Acceso al Espacio Destacada Tecnología Espacial

Modelado de sloshing

Una de las aplicaciones destacadas del modelado computacional a la actividad espacial explicada por Dvorkin y Marcela Goldschmit de Sim&Tec

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Por Eduardo Dvorkin y Marcela Goldschmit

El fenómeno conocido como sloshing consiste en el movimiento de un líquido en el interior del recipiente que lo contiene cuando es excitado por fuerzas externas. Al agitarse el líquido en el interior del recipiente, se inducen fuerzas sobre el mismo y sobre la estructura que lo soporta.

Casos típicos, en los que el fenómeno de sloshing debe ser cuidadosamente considerado son:

  • Tanques de combustible líquido de lanzadores satelitales: donde las fuerzas debidas al sloshing pueden modificar incontroladamente el itinerario planificado.
  • Tanques conteniendo líquidos, transportados por camiones o por barcos: donde  las fuerzas debidas al sloshing pueden causar daños estructurales o la pérdida de equilibrio de los vehículos de transporte.
  • Tanques de almacenamiento de líquidos en zonas sísmicas: donde las fuerzas debidas al sloshing pueden causar pérdida del equilibrio del tanque.

Es necesario, por lo tanto, poder predecir las fuerzas debidas al fenómeno de sloshing. El modelado computacional de interacción fluido-estructura es la herramienta adecuada para estos fines, por su capacidad predictiva ampliamente validada, por su velocidad y por su economía.

Como ejemplos ilustrativos, en las Figuras 1 a 3 indicamos, para 3 instantes diferentes el volumen ocupado por un líquido en un tanque cilíndrico que se inclina 45º respecto de la vertical y posteriormente se verticaliza,

Figura 1. Líquido en el interior del contenedor cilíndrico (t1)

Figura 2. Líquido en el interior del contenedor cilíndrico (t2)

Figura 3. Líquido en el interior del contenedor cilíndrico (t3)

En la Figura 4 graficamos el valor de las fuerzas, inducidas por el movimiento de líquido, que solicitan a la estructura de soporte del contenedor en direcciones transversales,

 

Figura 4. Fuerzas transversales en función del tiempo

Finalmente, en la Figura 5, presentamos el resultado de las FFT realizadas sobre la serie temporal de las fuerzas transversales, esta descomposición en frecuencias es necesaria para determinar las frecuencias principales con las que el movimiento del fluido excita a la estructura de soporte.

Figura 5. FFT de las fuerzas transversales

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