| Summary: | Las estructuras hidráulicas constituyen un elemento fundamental para el desarrollo de las
regiones, han sido, son y probablemente serán ampliamente utilizadas en proyectos de
dotación de agua para consumo humano, de producción de alimentos, de generación
hidroeléctrica, y proyectos de transporte, tratamiento y disposición final de aguas
residuales entre los más comunes. Los métodos que existen para el análisis y el diseño de
las estructuras hidráulicas se basan principalmente en hipótesis simplificaciones que en
algunos casos tienden a producir representaciones poco precisas de las condiciones de
flujo real. El flujo en canales de sección circular (generalmente utilizados para
alcantarillas) con la influencia de un vertedero lateral que se utiliza para la evacuación
del caudal de excesos, tiene ciertas particularidades que podrían desviarlo de las hipótesis
asumidas para el cálculo de su perfil de flujo, por medio de estos métodos simplificados.
Es por ello que en el presente estudio se desarrolla un análisis del proceso de flujo en
canales de sección circular con la influencia de un vertedero lateral para validar/verificar
y/o modificar los criterios y procedimientos para la estimación de su correspondiente
perfil de flujo, aplicando la dinámica de fluidos computacional (DFC) para la solución
numérica de las ecuaciones de gobierno. Para lo cual se han modelado 10 casos de estudio
mediante el software OpenFoam, variando el diámetro de la sección transversal del canal
(dos diámetros) y el caudal de ingreso (10 valores de caudal). Para el análisis de
validación/ verificación y/o modificación de la metodología actual, se efectuó el cálculo
aplicando la ecuación dinámica para flujo espacialmente variado de gasto decreciente,
por la intervención de un vertedero lateral, la cual representa una ecuación diferencial
que, al no tener una solución analítica, requiere de la aplicación de un método numérico para su solución. El método seleccionado corresponde al método de Runge Kutta de
orden 4. Con la ayuda de un análisis tanto cuantitativo como cualitativo entre el cálculo
convencional y la modelización numérica del flujo, se concluye que las ecuaciones
empíricas que asumen un flujo unidireccional son válidas porque el perfil del flujo
obtenido mediante el software en relación al perfil de flujo calculado con el método
teórico convencional, presenta variaciones máximas de hasta 1.74%, las cuales no
constituyen errores de consideración que invaliden la metodología aplicada. Finalmente,
con la aplicación de un proceso de regresión lineal múltiple se ha obtenido una ecuación
para la estimación del perfil de flujo bajo las condiciones utilizadas en el presente estudio,
presentando una variación del 3.87% con referencia al modelo teórico convencional, lo
que constituye un modelo simplificado que puede ser aplicado para el cálculo del perfil
de flujo para condiciones similares a las utilizadas para la obtención del modelo, e indica
también la potencialidad de obtener un modelo simplificado en función de un rango
mayor de variación de los parámetros de entrada (diámetro, pendiente del canal, caudal
de ingreso, etc.) que permita la obtención de un modelo con un rango más amplio de
aplicación.
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