aire, aumento excesivo de la concentración de sólidos en el bajo flujo e incremento de partículas de gran tamaño en el sobre flujo), sin embargo, aún no se han desarrollado teorías concretas que involucren todas las variables presentes en este fenómeno. El objetivo de la presente tesis es desarrollar un modelo matemático en el código comercial ANSYS Fluent 14.5, que permita analizar el comportamiento hidrodinámico al interior del hidrociclón y el tipo de descarga a través del bajo flujo. Se ha considerado partículas monodispersas de 3 tamaños diferentes presentes en la mezcla, a concentración constante, a la cual se varía la velocidad/presión de alimentación. Los resultados muestran que la operación de un hidrociclón, analizada desde el punto de vista del tipo de descarga (spray, semi-roping o roping) es función del tamaño de las partículas presentes en la mezcla y de la velocidad/presión con que esta ingresa al equipo. Un aumento en la velocidad/presión, para los 3 tamaños de partículas considerados, genera un aumento de la concentración en el bajo flujo con el aumento de tamaño de las partículas. Simultáneamente, el incremento en la velocidad/presión de alimentación causa una caída en la concentración de sólidos a través del sobre flujo, con mayor efecto para las partículas de mayor tamaño. Por otro lado, el angulo de descarga a través del bajo flujo decae con el aumento de la velocidad/presión y tamaño de partícula. El paso desde una descarga spray hacia roping es detectado con el cambio del espectro de frecuencia de las fluctuaciones de presión, con altas amplitudes a bajas frecuencias en la descarga en spray y señales ruidosas en todo el espectro de frecuencias en el roping. De la investigación realizada se concluye que el modelo desarrollado permite comprender en mayor profundidad las variables involucradas que generan el roping en hidrociclones. Tanto el tamaño de las partículas como la velocidad/presión de alimentación influyen en el comportamiento hidrodinámico al interior del hidrociclón (velocidades y núcleo de aire) y en la descarga ( angulo y concentración de sólidos). Así también, es posible detectar el tipo de descarga a través del bajo flujo en función del análisis de las fluctuaciones de presión en las paredes del equipo y el espectro asociado.Item Transición desde el spray al roping en hidrociclones.(Universidad de Concepción, 2021) Daza Olave, Juan; Rodríguez Godoy, Cristian Gabriel; Cornejo Olivares, Pablo EduardoLos hidrociclones son utilizados en muchas industrias para la clasificación de partículas de acuerdo al tamaño y densidad, entre estas la industria minera, en donde cumplen un rol fundamental en los circuitos de molienda. De acuerdo a la geometría y bajo ciertas condiciones de operación, el hidrociclón puede operar en roping, el cual corresponde a una operación defectuosa. Sobre este fenómeno se ha estudiado especialmente el efecto de la geometría del hidrociclón, pero poco se ha estudiado las variables que tienen real influencia en el problema. Es por esto, que en este estudio se busca caracterizar las vibraciones en la transición desde spray a roping y describir efecto de la distribución granulométrica de alimentación sobre este mismo fenómeno. Para analizar el impacto de la distribución granulométrica sobre el roping se realiza un modelo computacional de un hidrociclón de laboratorio variando presión de alimentación y granulometría de la misma, utilizando el modelo Euleriano y Reynolds Stress Model para la descripción de la multifase y la turbulencia. Por otra parte, el hidrociclón utilizado posee una relación de diámetros de descargas de 0,6, por lo que de acuerdo a estudios realizados [Bustamante, 1991; Concha et al., 1996] no debería existir roping para ninguna condición de operación. Para los casos en que la granulometría es fina, al aumentar la presión se observa una disminución en el ángulo de descarga y una mejor selectividad. Por otra parte, en los casos en que hay granulometría gruesa, se observa que el hidrociclón opera en roping para las presiones altas. La roping es directamente proporcional a la presión de alimentación y al grosor de la granulometría de trabajo. De forma general, los resultados obtenidos corresponden a un contraejemplo a autores que sólo han basado el estudio del roping en la geometría del hidrociclón. Replicando el modelo anterior en un hidrociclón de laboratorio diferente se analiza la relación entre fuerza calculada mediante el modelo y la medición experimental de vibración. El modelo replicó fielmente los resultados en spray, sin embargo, no replicó el roping experimental dando como resultado un semi-roping¸ esto se debe a que experimentalmente se trabajó un roping inestable muy cercano a la transición entre estos dos estados. Existe una clara relación entre cantidad de masa contenida dentro del ciclón, fuerza excitatoria numérica y vibración experimental. A pesar que el roping no se replicó fielmente en el modelo, de igual forma existe coherencia entre el modelo y la medición, esto se debe a que en un roping inicial pude existir aún una porción de núcleo de aire que provoque variaciones en la masa en el tiempo. Se realiza un set de tres mediciones experimentales spray, semi-roping y roping con el fin de caracterizar las vibraciones en cada condición de operación. En spray la amplitud de las vibraciones oscilan de forma leve en el tiempo, luego operando en semi-roping la vibración adquiere mayor amplitud y mayor oscilación en el tiempo debido a las fluctuaciones de masa debido al rompimiento y restitución del núcleo de aire, por otra parte, el roping se caracteriza por una vibración plana sin variación de amplitudes en el tiempo.Item Turbulencia de submesoescala: mezcla vertical y disipación de energía en frentes superficiales del océano.(Universidad de Concepción, 2016) Cornejo Olivares, Pablo Eduardo; Sepúlveda, AndrésIntroduciendo modificaciones triviales en las ecuaciones de conservación se ha expandido el ámbito de aplicación de un código CFD genérico a la descripción de la dinámica de fluidos geofísicos incluyendo el efecto de la rotación de la Tierra y la estratificación de la columna de agua. Sobre la base de este código modificado fue implementado un modelo no-hidroestático de alta resolución describiendo la dinámica de submesoescala en un frente oceanográfico superficial de latitud media. Se simuló un sistema periódico empleando tres diferentes metodologías para describir la turbulencia: 1) URANS-Reynolds Stress Model (RMS, modelo de turbulencia de siete ecuaciones), 2) LES-Standard Smagorinsky (SS, modelo de turbulencia algebraico), y 3) LES-Modified Smagorinsky, introduciendo una correccion para grillas no-isotrópicas (MS). Esta modificación permitió mejorar las predicciones del campo de flujo respecto al modelo estandar manteniendo un bajo costo computacional respecto al modelo RSM.