Modelación numérica para el estudio de la estructura interna de corrientes de turbidez auto-acelerantes

Abstract

El presente trabajo de título consiste en la modelación numérica de una corriente de turbidez auto-acelerante basada en el estudio experimental de Sequeiros et al. (2018). El software utilizado para la modelación es COMSOL Multiphysics. La hipótesis planteada corresponde a que el software es capaz de modelar numéricamente la corriente de turbidez auto-acelerante reproducida experimentalmente por Sequeiros et al. (2018). Se realiza una amplia revisión bibliográfica sobre las corrientes de turbidez auto-acelerantes y cómo estas influyen en la hidrodinámica de los embalses. También se describen experimentos enfocados en reproducir el fenómeno y algunos de los modelos numéricos desarrollados hasta el momento. Se explican en detalle las características del modelo matemático-numérico COMSOL Multiphysics utilizado para la modelación, junto con las ecuaciones que ocupa. Luego se especifica la metodología para la construcción del modelo y las decisiones que se toman para determinar la cantidad de simulaciones necesarias para lograr el mejor ajuste a los resultados experimentales. Se comparan los resultados obtenidos de perfiles de velocidad y perfiles de concentración en 4 secciones transversales del canal utilizado por Sequeiros et al. (2018). Además, se presentan gráficos de la velocidad media reproducida por el modelo a lo largo del canal en instantes determinados y el cálculo de las tasas de variación del caudal unitario del flujo de sedimentos asociado al modelo que presenta el mejor ajuste con los resultados experimentales. Finalmente, se discuten las similitudes del experimento con respecto al modelo, se analizan los gastos sólidos en suspensión, los flujos de incorporación de sedimento suspendido y se comparan con los datos experimentales de corrientes de densidad reunidos por García & Parker. Se discute la posibilidad de determinar el rango de pendientes en las que se puede producir una corriente de turbidez auto-acelerante. La hipótesis inicial se verifica y los objetivos del trabajo se cumplen. Los resultados tienen incertidumbre debido a que para validar los resultados del modelo se trabaja con resultados experimentales que inevitablemente incluyen errores asociados a la mediciones y a la experiencia de laboratorio. Además, los aspectos de las simulaciones desarrolladas en este trabajo pueden ser mejorados, por ejemplo, mejorando la representación de las condiciones de borde, entendiendo como se simula el punto de inmersión, mejorando la representación de la muestra de sedimentos en el modelo para modificar los perfiles de concentración, o bien, calculando de otra forma las velocidades friccionales del modelo.