COMPARACIÓN DE MODELO FÍSICO Y NUMÉRICO DE AIREADORES DE ALIVIADERO EN TUNEL Facultad de Ingeniería – UNCuyo GIHCA e.f. - Grupo de Ingeniería Hidráulica Computacional y Aplicada Ing. Martín Hidalgo, Ing. Dante Bragoni

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

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

Vista Lateral Simulación Modelo 1 MODELO NUMÉRICO 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 de turbulencia k-e Condiciones de Borde Inflow : Bulk Mass Flow Rate Outflow: Static Pressure: DownPres Top :Wall: Free Slip Vista Lateral Simulación Modelo 1 Apertura Compuerta 3 m

Porcentaje de Error entre Modelo Físico y Modelo Numérico RESULTADOS Comparaciones en Aireador nº 2 Modelo Físico Modelo CFD Ap Qa Qw m m3/s 3 0.0152 0.0515 0.01905 0.054 5 0.0142 0.0788 0.01461 0.083 Porcentaje de Error entre Modelo Físico y Modelo Numérico Ap Qa Qw m error % 3 -25.36 -4.99 5 -2.87 -5.91

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.

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