Ensayo Hidráulica 2

HIDRÁULICA II

En la hidráulica de canales se considera un flujo de superficie libre a aquellos que

avanzan por medio de la gravedad y no por una presión añadida como es en las

tuberías.  

Un flujo de superficie libre se puede clasificar por medio de numero de Reynolds

(Re) y su celeridad de flujo (Fr).

En la hidráulica de canales se considera un flujo de superficie libre a aquellos que avanzan por medio de la gravedad y no por una presión añadida como en las tuberías.

Un flujo de superficie libre se puede clasificar por medio del número de Reynolds (Re) y su celeridad de flujo (FR).

Hay diferentes tipos de flujo a superficie libre; flujo permanente es aquel en el que las propiedades no cambian con respecto al tiempo; flujo no permanente, en este tipo de flujo las propiedades sí presentan un cambio con respecto al tiempo; flujo uniforme es el que permanece constante a través de lo largo del segmento del canal; y por último el flujo variado son aquellos que cambian a lo largo del segmento del canal.

Dada la complejidad del flujo en la zona circundante a las embarcaciones, los canales de experiencias han sido una herramienta fundamental en el diseño de las mismas, determinando, entre otras magnitudes, la resistencia al avance tanto por formación de ola como por efectos viscosos. Un aspecto fundamental de este tipo de instalaciones es el perfil de superficie libre y el resalto producido por el disipador de torbellinos. Debido a su resistencia hidráulica, dicha componente puede ocasionar una variación significativa en el perfil de alturas de la superficie libre.

A lo largo de todo el siglo XX los canales de experiencias hidrodinámicas fueron una de las herramientas fundamentales de asistencia al diseño y al proyecto de buques y todo tipo de embarcaciones en los que se requería analizar el comportamiento en condiciones de servicio y otras variables relevantes como el arrastre, la estabilidad y la maniobrabilidad, como paso necesario a la construcción del mismo. Actualmente, con el vertiginoso progreso de los métodos computacionales y la capacidad de cálculo de los computadores, los ensayos experimentales comienzan a complementarse con los ensayos “in silicio”.

Los canales de experiencias están diseñados para generar condiciones de flujo controladas que permitan evaluar modelos a escala de embarcaciones o ciertas componentes específicas, con vistas a mejorar algún aspecto de su desempeño o producir los datos necesarios que permitan seleccionar de manera adecuada componentes tales como las plantas propulsoras. Básicamente existen dos tipos de canales, los de remolque y los de recirculación. Estos últimos, aunque requieren potencias de operación elevadas, presentan algunas características ventajosas: requieren una inversión inicial reducida, pudiendo operar durante lapsos de tiempo indefinidos a la vez que demandan instalaciones reducidas en porte. Reconociendo la relevancia de los canales de ensayos hidrodinámicos en el proyecto de buques, en la Facultad Regional Mar del Plata de la Universidad Tecnológica Nacional (UTN) se tomó la decisión de diseñar y construir un canal de ciclo cerrado con fines didácticos, científicos y de extensión. Para el diseño se ha tomado como punto de partida y principal referencia un caso similar expuesto por Da Silva Ássi G. et al. (2005), otras consideraciones adicionales pueden encontrarse en las referencias consignadas en dicho trabajo. Varios aspectos deben ser tenidos en cuenta durante el diseño del canal, fundamentalmente lograr condiciones de flujo uniformes y estables en la zona de análisis durante todo el ensayo. Es así que se torna relevante determinar si el panel rompevórtices introducirá perturbaciones en la altura de la superficie libre en la zona de ensayos. Dichas perturbaciones podrían ser pequeñas comparadas con la profundidad del canal pero significativas respecto a la escala de los modelos de buques a ensayar. Motivado en estos condicionamientos relevantes para el diseño, se recurre al modelado computacional basado en la discretización de las ecuaciones 1D de flujo en canales para descartar perturbaciones significativas en la zona de pruebas, evitando tener que recurrir a realizar ensayos con modelos físicos a escala del canal, que son costosos por naturaleza. Por otra parte, en trabajos anteriores (Vaccari et al., 2016, 2017), se analizó con modelos 3D de Navier-Stokes las complejidades del flujo debido la acción del panel rompevórtices en el ingreso a la sección de pruebas y también, la estructura del mismo en el colector de entrada. En dichos trabajos se analizó la estructura tridimensional del campo de velocidades despreciando el efecto de variación de altura en la superficie libre. Consecuentemente, otro objetivo de este trabajo es validar dicha hipótesis, determinando la forma del perfil de la superficie libre y el resalto producido por el disipador de torbellinos. Debido a su resistencia hidráulica, dicha componente podría ocasionar una variación en la altura de la superficie libre que invalide las hipótesis utilizadas en aquellos trabajos. Asimismo, como la componente dominante del flujo es en la dirección de la línea progresiva del canal, los resultados del modelo 1D arrojarán valores significativos de las variaciones de altura sin tener que recurrir a modelos dimensionalmente más complejos.

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