Horus001

HORUS es un sistema de vídeo-monitorización ambiental creado para contribuir a la investigación y gestión del medio-ambiente; es capaz de cuantificar de forma continua los cambios en diversas zonas naturales, y ofrece grande resolución espacio-temporal. El IH Cantabria tiene el sistema instalado en todo el ciclo del agua; ríos, estuarios y costa.

La video-monitorización es producto de la larga experiencia del IH Cantabria en el conocimiento de los procesos involucrados en el ciclo del agua, es un método de medición no intrusivo, creado para trabajar "con" la naturaleza y no "contra" ella.

Las imágenes generadas también son útiles para los frecuentadores de estos entornos, al permitir la visualización de las condiciones hidráulicas y climáticas para la práctica de sus actividades. Puedes visitar la página web de Horus, donde encontrarás imágenes de las estaciones en tiempo cuasi-real, informaciones generales y de su uso en la investigación y en la gestión del medio-ambiente.

www.horusvideo.com

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rov2IHCantabria dispone de un vehículo submarino operado por control remoto (ROV) modelo "Triggerfish" de la casa "Deep Ocean Engineering". Es un modelo potente y compacto, con capacidad para realizar exploraciones submarinas hasta los 300 metros de profundidad, pero a la vez muy versátil, ya que puede ser manipulado por dos operarios desde una embarcación mediana. El ROV se desplaza con 4 hélices que le confieren una gran movilidad y cuenta con el siguiente equipamiento adicional:

  • Cámara de video en color y zoom 10:1, con movilidad de ±90º
  • Sistema de iluminación compuesto por dos focos halógenos de 150 W c/u
  • Sistema de posicionamiento acústico submarino
  • Profundímetro y compás de navegación

El ROV puede ser utilizado para realizar labores de inspección y vigilancia de estructuras submarinas, búsqueda y localización de objetos, estudio y seguimiento de comunidades biológicas, análisis del lecho marino, etc.

 

 

 

Exploración offshore from IHCantabria on Vimeo.

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manolo1El modelo numérico MANOLO, acrónimo de Modelo Avanzado NO Lineal de Ondas que se ha desarrollado en el marco del convenio "Desarrollo de un modelo de propagación de oleaje y agitación portuaria de última generación cuyos derechos de explotación estén bajo control español".

Este desarrollo se puso en marcha en colaboración entre las Universidades de Cantabria y Cornell, los organismos públicos CEDEX, Puertos de Estado, Ports de la Generalitat y Dirección General de Costas, y las empresas privadas ALATEC, AZTI, INHA, HIDTMA, IBERINSA, INTECSA, SENER y PROINTEC, con el objetivo de desarrollar en España un modelo numérico de propagación del oleaje sobre una malla triangular no estructurada en elementos finitos, capaz de superar algunas de las limitaciones más importantes presentes en los modelos disponibles en el estado del arte.

Este modelo se basa originalmente en las ecuaciones modificadas débilmente no lineales y débilmente dispersivas de Boussinesq, Nwogu (1993); Woo & Liu (2004a), y Woo & Liu (2004b) y Losada et al. (2008).

manolo2Resuelve los patrones temporales de propagación de oleaje, transformación y agitación, dentro de dominios numéricos con contornos complejos, sobre batimetrías reales, a través de la utilización de mallas adaptativas en elementos finitos y resolviendo los patrones bidimensionales (2DH) de velocidades, presiones, y superficie libre, considerando los procesos de asomeramiento, refracción, difracción, reflexión y radiación.

Además, el modelo numérico incluye en su formulación los procesos de disipación de energía por absorción parcial o total de los contornos, procesos asociados a la rotura del oleaje, fricción por fondo y efectos turbulentos.

El modelo numérico MANOLO ha sido aplicado con éxito en diferentes proyectos, tales como:

  • Estudios de agitación en puertos reales
  • Prediseño y diseño portuario
  • Estudios de resonancia en puertos considerando la transferencia no lineal de energía entre frecuencias y los efectos de acoplamiento entre dársenas
  • Estudios de operatividad y gestión portuaria
  • Diseño del posicionamiento de estructuras provisionales de protección portuaria durante la etapa de construcción
  • Interacción oleaje-estructuras cilíndricas, muelles, y diques de talud vertical
  • Apoyo al diseño de modelos físicos en laboratorio
  • Modelación del oleaje en laboratorio numérico 2DH
  • Prediseño de campañas de medición de oleaje en campo
  • Estudios de control de calidad de datos medidos en laboratorio, y estudios vinculados a ondas largas (ondas de borde, ondas solitarias, tsunamis, grupos de onda, etc.).

Una de las ventajas fundamentales de utilización del modelo numérico MANOLO a estudios de agitación portuaria, se basa en las capacidades que tiene para resolver los patrones de oleaje sobre un dominio numérico con contornos complejos reales considerando una evolución temporal de dichos patrones, con la utilización de mallas adaptativas en elementos finitos, resolviendo las velocidades, presiones y superficie libre en el plano bidimensional.

Finalmente, debido a las ecuaciones de gobierno que utiliza, ofrece la posibilidad de considerar de manera inherente la interacción energética entre diferentes componentes frecuenciales del flujo (p. ej. onda larga y onda corta), considerando los efectos dispersivos, y los efectos no lineales que se derivan de la transformación e interacción entre dichas componentes energéticas, así como la interacción del flujo, el fondo y la estructura.

Publicaciones destacadas

Ramón Codina, José M. González-Ondina, Gabriel Díaz-Hernández, Javier Principe (2008). Finite element approximation of the modified Boussinesq equations using a stabilized formulation. International Journal for Numerical Methods in Fluids. Special Issue: 14th International Conference on Finite Elements in Flow Problems. Volume 57, Issue 9, pages 1249–1268.

Losada I J, Gonzalez-Ondina J M, Diaz-Hernandez G, (2008). Numerical modeling of nonlinear resonance of semi-enclosed water bodies: Description and experimental validation. Coast Eng, 2008, 55(1): 21–34.

L. Lara J., Losada I.J., Martin M., Diaz-Hernandez G. (2004). Experimental Analysis of long wave at harbour entrances. Coastal Engineering, 29th International Conference on Coastal Engineering.

Losada I.J., Liu P.L-F., Gonzalez E.M, Diaz-Hernandez G, González M (2004). Harbour short wave agitation and resonance based on modifies boussinesq equations. Coastal Engineering, 29th International Conference on Coastal Engineering.

S.-B. Woo, P.L-F. Liu, (2004) Finite-element model for modified Boussinesq equations. I: Model development, J Waterway, Port, Coastal Ocean Eng. 130 (1) 1–16.

S.-B. Woo, P.L-F. Liu, (2004) Finite-element model for modified Boussinesq equations II. Applications to Nonlinear Harbor Oscillations, J Waterway, Port, Coastal Ocean Eng. 130 (1) 1–16.

Losada I.J., Liu P.L-F., Gonzalez E.M. Martin F.L. (2001). Desarrollo de un modelo de propagación de oleaje y agitación portuaria de última generación cuyos derechos de explotación estén bajo control español. 1er Informe Anual. Universidad de Cantabria.

Nwogu, O. (1993). Alternative Form of Boussinesq Equations for Nearshore Wave Propagation. Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, ASCE, 119(6), 618-638

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VisorC3010

Visor de Cambio Climático en la Costa Española (C3E)

Fechas: 2009-2012.

Cliente: Oficina Española de Cambio Climático (MAGRAMA)

Trabajo realizado: Análisis de la variabilidad y el cambio climático presente y futuro en la dinámicas que gobiernan en la zona costera en España, así como el impacto, exposición y vulnerabilidad derivado en todo el litoral español. Los resultados de este proyecto se presentan integrados en un visor GIS (www.c3e.ihcantabria.com) y de un simulador de impactos costeros derivados del cambio climático denominado C3sim (www.c3sim.ihcantabria.com)

Proyecto financiado por la Secretaría de Estado de Cambio Climático del Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino (nº de referencia 200800050084091)

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C3Sim es una sencilla aplicación para evaluar el impacto que se produce en los diferentes elementos de la costa (obras litorales, playas, estuarios) debido al SLR y a cambios en el oleaje incidente. Para evaluar dichos impactos se basa en formulaciones semi-empíricas, determinando su distribución futura mediante estimación por puntos de las variables implicadas. Como parámetros de entrada para ejecutar el C3Sim se pueden utilizar los proporcionados en el proyecto C3E a lo largo de la costa española. Sin embargo, el usuario deberá aportar los datos referentes a las geometrías que se quieran analizar. En cada pestaña se encuentra una pequeña descripción del impacto estudiado y de la formulación utilizada.

c3simWeb 450 300

Puede acceder a la aplicación C3sim a través del siguiente enlace:

www.c3sim.ihcantabria.com

Proyecto financiado por la Secretaría de Estado de Cambio Climático del Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino (nº de referencia 200800050084091)

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ih2vof3IH-2VOF es un modelo en plena expansión y el más avanzado entre los de su categoría para el estudio de la interacción onda-estructura. Entre sus principales características destacan su capacidad para la simulación de todo tipo de estructuras marítimas a escala de prototipo o laboratorio. Así como, su capacidad para simular todo tipo de oleajes: oleaje regular, irregular, onda solitaria, etc. Todo ello proporciona al modelo IH-2VOF gran versatilidad, siendo capaz de simular dominios a escala de prototipo de hasta un kilómetro. El IH Cantabria ha calibrado y validado el modelo para el caso de diques en talud de materiales sueltos mediante numerosos ensayos de laboratorio, además de haber sido aplicado al diseño de obras marítimas.

IH-2VOF resuelve las ecuaciones bidimensionales en dos fases de Navier-Stokes, con la promediación de Reynolds, para tener en cuenta el papel de los procesos turbulentos del flujo. Dentro de los medios porosos, como son los mantos de las estructuras de materiales sueltos, se realiza un promediado a lo largo de un volumen de control. Por tanto el modelo resuelve las llamadas ecuaciones VARANS (Volume-Averaged/Reynolds-Averaged Navier-Stokes). El seguimiento de la superficie libre se resuelve mediante la técnica VOF (Volume Of Fluid) y la turbulencia se modela mediante un modelo k-ε.

En el desarrollo del modelo IH-2VOF, se ha prestado una especial atención a los procesos de generación/absorción del oleaje. Para ello se ha llevado a cabo la incorporación un algoritmo matemático, basado en contornos móviles (moving boundaries) que permite simular el movimiento de la pala generadora del oleaje (pala dinámica) junto con un proceso de absorción del oleaje reflejado en las estructuras.

En resumen, el modelo es capaz de proporcionar el campo de velocidades, presiones y turbulencia en un dominio bidimensional. Gracias a ello, el modelo IH-2VOF se ha aplicado con éxito en un amplio número de proyectos, tales como:

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  • Estudio de estabilidad de obras marítimas: determinación de presiones y subpresiones, estabilidad al vuelco, estabilidad al deslizamiento.
  • Estudio de funcionalidad de obras marítimas: flujo sobre la estructura, eventos de rebase, transmisión.
  • Diseño de obras de protección.
  • Estudio y diseño de estructuras convencionales y no convencionales.
  • Estudio de flujos medioambientales.
  • Estudio de la hidrodinámica en ecosistemas acuáticos.
  • Estudio de la hidrodinámica de la zona de rompientes y de swash.
  • Estudios vinculados a ondas largas (ondas solitarias, tsunamis).
  • Apoyo al diseño de modelos físicos de laboratorio.
  • Estudio de control de calidad de datos medidos en laboratorio.

Publicaciones destacadas:

Losada, I.J., Lara, J.L., Guanche, R., Gonzalez-Ondina, J.M. (2008). Numerical analysis of wave overtopping of rubble mound breakwaters. Coastal Engineering, ELSEVIER, vol.55(1), pp.47-62.

Lara J.L., Losada, I.J., Guanche, R. (2008). Wave interaction with low mound breakwaters using a RANS model. Ocean Engineering, ELSEVIER, vol.35(13), pp.1388-1400.

Guanche, R., Losada, I.J., Lara, J.L. (2009). Numerical analysis of wave loads for coastal structure stability. Coastal Engineering, ELSEVIER, vol.56(5-6), pp. 543-558.

Torres-Freyermuth, A., Lara, J.L., Losada, I.J. (2010). Numerical modelling of short- and long- wave transformation on a barred beach. Coastal Engineering, ELSEVIER, vol.57(3), pp.317-330.

Lara, J.L., Ruju, A., Losada, I.J. (2011). Reynolds averaged Navier–Stokes modelling of long waves induced by a transient wave group on a beach. Proceedings of the royal society A. 467: 1215-1242.

Lara, J.L., Losada, I.J., Maza, M., Guanche, R. (2011). Breaking solitary evolution over a porous underwater step. Coastal Engineering ELSEVIER, vol.58(9), pp.837-850.

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IH-3VOF es un código desarrollado por el IH Cantabria para resolver los flujos tridimensionales en Ingeniería de Costas, en especial, interacción onda-estructura. presa-cuad-VOF-4

IH-3VOF es un modelo capaz de estudiar, con un enfoque completamente tridimensional, problemas en los que hicieran aparición medios porosos, tales como el estudio de diques de escollera. El modelo puede ser directamente aplicado al estudio de estructuras costeras convencionales como son diques con distintas configuraciones. El rebase, el "run-up" así como las fuerzas actuantes en la estructura pueden ser evaluadas bajo muy diferentes condiciones dinámicas. Por lo tanto, el modelo puede usarse como un laboratorio para desarrollar experimentos y obtener formulaciones para el correcto diseño de estructuras específicas. También puede ser directamente aplicado al estudio de la hidrodinámica en la zona de rompientes en playas, considerando las propiedades porosas de la pendiente de la playa. Las tensiones tangenciales en el fondo pueden calcularse con un gran grado de exactitud al tiempo que se obtiene un mayor entendimiento de los mecanismos de transporte que se desarrollan.

Entre sus principales características cabe destacar la capacidad de simular el comportamiento de los fluidos dentro de los medios porosos, la capacidad de generar todo tipo de oleajes, y la capacidad de simular todo tipo de estructuras marítimas. El modelo ha sido validado con ensayos de laboratorio (del Jesus et al. 2012).

plataforma-VOF-velo.0495IH-3VOF resuelve las ecuaciones tridimensionales de Navier-Stokes para flujos transitorios en dos fases. La técnica VOF, desarrollada por Rider y Kothe (1998) es utilizada en el seguimiento de las interfaces entre dos fluidos. IH-3VOF está diseñado para simular todos aquellos fenómenos relevantes de la Ingeniería de Costas.

La discretización espacial de IH-3VOF se hace mediante el método de volúmenes finitos, pudiéndose utilizar mallas estructuradas y no estructuradas. Un método fraccionario en dos pasos (Chorin 1968) es utilizado para resolver los campos de velocidades y de presiones. Se utiliza el método FGMRES para resolver la ecuación de Poisson resultante. Para suprimir las oscilaciones espaciales en las presiones y en las velocidades, se aplica el método de interpolación de Rhie-Chow. El código puede ser ejecutado, tanto en serie como en paralelo, permitiendo realizar cálculos complejos con gran rapidez.

En resumen, IH-3VOF es un modelo de gran versatilidad capaz de simular de forma correcta el comportamiento del fluido en los estudios de interacción onda-estructura.

Publicaciones destacadas:

del Jesus, M., Lara J.L., Losada I.J (2012) Three-dimensional interaction of waves and porous coastal structures. Part I: Numerical model formulation. Coastal Engineering ELSEVIER. Vol 64, pp. 57-72.

Lara J.L., del Jesus, M., Losada I.J (2012) Three-dimensional interaction of waves and porous coastal structures.Part II: Experimental validation.
Coastal Engineering ELSEVIER. Vol 64, pp. 26-46.

López Lara, Javier; Guanche García, Yanira; Del Jesus Peñil, Manuel; Losada Rodríguez, Iñigo; Barajas Ojeda, Gabriel, Análisis numérico del flujo alrededor del morro de diques con un modelo 3-D de Navier-Stokes Título Congreso: XI Jornadas Españolas de Costas y Puertos.

López Lara, Javier; Higuera Caubilla, Pabl; Del Jesus Peñil, Manuel; Losada Rodríguez, Iñigo; Guanche García, Yanira; Barajas Ojeda, Gabriel, Numerical simulation of three dimensional breaking waves on a gravel slope using two-phase flow Navier-Stokes model. ACOMEN 2011. 5th International Conference on Advanced Computational Methods in Engineering (ACOMEN 2011).

López Lara, Javier; Del Jesus Peñil, Manuel; Guanche García, Yanira; Losada Rodríguez, Íñigo; Barajas Ojeda, Gabriel, Surface water waves induced hydrodynamics around breakwater heads: 3D Navier-Stokes approach. Coastal Structures 2011.

López Lara, Javier; Del Jesus Peñil, Manuel; Guanche García, Yanira; Losada Rodríguez, Íñigo; Barajas Ojeda, Gabriel, Surface Water Waves Induced Hydrodynamics around Breakwater Heads. 3D Navier-Stokes Approach. MARINE 2011. IV International Conference on Computational methods in Marine Engineering.

Lara J. L., Losada I.J. del Jesus M., Barajas G. y Guanche R., IH-3VOF: A three dimensional Navier-Stokes model for wave and structure interaction.

Título del Congreso: Proceedings of the 32nd International Conference on Coastal Engineering. ASCE.

Javier L. Lara , Maria Maza, Pablo Higuera, Gabriel Barajas, Ínigo J. Losada, Numerical modelling of wave generation using a two phase model. Application to wave overtopping. ECCOMAS.

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IHFoam WebIH-FOAM (ihfoam.ihcantabria.com) es un modelo numérico tridimensional de reciente creación, y por lo tanto en continuo desarrollo. Está basado en OpenFOAM, un modelo multifísica muy avanzado y robusto que actualmente tiene gran impantación en la industria. El modelo desarrollado se encuentra en el estado del arte de la ingeniería de costas, permitiendo la simulación de flujo bifase en el interior medios porosos y por lo tanto dotándolo de la capacidad de simular todo tipo de estructuras costeras. Esto incluye no solo las estructuras estáticas, sino también el cáculo de estructuras flotantes. Sus capacidades cubren la simulación tanto en escala de laboratorio como en escala de prototipo, en la que a día de hoy se ha llegado a calcular dominios del orden de 1 km2. ihfoam1

Entre sus características distintivas destaca la aplicación de condiciones de contorno de desarrollo propio que permiten la generación de todo tipo de oleaje (regular, irregular, solitaria...), ligada a un sistema de absorción activa. Esto supone un avance respecto la absorción mediante esponjas, al reducir el dominio a resolver. Otra de ellas es sin duda el cálculo de flujo en medios porosos, sin la cual quedaría reducido a la simulación de estructuras impermeables. Adicionalmente, el mallado dinámico permite el cálculo de estructuras flotantes que interaccionan con los fluidos, respondiendo a las solicitaciones en función de la geometría y las propiedades del sólido. Todas están definidas por el esfuerzo llevado a cabo por IH Cantabria en desarrollar un modelo numérico lo más realista posible y validado en un espectro muy amplio de casos de laboratorio.

IH-FOAM resolve las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds en tres dimensiones para dos fases mediante volúmenes finitos. Dispone de un gran número de modelos de turbulencia, destacando el k-ε y k-ω SST. En caso de contar con medios porosos resuelve las llamadas ecuaciones VARANS (Volume-Averaged/Reynolds-Averaged Navier-Stokes), que promedian volumétricamente dichas zonas, como los mantos de los diques. El modelado de la superficie libre se lleva a cabo mediante la técnica VOF, lo que permite la caracterización de configuraciones de oleaje muy complejas de una forma simple.

En suma, IH-FOAM dispone de herramientas que permiten obtener e interpretar resultados totalmente tridimensionales de presiones, velocidades y variables turbulentas. Esto posibilita calcular las solicitaciones del oleaje sobre estructuras marítimas, para evaluar su operatividad y funcionalidad, las condiciones hidrodinámicas en la zona de swash o cualquier otra variable relevante en el ámbito de la ingeniería de costas o hidráulica. IHFOAMihfoam2

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