El software de código abierto avanza el diseño de estructuras en alta mar al probar las interacciones de estructura de olas

Un estudiante de doctorado de Cornell ha desarrollado un paquete de software de código abierto que podría transformar cómo los ingenieros diseñan estructuras flotantes en alta mar para energía renovable y otras aplicaciones oceánicas.

Kapil Khanal, estudiante de doctorado en el campo de la ingeniería de sistemas, es autor principal de un estudiar en Investigación del océano aplicado Describir un «solucionador de elementos límite totalmente diferenciables» que utiliza técnicas computacionales modernas para ofrecer un análisis rápido y preciso de las interacciones de estructura de onda. Se llama al paquete de software Marinehydro.jl.

Este solucionador permite a los ingenieros probar cómo los pequeños cambios en el diseño de una estructura en alta mar, como alterar el diámetro de una plataforma flotante o cambiar el espacio entre las plataformas flotantes, afectarán el rendimiento, sin tener que construir múltiples prototipos o simulaciones que llevan tiempo en ejecución.

«Las herramientas de simulación tradicionales salieron de la industria de petróleo y gas en alta mar en los años setenta y 80», dijo Khanal. «Se desempeñan bien para las plataformas de petróleo y gas, pero cuando miramos nuevos dispositivos como convertidores de energía de olas o turbinas eólicas flotantes, los viejos métodos realmente no capturan los desafíos que debemos abordar hoy».

El software existente puede modelar cómo se comporta un diseño cuando está en olas, pero recalcular para cada cambio de parámetros es computacionalmente costoso. El software de Khanal integra la diferenciación automática de modo inverso, una técnica ampliamente utilizada en el aprendizaje automático, directamente en el solucionador hidrodinámico.

«Cuando ejecuta la simulación una vez, el software le brinda no solo el rendimiento del sistema, sino también cómo cambia ese rendimiento si modifica alguna de sus aportes», dijo Khanal. «Obtienes todas las sensibilidades a la vez sin tener que ejecutar múltiples simulaciones».

Khanal lo compara con tomar un solo bocado de plato y saber instantáneamente cómo la sal, la especia, el limón y la guarnición dieron forma al sabor sin tener que saborear el ingrediente del plato por ingrediente.

El solucionador ya se ha aplicado a las interacciones modelo entre las esferas flotantes y para optimizar el diseño de los convertidores de energía de onda, y la flexibilidad de la herramienta será útil a medida que los ingenieros experimenten con otros sistemas novedosos en alta mar.

«Para algunas tecnologías más nuevas como los convertidores de energía de olas y los sistemas simbióticos híbridos, todavía no hay un diseño base acordado», dijo Khanal. «Depende de la aplicación, y existe la necesidad de software que pueda manejar esa diversidad de diseños».

Khanal construyó el solucionador en Julia, un lenguaje de programación que ganó tracción en círculos de ingeniería por su velocidad e interoperabilidad. El solucionador es de código abierto y ya está atrayendo interés de investigadores e ingenieros.

«Ya tiene alrededor de 20 estrellas en Github, con personas que lo usan desde Brasil, Virginia Tech y Europa», dijo Khanal. «Eso ha sido emocionante. Muestra que mi investigación de doctorado produjo una herramienta que la gente realmente puede usar».

El autor principal del estudio es Maha Haji, profesora asistente visitante en la Sacily School of Mechanical and Aeroespace Engineering mecánica y aeroespacial de Cornell y profesora asistente en la Universidad de Michigan.