Indicadores de Vorticidad para la Clasificación de Vórtices Superficiales en Tomas de Agua

Resumen

El diseño ingenieril de tomas de agua debe considerar la entrada de aire, siendo la clasificación de vórtices superficiales un aspecto crucial. Esta clasificación, aunque inicialmente cualitativa, es esencial para el análisis de obras de captación utilizando modelos físicos. Sin embargo, el uso de modelos numéricos para abordar este problema implica costos computacionales elevados debido a la necesidad de una malla detallada para capturar la entrada de aire. Por otra parte, los modelos de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD, por sus siglas en inglés) permiten, con un costo computacional relativamente bajo, identificar estructuras coherentes de vórtices mediante indicadores como Lambda-2 o Criterio Q. Este trabajo analiza la correlación entre indicadores de estructuras de vórtices y la clasificación cualitativa de vórtices superficiales. Se simularon ensayos estudiados en modelos físicos para casos de vórtices con y sin entrada de aire. Para validar los resultados, se tuvo en cuenta la permanencia de los vórtices en el tiempo y el parámetro de circulación. Se observó que para Lambda-2 = 1, se identifican estructuras estables en el tiempo sin entrada de aire, mientras que para valores superiores a 4, los mismos se correlacionan con una situación de entrada de aire. En el futuro, se buscará evaluar la validez de estos umbrales de detección para cuantificar efectos de escala.