Estudio del desempeño hidráulico del canal multipropósito del laboratorio de hidráulica y dinámica de fluidos LH&DF del campus Balzay

La dinámica de fluidos computacional CFD (Computational Fluid Dynamics) es una rama de la mecánica de fluidos que proporciona un medio de simulación que utiliza métodos numéricos y algoritmos para simular sistemas en los cuales intervienen procesos como el flujo de fluidos, fenómenos de transferencia de calor entre otros. La CFD tiene como principio fundamental la resolución numérica de las ecuaciones de gobierno en un dominio discretizado (volúmenes o elementos finitos) para una, dos y tres dimensiones. Los modelos tridimensionales 3D (Maselhe, 2012) representan en la actualidad el estado más avanzado para la modelación. En los últimos años el desarrollo de herramientas y capacidades de las tecnologías de la computación, hacen factible el empleo de modelos numéricos para el análisis de situaciones cada vez más complejas como los flujos turbulentos y la interacción de cauces naturales con obras hidráulicas construidas sobre los mismos, así como también su desempeño (Pavel,N., A.I.B,M and C,N., 2001) En ese contexto, con el propósito de caracterizar el desempeño hidráulico así como la configuración e influencia de las condiciones geomorfológicas del flujo de aproximación a la entrada, en el canal multipropósito del Laboratorio de Hidráulica y Dinámica de Fluidos LH&DF del campus Balzay de la Universidad de Cuenca (CAP) y validar los resultados del proceso de diseño, mediante el presente estudio, se ha implementado a la obra, el software de modelación numérica tridimensional FLOW-3D que está basado en aproximaciones con diferencias finitas o volúmenes que describen el movimiento del fluido, dividiendo las regiones del fluido en celdas rectangulares dentro de una malla tridimensional para cálculo del flujo mediante la resolución de las ecuaciones de Navier-Stokes utilizando un modelo de turbulencia (Flow Science, I., 2014). Con este estudio se obtendrán resultados de simulación numérica que son contrarrestados con los resultados del proceso de diseño con el fin de evaluar y optimizar el diseño del CAP. A través del análisis y discusión de los resultados obtenidos se muestra que la modelación numérica es de gran ayuda en la práctica de la Ingeniería Hidráulica, ya que especifica resultados detallados sobre el desempeño hidráulico de la obra. Finalmente se emitirán recomendaciones para posibles modificaciones del CAP con la finalidad de optimizar su funcionamiento.Computational Fluid Dynamics (CFD) is a branch of fluid mechanics that provides a means of simulation using numerical methods and algorithms to simulate systems in which processes such as fluid flow, heat transfer phenomena among others. CFD has as fundamental principle the numerical resolution of the equations of governance in a discretized domain (volumes or finite elements) for one, two and three dimensions. Three-dimensional 3D models (Maselhe, 2012) now represent the most advanced state for modeling. In the last years the development of tools and capacities of the computer technologies, makes feasible the use of numerical models for the analysis of increasingly complex situations like the turbulent flows and the interaction of natural channels with hydraulic works built on the same ones, as well as their performance (Pavel,N., A.I.B,M and C,N., 2001). In that context, with the purpose of characterizing the hydraulic performance as well as the configuration and influence of the geomorphological conditions of the flow of approach to the entrance, in the multipurpose channel of the Hydraulic and Fluid Dynamics Laboratory LH & DF of the Balzay campus of the University of Cuenca (CAP) and to validate the results of the design process, through the present study, FLOW-3D three-dimensional numerical modeling software has been implemented in the work, which is based on approximations with finite differences or volumes that describe the movement of the fluid , dividing the fluid regions into rectangular cells into a three-dimensional mesh for flow calculation by solving the Navier-Stokes equations using a turbulence model (Flow Science, I., 2014). With this study we will obtain numerical simulation results that are countered with the results of the design process in order to evaluate and optimize the CAP design. Through the analysis and discussion of the results obtained it is shown that numerical modeling is of great help in the practice of Hydraulic Engineering, since it specifies detailed results on the hydraulic performance of the work. Finally, recommendations will be issued for possible modifications of the CAP in order to optimize its operation.Ingeniero CivilCuenc