INSIDE THE FRAME: THE ROLE FROM THE PERSPECTIVES OF THOSE DOING THE WORK

La geometría del dominio es relativamente simple, se trata de dos canales rectangulares: el canal de aforo y el canal distribuidor. La aplicación blockMesh de OpenFoam® permitió resolver el mallado del dominio sin mayores complicaciones.

La malla finalmente seleccionada se compone de hexaedros de tamaño variable. En los bordes (fondo y paredes de los canales) los volúmenes tienen una dimensión de 5 cm de lado, aumentando a 7 cm, 10 cm, y 12 cm hacia la zona media del dominio, en la zona central se completa con volúmenes de igual tamaño (ver Figura 3.5). Además se densificó la malla en la zona donde el flujo hace una transición desde el canal de aforo hacia el canal distribuidor (ver Figura 3.6).

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Figura 3.5.- Vista superior y lateral de la malla implementada para el modelo tridimensional.

Figura 3.6.- Detalle mallado en la zona de encuentro entre el canal de aforo y el canal distribuidor. Las flechas indican el sentido del flujo.

La malla de volúmenes óptima seleccionada para el modelo tridimensional es el resultado de un proceso de aproximación a partir del análisis de la sensibilidad de las variables del flujo medio y la energía cinética turbulenta a medida que aumenta la resolución del mallado del dominio. A continuación se detalla el comportamiento de la velocidad media del flujo y la energía cinética turbulenta ante el cambio en la resolución del mallado (Análisis de Sensibilidad a la Malla). Inicialmente se utilizó una malla elemental (malla M4) cuya geometría se

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conformó por medio de poliedros. En particular se utilizaron elementos rectangulares para conformar cada lado. La malla estuvo formada por celdas con una longitud mínima de 0.50m y una longitud máxima de 1.50m. Los resultados obtenidos a partir de la malla elemental no fueron satisfactorios, por lo cual, en primera instancia se modificó la definición de la malla de volúmenes finitos aumentando su resolución. Se trabajó con tres mallas más: 1) la malla M5 se compone de elementos en los borde de 5 cm de lado, aumentando a 7 cm, 10 cm, y 12 cm hacia la zona media del dominio, para distribuirse de manera uniforme en el campo restante; 2) la segunda malla M4b se compone de elementos cuyo tamaño es el doble de los de la malla M5; y por último 3) la malla M6 con elementos de la mitad del tamaño de los elementos que componen la malla M5. La Figura 3.7 siguiente muestra una sección transversal del canal de aforo a 2 metros aguas arriba de la pasarela para las distintas mallas arriba mencionadas.

Figura 3.7.- Sección transversal del canal de aforo a 2 metros aguas arriba de la pasarela. Vista de las mallas para implementar el modelo numérico en tres dimensiones.

La Figura 3.8 y Figura 3.9 comparan los perfiles verticales de la velocidad longitudinal del flujo en la línea central y la velocidad longitudinal del flujo a lo ancho del canal de aforo respectivamente, para las simulaciones numéricas realizadas con las condiciones experimentales de la campaña 2. La similitud del comportamiento del flujo entre las mallas M5 y M6 indica que ya no es necesario continuar refinando la malla.

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Figura 3.8.- Perfil vertical de la velocidad longitudinal del flujo en el centro del canal de aforo para una sección ubicada 2 metros aguas arriba de la pasarela. La cota de fondo está a cota 0.58m.

Condiciones de flujo presentes en la campaña de medición 2.

Figura 3.9.- Perfil transversal de la velocidad longitudinal del flujo en el de canal de aforo para una sección ubicada 2 metros aguas arriba de la pasarela y a una profundidad de 0.60 m de la

superficie. Condiciones de flujo presentes en la campaña de medición 2.

La Figura 3.10 y la Figura 3.11 comparan los valores obtenidos energía cinética turbulenta de las simulaciones realizadas en tres dimensiones para las condiciones

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de flujo presentes en la campaña 2, tanto en profundidad como a lo ancho del canal de aforo respectivamente. Los valores de energía cinética turbulenta a lo alto de la columna de agua (Figura 3.10) difieren un poco entre las simulaciones de la malla básica M4 y el resto de las mallas (M4b, M5 y M6). Al igual que en el análisis de la velocidad longitudinal del flujo, la similitud del comportamiento del flujo entre las mallas M5 y M6 indica que ya no es necesario continuar refinando la malla. La Figura 3.11 indica el mismo comportamiento a lo ancho del canal de aforo.

Figura 3.10.- Perfil vertical de la energía cinética turbulenta del flujo en el centro del canal de aforo para una sección ubicada 2 metros aguas arriba de la pasarela. La cota de fondo está a 0.58 m.

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Figura 3.11.- Perfil transversal de la energía cinética turbulenta del flujo en el de canal de aforo a una profundidad de 0.6 m para una sección ubicada 2 metros aguas arriba de la pasarela.

Condiciones de flujo presentes en la campaña de medición 2.

El análisis de sensibilidad de las variables medias del flujo a medida que aumenta la resolución de la malla permitió definir el mallado M5 como óptimo del dominio cuya resolución es la necesaria para la caracterización numérica del flujo objeto de este trabajo.

La malla finalmente utilizada se conformaba por 339376 hexaedros. La convergencia a la solución del flujo demoró 6605 segundos. El cálculo se realizó paralelizado en 4 cores de un procesador Intel® Core™ i3 de primera generación.