Estudio experimental del movimiento de partículas generado en un lecho granular no cohesivo por un flujo oscilatorio con superficie libre de un fluido no newtoniano

Abstract

A medida que la velocidad del agua en las cercanías del fondo para un flujo oscilatorio se incrementa, llega una etapa en la que se ejerce un esfuerzo de corte suficientemente alto sobre las partículas que componen el lecho el cual causa que estas se muevan. Este estudio analiza datos obtenidos experimental considerando parámetros del flujo, del fluido y de la partícula sobre el umbral de movimiento del sedimento bajo la acción de oleaje tanto para fluidos newtonianos como no newtoninos en una instalación del laboratorio de hidráulica de la Universidad de Chile. La propuesta de memoria es la continuación de un trabajo de investigación experimental realizado anteriormente, en el que se estudió la condición de arrastre incipiente debido a la acción de un flujo oscilatorio de un fluido pseudoplástico en un lecho granulare no cohesivo (Vidal, 2017) . Para el estudio de Vidal se construyó un canal de oleaje en el cual se realizaron los experimentos que permitieron definir las condiciones de arrastre incipiente sobre distintos diámetros de arena de cuarzo. Los fluidos utilizados fueron agua y soluciones acuosas de carboxilmetilcelulosa (CMC) a diferentes concentraciones las cuales tienen un comportamiento no newtoniano. El objetivo de esta memoria es extender los resultados de arrastre incipiente obtenidos por Vidal (2017) y extender su análisis. En dicho estudio se utilizarón dos parámetros principales para la presentación de resultados: Los números de Goddet conocidos como los adimensionales Ψ y Xn en donde el primer término corresponde a la razon entre las fuerzas culómbicas y las fuerzas de arrastre mientras que el segundo término es un adimensional propuesto por Goddet el cual considera el desarrollo de una capa límite laminar. Se incluyen resultados sobre el campo de velocidades de fluidos pseudoplásticos en flujo oscilatorios, un análisis del régimen de flujo a partir de los números de Reynolds y el número de Keulegan Carpenter junto con el estudio del movimiento de partículas utilizando los números de Goddet (1960) y el análisis de un criterio tipo Shields (Lenoff,1982). Para ello se utiliza la misma instalación que fue utilizado en el estudio de Vidal (2017). Sin embargo, se realizaron modificaciones tanto en el sistema generador de oleaje como en el canal, con el propósito de generar las condiciones de flujo necesarias para para extender el rango de datos experimentales y complementar los resultados obtenidos anteriormente. Para obtener estos resultados se deben realizar diversos experimentos modificando en cada uno de ellos las condiciones experimentales. Se registran los datos mediante diferentes dispositivos de captura de imágenes y vídeos los que luego se procesan digitalmente para su análisis. Los resultados obtenidos a partir de los datos de laboratorio en esta memoria, se comparan con las curvas establecidas para el umbral de movimiento en estudios anteriores para así establecer el mejor criterio los cuales serán presentados en los resultados y posteriormente discutidos en las conclusiones.