Diseño y análisis numérico de un separador de caudales con vertedero lateral inclinado

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Title: Diseño y análisis numérico de un separador de caudales con vertedero lateral inclinado
Authors: Remache Taipe, Edwin Mauricio
Carvajal Carvajal, Madeleine Lissete
Advisor: Heredia Hidalgo, Byron Andrés
Abstract: The verification of a designed structure by means of empirical concepts has been a recurrent practice in civil engineering. However, for best results, its performance must be verified by means of computational numerical models, which have been very useful in recent decades. The present paper analyzes empirically and numerically a flow separator with side weir arranged in a rectangular channel with variable width, proposed to discharge 70% of the circulating flow [Q=3 m3/s] for the case of subcritical-turbulent regime approach; while, for supercritical-turbulent regime it was chosen to discharge 40% of the same circulating flow. The study proposes to find in an empirical/analytical way the necessary length of the lateral weir capable of discharging the above mentioned for the two flow regimes in its approach. To verify its performance, a CFD computational numerical analysis is performed using FLOW 3D software. It was determined that for the subcritical-turbulent regime approach case an average of 55.39% and 54.52%was obtained; while for the supercritical-turbulent regime the weir discharges 65.37% and 58.47% of circulating flow. Based on the results, it is verified that a gradual change in the width of the rectangular channel notoriously helps the discharge through the weir compared to a lateral weir parallel to the flow.
Translated abstract: La verificación de una estructura diseñada mediante conceptos empíricos ha sido una práctica recurrente en la ingeniería civil. Sin embargo, para mejores resultados se debe verificar su funcionamiento mediante modelos numéricos computacionales que han sido de gran utilidad en estas últimas décadas. El presente artículo analiza empírica y numéricamente un separador de caudales con vertedero lateral dispuesto en un canal rectangular con ancho variable, propuesto para verter un 70% de caudal circulante [Q=3 m3/s] para el caso de acercamiento en régimen subcrítico-turbulento; mientras que, para régimen supercrítico-turbulento se optó por verter un 40% del mismo caudal circulante. El estudio propone encontrar de manera empírica/analítica la longitud necesaria del vertedero lateral capaz de descargar lo antes mencionado para los dos regímenes de flujo en su acercamiento. Para verificar su funcionamiento se realiza un análisis numérico computacional CFD empleando el software FLOW 3D. Se determinó que para el caso de acercamiento en régimen subcrítico-turbulento se tuvo un promedio de 55,39% para una inclinación de vertedero de 8 grados y 54,52% para una inclinación de 12 grados; mientras que para el régimen supercrítico-turbulento el vertedero deriva un 65,37% para una inclinación de 8 grados y 58,47% para 12 grados de caudal circulante. Basados en los resultados, se verifica que un cambio gradual en el ancho del canal rectangular ayuda notoriamente a la descarga a través del vertedero en comparación con un vertedero lateral paralelo al flujo, en especial si analizamos para un acercamiento en régimen supercrítico.
Keywords: INGENIERÍA CIVIL
DISEÑO EN INGENIERÍA
DISEÑO ESTRUCTURAL
ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS
ESTADÍSTICA
CAUDALES
Issue Date: Jul-2023
URI: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/25213
Language: spa
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