Comparación hidráulica entre el modelo numérico y físico del desarenador de la central hidroeléctrica de San Gabán II en Puno - Bermeo Carrasco, Sieeler Reiber (2025)
En los últimos años, el uso de modelos numéricos mediante tecnología CFD ha presentado un avance significativo, al punto de mostrar una alta capacidad de reproducir los comportamientos observados en modelos físicos y prototipos. Para el caso particular de Ansys CFX, este software ha logrado representar con gran precisión el comportamiento de estructuras como presas, saltos de esquí, bocatomas, entre otras. Sin embargo, en la mayoría de las simulaciones lo hace con flujos “limpios”; es decir, que no utiliza partículas sólidas en su trayectoria. Por ello, el presente trabajo de investigación tiene como objetivo principal la validación del comportamiento del flujo de un modelo físico desarrollado por la Universidad de Piura (UDEP) en la década de 1990, tanto a nivel hidráulico como con la inclusión de transporte de partículas en el flujo. Para la consecución de este objetivo, se hace uso del software de modelamiento numérico Ansys CFX y de dos metodologías reconocidas internacionalmente que permiten calcular la concentración de sedimentos en el flujo. Estas son las formulaciones planteadas por Yang y por Meyer Peter y Müller, la primera calcula la concentración total de sedimentos presentes en el flujo, mientras que la segunda calcula la capacidad de arrastre de los sedimentos presentes en la capa de fondo. La metodología de la presente tesis consta del desarrollo de dos escenarios. El primero consiste en el análisis del flujo sin la inclusión de transporte de partículas, este escenario se divide en 2 apartados, el primero realiza la operación normal de las naves desarenadoras y su principal enfoque consiste en la selección de la mejor malla que se empleará para el resto de los casos evaluados, mientras que el segundo evalúa la capacidad de purga de las naves desarenadoras utilizando las metodologías mencionadas anteriormente. El segundo escenario incluye el transporte de las partículas presentes en el flujo mediante la configuración de un modelo Lagrangiano que consta de 1 fase continua y 2 fases dispersas en Ansys CFX.Los resultados obtenidos para la modelación numérica de ambas situaciones del escenario 1 obtienen resultados representativos respecto a los presentados en el modelo físico hecho por la UDEP. El tiempo de purga calculado es de 26.80 minutos. Para el escenario 2, se obtiene la concentración de sedimentos presentes en la nave desarenadora mediante dos metodologías. La primera mediante el monitoreo del caudal másico de partículas en la salida del desarenador, y la segunda mediante la formulación combinada de Yang y herramientas incorporadas en Ansys CFX. La mayor concentración de sedimentos se obtuvo con el monitoreo del flujo másico. Esto se debe a la idealidad con la que se trabajó en Ansys CFX el transporte de sedimentos ya que, no se consideró el efecto de la colisión entre partículas y los efectos erosivos ocasionados por el contacto entre las partículas y la nave desarenadora. Por lo tanto, esta tesis abre las puertas a nuevos temas referentes al transporte de partículas en Ansys CFX, a la vez que funciona como base de futuros trabajos de investigación.