Evaluacion Numérica de Diseños de Cortavientos para Torres de Explotación Petrolífera

Abstract

Se analizó la utilización de barreras cortaviento para reducir localmente la velocidad del viento sobre equipos de torre y así permitir el trabajo de operarios aún con velocidades de viento relativamente altas. Se consideraron dos modelos de barrera, piramidal y plano, propuestos por una empresa del sector. Se evaluaron los diseños mencionados con modelos computacionales tridimensionales, de manera de predecir en detalle velocidades y presiones en toda la zona que rodea a la torre y la propia pantalla. Se obtuvieron también las fuerzas aerodinámicas actuantes sobre la pantalla y las frecuencias típicas de desprendimiento de vórtices, para alimentar eventuales cálculos estructurales posteriores. Se utilizó un software abierto de simulación (OpenFOAM) basado en Volúmenes Finitos, empleando Large Eddy Simulation con un modelo de Smagorinsky.
Se obtuvieron resultados numéricos que muestran que detrás de los cortavientos se desarrolla un flujo tridimensional, variable en el tiempo, con desprendimiento de vórtices, y se compararon estos resultados con los de ensayos experimentales previos realizados por otros autores con modelos a escala en túnel de viento. Las simulaciones permitieron concluir que los experimentos realizados eran correctos, en particular en lo que concierne al escalado, pero que no brindan resultados conservadores por dos razones: se midieron sólo valores medios en flujos que son pulsados, y se midieron sólo velocidades axiales en flujos que son tridimensionales.
En el caso de la barrera piramidal, las simulaciones predicen que la velocidad promedio en la región a proteger se reduce a menos de la mitad de la incidente pero, como fuera dicho, es variable en el tiempo y su valor máximo es sólo un 20% inferior. Por otra parte, se generan velocidades hasta un 50% superiores a los costados de la pantalla, lo que podría requerir cuidados especiales para el tránsito por esa zona.
En el caso de la barrera plana, la perturbación que introduce en el flujo es mucho mayor, resultando en mayores fuerzas de arrastre y velocidades que fluctúan más violentamente. En general, su desempeño es mucho peor que el anterior, por lo que debe descartarse.
La conclusión general es que los modelos ensayados no ofrecen suficientes ventajas para el uso que se pensó darles. Se recomendó el análisis de otros diseños, tales como la utilización de pantallas que dejen pasar parte del caudal incidente (barreras porosas) y/o la colocación de pantallas por delante y por detrás de la zona a proteger, lo cuál es práctica común en, por ejemplo, las barreras forestales de protección de cultivos delicados.