Considerando los objetivos planteados en este trabajo de memoria las conclusiones al diseño y construcción del equipo son las siguientes:
Se construyó un nuevo canal hidráulico para el Laboratorio de Hidráulica del Departamento de Obras Civiles, en el cual poder estudiar tres estructuras hidráulicas de derivación de caudal que son, compuerta lateral, vertedero lateral y rejilla de infiltración. El canal es de acrílico, de 4 [m] de largo, con una sección transversal de 15 [cm] de base por 25 [cm] de altura. La bomba recirculadora es capaz de bombear al canal un caudal entre los 0,5 [L/s] y los 9,7 [L/s] y el sistema de cambio de pendiente es capaz de variar la pendiente del canal entre un -0,5% y un 5%.
Se construyó un sistema que permite variar la geometría del vertedero lateral del canal por medio de piezas con diferentes combinaciones de altura y largo del vertedero, las cuales es posible montar y desmontar en el canal. Se construyeron 14 piezas capaces de funcionar por separado como un vertedero lateral en el canal, cuyas dimensiones de vertedero incluyen 4 largos diferentes de 30, 40, 50 y 60 [cm] y 4 alturas diferentes de vertedero de 3, 6, 10 y 15 [cm], esto le otorga al vertedero lateral la versatilidad deseada para su uso en docencia de acuerdo a los objetivos del proyecto.
Se concluye respecto al diseño y construcción del canal, que existen limitaciones para su uso en investigación, requiriendo validación de sus resultados en modelos físicos de mayores dimensiones por lo cual esto es una desventaja, pero por otro lado el canal construido cumple con otro objetivo importante que es su aporte a la docencia en los temas que abarca su infraestructura, específicamente en el aspecto de vertederos laterales el canal permitirá a los alumnos aprender de manera didáctica la teoría, los modelos, el diseño el comportamiento hidráulico e incluso el correcto procedimiento científico y consideraciones que se deben tener para realizar la experiencia de laboratorio de manera correcta, por lo cual el equipo aporta un valor útil que traerá beneficies en la formación, docencia e incluso investigación permitiendo realizar nuevos trabajos de título como este utilizando el equipo.
Se concluye que la construcción de equipos propios por parte del Departamento, a pesar de significar un proceso más arduo y prolongado, es considerablemente más económico al mismo tiempo que se vuelve una experiencia enriquecedora y desafiante desde el punto de vista ingenieril para aquellos que forman parte del proyecto y se
enfrentan al problema de diseñar y construir un equipo que sea capaz de suplir las expectativas y requerimientos considerados.
Respecto a los resultados obtenidos en el presente estudio se concluye lo siguiente:
Se estudió cualitativamente en el vertedero lateral el comportamiento hidráulico de los perfiles de flujo de tipo subcrítico, supercrítico y mixto, los que de acuerdo con la literatura corresponden a los tres tipos de perfiles de flujo posibles en un vertedero lateral. Se concluye que el comportamiento hidráulico observado para cada perfil, concuerda con lo presentado en la literatura, existiendo un aumento gradual del perfil hidráulico para el caso de régimen subcrítico, un decrecimiento gradual en el caso del régimen supercrítico, y un resalto hidráulico dentro de la longitud del vertedero para el caso del régimen mixto.
Considerando los ensayos realizados para vertedero de pared intermedia con flujo subcrítico en el vertedero se concluye:
De las mediciones realizadas para las alturas de escurrimiento al inicio y al final del vertedero y caudales de entrada y salida del canal se concluye que el equipo construido es funcional para llevar a cabo experiencias docentes de laboratorio, en los cuales el proceso de medición sea una parte relevante, realizada con un enfoque adecuado de tal forma de generar datos apropiados que permitan generar conocimiento respecto al comportamiento hidráulico de los vertederos laterales, pero dadas las propias limitaciones del canal tanto por sus dimensiones como por su capacidad experimental se recomienda que su uso para investigación científica y resultados sean debidamente verificados, con resultados obtenidos en instalaciones experimentales o modelos físicos más apropiados para esto, es decir, de dimensiones y capacidades mayores.
El método de Domínguez y de De Marchi, son modelos para vertedero rectangulares cuyas ecuaciones permiten modelar el comportamiento hidráulico de los vertederos laterales y estimar su caudal vertido, y ambas dependen de un coeficiente de descarga del vertedero. A partir del procedimiento de desarrollo de ambos métodos y del cálculo involucrado se concluye que el método de Domínguez es un método considerablemente más simple y rápido para estimar el caudal vertido por un vertedero lateral, debido a que solo depende de las condiciones aguas abajo del vertedero. De los resultados de los coeficientes de dispersión obtenidos para cada modelo tanto en la etapa de desarrollo como en la etapa de validación se concluye que el método de Domínguez es más preciso y estable para estimar el caudal vertido sobre el vertedero lateral. A pesar de que ambos métodos presentan un mayor error al estimar el coeficiente de descarga y caudal vertido sobre los vertederos de pared con altura de 6 [cm] los errores obtenidos mediante el método de De Marchi son mayores en un porcentaje medio de un 0,53% para el grupo de datos de validación.
Los mayores errores obtenidos en los vertederos de altura 6 [cm] se atribuyen a una variación significativa del comportamiento de la velocidad y la presión sobre el umbral
del vertedero de pared intermedia, para paredes de menor altura, provocando un cambio en el comportamiento de la napa y de la descarga. Esto sería necesario verificarlo construyendo vertederos de pared delgada y comparando los resultados obtenidos, ya que en este trabajo estas conclusiones son sacadas a partir solo de resultados implícitos al comparar los modelos aquí propuestos con otros modelos desarrollados para estimar el coeficiente de descarga en vertederos laterales de pared delgada.
Se propone la ecuación (7.3) para estimar el coeficiente de descarga de la ecuación de De Marchi y la ecuación (7.4) para estimar el coeficiente de descarga de la ecuación de de Domínguez. A partir de los resultados obtenidos al comparar con los valores observados del coeficiente de descarga los resultados estimados por ambos modelos, se concluye que las ecuaciones propuestas entregan resultados aceptablemente precisos para estimar y predecir el coeficiente de descarga del vertedero lateral del canal construido. Además a partir de los resultados de la validación de las ecuaciones se concluye que los modelos son capaces de estimar con una precisión aceptable el caudal vertido para condiciones diferentes a las del set de datos de desarrollo, sin embargo para poder proponer estás ecuaciones como modelos de uso en diseño se concluye que es necesaria su validación con sets de datos más robustos obtenidos a partir de mediciones preferentemente hechas en terreno o en modelos con capacidades aún mayores, debido a las limitaciones propias del modelo físico utilizado para su desarrollo, sin embargo estas si son propuestas para su uso en las experiencias de laboratorio a nivel docente utilizando el canal construido.
Propuestas de mejoras para el equipo
Se considera necesario incorporar en el equipo un aquietador a la entrada del canal, que disminuya las fluctuaciones superficiales del flujo, con el fin de disminuir la incertidumbre de la medición de las alturas de escurrimiento en el canal, una vez hecho esto se propone comparar los resultados para verificar cuan afectadas estaban las mediciones realizadas en el presente estudio al no contar con el aquietador, este equipo es importante si se quiere realizar mediciones de flujo supercrítico en el vertedero lateral, ya que las fluctuaciones son mayores al tener un régimen de torrente.
Se propone mejorar la medición del caudal de salida del canal, calibrando el vertedero frontal ubicado al final del canal, o implementando un sistema de sensores para medir el tiempo transcurrido al cambiar el nivel en el estanque, esto es importante ya que las mayores magnitudes de incertidumbre se obtuvieron en el cálculo del caudal de salida. Propuestas de estudios futuros
Se propone diseñar vertederos de pared delgada con alturas de vertedero de 6 [cm] para modelar su comportamiento del coeficiente de descarga y compararlo con el de vertederos de pared intermedia de 1 [cm].
Se propone diseñar vertedero con entradas de arista redondeado para modelar el comportamiento del coeficiente de descarga y cuantificar la incidencia de la pérdida de energía ante un umbral con arista viva en el coeficiente de descarga.
Se propone diseñar vertederos con umbrales de mayor grosor, por ejemplo entre 1,5 a 3 [cm] y estudiar la incidencia del aumento del grosor en el comportamiento del coeficiente de descarga.
Se propone estudiar la incidencia de la pendiente en los resultados del coeficiente de descarga del vertedero lateral.
Se propone diseñar y construir vertederos con otras formas geométricas como triangulares o trapeciales para estudiar la influencia de la geometría del vertedero en el coeficiente de descarga.
Se propone construir un vertedero frontal aguas arriba del vertedero lateral, de tal forma de influenciar los flujos supercríticos y variar así sus alturas de escurrimiento, de tal forma de poder realizar mediciones del comportamiento del vertedero lateral en régimen supercrítico.