Análisis numérico del vertedero de excesos para control de crecida en una captación convencional
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Date
2022-02-15
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Volume Title
Publisher
Universidad de Cuenca
Abstract
In hydraulic projects, the projection of structures such as spillways and gates is
essential. These structures allow capturing and directing the flow, regulating
flows and levels, as well as facilitating operation and maintenance. One of the
most used structures, essential for flow control in flood scenarios, is the excess
side weir, which, like other adjoining and control works, is normally designed by
traditional methods that include important simplifications in relation to a
bidirectional behaviour of the flow.
In this context, in the present graduation project, the analysis and validation of
the traditional design criteria and procedures for a structure used to discharge
excess flows through a side weir is proposed for a case study with a flow
considered representative for small and medium magnitude structures. The
analysis was performed by contrasting the results obtained with OpenFoam a
Computational Fluid Dynamics (CFD) software that solves numerically the fluid
flow governing equations. The numerical model allowed to obtain a guided
simulation of the behaviour of the flow in the vicinity of the excess side weir.
As the main result of the present work, and after the comparative analysis
between the conventional dimensioning and the numerical flow model results, it
is concluded that the empirical-order simplifications used in the conventional
design procedures that consider unidirectional flow don’t compromise the
accuracy of the representation of the real flow profile. The flow patterns obtained
with the numerical model correspond adequately with the flow profile estimated
with the conventional procedure. Therefore, important modifications are not
required since variations in water levels have values in the order of 1.74%.
Resumen
En proyectos de aprovechamiento hidráulico, es indispensable la proyección de
estructuras como vertederos y compuertas, que permitan captar y direccionar el
flujo, regulando caudales y niveles, así como, facilitando la operación y
mantenimiento. Una de las estructuras más empleadas, indispensable para
control de flujo en escenarios de crecida, es el vertedero lateral de excesos,
mismo que, al igual que otras obras anexas y de control, normalmente se diseña
por métodos tradicionales que, incluyen simplificaciones importantes con
relación a un comportamiento bidireccional del flujo.
Bajo este contexto, en el presente trabajo de titulación, para un caso de estudio
con un caudal de diseño considerado representativo para obras pequeñas y
medianas, se plantea el análisis y validación de criterios y procedimientos
tradicionales de diseño para una obra de excesos con vertedero lateral, mediante
la contrastación de resultados obtenidos al utilizar la herramienta computacional
de modelación numérica OpenFoam para simulación guiada del comportamiento
del flujo en las inmediaciones del vertedero de excesos.
Como principal resultado del trabajo, y luego del análisis comparativo realizado
entre el dimensionamiento convencional y la modelización numérica de flujo, se
concluye que, las simplificaciones de orden empírico asumiendo flujo
unidireccional que se incorporan en los procedimientos típicos de diseño, no
requerirían modificaciones importantes ya que, los resultados que se han
obtenido con el proceso guiado de modelización numérica, arrojan un perfil de
flujo que se corresponde con el perfil proyectado en un diseño convencional,
teniéndose variaciones en niveles en el orden de 1.74%
Keywords
Ingeniería Civil, Estructura hidráulica, Derrame de agua, Control fluvial
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Código de tesis
TI;1252