Estudio en modelo físico sobre vórtices de superficie libre afectados por el perfil de entrada en tomas horizontales sumergidas - Rincón Rodriguez, Ángel Martín (2023)
Se realizó un estudio experimental para evaluar la influencia de la geometría del perfil de entrada a una toma sumergida sobre la formación de vórtices que arrastran aire. Se instalaron dos perfiles diferentes de tomas en un tanque rectangular y transparente. El primero era una entrada de arista viva, mientras que el segundo era una entrada de perfil acampanado. En el diseño del modelo experimental se consideraron las recomendaciones de Anwar (1968), Daggett & Keulegan (1974) y Jain et al. (1978) para evitar los efectos de escala. El caudal y la sumersión se variaron a lo largo de las pruebas para obtener una amplia gama de números de Froude y de sumersiones relativas. El número de Froude en la tubería se definió como la relación entre la velocidad media de la tubería forzada y la raíz del producto de la aceleración de la gravedad por el diámetro o dimensión característica de la tubería forzada. La sumersión relativa se consideró como la relación entre la sumersión (profundidad medida desde la superficie del agua hasta la parte superior de la tubería forzada) y el diámetro interno de la toma sumergida. Los resultados finales se visualizaron en diagramas adimensionales del número de Froude frente a la sumersión relativa. En cada ensayo se evaluaron los vórtices según la clasificación planteada por Sarkardeh et al. (2010). El vórtice tipo C sólo forma una depresión ligeramente perceptible en la superficie del agua y no arrastra aire hacia la toma sumergida. Siempre que se observó este tipo de vórtice durante los ensayos, o no se observó ninguna depresión, en el diagrama de sumersión relativa frente al número de Froude se consideró que las condiciones de flujo se encontraban dentro de la zona segura de vórtices que no arrastran aire. Se concluyó que la geometría del ingreso a la toma sumergida influye en la formación de vórtices que arrastran aire hacia la toma forzada. Cuando se compararon los resultados de los experimentos realizados con entradas de arista viva y entradas de perfil acampanado, se necesitaron mayores sumersiones relativas para evitar la formación de vórtices que arrastran aire cuando se instaló una entrada de arista viva para el mismo rango de números de Froude. Además, se midió la caída de presión causado por la geometría del perfil de entrada a la tubería forzada con la finalidad de calcular el coeficiente de pérdida de carga local. Los valores determinados de los coeficientes de pérdida de carga local, para las entradas de arista viva y de perfil acampanado, fueron de 0,70 y 0,15, respectivamente.