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Rediseño de tuberías en una central hidroeléctrica y análisis de chorro de descarga

El rediseño de redes hidráulicas en centrales hidroeléctricas requiere garantizar eficiencia y seguridad operativa.

Mediante simulación CFD, optimizamos la geometría de una bifurcación y analizamos el chorro de descarga. Evaluamos las presiones,  las pérdidas de carga y las fuerzas de impacto.

Esto no permitió validar el diseño y reducir riesgos en condiciones reales de operación.

PROYECTOS

Rediseño de tuberías en una central hidroeléctrica y análisis de chorro de descarga

El cliente necesitaba rediseñar el trazado de la red de tuberías de una central hidroeléctrica para incorporar una nueva tubería de descarga. El principal desafío era diseñar el injerto de la bifurcación en la tubería forzada existente, seleccionando:

  • La ubicación más adecuada.
  • La geometría óptima de conexión.

El objetivo era minimizar las pérdidas de carga y las sobrepresiones locales, garantizando al mismo tiempo que la nueva línea pudiera transportar el caudal requerido sin generar presiones máximas o mínimas críticas para la integridad del sistema.

Adicionalmente, era necesario analizar el comportamiento del chorro de salida tras atravesar una válvula de chorro hueco, ya que este impactaría contra un muro cercano. Se requería cuantificar la fuerza de impacto para validar estructuralmente el elemento receptor.



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ALCANCE DEL PROYECTO

El proyecto se desarrolló en dos fases principales:

  1. Optimización del injerto de bifurcación
  • Evaluación de diferentes configuraciones geométricas de conexión entre la tubería principal y la nueva tubería de descarga.
  • Análisis de:
    • Presiones máximas y mínimas.
    • Pérdidas de carga locales.
    • Fluctuaciones de presión.
  • Simulación bajo distintos escenarios operativos de la planta, cubriendo diversas casuísticas de funcionamiento.
  1. Modelado del sistema completo y análisis del chorro

Una vez seleccionada la geometría óptima del injerto:

  • Se modeló el sistema completo de tuberías.
  • Se incluyó la válvula de chorro hueco en condiciones reales de operación.
  • Se cuantificó la velocidad del chorro y la fuerza ejercida sobre el muro de impacto.
  • Se evaluó el campo de velocidades en el espacio comprendido entre la descarga y el muro.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

En la fase de optimización del injerto se comprobó que:

  • Los picos de presión en la zona de conexión permanecían dentro de los límites admisibles de la tubería.
  • La geometría seleccionada permitía transportar el caudal requerido para la descarga.
  • La configuración final presentaba la menor pérdida de carga entre las alternativas evaluadas.
  • Se reducían significativamente las fluctuaciones de presión respecto a otras opciones.

En el análisis del chorro de descarga se obtuvo:

  • La velocidad máxima de impacto sobre el muro.
  • La distribución de velocidades en la trayectoria del chorro.

Dado que las velocidades de salida eran elevadas, se propusieron mejoras orientadas a reducir la energía del chorro antes del impacto, con el objetivo de disminuir las cargas transmitidas al muro y aumentar la seguridad operativa del sistema.

Este estudio permitió garantizar un rediseño hidráulicamente eficiente, estructuralmente seguro y adaptado a las condiciones reales de operación de la central.

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Optimización geométrica de un reactor de biogás

La optimización geométrica de reactores de biogás es clave para garantizar una mezcla eficiente y un proceso estable.

Mediante simulación CFD, analizamos distintas configuraciones evaluando la velocidad, el tiempo de residencia, la distribución térmica y la concentración de sólidos.

Esto nos permitió identificar la geometría óptima, así como también reducir zonas muertas y maximizar el rendimiento del proceso biológico.

PROYECTOS

Optimización geométrica de un reactor de biogas

El cliente necesitaba determinar la geometría óptima de un reactor de biogás que garantizase la mejor eficiencia de mezcla posible.

Los criterios principales de diseño eran:

  • Evitar que la velocidad del digesto descendiera por debajo de un valor mínimo recomendado.
  • Minimizar el tiempo de residencia del digesto en el tanque.
  • Reducir al máximo la concentración de materia orgánica no homogéneamente distribuida dentro del reactor.
  • Prevenir zonas muertas y posibles fenómenos de sedimentación.

El objetivo era asegurar un proceso biológico estable, eficiente y con un aprovechamiento óptimo del volumen útil del reactor.


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ALCANCE DEL PROYECTO

El estudio se desarrolló mediante simulación CFD, considerando de forma detallada:

  • Todas las entradas y salidas del reactor.
  • La composición del digesto introducido, incluyendo la fracción de materia orgánica dispersa.
  • Las condiciones de operación (caudales y temperaturas de entrada).

El reactor dispone de tres circuitos de agitación independientes, cada uno con su propio inyector, que mezcla el digesto con el biogás generado para favorecer la reacción biológica.

Por ello, el modelo incluyó:

  • Las diferentes secuencias de funcionamiento del sistema de agitación.
  • Los tiempos de operación de cada circuito.
  • La interacción entre los distintos flujos.
  • El efecto térmico asociado a la mezcla y al proceso biológico.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Para comparar las dos geometrías propuestas, se evaluaron múltiples indicadores de rendimiento:

  • Velocidad del digesto en el interior del reactor:

Se cuantificó el volumen total en el que la velocidad superaba el umbral mínimo recomendado, identificando zonas con riesgo de estancamiento.

  • Tiempo de residencia y eficiencia de mezcla:

Se calculó el tiempo necesario para alcanzar una mezcla homogénea, determinando qué configuración presentaba un menor tiempo de renovación efectiva.

  • Distribución de temperatura:

Se analizaron los gradientes térmicos para evaluar la eficiencia de transferencia de calor entre las distintas corrientes, factor clave para la estabilidad del proceso biológico.

  • Concentración de materia orgánica y riesgo de sedimentación:
    Se estudiaron las zonas con mayor acumulación de sólidos y las probabilidades de deposición en caso de mezcla insuficiente.

El análisis permitió identificar la geometría que ofrecía:

  • Mayor volumen activo con velocidades adecuadas.
  • Menor tiempo de mezcla.
  • Mejor homogeneidad térmica.
  • Menor riesgo de acumulación y sedimentación de sólidos.

Gracias a la simulación CFD, fue posible optimizar el diseño del reactor antes de su construcción o modificación, reduciendo riesgos operativos y mejorando el rendimiento global del proceso de producción de biogás.

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Optimización de una tubería de refrigeración de agua

La optimización hidráulica de sistemas de refrigeración es clave para reducir consumos energéticos y mejorar el rendimiento operativo.

Mediante simulación CFD, analizamos un tramo de tubería que tenía cambios de dirección y reducción de sección. Identificamos pérdidas de carga significativas.

Tras evaluar distintas soluciones de rediseño, logramos finalmente una reducción de hasta un 22% en la pérdida de carga.

PROYECTOS

Optimización de una tubería de refrigeración de agua

El cliente necesitaba analizar un tramo específico de un sistema de refrigeración de agua que presentaba dos cambios de dirección en inglete y una reducción de sección.

Este conjunto geométrico podía estar generando pérdidas de carga significativas, afectando al rendimiento global del sistema y aumentando el consumo energético.


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ALCANCE DEL PROYECTO

El proyecto se estructuró en dos fases principales:

  • Análisis de la configuración original mediante simulación CFD, con el objetivo de:
    • Cuantificar la pérdida de carga del tramo.
    • Evaluar el impacto real de este segmento en el conjunto del sistema.
    • Identificar zonas de separación de flujo y turbulencias asociadas a los cambios bruscos de dirección y sección.
  • Evaluación de alternativas geométricas, desarrollando y comparando distintas propuestas de rediseño orientadas a minimizar las pérdidas de carga y mejorar el comportamiento hidráulico.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

El análisis de la geometría original confirmó que el tramo estudiado generaba una pérdida de carga considerable, principalmente debido a:

  • Cambios de dirección bruscos en los ingletes.
  • Separaciones de flujo y zonas de recirculación.
  • Efectos adicionales derivados de la reducción de sección.

A partir de este diagnóstico, se plantearon dos soluciones de mejora:

  1. Incorporación de deflectores internos en los cambios de dirección en inglete, con el objetivo de guiar el flujo y evitar desprendimientos.
  2. Sustitución de los ingletes por codos curvos, suavizando el cambio de dirección y reduciendo la intensidad de las pérdidas locales.

Tras comparar las tres configuraciones (original y dos rediseños), los resultados mostraron que la opción con deflectores internos ofrecía el mejor desempeño, logrando una reducción del 22 % en la pérdida de carga respecto a la configuración inicial.

Este estudio demuestra cómo el uso de simulaciones CFD permite optimizar componentes hidráulicos de forma precisa, reduciendo pérdidas energéticas y mejorando la eficiencia global del sistema sin necesidad de intervenciones extensivas.



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Cálculo de cargas de viento en estructuras solares según EUROCODE EN-1991-1-4

El cálculo de cargas de viento en estructuras solares requiere métodos precisos que superen las limitaciones de los enfoques analíticos tradicionales.

Mediante simulación CFD, evaluamos las fuerzas y momentos aerodinámicos en base a la norma EUROCODE EN-1991-1-4.

Obtuvimos un dimensionamiento estructural más realista, optimizando la seguridad y reduciendo sobredimensionamientos en configuraciones reales de plantas fotovoltaicas.

PROYECTOS

Cálculo de cargas de viento en estructuras solares según EUROCODE EN-1991-1-4

El cliente necesitaba cuantificar el efecto de las cargas de viento sobre estructuras solares para cumplir con el estándar EUROCODE EN-1991-1-4.

Si bien la normativa contempla procedimientos de cálculo analítico, estos están orientados principalmente a estructuras genéricas y geometrías simples. En el caso de estructuras solares —con configuraciones complejas y múltiples interacciones entre paneles— estos métodos pueden resultar excesivamente conservadores o poco representativos del comportamiento real.

Por este motivo, se planteó la necesidad de realizar simulaciones CFD para obtener valores más realistas de fuerzas y momentos aerodinámicos, permitiendo dimensionar con mayor precisión los elementos mecánicos y estructurales del sistema.


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ALCANCE DEL PROYECTO

El proyecto incluyó:

  • Análisis del efecto del viento para múltiples direcciones sobre un panel aislado, evaluando:
    • Fuerzas aerodinámicas (arrastre y sustentación).
    • Momentos generados sobre paneles y estructuras soporte.
  • Simulación de una matriz completa de paneles, representando el layout real de la planta, con el objetivo de:
    • Analizar la influencia de la proximidad entre paneles.
    • Evaluar el efecto de apantallamiento entre filas.
    • Comparar las cargas en paneles perimetrales (especialmente en esquinas) frente a los paneles situados en el interior de la matriz.

Este enfoque permitió capturar fenómenos aerodinámicos que no pueden considerarse mediante modelos analíticos simplificados.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

El análisis de las distintas direcciones de viento mostró que:

  • La dirección Norte generaba las mayores cargas sobre los paneles en el caso estudiado.
  • La dirección Sur producía cargas menores debido a la orientación y geometría del conjunto.

Asimismo, se identificaron diferencias significativas entre:

  • Las primeras filas de paneles, que soportan mayores fuerzas aerodinámicas al estar más expuestas.
  • Las filas centrales, donde el viento es más estable y las cargas son menores debido al efecto de apantallamiento.

También se evaluó la relación entre fuerza de arrastre y fuerza de sustentación, observándose que:

  • Con viento procedente del Norte o lateral, predominan las fuerzas de sustentación.
  • Con viento procedente del Sur, las fuerzas de arrastre son superiores a las de sustentación.

Este estudio permitió obtener un dimensionamiento más ajustado y realista de la estructura, optimizando la seguridad y evitando sobredimensionamientos innecesarios, todo ello en alineación con los requisitos del EUROCODE EN-1991-1-4.

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Análisis de disipación térmica en una planta de Waste to Energy

El diseño del sistema de ventilación de una planta Waste to Energy requiere garantizar condiciones térmicas seguras, debido a que cuenta con una sala con alta disipación de calor.

Mediante simulación CFD, optimizamos la ventilación natural y forzada. De este modo aseguramos el control de temperatura, la eficiencia energética y el cumplimiento normativo incluso en los escenarios operativos más exigentes.

PROYECTOS

Análisis de disipación térmica en una planta de Waste to Energy

El cliente necesitaba diseñar y dimensionar el sistema de ventilación de una estancia dentro de una planta Waste to Energy. En esta sala operan numerosos equipos que disipan grandes cantidades de potencia térmica, lo que dificulta el cumplimiento de los límites de temperatura establecidos por normativa.

El reto principal era garantizar unas condiciones térmicas dentro de un rango de temperatura máximo y mínimo, tanto en escenarios habituales de operación como en las condiciones más desfavorables.


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ALCANCE DEL PROYECTO

El proyecto contempló:

  • Dimensionamiento del sistema de ventilación, evaluando:
    • Tamaño de rejillas en caso de ventilación natural.
    • Selección y dimensionamiento de ventiladores en caso de ventilación forzada.
    • Cálculo de los caudales necesarios de aire fresco para asegurar una disipación térmica adecuada.
  • Optimización de la disposición de entradas y salidas de aire, identificando las ubicaciones más eficientes para maximizar la renovación de aire con el menor consumo energético posible.

El objetivo es definir una solución técnica capaz de mantener las temperaturas dentro de los rangos exigidos por la normativa, asegurando eficiencia operativa y fiabilidad.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

El uso de simulaciones CFD permitió diseñar y dimensionar tanto la ventilación natural como la forzada de forma precisa y eficiente, optimizando la evacuación de calor en una estancia cerrada con alta disipación térmica.

El estudio comenzó con la simulación de un caso base, considerando las condiciones más exigentes de operación en términos de carga térmica. Se analizaron:

  • La distribución de temperaturas en la sala.
  • Los campos de velocidad del aire.
  • La dinámica de flujo generada por el sistema de ventilación inicial.

A partir de estos resultados, se desarrolló un proceso iterativo de optimización que incluyó:

  • Rediseño de la ubicación de entradas y salidas de aire.
  • Ajuste de los caudales de ventilación.
  • Comparación entre distintas configuraciones de ventilación natural y forzada.

Finalmente, una vez alcanzada la configuración óptima, se evaluaron distintos escenarios operativos y ambientales para validar el sistema frente a diversas casuísticas reales de funcionamiento.

Como resultado, se obtuvo una solución técnicamente robusta, energéticamente eficiente y alineada con los requisitos normativos de temperatura, garantizando una adecuada disipación térmica incluso en las condiciones más desfavorables.

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Estudio de ventilación en una sala fitness

Análisis de la ventilación en la sala fitness del centro Mais Que Auga Navia, a fin de evaluar la idoneidad del sistema de ventilación forzada existente y las prácticas de uso de este, evaluando si procede las mejoras aplicables.

El trabajo incluye mediciones en dicha sala y el desarrollo de un modelo virtual completo de este espacio, analizando mediante simulación CFD diferentes escenarios de uso.

PROYECTOS

Estudio de ventilación en una sala fitness

Cliente: MQA Navia

El cliente requería evaluar la calidad del aire y la dispersión de CO₂ en la sala fitness de un gimnasio, un espacio cerrado con alta ocupación y elevada demanda de ventilación. El objetivo era comprobar si la renovación de aire actual era adecuada y detectar posibles zonas con acumulación de CO₂.


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ALCANCE DEL PROYECTO

El proyecto se desarrolló en dos fases principales:

·         Análisis de la red de conductos HVAC:

Se estudió la distribución del aire en los conductos del sistema de climatización y ventilación (HVAC) para identificar zonas con elevadas pérdidas de carga y posibles desequilibrios en el reparto de caudales.

·         Análisis del comportamiento del aire en la sala:

Se evaluó la distribución del aire en el interior de la estancia mediante simulaciones CFD, identificando áreas con baja renovación de aire y mayor concentración de CO₂.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

El análisis de los conductos HVAC reveló zonas con recirculaciones y altas caídas de presión, lo que generaba desajustes en la regulación del sistema. Dado que la instalación ya estaba en funcionamiento, modificar el trazado de los conductos o sustituir tramos con elevada pérdida de carga resultaba complejo y poco viable.

Como solución, se optó por realizar estrangulamientos locales en las bocas de impulsión, ajustando los caudales nominales requeridos en cada zona. Gracias a las simulaciones CFD, fue posible determinar de forma virtual el nivel exacto de regulación necesario en cada difusor, evitando intervenciones basadas en prueba y error.

Por otro lado, el estudio detallado de la concentración de CO₂ (ppm) y del número de renovaciones de aire por hora permitió identificar las zonas con mayores carencias de ventilación. A partir de estos resultados, se reajustaron los difusores para incrementar el aporte de aire en las áreas más desfavorables, logrando una distribución más homogénea y una mejora significativa en la calidad del aire interior.

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