14 de junio de 2007

Crean un software tridimensionalpara monitorear la presa El Cajón

Ciudad Universitaria

11 de junio de 2007

Número 3,991

ISSN 0188-5138

UNAMÓ R G A N O I N F O R M A T I V O D E L A U N I V E R S I D A D N A C I O N A L A U T Ó N O M A D E M É X I C O

Gaceta en línea: www.gaceta.unam.mx

◗ El simulador matemático opera en tiempo real y ahorra distancias y recursos económicos

◗ Desarrollo de investigadores y alumnos de la Facultad de Ingeniería ◗ Utilizaron elIxtli, la tecnología más avanzada de realidad virtual ◗ Puede anticipar situaciones deriesgo en la hidroeléctrica nayarita

El software permite una visión en 3D del conjunto y prueba funcionamientos más seguros.Asimismo analiza el comportamiento real de la estructura en diversas condiciones deescurrimiento.

KanBalam sitúa a México en

la frontera del conocimiento

La supercomputadora más poderosa de ALCO

MUNI

DAD

➱➱➱➱➱ 8-9

En menos de cinco meses ha otorgado más de dosmillones de horas de servicio a la ciencia Ya halogrado repatriar al país varios proyectos

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Cómo las neuronasliberan serotonina

Francisco Fernández

➱➱➱➱➱ 3

AcreditaContaduría

sus tresprogramas

de licenciaturaContaduría, Administra-ción e Informática fueronavaladas por cinco añosmás

COMUNIDAD

VOCES ACADÉMICAS

TESTIMONIOS

Es un privilegio trabajar con lasupermáquina

Incrementa la capacidad deinvestigación

Abre horizontes cualitativa-mente diferentes

Permite operaciones que anteseran impensables ➱➱➱➱➱ 4-5

➱➱➱➱➱ 6

4 de junio de 20078

Un grupo de investigadores yalumnos de la División de IngenieríaEléctrica y de los departamentos deIngeniería en Computación y de Hi-dráulica de la Facultad de Ingeniería–en colaboración con personal de laComisión Federal de Electricidad–,desarrolló un original programa desoftware durante una primera etapadel proyecto de la presa El Cajón,construida en Nayarit.

Para ello aprovechó el Ixtli, Ob-servatorio de Visualización ubicadoen la Dirección General de Servi-cios de Cómputo Académico, enCU, el cual posee la más avanzadatecnología de realidad virtual apli-cable a diversas áreas del conoci-miento humano.

Este software permite ver, enuna maqueta electrónica, imágenesen tercera dimensión (3D) de esahidroeléctrica, moverlas en dife-rentes planos para su mejor com-prensión, probar opciones de fun-cionamiento más seguras y confia-bles, y observar el comportamientoreal de las estructuras en distintascondiciones de escurrimiento, sinnecesidad de ir a la obra.

Además, complementa el trabajoresultante de las visitas a la presa yreduce costos en función de las nece-sidades de prueba o de manufacturade los modelos físicos, tradicional-mente usados en este tipo de estudios.

De acuerdo con los ingenierosque desarrollaron este programa decómputo para simular el comporta-miento del agua, el grado de dificul-tad que enfrentaron fue alto, puescon frecuencia las ecuaciones mate-máticas no representaban por com-pleto el fenómeno y había que hacerhipótesis basadas en la experienciade los especialistas, en los antece-

Crean simulador en 3D paraobservar la presa El CajónPermite probar funcionamientos más seguros y analizar el comportamiento

real de las estructuras en diversas condiciones de escurrimiento

RAFAEL LÓPEZ

dentes encontrados en la bibliografíay en mediciones físicas realizadas enel modelo y observadas en la presareal. Sobra decir que, si una ecua-ción resulta incompleta, la simulaciónserá deficiente.

Con todo, un programa de estetipo resulta más eficaz y menos costo-so que las pruebas de laboratorio o la

construcción a escala de un modelofísico (con él pueden ahorrarse eta-pas en el proceso de diseño).

Más aún, este simulador tridimen-sional es una herramienta comple-mentaria de las pruebas de laborato-rio y ayuda, de manera determinante,a evaluar el funcionamiento de, porejemplo, el vertedor de la presa.

Ambiente virtual

Como en un videojuego, el operadordel simulador tridimensional puedenavegar en el ambiente de la presa ElCajón y explorar el canal de llegada,la obra de control, la obra de exce-dencias y aun los edificios y el terrenomismo, para tener una idea precisa

ACADEMIA Y CIENCIA

APLICADA

Como primer paso, los inves-tigadores y estudiantes uni-versitarios tuvieron que esta-blecer un mismo lenguaje en-tre los ingenieros especializa-dos en hidráulica y los gradua-dos en computación.

Para cumplir las metas aca-démicas y aplicar el conocimien-to adquirido en la resolución deproblemas, debieron integrar unequipo interdisciplinario.

El equipo detrabajo.

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del conjunto estructural y arquitectó-nico de la obra.

Asimismo, puede verificar los pa-rámetros hidráulicos en diferentespuntos y para distintos funcionamien-tos, que es la sección medular delprograma de software.

En la pantalla aparece la presa;ésta, por ejemplo, puede colocarseen una situación de riesgo por unatemporada de lluvia inusual o un ci-clón. Ante el aumento peligroso de losniveles de agua, debe extraerse elexcedente, para lo cual el vertedorempezará a funcionar con enormesgastos, es decir, a desalojar agua engrandes cantidades.

Esta simulación virtual ofrece infor-mación hidráulica precisa que permitetomar las decisiones convenientes deoperación, como abrir compuertas yverificar los niveles de almacenamien-to debido a que cada metro cúbico deagua indica un recurso potencial en lageneración de energía que no convie-ne desperdiciar.

En un momento dado igualmentees posible programar datos de un su-puesto gasto máximo, en metros cúbi-

cos de agua por segundo, y ver cómofunciona el vertedor, y, también, anali-zar específicamente el perfil del agua.

Cada imagen de la cortina, la topo-grafía o los niveles de agua se repre-senta en tres dimensiones, en corres-

pondencia con la realidad. De ahí queel recorrido virtual sea una importantefuente de información para los cons-tructores y para los operadores de lapresa. Estructuras así, como el verte-dor y la cortina, pueden ser observa-das desde diferentes perspectivas: defrente, atrás o de lado.

Con esta herramienta, además,es factible manipular determinadosvalores, como el caudal que se des-carga por el vertedor, de interés paralos ingenieros civiles.

Nuevas funciones, nuevos retos

Luego de simular en tercera dimen-sión fenómenos tan complejos como elcomportamiento del agua en una obrareal, el siguiente reto será visualizar,también en 3D, el funcionamiento de

los aireadores del vertedor, lo queexige cálculos más complejos.

Debido a la velocidad y a la bajapresión del flujo del agua, se presentaun fenómeno conocido como cavita-ción, que llega a destruir el concreto.La función de los mencionados airea-dores es mitigar el daño.

Más adelante se atenderá lasocavación del chorro al caer en elcauce del río, aguas abajo de la cortinade la presa, hasta obtener un modeloaplicable a otras obras similares. Conel conocimiento acumulado se afinaráel modelo del simulador tridimensional,lo que a futuro representará ahorrossustanciales para los constructores.

Próximamente, por interés de laCFE, se incluirá en esta herramien-ta el comportamiento del vertedor alabrir y cerrar sus compuertas.

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La aplicación de este simuladortridimensional se da en tiemporeal, es decir, el resultado secalcula y se muestra casi ins-tantáneamente. En otro tipo desimulaciones por computadora,los datos de entrada se proce-san por separado; luego hayque esperar un tiempo para ob-tener los resultados.

Con esta herramienta, los

parámetros de la simulación seactualizan también en tiempo realcuando cambia el caudal del flujohidráulico de la hidroeléctrica.

Otra opción es archivar losrecorridos o paseos virtuales,para mostrarlos posteriormente.Sin embargo, el operador puededetenerse en cualquier punto deuno de ellos o modificarlo, si así lodesea.

EN TIEMPO REAL

Para visualizar la presa El Cajón hubo que recurrir alanálisis matemático (en específico, a ecuaciones) y a lageometría.

Los ingenieros universitarios resolvieron ciertasecuaciones de acuerdo con la métrica de los elementos ylas estructuras que habrían de estudiar; a continuación,programaron dichas ecuaciones en lenguaje de computa-dora, lo que les permitió la variación de parámetros y, enconsecuencia, la simulación.

A la geometría de esta hidroeléctrica le aplicaronecuaciones que resolvieron los múltiples casos hidráulicosplanteados por cada uno de los componentes y por lasdiferentes condiciones del tirante (o profundidad, en cual-quier punto, del agua).

El objetivo de este software es seleccionar –másfácilmente y a un menor costo que en el modelo físico– lasmejores opciones constructivas y de operación, y asílograr que la presa El Cajón cumpla su cometido de maneraóptima.

Ejemplo del modelo 3D.

GEOMETRÍA Y ANÁLISIS MATEMÁTICO

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