Modelado computacional de la acción de máquinas de viento para mitigar heladas agrometeorológicas

Abstract

El fenómeno de las heladas es de gran relevancia en la agricultura, ya que cuando la temperatura del aire desciende por debajo de los 0 ◦C, los cultivos pueden sufrir daños severos, impactando significativamente la producción. Por este motivo, los métodos activos de mitigación de heladas siguen siendo cruciales para prevenir dichos daños. No obstante, la información disponible es limitada, y la mayoría de las recomendaciones se basan en la experiencia empírica de proveedores y productores. Esto resalta la necesidad de profundizar en estas técnicas, particularmente en la comprensión de su funcionamiento, para ofrecer un mejor asesoramiento a los agricultores, optimizando tanto los diseños de protección como los costos asociados. Este trabajo se centra en el desarrollo de un modelo numérico computacional que simula el comportamiento de los flujos de aire y las variaciones en el campo de temperaturas dentro de un área agrícola debido a la operación de una máquina de viento (Wind Machine (WM)) en una noche con condiciones de estratificación atmosférica. Para ello, se ha integrado la formulación de disco actuador como estrategia para representar a la WM. El modelo fue implementado inicialmente utilizando el código caffa3d, desarrollado por el Grupo de Mecánica de Fluidos Computacional de la Facultad de Ingeniería, diseñado para ser ejecutado en múltiples núcleos de Central Processing Unit (CPU). Además, se empleó el código chaman, una versión optimizada de caffa3d que permite ejecutar simulaciones en múltiples Graphics Processing Units (GPUs). A su vez, la empresa The Climate Box (TCB) cuenta con un modelo implementado en este código para realizar análisis de riesgos de heladas. En colaboración con ellos, se intentó integrar el modelo de WM en su sistema para permitir análisis en condiciones más realistas que consideran la topografía del terreno, rugosidad y modelos de radiación atmosférica; sin embargo, debido a errores en la ejecución, los resultados presentados en este documento se limitan únicamente a simulaciones en CPU. En conclusión, los resultados obtenidos representan un punto de partida valioso para continuar explorando esta temática, desarrollando capacidades para emular el fenómeno de manera más precisa y, en última instancia, incluir esta herramienta como complemento en el diseño de sistemas de protección contra heladas.