Análisis de la modelación numérica 3D en el diseño de deflexiones en canales supercríticos. Aplicación al modelo físico del rápido de descarga de la Central Hidroeléctrica Chucás de Costa Rica

Abstract

El trabajo de título realizado consiste en analizar el comportamiento de la modelación numérica 3D de canales supercríticos, mediante la simulación numérica del rápido de descarga de la Central Hidroeléctrica Chucás de Costa Rica, utilizando el software ANSYS CFX. El análisis se divide principalmente en dos: simulación del modelo físico y análisis de los métodos o criterios de diseño existentes para contracciones en canales supercríticos. El software trabaja resolviendo las ecuaciones promediadas de Reynolds para la turbulencia (modelos RANS) en tres dimensiones, junto con la ecuación de conservación de masa, mediante el método de volúmenes finitos. Para lograr la simulación es necesaria la creación de un dominio espacial, realizar al discretización de este dominio y aplicar las condiciones de borde que gobiernan el fenómeno a simular. La modelación numérica fue ejecutada con éxito para un perfil de tipo Ogee de ancho unitario, en el sentido que los errores con respecto a datos experimentales del USACE son menores a un 1,3 % en la altura de escurrimiento. Sin embargo, la simulación del modelo físico no fue efectiva, obteniendo errores promedio en la altura de escurrimiento de 21,6 % para el caudal de diseño de la obra. No obstante, las mediciones de alturas de escurrimientos podrían no estar del todo correctas ya que los resultados simulados de la presión sobre el vertedero logran un excelente ajuste para las mayores presiones ubicadas en el cuenco de lanzamiento del salto de esquí. No así el caso de las presiones sobre el umbral, que aunque siguen un comportamiento similar con los datos experimentales, la magnitud de estas difiere en mayor medida que las presiones sobre el cuenco de lanzamiento. En la modelación de contracciones en canales supercríticos, la simulación numérica presenta resultados concordantes con datos experimentales, imponiéndose como mejor alternativa que el uso de los métodos existentes para flujos con números de Froude mayores a 6.