Resumen de Análisis hidráulico de un vertedor compuesto (triangular-rectangular) mediante dinámica de fluidos computacional (CFD)

Erick Dante Mattos Villarroel, Jorge Flores Velázquez, Waldo Ojeda Bustamante, Mauro Íñiguez Covarrubias, Carlos Díaz Delgado, Humberto Salinas Tapia

• español

  Para hacer una entrega eficiente de agua a usuarios de riego es necesario contar con dispositivos precisos para medir gastos. Entre estos dispositivos están los vertedores triangulares y rectangulares para rangos de flujo entre 30 y 200 l s-1. Sin embargo, la variación de gastos en un año agrícola puede ser un factor de error en la entrega volumétrica, y una posible alternativa de solución es el uso de un vertedor compuesto. El objetivo de este trabajo fue analizar el comportamiento hidráulico de un vertedor triangular-rectangular en función de sus parámetros geométricos y de flujo, así como obtener una expresión de su coeficiente global de descarga. ANSYS Fluent fue usado para simular los caudales del fluido, con el fin de discretizar la dinámica del flujo bajo condiciones específicas. La evaluación del modelo con ANSYS Fluent, y su análisis, fue efectuada con base en datos experimentales y la solución analítica correspondiente. Las simulaciones con la dinámica de fluidos computacional (CFD) mostraron concordancia estadística con los datos de laboratorio, encontrándose un error máximo de 0.74 %. Se obtuvo una expresión del coeficiente global de descarga y se logró estimar analíticamente el gasto con un error máximo de 7.8 % con respecto a datos experimentales. Gracias a la simulación con CFD fue posible caracterizar la lámina de descarga y analizar los efectos de la presión y la velocidad sobre el coeficiente de descarga. Los resultados permiten concluir que un vertedor triangular-rectangular satisface ampliamente la precisión requerida en la entrega de agua a usuarios de riego.

• English

  To make an efficient delivery of water to irrigation users, it is necessary to have accurate dispositive to measure flow rates. These dispositive include triangular and rectangular weirs for measured flow rates ranges between 30 and 200 l s-1. However, the variation of flows in the execution of an agricultural year can be a factor of error in the volumetric delivery and a possible alternative solution is the use of a compound weir. The aim of this study was to analyze the hydraulic behavior of a triangular-rectangular weir, as a function of geometric and flow parameters and get a new global expression of the discharge coefficient. ANSYS Fluent was used to simulate the flow rates fluid, to discretized the dynamics of flow under specific conditions. The evaluation of the model with ANSYS Fluent, and its analysis, was carried out based on experimental data and the corresponding analytical solution. The Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations showed statistical agreement with the laboratory data, finding a maximum error of 0.74 %. An expression of the global discharge coefficient was obtained and it was possible to analytically estimate the expenditure with a maximum error of 7.8 % with respect to experimental data. Thanks to the CFD simulation, it was possible to characterize the nappe and to analyze the effects of pressure and velocity on the discharge coefficient. The results allow us to conclude that a triangular-rectangular weir widely satisfies the precision required in the delivery of water to irrigation users.