Modelo numérico de turbulencia para evaluar el desempeño de las pozas disipadoras

• Autor: Miranda Miyazaki, Leonardo Jesús
• Formato: tesis de grado
• Fecha de Publicación: 2022
• Institución: Universidad Nacional de Ingeniería
• Repositorio: UNI-Tesis
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:cybertesis.uni.edu.pe:20.500.14076/23841
• Enlace del recurso: http://hdl.handle.net/20.500.14076/23841
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Poza disipadora; Salto hidráulico; OpenFOAM; Modelo numérico; https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.01.01

La turbulencia es un fenómeno complejo que está presente en la mayoría de situaciones reales en fluidos de baja viscosidad como el agua. Reproducir este fenómeno es una tarea difícil, en especial en flujos de alta turbulencia como los que ocurren en una poza disipadora. La presente investigación tiene como objetivo implementar un modelo numérico de turbulencia para la evaluación del desempeño de una poza disipadora y validar el modelo mediante información experimental. El procedimiento se realizó en dos fases, primero la ejecución de ensayos experimentales sobre un modelo físico de una poza disipadora con un barraje móvil con compuertas. La segunda parte consistió en elaborar un modelo numérico tridimensional en la plataforma OpenFOAM para comparar sus resultados con respecto a la primera fase. Se simularon tres niveles de descarga, que corresponden a los caudales unitarios por cada compuerta de 35.18, 49.22 y 63.08 l/s. Para la simulación numérica se ha tomado como referencia el trabajo de Bayón (2017), y se han empleado los modelos K-Épsilon Estándar y K-Omega SST, implementados en OpenFOAM. Se construyó la malla con snappyHexMesh, alcanzando más de 6 millones de celdas, en un dominio que comprendía desde la zona previa a la compuerta, hasta la zona aguas abajo de la poza disipadora. El análisis comparativo se realizó teniendo en cuenta el campo de velocidades, altura de presión, nivel de agua y la energía cinética turbulenta. Ambos modelos reprodujeron la altura de presión y el nivel de agua de manera similar, ya que son condiciones altamente dependientes del nivel de agua impuesto en el ingreso y en la salida. Por el contrario, los modelos presentaron marcadas diferencias al reproducir el campo de velocidades, siendo el modelo K-Épsilon Estándar el que mejor reprodujo el estado del flujo. El modelo K-Omega SST, por el contrario, produjo una zona de recirculación más larga dentro del salto hidráulico, que generó mayores errores en la zona del lecho de erosión. Esta estimación errónea de las velocidades causa ligeras discrepancias en la estimación de la energía cinética, especialmente en el lecho de erosión.