Modelación bidimensional para flujo en tramos curvos de canales abiertos.

Abstract

El presente trabajo tiene por finalidad ofrecer un conocimiento amplio del flujo bidimensional en tramos curvos de canales abiertos y da las pautas para su aplicación empleando métodos de cálculo accesibles que permitan resolver de manera acertada las ecuaciones que rigen. Con la finalidad de mostrar el tema de una manera clara y detallada, se desarrolla la tesis en siete capítulos los cuales describimos en forma resumida a continuación. El capítulo uno, se presenta el planteamiento del problema, la justificación e importancia del trabajo de investigación. Además se hace un planteamiento sobre los objetivos que se persigue con la tesis. El capítulo dos, se desarrolla la revisión histórica (o estado del arte) del tratamiento del problema: se da un repaso de los criterios para el diseño de canales abiertos que se manejan en el medio, se presentan las ecuaciones que gobiernan el flujo bidimensional en coordenadas rectangulares, se describe el proceso de la transformación de coordenadas rectangulares a coordenadas curvilineas generales de las ecuaciones de hidrodinámica de la versión rectangular a la versión covariante con componentes físicos, se determinan los parámetros y tensores métricos de transformación de coordenadas rectangulares a coordenadas polares. El capítulo tres, se presenta el desarrollo del modelo numérico para calcular el flujo bidimensional a superficie libre con régimen subcrítico, el modelo utiliza un sistema de coordenadas curvilineas generales, se presenta un esquema de diferencias finitas, esquema explícito de segundo orden en el espacio de MacCormack para discretizar y resolver las ecuaciones de hidrodinámica en coordenadas curvilíneas y coordenadas polares, junto con las condiciones de frontera y estabilidad del esquema. El capítulo cuatro, se demuestra la bondad del modelo numérico desarrollado en este estudio inmerso en el programa Bend Flow 2D. Para ello se escogió un tramo curvo de canal de sección rectangular. Se muestra el proceso de introducción de datos, cálculo y obtención de resultados. El capítulo cinco, se presenta el programa Iber versión 2.04 en donde se compara los resultados obtenidos por el modelo numérico implementado en el programa Bend Flow 2D. El capítulo seis, se realiza la modelización del tramo curvo del canal en estudio mediante el programa Iber versión 2.04, su correspondiente comparación y calibración de los resultados con base en los respectivos datos medidos en campo. Se analizan tres escenarios distintos: uno, haciendo variar los caudales de ingreso: dos, variando el radio de la curva y tres, variando el ángulo del talud; a fin de determinar la implicancia en los tirantes de ambos extremos de la sección central de la curva y su correspondiente sobreelevación. El capítulo siete, finalmente se expone las conclusiones y recomendaciones sobre el tema tratado en el presente trabajo.