Influencia de la aireación inducida por estructuras adicionales (pilar – deflector), en la distribución de las presiones dinámicas en vertederos escalonados – estudio experimental.

Abstract

El presente trabajo se encuadra en la línea de investigación de flujos bifásicos macro turbulentos en vertederos escalonados mediante el estudio en modelo a escala reducida. El modelo físico se encuentra en las instalaciones del Instituto de Pesquisas Hidráulicas de la Universidad Federal do Rio grande do Sul (UFRGS), en el laboratorio de Obras Hidráulicas. El mismo se construyó de acuerdo a las semejanzas de Froude, aceptado en la comunidad científica para escurrimiento a superficie libre, con una pendiente de 1V:0.75H (53.13°), la altura vertical del escalón (contra huella) de 0.06 m, mientras que la longitud horizontal (huella) de 0.045 m, y una altura desde la cresta del vertedero hasta el cuenco disipador de 2.44 m. La cresta del vertedero corresponde a un perfil tipo Creager proyectada según la USBR (1974), donde los escalones inician en el punto de tangencia sin escalones de transición. El presente estudio se basa en el trabajo de Sanagiotto (2003) quien analizo tres tamaños diferentes de escalones, siendo la de altura de 0.06 m similar a la configuración actual, siendo la única diferencia la construcción de estructuras adicionales, pilares laterales ubicadas en la dirección de la cresta del vertedero y un deflector colocado en el primer escalón del mismo. Los resultados obtenidos por Sanagiotto (2003) permite discriminar el comportamiento de las presiones dinámicas en la zona aireada y no aireada, notando comportamiento característico patrón en cada zona. Las presiones dinámicas fueron tomadas mediante 38 transductores de forma simultánea en 5 campañas diferentes. En cada campaña se analizó cuatro caudales específicos (0.1, 0.2, 0.25 y 0.275 m3 /s/m) a una frecuencia de adquisición de 100 Hz, durante 15 minutos por caudal específico ensayado. Los resultados obtenidos mostraron una influencia significativa de las estructuras adicionales en las presiones dinámicas, mas predominantes en el escalón más cercano al deflector analizado (escalón 6), eliminando las presiones negativas (y/H=0.1) de (Pm/z= -0.03) a (Pm/z=0.01)y una reducción de más del 60% de las fluctuaciones de presión en el mismo escalón, que podría considerarse como una mejora importante con una mínima intervención, teniendo en cuenta que no se usó aireador. El análisis de la distribución espectral de las frecuencias mediante la transformada rápida de Fourier, mostro la presencia de frecuencias dominantes de 5 a 16 Hz, en los diferentes escalones analizados para un caudal específico determinado. Al instrumentar los escalones en dos ejes adyacentes y paralelos al eje medio se obtuvieron una distribución espacial de las frecuencias dominantes observándose un comportamiento periódico, donde las frecuencias dominantes se atribuyen a las fluctuaciones de presiones, debido al contacto del flujo con el escalón.