COMPARACIÓN DE MODELO FÍSICO

Y NUMÉRICO DE AIREADORES

DE ALIVIADERO EN TUNEL

Facultad de Ingeniería – UNCuyoGIHCA e.f. - Grupo de Ingeniería Hidráulica Computacional y AplicadaIng. Martín Hidalgo, Ing. Dante Bragoni

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

•

Aliviadero: estructura hidráulica para la evacuación de los caudales extraordinarios.

Problema: Daños por cavitación en las rápidas debidos a las grandes velocidades del agua y las irregularidades superficiales propias de las estructuras.

Solución: Incorporación de aire al flujo mediante aireadores introducidos a lo largo de la rápida del aliviadero.

Aliviadero en túnel Presa Caracoles

Concentración de aire vs Pérdida de peso de concreto en probetas (Peterka. 1953)

OBJETIVOS • Comparar los resultados de ensayos realizados en modelo físico con simulaciones realizadas mediante dinámica de fluidos computacional.

• Validar un modelo numérico para representar el fenómeno de la incorporación de aire en la rápida por aireadores.

METODOLOGÍA

• Recopilación de datos geométricos e hidráulicos

• Análisis hidráulico con ecuaciones empíricas

• Simulación con fluidodinámica computacional (CFD)

• Comparación con ensayos en Laboratorio de Hidráulica

MODELO FÍSICO

• Modelo seccional del Aliviadero de la Presa “Los Caracoles” en escala 1:20

• Perfil vertedor controlado por compuertas de sector circular.

• Se ensayaron alternativas de ubicación y geometría de aireadores en la rápida, tipo escalón-rampa.

• Caudal de aire incorporado se determinó midiendo la velocidad del aire con un anemómetro de hilo caliente, de precisión del 1% de la lectura.

Instituto de Investigaciones Hidráulicas de la UNSJ

Modelo Bidimensional Aliviadero Los Caracoles Fuente: Gutiérrez Porta G. et al “Estudios comparativos de aireación en dos modelos físicos” – Congreso Latinoamericano de Hidráulica 2010

•Modelo 1 Apertura de Compuerta Ap = 3.00 m en prototipo

•Modelo 2 Apertura de Compuerta Ap = 5.00 m en prototipo

•En ambos modelos la geometría corresponde al modelo físico en escala 1:1

MODELO NUMÉRICO

• Modelo de turbulencia k-e

• Condiciones de BordeInflow : Bulk Mass Flow Rate Outflow: Static Pressure: DownPresTop :Wall: Free Slip

Vista Lateral Simulación Modelo 1 Apertura Compuerta 3 m

RESULTADOS

Modelo Físico Modelo CFDAp Qa Qw Qa Qwm m3/s m3/s m3/s m3/s

3 0.0152 0.0515 0.01905 0.054 5 0.0142 0.0788 0.01461 0.083

Ap Qa Qw m error % error %

3 -25.36 -4.995 -2.87 -5.91

Comparaciones en Aireador nº 2

Porcentaje de Error entre Modelo Físico y Modelo

Numérico

CONCLUSIONES • Fue posible simular el comportamiento aireadores del vertedero de la presa en similares condiciones que las del modelo físico.

• La simulación matemática resultó aceptable considerando la incorporación de aire en un modelo bifásico.

•Resulta necesaria la comparación entre mas valores de ensayos y simulaciones de los parámetros hidráulicos obtenidos para analizar la desviación que se observa en uno de los puntos.

• Se obtuvo una predicción adecuada del comportamiento de obras hidráulicas mediante el uso de modelos numéricos.

GRACIAS POR SU ATENCION!!!

Facultad de Ingeniería – UNCuyoGIHCA e.f. - Grupo de Ingeniería

Hidráulica Computacional y Aplicada