Modelamiento numérico para mejorar la eficiencia de funcionamiento de las pozas disipadoras en ríos de alta pendiente: Caso de estudio Bocatoma San Pedro - Ayacucho

Abstract

El presente trabajo de investigación trata de la influencia de la inclinación de pozas disipadoras en la pérdida de energía en ríos de alta pendiente. Para ello, se tomó como caso de estudio la bocatoma San Pedro (Ayacucho, Perú). Se presenta el modelamiento numérico de la bocatoma en el software de dinámica de fluidos computacional, IBER, con el fin de obtener resultados hidráulicos en la estructura: tirante, velocidad, energía, Froude y tensión de fondo. El principal objetivo es mejorar la eficiencia del funcionamiento de las pozas disipadoras en ríos de alta pendiente. Asimismo, conocer las características hidráulicas del río San Pedro, que representa un flujo de alta pendiente. La metodología empleada fue la recoilación de información del caso de estudio, la cual fue validada con los resultados de los modelamientos en los programas HEC-RAS e IBER. Del mismo modo, se diseñaron 5 bocatomas con pozas disipadoras de distintas pendientes: 0%, 1.52%, 3.04%, 4.56% y 6.08%. Se modelaron en el software IBER y se exportaron los resultados a Excel. Estos modelos numéricos fueron validados mediante el Análisis de Sensibilidad. En consecuencia, se compararon los valores de energía aguas abajo de las distintas pozas propuestas. Finalmente, con los resultados del estudio se concluye que la poza disipadora de 3.04% es la más apropiada para el río San Pedro, pues pierde un 30% de energía más con respecto a la poza horizontal y reduce la velocidad en 4.9% en comparación a la poza de inclinación de 6.08%.

This research work deals with the influence stilling basin slope on energy loss in high slope rivers. Taking as a case study the water intake San Pedro (Ayacucho, Peru). Numerical modeling of water intake is presented in computational fluid dynamics software, IBER, in order to obtain the hydraulic results in the structure: hydraulic depth, velocity, energy, Froude and shear stress. The main objective is to improve efficiency of stilling basins operation in rivers with high slope. Also, know the hydraulic characteristics of the San Pedro River, which represents a high slope river. The methodology used was the collection of case study information, was validated with the results of modeling in the HEC-RAS and IBER programs. Similarly, five dissipation basins of different slopes were modeled: 0%, 1.52%, 3.04%, 4.56% and 6.08%. They were modeled in IBER software, and the results were exported to Excel. These numerical models were validated by Sensitivity Analysis. Consequently, the downstream energy values of the different proposed stilling basins were compared. Finally, the results of the study conclude that the 3.04% slope dissipative basin is the most appropriate for the San Pedro river, as it loses 30% more energy than the horizontal basin and reduces the velocity by 4.9% compared to the 6.08% inclined basin. This proposed stilling basins will feature an alphaizer on the End of the breakwater that will be calculated with Peterka's monograph shown in the bibliography.