Les aplicacions on apareixen fenòmens hidràulics són de gran interès industrial i científic degut a la seva inherent complexitat en casos com la interacció fluid-estructura i la cavitació, o a causa dels seus efectes sobre el rendiment energètic de les màquines hidràuliques, com la generació d’inestabilitats, soroll i vibracions.

En conseqüència, és necessari avançar en la comprensió d’aquests fenòmens hidràulics en totes les seves formes, tant mitjançant proves experimentals com simulacions numèriques. Per una banda, cal poder controlar els seus efectes adversos en tot tipus de maquinària hidràulica i millorar-ne els dissenys i, per una altra, cal desenvolupar noves tecnologies que beneficiïn a la indústria i la societat en general, com la protecció del medi ambient.

En aquest sentit, el grup de recerca Barcelona Fluids & Energy Lab (IFLUIDS) de la Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC) posa al servei de la indústria les seves instal·lacions experimentals per a l’estudi de diferents fenòmens hidràulics. Aquestes instal·lacions compten amb un circuit hidràulic tancat pel qual circula un fluid impulsat per una bomba centrífuga que alimenta una secció d’assaig on es pot ubicar l’objecte de l’assaig (imatge 1). Aquest túnel hidrodinàmic disposa d’un sistema de control que permet ajustar independentment el cabal circulant i la pressió de referència durant la seva operació. La instal·lació està instrumentalitzada amb tot tipus de sensors i un sistema d’adquisició i registre de senyals que permet monitorar les variables d’operació en temps real durant els assajos, com per exemple el cabal, la pressió, la temperatura o les vibracions. Per permetre la visualització i filmació dels fenòmens fluidodinàmics d’interès, la secció d’assaig està construïda amb parets transparents.

Per tant, alguns dels estudis que es poden dur a terme a la instal·lació experimental del Barcelona Fluids & Energy Lab, aprofitant conjuntament la seva capacitat computacional, són:

• Els efectes de la interacció fluid-estructura en màquines hidràuliques
• L’aparició i causa d’inestabilitats en instal·lacions hidràuliques
• La turbulència generada per perfils hidrodinàmics i altres geometries
• Les forces fluidodinàmiques generades sobre perfils hidrodinàmics i altres geometries
• Les pèrdues de càrrega en components com vàlvules, filtres, etc.
• L’origen de la generació de soroll i vibracions en instal·lacions hidràuliques i nous mètodes per aconseguir la seva mitigació
• L’aparició i l’erosió causat per cavitació en perfils hidràulics
• El disseny i validació de perfils hidràulics que redueixen el risc de cavitació
• L’efecte de la cavitació i altres fenòmens hidràulics en fluids de composició especial i en reaccions químiques
• El desenvolupament de sensors i instrumentació de mesura de flux
• La validació de models numèrics mitjançant assajos experimentals ad hoc
• Els efectes de la temperatura en el rendiment i operació d’equips hidràulics

Un cas d’estudi: Estudi del comportament d’un cabalímetre en règim d’operació amb cavitació

Els dispositius de mesura de cabal per diferència de pressions amb geometries amb restricció de la secció de pas presenten una elevada sensibilitat a la formació i presència de cavitació. El túnel de cavitació ha permès estudiar el comportament d’aquest tipus de geometries en règims d’operació sota condicions de cavitació. Per exemple, s’ha pogut caracteritzar la pèrdua de càrrega en Venturis en funció del cabal i la temperatura d’operació (vídeo 1), alhora que es visualitzaven les estructures de cavitació que es formen a la gola mitjançant imatges obtingudes amb càmeres d’alta velocitat de filmació i gran sensibilitat (vídeo 2). Les mesures i l’estudi dels resultats ha permès ampliar el rang d’operació i precisió d’aquest tipus de geometria per mesurar els cabals.