Interacción entre modelación física y numérica para el diseño de obras hidráulicas y validación de simulaciones CFD

Abstract

Los modelos físicos constituyen una poderosa herramienta para el diseño y optimización de obras hidráulicas de gran envergadura y complejidad en lo referente a su implantación y funcionamiento. En la etapa de proyecto permite visualizar el funcionamiento de la futura obra ante las condiciones de diseño previstas, así como, otras más desfavorables para su estabilidad o buen funcionamiento, debido a que se controlan ciertos parámetros que hace posible modelar escenarios que en prototipo, tienen una probabilidad de ocurrencia muy pequeña, como una crecida máxima probable (CMP) o que directamente no deseamos que ocurra, como fallas o rotura de las obras. En la evaluación de obras ya construidas que presentan problemas de diseño o funcionamiento, nos ayuda a representar y analizar con mayor detalle, dichos problemas, para determinar la solución más conveniente, teniendo en cuenta que la intervención de obras en funcionamiento, es compleja e involucran a diversos factores que muchas veces escapan a lo netamente técnico. En la actualidad debido al avance de la tecnología, se tiene acceso a modelos numéricos de alta prestaciones, que nos permiten realizar los mismos análisis que en los modelos físicos, pero sin requerir de instalaciones físicas importantes. Debido a la complejidad de los fenómenos hidráulicos su representación numérica requiere formulaciones que deben ser validados con datos experimentales o de prototipo para tener resultados confiables y así poder combinar ambos modelos en búsqueda de soluciones optimizadas. El objetivo de este trabajo es demostrar la utilidad de un modelo físico para el diseño y optimización de una central hidrocombinada, y su utilización para la validación de las simulaciones CFD (computational fluid dynamics).

The physical models constitute a powerful tool for the design and optimization of complex hydraulic works on operation and implementation. In the project stage it allows to visualize the operation of the future work with the expected design conditions, and others more unfavorable conditions for it stability or good functioning, because we can controlled certain parameters that makes it possible to model scenarios that in prototype has a low probability of occurrence such as a probable maximum flood (PMF) or other that we don´t want to happen, such as damages or collapse of the structure. For the evaluations of existing works with design or functioning problems the physical models allow us to find optimized solutions. Currently due to the advancement of technology, we have access to high-performance numerical models, which allow us to perform the same analyzes as in physical models, but without large facilities. Due to the complexity of hydraulic phenomena, its numerical representation requires formulations that must be validated with experimental or prototype data. The objective of this work is to demonstrate the utility of a physical model for the design and optimization of a hydro combined power plant, and its use for the validation of CFD simulations.