El Laboratorio del Agua en Utah ha estado construyendo modelos como este desde 1965. "A través de los años, hemos construido cientos de modelos a escala de presas, diques y aliviaderos. A veces esos modelos a escala son réplicas de diques exactos, y están diseñados para hacer una réplica del desastre como pasó en Oroville. "A veces nos llaman antes de construir una estructura, que es lo ideal. Los modelos permiten probar nuevos diseños e identificar problemas potenciales con los diseños existentes. "El modelo nos dice muy rápidamente...
![Usando el modelo a escala de una presa para repararla [eng]](https://cdn.mnmstatic.net/cache/2a/c9/media_thumb_2x-link-2804104.jpeg?1500807126)
Comentarios
#0 Gran envío.
Me quito el sombrero.
Ingeniería en su más pura esencia.
#1 Cierto es. Pero debo decir algo, ya que soy ingeniero de Caminos y sé como funciona. Esto se llaman modelos reducidos, y hay una verdadera ciencia detrás de ellos. P. ej. si reduces el tamaño de la presa real convirtiéndola en un modelo a escala, y por tanto reduces el peso en el modelo, su adherencia, rozamiento, etc. ¿Qué caudal debe aplicarse al modelo reducido para emular las condiciones reales, teniendo en cuenta que la relaciones entre caudal y sus múltiples efectos en la presa, no siguien todas la misma proporcionalidad al reducir el modelo? ¿Que factores numéricos, o relaciones algebraicas se deben tener en cuenta?
En ingeniería hidráulica, y especialmente en presas, los modelos reducidos no son una curiosidad, son la norma. Toda presa que se precie, ha sido analizada mediante este tipo de modelos reducidos. ¿Por qué? Por que es imposible analizar elementos como la turbulencia del agua de los aliviaderos con modélos numéricos, simplemente no tenemos potencia de cálculo ni suficiente conocimiento del fenómeno.
Lo mismo pasa en la parte del terreno en la que incide el agua cayente del aliviadero. Sufre un socavamiento y no es calculable mediente modelos numéricos, demasiadas variables. Igual pasa con todo estudio hidráulico, desde estudios de estabilidad de personas caminando con ciertos centímetros de inundación (la UPC ha hecho un par de estos), hasta el socavamiento de los pilares de puentes sobre lecho fluvial. Todo se basa, de forma decisiva, en modelos reducidos.
Quiero deciros, que lo que el artículo dice no es una cosa curiosa que se haga por que es chula, sino que es algo que todo ingeniero civil que profesionalmente se enfrente a temas hidráulicos. debe hacer por necesidad técnica, si no quiere que su puente o presa dure dos telediarios.
#6 Cierto es colega! No es raro en nuestra profesión. Este modelo tiene algo de excepcional sin embargo (no he leído la noticia pero lo visité en mayo). Ante la situación de emergencia y alerta máxima, las autoridades de California contrataron un modelo "EXPRESS". Fue algo así como: "¿cuánto necesitáis para tener el modelo reducido en 30 días?". Además, en vez de reproducir el funcionamiento normal o bajo condiciones hipotéticas extremas, este ya reproduce una situación de fallo. Lo que intentan averiguar es como reparar los daños lo más rápido posible y qué pasaría si a mitad del proceso volvieran a necesitar lo que queda de aliviadero.
Dejo aquí una imagen que tomé del modelo en aquel momento, que no añade nada pero confirma mi relato: https://u13996591.dl.dropboxusercontent.com/u/13996591/IMG_20170506_154733.jpg
En cuanto a #2, están haciendo modelado 3D también con distintos softwares. Hacen modelos RANS, que como seguro que sabes resuelven las grandes escalas del flujo y aproximan lo que pasa en las más pequeñas. Este nivel de detalle es el único abordable a esta escala (créeme, me dedico a esto) y es totalmente insuficiente para resolver la aireación del flujo, de vital importancia cuando se trata de un problema de cavitación. Por decirlo de otra manera: cuando tus celdas discretizan el aliviadero en volúmenes de control de 5 - 20 cm, es imposible que resuelvas como se inicia el atrapamiento de burbujas de 1 mm (evidentemente).
En cuanto a #7, no vivimos en Star Trek pero con fotogrametría mismo se puede conseguir una geometría 3D suficientemente buena (más o menos en realidad, toleracia de centímetros) para hacer modelación numérica de una presa o de un órgano de desagüe. También hay técnicas mejores para reconstrucción 3D y creo que este no es un caso dónde piensan escatimar en recursos.
#8
Cuando reduces a escala también estás discretizando. Haciendo las cosas a escala pierdes también resolución.
Si es que sólo hay que ver el tamaño de la maqueta para ver que ahí no se puede representar con todo detalle la presa de tamaño real.
#10 Realmente no pierdes resolución por hacer esto a escala. Podrías hacer el modelo a escala con mucho más detalle (hasta el tamaño del átomo, que es el que restringe la discretización). La principal limitación, cómo indica #6, es que las cosas no se comportan igual a escala reducida... Es por eso no hacen el modelo con más detalle, que podrían. Los otros errores por comportamiento del agua, erosión y demás, hace que añadir más detalle no aporte nada a la simulación.
Computacionalmente, la discretización se hace por tener una potencia de cálculo limitada. Por eso es mucho peor (de 5-20 cm, según #8).
#10 Ese razonamiento es muy interesante y muchas veces lo pasamos por alto (supongo que porque en el moedlo reducido las geometrías suelen ser muy sencillas, p.e.: un aliviadero en perfecto estado). Pero, más allá de las imperfecciones de la geometría a escala, hay un problema mayor en la modelación física que ya comentaba #6. Las leyes físicas las escalamos con cierta semejanza, esto es: queremos que las fuerzas inerciales se comporten igual en la realidad y en el modelo físico (semejanza de Froude, si tienes curiosidad). Esta elección hace que no podamos escalar correctamente las fuerzas viscosas (semajanza de Reynolds) ni las relacionadas con la tensión superficial (número de Weber). No es tan limitante como en un modelo numérico, pero ciertamente es más limitante que los posibles errores en la discretización de la geometría, véase: http://dx.doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2016.12.009
Resumiendo la referencia que he incluido, dice que incluso en los modelos experimentales más grandes los efectos de escala en flujos agua-aire son significativos y no se sabe hasta donde seguirán escalando algunas de las propiedades turbulentas medidas.
En cuanto a la computación paralela distribuida (#13 y #14), el planteamiento suena muy atractivo pero tiene sus pegas. Yo no soy ningún experto, pero hace unos años tuve de Prof. a Sergio Hoyas (UPV) y recuerdo que él mismo explicó porque esto no salía a cuenta. Resulta que los tiempos de conexión entre ordenadores son tan lentos que necesitas tener los procesadores conectados entre ellos (tipo cluster) para reducir las latencias. No puedes resolver el problema en parte de una malla ignorando lo que pasa en el resto de la malla, pues la solución dentro de esta parte dependerá del resto del dominio.
Por último, a todos los que están interesados en este tema deciros que en el próximo International Symposium of Hydraulic Structures (http://www.ishs2018.fh-aachen.de/) tenemos por anunciar un tercer Keynote que seguramente llevará una de las personas que han hecho el modelo reducido de la presa de Oroville y se presentarán algunas de las primeras conclusiones. No creo que nadie de aquí asista, pero no nos habíamos planteado que pudiera interesar a gente externa a nuestro campo. Tal vez podemos grabarlo (la sala de congresos alquilada lo permite) y subirlo online con acceso libre para el que tenga curiosidad.
#10 una discretización no es un modelo a escala. Se dicretiza con elementos finitos, volúmenes finitos, etc. En ellos se discretiza una realidad "masiva", convirtíendola en un modelo matemático de elementos discretos a gusto del analista. #19 habla de semajanza de Froude, Reynolds, ambos importantísimos en hidráulica, definen cosas como el régimen rápido o lento de aguas o incluso el transporte de sedimentos en un río. Y su aplicación en un modelo.
Lo que yo digo, es que en hidráulica hay muchos imponderables. Por ejemplo, para calcular el transporte de sedimentos de un río, existe la fórmula de Meyer-Peter-Müller. Pero esa fórmula, puede fallar hasta en tres órdenes de magnitud, muchísimo e inaceptable. Luego está la de Einstein (el hijo del famoso Albert) -Brown. Es peor si cabe.
Los modelos reducidos en hidráulica cometen error, claro que sí, pero es que son la única opción que un ingeniero hidráulico tiene, por que los modelos matemáticos no funcionan, fallan más que una escopeta de feria. De hecho, existen obras fluviales de estabilización de cauce, que debido a la falta de conocimiento al respecto, se definen normativamente en España como algo "a criterio del ingeniero". En cambio, en estructuras, no puedes ni poner un clavo sin que la normativa te dé por culo y te diga que eso no es posible.
#21
No me toques los cojones. Hace ya una eternidad que escribí ese mensaje.
#22 No entro en Menéame cada día. Disculpa si te he molestado, sólo he contestado ahora a los mensajes que me han aparecido hoy. Disculpa si te he molestado, no era mi intención.
#11 #2 #3 #8 CC #11
#6 #8 Con cálculos tan complejos, ¿bastarían miles, decenas o cientos de miles de computadores en línea usando procesamiento paralelo?
Si fuera así, habría que desarrollar una aplicación como SETI@home para ayudar tanto en la ciencia como en la ingeniería usando computadores alrededor el mundo que donen tiempo de cálculo. Creo que estamos en la era colaborativa, el mejor ejemplo tal vez sea la Wikipedia, pero pudiera usarse fácilmente para cosas como éstas.
SETI@home
https://es.wikipedia.org/wiki/SETI@home
http://setiathome.ssl.berkeley.edu/
#13 No soy ingeniero informático, y mis conocimientos sobre computación, aunque no son nulos, no me convierten ni de lejos en un experto. Sin embargo, por lo que sé:
(1) Es vacío hablar de potencia computacional para analizar un fenómeno si no se conocen las leyes físicas y ecuaciones diferenciales que describen dicho fenómeno. Un ordenador ejecuta cálculos en base a unas directrices, basándose en una teoría física que debe dársele, normalmente diferencial. Si ésta no se conoce, como es el caso de la turbulencia, el ordenador está vendido, pues no tiene base para calcular nada.
(2) Existen muchos problemas de interés real (p. ej. ¿qué trayectorias con orígenes y destinos, debe asignar a sus aviones una compañia aérea para minimizar costes?) Este tipo de problemas, son irresolubles de forma óptima, no por que no haya potencia computacional, sino por que no se sabe ni siquiera si existe un algoritmo que permita su resolución. En relación a esto, está uno de los llamados problemas del milenio:
¿P=NP?
Escrito parece una chorrada, pero te recomiendo que lo busques. Responde directamente a tu pregunta. Y es una pregunta no resuelta.
#6 #8 Actualización.
Parece que ya existe un software que permite la computación paralela para resolver problemas científicos complejos:
BOINC
https://es.wikipedia.org/wiki/Berkeley_Open_Infrastructure_for_Network_Computing
https://boinc.berkeley.edu/
Deben de tener un equipo de simulación bastante malo, porque eso se hacer por ordenador con unas pocas horas de simulación, pudiendo obtener mucho más detalle.
El que quiere hacer la presa les envía los archivos con los modelos 3D y cargas ya.
#2 Si, son unos ingenieros malísimos de la hostia, anda corre, vete corriendo a explicarles cómo lo tienen que hacer para que no hagan el ridículo entre el mundillo ingenieril con sus maquetas de mierda pudiéndolo hacer todo desde flamante escritorio como lo haces tú.
PD: No te olvides el palillo
#3
2009.
Computational tools for analyzing floods caused by dam failure have been in widespread use since the 1980s. Advanced 2D modeling capabilities and integration with GIS are now common, allowing for more detailed simulation of inundation effects, property damage, and threats to life. Tools are also under development for making more sophisticated analyses of the movements of people during evacuation efforts to determine ways in which detailed evacuation planning might reduce flooding lethality. An important aspect of the process that has advanced slowly in the past three decades is the simulation of the dam breaching process itself, especially with respect to embankment dams for which the typical failure modes involve progressive erosion. Failures due to either overtopping erosion or internal erosion require significant elapsed time for the breach to open and may lead to the loss of only a portion of the embankment. This is significant because the ultimate breach dimensions and the rate of breach development affect the breach outflow hydrograph, which drives the subsequent analysis of the flooding impacts.
Otros artículos de simulación de presas:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022169499000074
http://ieeexplore.ieee.org/document/6223369/?reload=true
http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6413762/
Lo que le debe pasar a esta gente es que el modelo orográfico de la zona debe de ser pésimo. Y quizá los datos de la presa también, y hayan decidido montar una maqueta para verificar el modelo.
A día de hoy este tipo de cosas no tienen sentido. Nadie hace maquetas de nada salvo para encontrar o mostrárselo a inversores.
#4 Agrego que tampoco debería resultar muy costoso escanear en 3d el área, o tomar los puntos más representativos. Y de hecho si hicieron un modelo en maqueta es porque tienen información suficiente para hacerlo en 3d también.
Así que no, no parece muy lógico, eficiente y exacto el método de hacer una maqueta. Sospecho que son ingenieros de la vieja escuela que confían más en las técnicas de antes que en los modelos computacionales.
#5 Escanear en 3D el área .............
😂 😂 😂 😂 😂 😂
No estamos en "Star Trek"..... todavía.. En serio.... no es tan fácil el cálculo predictivo de ese tipo de modelos. Desconocemos la mayoría de los datos y muchas variables.
#7 Claro, esta no tienen la información para modelar el terreno en 3d pero sí para hacerlo en una maqueta
.
En fin...
#9 hmmmm no hagas una reducción al absurdo..... no caigas tan bajo como yo
Y perdonad la verborrea. Se me hace raro y a la vez placentero poder escribir en un hilo sin los zombis de manolo tenaza, bienhecho y compañía......
#7 Con drones y lidar no es posible? Pregunto.
http://www.xdrones.es/sistema-lidar-para-drones/
Yo he visto modelos en 3d con sistema Lidar de orografia del terreno y distingue hasta arbustos. La maqueta de la noticia, me parece que tiene poco que ver con la imagen real que se ve de la presa.
#16 Me refería más a un modelo geológico detallado del subsuelo. No me expresé bien
Vídeo:
Muy chula pero ¿y las simulaciones por ordenador?