Análisis del flujo en una alcantarilla para riego
Análisis del flujo en una alcantarilla para riego
Date
2018-11
Authors
Arellano Choca, Roberto
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Universidad Autónoma Chapingo
Abstract
Debido a las suposiciones en las ecuaciones para el diseño de estructuras
hidráulicas, muchas veces el flujo no sigue el comportamiento real, por lo tanto,
es necesario construir modelos físicos y numéricos para obtener resultados
adecuados. Este trabajo presenta el comportamiento del flujo en un modelo físico
y mediante simulaciones CFD 2D de una estructura hidráulica tipo alcantarilla,
que muestra un funcionamiento hidráulico desde vertedor a orificio, incluyendo
una zona de transición, la cual ha sido poco estudiada. Las características del
modelo físico son: construido con un tubo de acrílico con diámetro D=4.48 cm y
longitud L=50 cm, dimensiones referidas a una alcantarilla típica en carreteras,
con capacidad de variaciones de carga de 0-30 cm en la entrada, dos bombas
con capacidad de 0-1.5 y 0-2 l·s-1, un sensor ultrasónico HC-SR04 y un medidor
de flujo FS400a. Las simulaciones se realizaron en ANSYS Fluent 18.2 con los
modelos Volumen de fluido y K-épsilon. De los datos de tirante obtenidos de la
operación del modelo físico (6.66-11.7 cm), la mejor ecuación para el caudal con
funcionamiento de vertedor fue Q=1x10-06·H7.3224 con R2=0.920. Para cargas de
11.7-16.5 cm la ecuación de la zona de transición fue: Q=8.166·H-51.57 con
R2=0.984. Finalmente, de 16.5 cm en la ecuación de orificio fue: Q=7.131·H0.8798
con R2=0.993; con base en la tendencia de las lecturas el comportamiento se
puede aproximar a una ecuación para todas las zonas como:
Q=-5x10-05·H3-0.235·H2+14.756·H-99.08 con R²=0.996. Con respecto a la
simulación numérica, la mejor aproximación al modelo físico fue empleando el
modelo Standard/Standard, en comparación con el RNG y Realizable. Aunque
la zona de transición presenta curvatura, puede adoptarse un modelo lineal
presentando 98 % de precisión. A pesar de estos resultados, se recomienda
hacer simulaciones adicionales.
Description
Tesis (Maestría en Ingeniería Agrícola y Uso Integral del Agua)
Keywords
Medición, modelos hidráulicos, instrumentación, orificios y
vertedores, zona de transición, CFD, modelo k-ε.