El modelamiento hidráulico

El Doctor Arturo Rocha F., experto en hidráulica experimental menciona «Cada vez que el ingeniero se enfrenta al problema de diseñar una estructura tiene que resolver armoniosamente un compromiso entre los aspectos de eficiencia, seguridad y costo, lo que implica establecer con un razonable grado de confianza la relación entre la estructura proyectada y el medio circundante. Los modelos matemáticos plantean soluciones con modelos idealizados, lo que permite simplificaciones importantes, que a su vez causan efectos que deben ser valorados mediante ensayos experimentales ya que muchos de los fenómenos que ocurren en la naturaleza y sobre todo dentro del campo de la hidráulica, son tan complejos que no es suficiente tratarlos únicamente con métodos matemáticos, por lo que es conveniente recurrir al empleo de técnicas experimentales» (Rocha , 2007).

El empleo simultáneo de ambas técnicas de investigación permite obtener  mejores resultados ya que el modelo matemático toma los resultados del modelo físico y viceversa, de modo que esta  interacción nos lleva a acercarnos al comportamiento real del fenómeno analizado. El uso de modelos físicos a escala reducida, llamados simplemente modelos hidráulicos, implica que éstos deben ser semejantes al prototipo (Estructura hidráulica que se va a estudiar), para lo cual debe satisfacerse las siguientes leyes de similitud:

• Similitud geométrica

• Similitud cinemática

•  Similitud dinámica

La similitud geométrica implica una relación constante entre cualquier longitud del prototipo (LP) y su correspondiente longitud en el modelo (Lm), esta relación se denomina escala de longitudes y se comparan homólogos sobre los cuales se precisan magnitudes tales como tiempo, velocidad, caudal, etc. Tomar en  cuenta la acción de fuerzas actuantes, tales como fricción, tensión superficial, peso, de inercia, etc. implica que la relación de fuerzas homólogas también debe ser constante, estableciéndose así la similitud dinámica de fuerzas. La similitud cinemática se refiere respecto a un movimiento, hay similitud en el movimiento tanto en el prototipo como en el modelo.

Por ejemplo, para describir matemáticamente como puede ser la inundación de una gran llanura, la bifurcación de ríos entrelazados, el comportamiento de estructuras transversales en un cauce, la confluencia de dos cauces, el flujo en un cauce ancho e irregular; una aproximación unidimensional ya no es representativa y por ello se emplean el análisis numérico bidimensional.

Todo modelador debe conocer:

• La realidad que está modelando (visita de campo).

• El problema que se quiere resolver.

• Las características y limitaciones de las herramientas numéricas.

• Cómo formular y especificar el problema en términos físicos y matemáticos.

• Cómo obtener información de campo o de la literatura.

• Definir los parámetros de los modelos (rugosidad, malla de cálculo, etc.).

• Validar, analizar e interpretar los resultados obtenidos.

• Difundir la información apropiada en función de su destinatario.

«La investigación en modelo debe ser un diálogo entre el diseñador y la naturaleza. En este diálogo el ingeniero investigador sirve como médium, cuya tarea es la de facilitar la comunicación entre aquel que tuvo que hacer un conjunto de suposiciones, y la probable reacción de la obra y de la naturaleza vistas a través del modelo».( Rocha , 2007)

«En el caso de modelos físicos, para justificar la investigación una grande razón es la tridimensionalidad. En un modelo el flujo es tridimensional.  Esta es una gran diferencia con respecto a la mayor parte de las fórmulas que se emplea en la Hidráulica, las que corresponden a modelos bidimensionales. Adicionalmente, el modelo permite apreciar el funcionamiento de la estructura en tres dimensiones» ( Rocha , 2007)

«Los modelos no resuelven todos los problemas que se presentan en el diseño de una estructura, sólo responde lo que se le preguntó y para lo que fue diseñado mediante la adopción de un apropiado Parámetro Característico de la Información. Del análisis teórico de este parámetro surgen las limitaciones que todo modelo tiene. El criterio ingenieril es el factor que soluciona los problemas en la hidráulica y se apoya mediante la experimentación utilizando modelos hidráulicos o técnicas computacionales» (Rocha, 2007)

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