Estudio experimental y numérico de los modos normales de cuerpos de agua someros y la influencia de estos en el transporte horizontal de masa

Abstract

El trabajo de título realizado consistió en la aplicación del análisis modal a sistemas oscilantes que correspondieron a cuerpos de agua someros, con el que se obtuvieron las formas en que oscila el agua contenida en estos cuerpos, sus frecuencias respectivas, sus evoluciones y su relación con el transporte horizontal de masa. Este análisis se logra gracias a la simplificación que consiste en considerar que las propiedades en la vertical pueden ser representadas por valores promedios o integrados al ser poca la profundidad de estos cuerpos. Gracias a esta simplificación, se obtienen soluciones del tipo oscilante que resuelven las ecuaciones que gobiernan el movimiento de los fluidos. El objetivo general es obtener los modos normales, numérica y experimentalmente, en función de la forma y batimetría de los cuerpos de agua y determinar como los campos de velocidades, que son consecuencia de cada modo, influyen en el transporte horizontal de masa Para comprender el sistema, se abordaron básicamente dos fenómenos: la dinámica de los modos normales y el transporte de masa. Para desarrollar el estudio numérico, se utilizó el modelo numérico implementado por Pérez (2015) para determinar los modos normales de cuerpos de aguas someras. El estudio experimental fue desarrollado utilizando una instalación la cual consistió en una maqueta que simulaba un cuerpo de agua somero circunferencial de 40[cm] de diámetro que vibraba horizontalmente. Con un sensor ADV se determinaron las velocidades alcanzadas y mediante registros de videos, los coeficientes de dispersión de una solución de colorante artifical azul brillante. Luego del análisis de los resultados, se concluye que existen diferencias entre las frecuencias de los modos normales calculadas numéricamente y las obtenidas mediante los experimentos. Además, se observan fenómenos como perturbaciones que oscilan con una frecuencia igual a la del modo fundamental (n=1) una vez detenido el motor que hace vibrar al cuerpo somero. Se observa también que este modo es inestable presentando un campo de velocidades circular. Se tiene que el decaimiento de las series de velocidad al final de cada experimento depende de la profundidad del cuerpo de agua y obedece relaciones propuestas por otros autores, validando los procedimientos y el registro de datos. Por último, se concluye que el coeficiente de dispersión de la solución utilizada depende muy fuertemente de la escala de longitud en que actúa este fenómeno. Aunque se observan comportamientos anómalos para las escalas de longitudes utilizadas en este trabajo, los valores de los coeficientes de dispersión se ajustan a relaciones encontradas por otros autores.