Modelación numérica 3D con ANSYS -FLUENT del vertedero laberinto de la central hidroeléctrica “La Naveta”, en Apulo – Cundinamarca, a partir de un modelo físico a escala (2016)
Con el propósito de evaluar el comportamiento hidráulico del vertedero tipo laberinto de la central hidroeléctrica la Naveta, en Apulo - Cundinamarca, se ha construido un modelo a escala 1:21, de la estructura original, el cual fue probado en el laboratorio del Centro de Estudios hidráulicos de la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito. El modelo a escala de la estructura, inicialmente fue construido para determinar la variabilidad del coeficiente de descarga con respecto al caudal transitado y su influencia en el nivel de agua, debido a que el vertedero original (vertedero tipo laberinto simétrico de sección rectangular), no tenía la capacidad de trabajar con el caudal de diseño de 31 m³/s, ya que ante valores superiores de 15 m³/s, se presentaban desbordamientos en el canal de aducción. Esta variación de la eficiencia se debió, al engrosamiento de los muros laterales por necesidades estructurales. Durante la modelación física realizada por Rodríguez, H. y Matamoros H. (2015) en el canal de pruebas, se encontró que al aumentar el ancho de los muros laterales, el coeficiente de descarga se reduce en promedio un 34%, generando un aumento del nivel de agua en 0.26 m por encima de la estructura, para el caudal de operación. Fue por esta razón que los directores de la central, junto con un grupo de ingenieros, desarrollaron el vertedero laberinto asimétrico que actualmente se encuentra en operación y que se estudia en la presente investigación. La presente tesis busca desarrollar una metodología de empalme entre los modelos físicos de los vertederos tipo laberinto y las modelaciones numéricas, utilizando conceptos de la mecánica de fluidos computacional, y teorías de volúmenes finitos. Para esto se realizó un análisis detallado de las variaciones en las diferentes direcciones de las principales variables hidráulicas involucradas en el comportamiento, tales como las componentes de la velocidad y la distribución de presiones. Además, se estudió el coeficiente de descarga, comparando los resultados experimentales propios, con los reportados en la literatura. Para el desarrollo numérico, se trabajó con el software de modelación computacional ANSYS – FLUENT versión 17.0. Inicialmente se desarrolló un modelo digital de un vertedero triangular de pared delgada convencional, con un ángulo en su vertical de 102º, con el propósito de encontrar el esquema numérico más adecuado y las condiciones más apropiadas. Se compararon los resultados numéricos con las teorías convencionales, evaluando la trayectoria del chorro y el coeficiente de descarga. Posteriormente se simuló uno de los cinco ciclos que componen el vertedero laberinto de la central hidroeléctrica de la Naveta en Apulo - Cundinamarca, evaluando el comportamiento del coeficiente de descarga, la lámina de agua, las líneas de corriente y el campo de velocidades, con el propósito de comprender las variables hidráulicas que entran en juego para este tipo de geometrías. Con base en los resultados anteriores, se realizó la modelación numérica del vertedero laberinto completo, comparando los resultados obtenidos, con los datos tomados en el modelo físico a escala, analizando la variación del coeficiente de descarga, la lámina de agua, las líneas de corriente, el campo de velocidades, la distribución de presiones y el esfuerzo cortante. Finalmente, a partir de las lecciones aprendidas de las modelaciones físicas y las numéricas, se realizó una guía metodológica, para que cualquier usuario con conocimientos de mecánica de fluidos computacional e hidráulica a superficie libre, desarrolle buenas prácticas de modelación computacional y físicas, de vertederos hidráulicos