Análisis comparativo del diseño hidráulico del desvío de cauces con túnel, mediante teoría básica y la herramienta computacional Hec Ras

Ortiz Pérez, Fernando Javier | 2020

In the state-of-the-art design of tunnel-type diversion works for channels in the construction of dams, the hydraulic design of this type of works is commonly carried out using spreadsheets programmed with the basic design theory and physical modeling of the work. . The present work sought to compare the results obtained with the analysis of the basic theory and the use of the Hec-Ras computational tool. For this, the basic theory of diversion tunnel design and the fundamental concepts used by the Hec-Ras computational tool are initially described.

Comparación de los resultados de la modelación física y numérica de la obra de seguridad de la presa Cantarrana

Páez Trujillo, Ana María | 2015

Con el fin de evaluar los resultados disponibles de modelación física del vertedero de la presa Cantarrana, desarrollada en el laboratorio de hidráulica de la Escuela Colombiana de Ingeniería, se construyó el modelo matemático de dicha estructura, haciendo uso de software Fluent 15.0 De acuerdo con la disponibilidad de datos de la modelación física, se llevó a cabo la simulación matemática del caudal de diseño de la estructura y de los caudales 1.18 l/s y 3.00 l/s. Se emplearon como criterios de verificación la profundidad de lámina de agua sobre la cresta del vertedero, el coeficiente de descarga del vertedero, el perfil de flujo sobre la rápida de descarga y la trayectoria del chorro después del salto de esquí. Adicionalmente, se evaluó el comportamiento en general del flujo durante el tránsito por la estructura. Con los resultados obtenidos en ambos modelos (físico y matemático), se evaluó la correspondencia entre los mismos, buscando identificar aquellos datos que mejor se ajustan al comportamiento real de la estructura, además de las posibles casusas de la disparidad observada, entre los resultados evaluados.

Control de escorrentías urbanas mediante pozos de infiltración: aplicación práctica a un tramo del colector de aguas lluvias de la localidad de Fontibón, Bogotá D.C.

Cubides Castro, Elkin Duván | 2016

El presente documento de investigación pretende demostrar la importancia del manejo de sistemas de drenaje urbano alternativos con el fin de aminorar los picos de tormentas que se presentan en un determinado sector, teniendo en cuenta que a nivel general se presentan fenómenos de inundaciones por obstrucciones o aportes no tenidos en cuenta al momento del diseño en los colectores que hacen parte del sistema de alcantarillado pluvial. Para este fin se analizarán herramientas computacionales y parámetros de diseño de algunos elementos de control (LID).

Generación espacial de series sintéticas de lluvia

Guayara Calderón, Leonardo Andrés | 2019

Se presenta la aplicación al medio colombiano de modelación de lluvia con alta resolución temporal e interrelacionada espacialmente empleando el modelo estocástico Neyman-Scott. El modelo considera que las lluvias se presentan según un proceso de Poisson, cada lluvia está compuesta por discos que representan celdas de lluvia cuyos centros están distribuidos sobre el área siguiendo un proceso de Poisson espacial; las celdas tienen radio, duración e intensidad aleatorias según distribuciones de probabilidad asociadas con las características físicas del proceso, y la intensidad se mantiene constante en el área ocupada por el disco durante la vida de la celda. El modelo, se calibra siguiendo la metodología descrita en Cowpertwait et al (2002) con 11 años de información horaria registrada en 4 pluvios para la cuenca del Río Tunjuelo en la ciudad de Bogotá, mediante la obtención del conjunto de los parámetros que definen las distribuciones de probabilidad empleadas por la teoría para describir la ocurrencia y comportamiento de la lluvia en dicha zona. Con el modelo calibrado se procede a la generación estocástica de series de lluvias sintéticas simultáneas en todos los pluvios del área de interés y finalmente se proponen mecanismos para estimar el grado de preservación de los estadísticos entre las series observadas y los conjuntos de series sintéticas estocásticas generadas. Se encontró que para algunos periodos, el modelo puede generar series sintéticas con buen grado de representatividad a pesar de la poca densidad espacial de registros y la escasa longitud de los mismos.

Guía metodológica para el análisis de la gestión de embalses. Caso de estudio embalse la copa.

Sanabria Ayala, Jorge Andrés | 2019

This document was developed as a contribution to manage the problematic related to availability and control of water on regulated basins, during wet or dry hydrologic periods. The main purpose of this document is to develop a methodology to study and manage reservoirs through quantitative methods. A suggested process to construct a reservoir simulation model employing the HEC-ResSim software is analyzed through a case study. The process will allow to improve the operation for a given reservoir (whether it is projected or existing) with the definition of the optimal reservoir guide curve. To achieve this objective secondary processes are carried out, some of those are: continuous hydrological modeling (employing HEC-HMS with SMA as the loss method) which, after its calibration, will provide with annual time series of daily average discharge; the construction of a 2D-hydrodynamic model (using HEC-RAS 2D) which will allow to know the benefits of reservoir regulation when modeling the current and the optimal operation situations; and all the complementary processes necessary to build those models. La Copa reservoir is selected as the case study, it is located between the cities of Tunja and Paipa, in the department of Boyaca, Colombia. La Copa reservoir’s release form the Tuta river. After being discharged from the reservoir, the Tuta river confluences with the Jordán river to become the Chicamocha river, which supplies water to an irrigation district. It is important to mention the Jordán river is also regulated by La Playa reservoir; however, the study of this reservoir is out of the scope of this research. Determination of the guide curve is a key step in order to achieve a reservoir’s optimal operation, this is because both field reservoir operation and reservoir simulation (using the software HEC-ResSim) are function of the reservoir guide curve. In this study, several methodologies to determine a system’s guide curve are proposed, those curves are modeled and their results are compared. This is done without disregarding alternative methodologies that can give a better guide curve. For the case study, numerous guide curves were found using different methodologies; however just four of them were selected to make the comparison. The curves were tested through the analysis of the reservoir simulation results; a quantification of the excess and deficit volumes were conducted based on the simulated releases. Finally, a guide curve was selected for La Copa reservoir being the one which minimizes the excess and deficit water volume in both dry and wet hydrological conditions.

Hoja de calculo programada para el diseño de una estación de bombeo de agua residual con base de datos de bombas sumergibles

Corredor Santos, Julie Carolina | 2014

A good design of a wastewater or rainwater pumping station requires a lot of time and effort on the part of the designer to find enough alternatives that define an optimal design in terms of the equipment to be installed. Therefore, the present project shows the development of a spreadsheet for the design of a wastewater or rainwater pumping station which in turn has a database of submersible pumps that can be used in this type of seasons. Within the applications of the spreadsheet is to indicate which are all the pumps (of the created database) that work for some input data of the project and, additionally, it presents an optimization module to determine which is the equipment optimal design and the most economical drive line for the project.

Identificación de reglas de operación óptimas de embalses para el control de inundaciones a partir de modelos de operación. caso de estudio: Cuenca del Río Yuna en República Dominicana

Tami Riveros, Carlos Alfredo | 2020-11-12

This study addresses the use of computational tools in order to obtain optimal operating rules for the Hatillo reservoir (Dominican Republic), mainly considering the purpose of reducing flooding downstream of the dam without affecting its other uses (hydroelectric generation and irrigation for agriculture). Because it is a multipurpose reservoir, the problem is posed under a multiobjective approach, where the use of evolutionary algorithms (optimizers) is explored, together with approximation functions of Artificial Neural Networks, Radial Basis Networks and linear functions (Operational Models parametric) for the direct search of the operational rules. The proposed operational models were developed for the available information that includes a period of 10 years (2009-2019), on a daily level, the controlled discharges from the reservoir were defined from the approximation functions, which receive as inputs the system status variables (reservoir level, inflows, previous outflows), likewise, the system's own physical components are used to define the restrictions of controlled discharges, reservoir operation limits, and to define uncontrolled releases. On the operational models, the optimization algorithms were applied to obtain the optimal operational rules, the parameters of the approximation functions being the decision variables of each model. The optimization algorithms used were the Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) and Multiobjective Evolutionary Algorithm Based on Decomposition (MOEA / D), the previous process was carried out in JMETALPY, a multiobjective optimization environment developed in Python. The results obtained show that it is possible to reduce the peaks of the reservoir discharge hydrographs and therefore the magnitude of downstream floods by applying the operational rules obtained from the optimization of the operational models. For this particular case, it was found that the approximation functions of Neural Networks and Radial Basis Networks allow to adequately parameterize the reservoir's operating rules since they can generate patterns or complex shapes that normally cannot be built by other functions, such as, linear functions. The optimization results show that artificial Neural Networks are better adjusted than the other methods for this case study, being the NSGAII the optimization algorithm that has the best performance in terms of computational time and optimization results.

Metodología para la implementación de reservorios como amortiguación de caudales pico en sistemas de drenajes de aguas lluvias

Ruiz Perilla, Iván Darío | 2014

El desarrollo de las ciudades viene dado en ocasiones por una expansión urbana,siendo necesaria la ocupación de zonas o áreas que estaban destinadas anteriormente a la agricultura o que han sido simplemente rurales.La ocupación de estas zonas genera cambios en el comportamiento hidrológico delas cuencas a las que pertenecen, afectando el drenaje y la escorrentía pluvial,ocasionada por el uso del suelo, pasando de superficies cubiertas de pastos o bosques, a superficies lisas compuestas por asfalto o concreto, lo cual influye a su vez en los caudales de descarga; sin embargo estas zonas urbanizables, muchas veces se presentan en terrenos o topografías relativamente planas, que dificultan el drenaje y la evacuación del agua estancada, producto de intensas lluvias y de sistemas como alcantarillados y/o canales que no cuentan con la capacidad de servicio necesaria para cumplir con su función, viéndose este fenómeno representado en inundaciones o anegaciones que afectan la salud humana y causan daños en la propiedad.Como respuesta a estos eventos de inundación se han desarrollado diferentes técnicas para el manejo de la escorrentía pluvial y/o el drenaje superficial, que se deben tener en cuenta desde la planeación del crecimiento de las ciudades; dentro de ellas la implantación de reservorios es una alternativa funcional ya que sirve como almacenamiento y des-aceleración de la escorrentÍa superficial, y permite reducir la magnitud de los caudales pico de descarga, lo que también se traduce en la reducción de las dimensiones en la conducción que transporta estos caudales pico aguas abajo y poder realizar descargas en periodos superiores a 24 horas.

Modelación de flujo en 3-D en procesos de mezcla rápida en plantas de tratamiento utilizando OpenFOAM

Aponte Pérez, Sebastián Alonso | 2017

Se llevó a cabo el estudio del comportamiento del agua en un tanque de mezcla rápida con una hélice tipo Rushton de seis aletas empleando la dinámica de fluidos computacional por medio del software OpenFOAM. En el estudio fueron analizadas la velocidad axial, energía cinética turbulenta, tasa de disipación de la energía cinética turbulenta, presión y esfuerzos cortantes presentes en el tanque para una velocidad de rotación constante de la hélice. Se emplearon tres grados de refinamiento de mallas estructuradas, esquemas numéricos de primer y segundo orden, y cuatro modelos de turbulencia distintos. Los resultados se validaron con valores obtenidos en laboratorio y modelaciones previas. Por medio de la modelación se constató que se puede caracterizar el comportamiento del fluido por medio de la dinámica de fluidos computacional. Adicionalmente, el estudio permitió establecer 1) que el refinamiento de las mallas tienen gran influencia en la precisión de los datos obtenidos, a mayor grado de refinación se obtienen mejores resultados, 2) los esquemas numéricos de segundo orden presentaron resultados más precisos que los obtenidos en los esquemas de primer orden y 3) los modelos de turbulencia presentan diferencias poco significativas en la precisión de los datos obtenidos.

Modelación hidrodinámica bi y tridimensional de dos canales con disipador de energía del laboratorio de la Escuela Colombiana de Ingeniería utilizando ANSYS FLUENT

Mora Uscátegui, Jorge Alejandro | 2017

El presente estudio trata de la modelación de la dinámica de fluidos computacional (CFD por sus siglas en ingles) de dos estructuras hidráulicas. La primera parte de la modelación corresponde al canal llamado “ECI No. 2”, el cual contiene una estructura de transición llamada “disipador de energía”, donde se modeló el perfil de lámina de agua con el modelo 1D de Runge Kutta y la herramienta de simulación dinámica computacional ANSYS FLUENT 2D y 3D. Se utilizó el modelo de volumen de fluidos VOF para modelar la interfase de las fases agua y aire. El modelo utilizado para modelar flujo turbulento es el “Baseline (BSL) k-w” en flujo permanente. Se tuvieron en cuenta otros submodelos de discretización para resolver las ecuaciones de continuidad y cantidad de movimiento. Los resultados fueron comparados y analizados con mediciones realizadas en el modelo físico para una serie de caudales en la sección central longitudinal del canal, ejecutando actividades de verificación y validación. Se eligió los modelos 1D y 2D como la representación de un caso ideal (sin contemplar flujos en dirección transversal) y los modelos en 3D como los mejores por su representación más aceptable a la realidad. Además, se realizaron análisis complementarios a modelaciones de dos topologías a las cuales no se pudieron medir (canal sin disipador de energía y sin rampa, canal con disipador de energía y sin rampa), realizando modelaciones comparativas de alturas de lámina de agua, energía mecánica, simetría del flujo (distribución de flujos primarios y secundarios, coeficiente de fricción y líneas de corriente) y distribución de la velocidad y presión. La segunda parte de la modelación corresponde al canal llamado “ECI No. 1”, el cual cuenta con un tanque de amortiguamiento y un canal rectangular con un vertedero aguas abajo. Esta estructura hidráulica fue modelada en flujo no permanente por primera vez por Arenas Amado (2002) con modelos 1D en flujo no permanente y comparados con mediciones de presión registradas por transductores. Esta información fue utilizada para el presente estudio para modelar con ANSYS FLUENT 2D utilizando el modelo VOF y el modelo de turbulencia “k-e Realizable”. Se realizó comparaciones con los datos medidos y modelados con el método de las características explícitas en el estudio de referencia. En el análisis de resultados se encontró similitudes al comparar con los resultados de la presión estática, pero con mejores resultados al compararlos con los resultados del nivel de agua modelado con ANSYS FLUENT. Adicionalmente, se realizó un análisis del transductor cercano al vertedero con respecto a la distribución de la presión desde el punto de vista teórico y los resultados de las modelaciones, encontrando que los registros de este transductor no representan el nivel de la lámina de agua.

Modelación numérica de estructuras hidráulicas 3D en Ansys – Fluent. Caso de estudio aliviadero el Ejido

Mogollón Mogollón, Fernando | 2018

Modelación numérica en el software Ansys Fluent, aplicando la mecánica de fluidos computacional con el fin de analizar y evaluar el comportamiento hidráulico de la estructura y del flujo, ante diferentes escenarios donde se evalúan variables como la velocidad, la presión, esfuerzos cortantes, perfiles de flujo y las lineas de corriente.

Modelo hidrológico distribuido basado en procesos hidrológicos TACD2. aplicaciones a las cuencas de brugga y de coello

López Rozo, Nicolás Antonio | 2019

Los procesos hidrológicos de una cuenca hidrográfica deben ser entendidos de manera adecuada como fase preliminar para la concepción y ejecución de planes, programas y proyectos enfocados a la óptima utilización del potencial hídrico y productivo de una cuenca. Para este fin, se suelen crear modelos hidrológicos que representen las principales variables de la cuenca mediante diferentes metodologías. La modelación hidrológica, al tratar la tarea de predecir el comportamiento de una cuenca, debe afrontar varios retos, entre los cuales se encuentran: escoger el modelo que mejor representa los fenómenos ocurridos en una cuenca determinada; tener en cuenta la posible incertidumbre sobre los datos de entrada; escoger los valores adecuados para los parámetros del modelo; seleccionar una función objetivo adecuada para la calibración. En el presente trabajo se desarrolló un nuevo modelo hidrológico distribuido basado en procesos hidrológicos, con el fin de permitir una representación diferente de la hidrología de una cuenca que pueda ser útil para ciertas cuencas. El modelo hidrológico TACD requirió ser actualizado mediante el Framework para Python de PCRaster. Posteriormente, se verificó la veracidad de esta nueva versión actualizada con la versión original, mediante es estudio de la cuenca original, la cuenca de Brugga, en el suroeste de Alemania. Las pruebas de validación mostraron que la versión actualizada (TACD2) representa fielmente al modelo original (TACD), con diferencias mínimas. Luego se realizó la adaptación del modelo hidrológico distribuido TACD2 a la información disponible en la cuenca del río Coello, sobre la cual se llevó a cabo un proceso de calibración. Los resultados de la calibración fueron exitosos pues mostraron que, para la serie de caudales observados en la estación Payandé de la cuenca de Coello, el modelo representó aceptablemente el caudal observado conservando la tendencia de la serie. No obstante, el costo computacional del modelo no permitió validar diferentes métricas de bondad de ajuste o diferentes esquemas de calibración.

Niebla como fuente alternativa para suministros de agua

Soriano Mateus, Manuel Antonio | 2015

Presentación estándar para diseño hidráulico de alcantarillas

Bejarano Caballero, Ricardo | 2017

At the national level, there is a contrast between the hydraulic design for urban sewage and the hydraulic road design, where, for the first case, standard formats are used, endorsed and suggested by some entities providing public services in order to guarantee the quality of the designs, and streamline and give reliability to the review by the supervisor; the second case, various formats developed by the designer are used, based on methodologies and models endorsed in the Road Drainage Manual of Invías, so that if, in the opinion of the supervisor, information must be included or deleted in the data presentation and results, greater time is generated in the execution of the designs for such projects. Due to the above, based on the theory presented in the Road Drainage Manual of Invías and the requeriments in road projects, a standard format is proposed for the presentation of the hydraulic design of minor culverts, from hydraulic diagnosis and evaluation of the existing culverts, to the dimensioning of the culverts required for the correct drainage of the road corridors, with optimal results of application for the inlet control condition; for the outlet control condition, differences were obtained due to the characteristics and conditions that are present when the culverts as a closed pipe and in some cases with partially filled flow, but this not altering the criterion design of inlet flow control or outlet flow control.

Propuesta metodológica para la definición del límite de la ronda hidráulica de la cuenca media del río Magdalena.

Gaitán Campos, Jorge Eliecer | 2016

El Código Nacional de Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente, Ley 2811 de 1974, es la normatividad colombiana actual que determina los lineamientos para establecer el límite de la ronda hidráulica de los cauces naturales. Se encontró que no existe un procedimiento y presenta ambigüedad en los conceptos técnicos hidráulicos. De acuerdo a lo anterior, se propone el desarrollo de tres aspectos metodológicos, geomorfología, dinámica fluvial e hidrología - hidráulica, para la definición del límite de la ronda hidráulica de la cuenca media del río Magdalena, seleccionando como prueba piloto el tramo comprendido entre San Luis y Barrancabermeja. El cálculo del caudal formador de cauce en el sector de prueba, arrojó un resultado de 4.000 m3/s. Generalmente el caudal formador de cauce se asimila al caudal que representa al nivel de agua que se encuentra inmediatamente antes de presentarse inundación o desborde, generalmente se supone que tienen un periodo de retorno de 2.33 años, pero no es conveniente establecer un único caudal para todo un río, se debe determinar el valor dependiendo si la corriente de agua se está desarrollando sobre una cuenca alta, media o baja.

Restauración ecohidráulica del río Tejar en el municipio de Chocontá, Cundinamarca

Hernández Quinchara, Ana Milena | 2020-11

Los ríos tienen una importancia estratégica tanto para la biodiversidad del país como para la sociedad, su adecuada gestión exige analizar desde diferentes enfoques su estructura y funcionamiento como la fase preliminar para establecer planes, programas o proyectos en este caso de restauración. Para este propósito, esta investigación se centra en describir y aplicar algunas de las principales técnicas y conceptos de la ecohidráulica relacionados con los procesos físicos, químicos y biológicos del ecosistema del Rio Tejar, ubicado en el municipio de Chocontá Cundinamarca. Esta investigación presenta la aplicación y análisis comparativo de las herramientas computacionales IberHABITAT y HEC EFM aplicadas para la evaluación de los cambios del régimen de flujo bajo el escenario de diseño de restauración propuesto. Para la aplicación del software HEC EFM se establecieron diferentes relaciones funcionales que permitieron vincular las características de los regímenes de flujo con elementos del ecosistema a través de consultas estadísticas y geográficas para analizar las conexiones entre hidrología y ecología. Por su parte, el software IberHábitat se aplicó para evaluar la idoneidad del hábitat físico de la especie Oncorhynchus mykiss (Trucha arcoíris), para sus tres estadios de desarrollo, en función de dos variables hidráulicas (profundidad y velocidad).

Técnica de reducción de escala estadística basada en la teoría del caos: aplicación y desempeño en la cuenca del río Bogotá

Duarte Prieto, Freddy Santiago | 2017

En el presente trabajo se introduce una nueva técnica de reducción de escala estadística basada en los conceptos de caos determinístico y sincronización de sistemas dinámicos, así como su aplicación y desempeño en la cuenca del rio Bogotá. Dos fuentes de información climáticas fueron utilizadas en el proceso con diferentes intervalos de acumulación: la primera corresponde a 47 estaciones Pluviograficas del IDEAM, (1970-2016, diarios) y la segunda se deriva de la información del modelo climático global MPI-ESM-MR con una resolución espacial de 1.875° x 1.875° a resolución diaria. Estas series de tiempo se utilizaron para reconstruir el espacio de fase mediante el método de los retardos (Method of Time-Delay), que encuentra los valores apropiados del tiempo de retardo ?? (˜4) y la dimensión del plano de fase m (˜6) para capturar la dinámica del atractor. Esta información fue utilizada para calcular los exponentes de Lyapunov y evaluar la presencia de caos determinístico. Posteriormente, se crea un modelo predictivo basado en la sincronización general de los dos sistemas dinámicos y la función del parámetro µ de los vecinos falsos mutuos más próximos. Finalmente, se comparan mediante diferentes medidas del error los resultados obtenidos con otras técnicas de reducción de escala estadística. Como resultados de esta investigación se obtienen: la identificación de un intervalo de acumulación óptimo para la predictibilidad del sistema dinámico (5 días), la identificación de la leve presencia de sincronización entre los sistemas dinámicos y una técnica de reducción de escala adecuada para valores medios.