MODELACIÓN TRIDIMENSIONAL EN SOFTWARE CFD DE UN CANAL CON ENSANCHE Y GRADA DE BAJADA

Abstract

Si bien ecuaciones clasicas que describen ujos viscosos, tales como la ecuacion de Navier-Stokes se han conocido por mas de un siglo y medio, su solucion era posible solo en ciertos casos simplicados, debido principalmente a la limitacion en la resolucion de las ecuaciones. Como respuesta a esto, la hidraulica se desarroll o con base en formulaciones semi-empricas. Sin embargo, el gran progreso en terminos de capacidad de calculo provista por los avances en computacion, ha trado como resultado que en la actualidad se cuente con programas computacionales que permiten calcular ujos dinamicos en tres dimensiones. Estos programas cuentan con una amplia gama de opciones de modelos matematicos derivados de ecuaciones primitivas de la mecanica de uidos, que son aplicables segun las caractersticas del fenomeno fsico que se desea estudiar. Con el objeto de describir las diferencias de estos modelos con respecto a modelos experimentales y clasicos de la hidraulica de canales, es que se analiza un canal que posee un ensanche con grada de bajada, para el cual se obtiene el eje hidraulico de forma experimental, teorica y a traves de un modelo en tres dimensiones en software CFD (Computational Fluids Dynamics). Los resultados obtenidos del presente trabajo, indican que al obtener el eje hidraulico mediante el software CFD, se incurre en un error porcentual inferior al 7.82 %, con respecto al obtenido del canal experimental. Por otra parte, el eje hidraulico obtenido mediante las ecuaciones de la hidraulica clasica y que utilizan como input la altura aguas abajo del canal, al ser comparado con el eje hidraulico experimental indica que es valido a una distancia superior a los 90 [cm], medidos desde el ensanche con grada de bajada hacia aguas abajo. Esto discrepa con los diagramas de velocidades, lneas de corrientes y gracos de presiones obtenidos del software CFD, los cuales indican que dicha distancia corresponde a 75 [cm], debido a que para una distancia mayor los vortices y la curvatura de las lneas de ujo pierden relevancia y por ende se obtienen curvas de presiones que se asemejan a la ley de presiones hidrostatica. Con respecto a los parametros que caracterizan el eje hidraulico lmite entre Napa supercial y Napa sumergida, los resultados indican que la altura h0 c y h2, las cuales son utilizadas para la igualdad de Momenta, son poco sensibles tanto a la pendiente del canal como a la condicion de aguas abajo impuesta por el vertedero de pared delgada, sin embargo la distancia a la cual se obtiene h2 con respecto al ensanche con grada de bajada, se ve fuertemente in uenciada por dichas condiciones.