| Summary: | La importancia en el diseño de una estructura que transporta agua es mantenerla bajo un umbral que
evite el deterioro, la erosión y daños en elementos estructurales, es decir, garantizar condiciones
óptimas dentro de su vida útil. En el caso particular de los canales de alta pendiente donde la
velocidad es el principal parámetro que debe ser controlado, debido a los altos valores que se
presentan; es necesario la implementación de obras complementarias para mantener un régimen de
flujo deseable.
Actualmente, existen dos principales técnicas para controlar la velocidad de flujo en canales de alta
pendiente: flujo en forma de escaleras y la rugosidad artificial. El flujo en forma de escalera al ser
una alternativa muy cara no es una técnica muy empleada, contrario a las estructuras de rugosidad
artificial, las cuales constituyen un ahorro en costos correspondientes a su construcción, seguridad a
la estructura y alargan su vida útil.
La rugosidad artificial consiste en incorporar elementos salientes en el perímetro del canal creando
una resistencia adicional y reduciendo la energía cinética. En el diseño de dicha rugosidad se dispone
de ábacos y expresiones presentadas por los principales exponentes: Pikalov F. (1935) y Aivazian
(1977), sin embargo, para afirmar estas teorías no se dispone de información suficiente en cuanto a
las condiciones de flujo y demás factores, por lo cual no es posible generalizar una sola teoría que
sirva de base para el diseño de canales con rugosidad artificial y consecuentemente es indispensable
realizar una validación a las expresiones de diseño existentes.
El fenómeno ocasionado por la implementación de la rugosidad artificial en canales a cielo abierto
es analizado mediante la dinámica de fluidos computacional (CFD, por sus siglas en inglés), con el
uso de OpenFoam, un software libre ampliamente usado para la modelación de flujos
tridimensionales que resuelve de forma numérica las ecuaciones de gobierno de Navier-Stokes,
basado en el método de volúmenes finitos. Para la aplicación de la CFD es necesario construir un
modelo tridimensional, especificar condiciones iniciales y de contorno, modelar la turbulencia y el
método de solución para las ecuaciones de gobierno.
El presente estudio toma como base un modelo físico (canal del Laboratorio de Hidráulica &
Dinámica de Fluidos de la Universidad de Cuenca), donde a partir de la calibración preliminar de los
parámetros para la simulación obtenidos de investigaciones anteriores; realizadas bajo el mismo
enfoque, se puede replicar las condiciones de flujo en el modelo numérico. Posteriormente se realizan
las simulaciones en el canal con y sin rugosidad artificial Tipo A en el fondo, variando caudal,
pendiente longitudinal y espaciamiento entre bloques de rugosidad según lo recomendado en la
literatura, con el fin de comparar la efectividad de uso de rugosidad artificial con respecto a los
modelos teóricos propuestos (Aivazian y Pikalov), además de proponer un potencial ajuste a sus
expresiones y parámetros de diseño.
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