Diseño y construcción de un canal de fondo variable para el laboratorio de Hidráulica de la PUCE
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Date
2021
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PUCE - Quito
Abstract
La humanidad siempre ha requerido para su desarrollo moldear el entorno de manera que las actividades se faciliten y optimicen, esto es válido también si se trata de la forma de transportar y utilizar el agua. Las obras hidráulicas tienen diversos propósitos, entre ellos –como se observará en el presente trabajo– el concerniente al transporte de agua a través de canales; estructura que se utiliza para llevar este recurso hacia zonas de cultivos, dotar de agua a poblaciones enteras, y la producción de energía al encauzar el flujo de esta hacia las hidroeléctricas. Los canales de agua nacen como una versión artificial de los ríos, con criterios y características convenientes para sus usuarios y beneficiarios. Para mejorar o modificar el comportamiento del flujo a lo largo de los canales, se implementan obras como vertederos, presas y compuertas. Estas estructuras hidráulicas permiten elevar el nivel del agua, disipar energía, retener volúmenes de agua y liberarla según la necesidad. Para el diseño hidráulico de dichas estructuras ha sido necesario incorporar diferentes y diversos conceptos, mediante investigaciones que se han realizado con el paso del tiempo, y el desarrollo de teorías y conceptos como el estudio del resalto hidráulico y la experimentación de las diversas formas de los vertederos, con la finalidad de traducir todo esto en ecuaciones válidas para el análisis de dichos fenómenos y comportamientos. Una de las principales herramientas para comprender los fenómenos hidráulicos es la aplicación del modelamiento hidráulico, lo cual implica reproducir a cierta escala el fenómeno a estudiarse, así como propiedades y condiciones equivalentes a las que se presentarían en la realidad. Se considera que el primer modelo de una estructura hidráulica fue el artificio de Juanelo en el año 1569, el cual era un mecanismo que permitía transportar agua hacia un punto elevado sin la necesidad de bombearlo (Echávez Aldape, 1996). Antes de su construcción, su inventor realizó un modelo que permitía comprender el funcionamiento e interacción de sus diversos componentes. Las estructuras por construirse en el modelo tienen como finalidad propiciar la formación del resalto hidráulico. El primero en observar de manera particular el fenómeno del resalto hidráulico fue el inventor y pintor Leonardo Da Vinci alrededor de 1500, sin embargo, no se profundizó en el fenómeno hasta el siglo XIX. En 1819, Giorgio Bidone, a través de su trabajo Experiences Sur Le Remou Et Sur La Propagation Des Ondes se documentó y estudió de manera más específica el fenómeno del salto hidráulico (Bhagat, Jha, Linden, & Wilson, 2018). Actualmente, se sigue estudiando este fenómeno a nivel de tesis doctoral por investigadores contemporáneos mediante la ayuda de software que permita analizar el comportamiento ante las oscilaciones y fluctuaciones no periódicas en el resalto a través del uso de herramientas informáticas avanzadas y un análisis fisicomatemático más profundo. Valiéndose de los diferentes conceptos mencionados, el presente trabajo de titulación pretende realizar el diseño y construcción de un modelo hidráulico para el estudio de canales de fondo variable y sus dispositivos. Actualmente, la carrera de Ingeniería Civil de la Pontificia Universidad Católica del Ecuador –PUCE–, busca una formación integral del estudiante en todas las ramas de la carrera; por lo tanto, se ha vuelto necesaria la implementación de un laboratorio de hidráulica en la Facultad de Ingeniería, para este fin se requiere de la incorporación de equipos, los cuales ayudarán a entender de una forma palpable los diferentes conceptos necesarios para una mejor comprensión de esta área de estudio. El modelo que se busca construir será parte de los equipos que conformen este laboratorio, siendo su principal función, demostrar de manera práctica la forma en la que operan los canales, compuertas, el resalto hidráulico, vertederos de Cimacio y disipadores de energía.
Description
Keywords
Canales (Ingeniería hidráulica), Construcción, Diseño estructural, Flujo de aguas, Universidades - Ecuador - Quito - Católica