Características de formas de fondo generadas en un ducto a presión debido al flujo en régimen laminar de un fluido pseudoplástico

Abstract

Las formas de fondo son ondas sedimentarias con una cierta periodicidad espacial y geometría definida. Su presencia condiciona la resistencia hidráulica y el transporte de sedimentos, por lo que resulta importante ser capaces de conocer bajo qué condiciones se forman y cuantificar sus características. En el presente trabajo se exponen resultados de un estudio experimental, donde se estudian las características de las ondas sedimentarias que se generan debido al flujo en presión y régimen laminar, de un fluido pseudoplástico en una tubería de sección cuadrada. La característica pseudoplástica del fluido busca reproducir el comportamiento no Newtoniano que adquieren algunas mezclas de agua con sedimento fino. Además del caudal, la instalación experimental permite controlar la pendiente de la tubería. Para la caracterización de las formas de fondo, se utiliza un sistema óptico de medición no intrusivo basado en un algoritmo conocido como perfilometría por transformada de Fourier, el cual fue corregido dada la refracción del haz de luz al entrar en la tubería. El método es capaz de medir características geométricas de la onda y su celeridad, a partir de lo cual es posible estimar el gasto sólido de fondo. Los principales resultados obtenidos de la investigación son: (1) La caracterización geométrica y temporal de las formas de fondo. Se encontró que las formas de fondo disminuyen su longitud para contrapendiente y aumentan su longitud para los casos en pendiente a favor, respecto de la condición horizontal. Además, para el rango de adimensionales estudiado, se obtuvo un crecimiento sostenido de la amplitud de las formas de fondo con el aumento de un número de Reynolds modificado. (2) La curva ajustada por Mantz en el diagrama de Shields sigue siendo válida si se utiliza un número de Reynolds de la partícula modificado que considera la viscosidad efectiva del fluido pseudoplástico y que extrae el efecto de pared. (3) Del estudio del factor de fricción asociado al lecho se demuestra y cuantifica el efecto de la forma de fondo, la cual influye en las pérdidas de energía aún en regimen laminar. Es decir, a pesar de que en régimen laminar no existe rugosidad hidrodinámica asociada al lecho de partículas, el factor de fricción asociado al lecho aumenta en presencia de formas de fondo, efecto que además depende de la pendiente de la tubería.