The main focus of this study was to examine the head losses generated in hydraulic
tunnels by the elements presents on rings and segments (longitudinal and
circumferencial joints).
We used Comsol Multiphysics to compute different numerical analysis in 2D and 3D. The
results allowed us to analyse the influence of each of our variables (ring’s length, speed,
tunnel diameter and joint width) into the head losses. The results confirm that the
presence of geometrical elements on the segments produce until one order of magnitude
of head losses more than the generated by wall friction. Furthermore, the most influential
parameter was the circumferencial joints between rings.
With these values, we defined an equation to predict, with a high accuracy and low
complexity, the head losses generated by ring’s length and depending on our variables.
Finally, we applied this equation to a real case; showing that long-term economic benefits
will be higher when the joints between rings are sealed.
Les pèrdues de càrrega en els túnels hidràulics han sigut objecte d’estudi en els darrers
anys. Fins ara, però, aquests estudis s’han centrat en les pèrdues degudes a la fricció
de l’aigua amb les parets, sense analitzar-ne altres elements presents en les dovelles.
Donades aquestes circumstàncies, esdevé interessant estudiar l’afectació de les juntes
i dels orificis per a l’erector en les pèrdues de pressió d’aigua en túnels hidràulics. Des
què aquests es construeixen amb dovelles, els clients sempre han preferit no segellarne
les juntes. Aquest treball pretén corroborar o desmentir la rendibilitat de realitzar
aquesta acció fins ara no estudiada. Per fer-ho, es realitzaran diversos anàlisis numèrics
en 2D i 3D amb Comsol Multiphysics, els resultats dels quals ens permetran analitzar
com influeixen diverses variables (amplada de junta, velocitat, longitud de l’anell i
diàmetre) en les pèrdues de pressió.
Inicialment hem realitzat un cas 2D axisimètric per tal d’obtenir el perfil de velocitats
estacionàries que s’empraran per als models 3D. Seguidament, s’han realitzat diversos
anàlisis en 2D amb una junta circumferencial per veure com aquesta influeix en les
pèrdues de pressió. Per últim, hem analitzat un ventall de models en 3D per simular amb
més exactitud i veracitat el comportament del fluid amb les parets del túnel.
Els resultats dels models 3D han confirmat que les pèrdues obtingudes amb aquests
elements en les dovelles són d’un ordre de magnitud superior que les produïdes per
fricció. Tanmateix, han demostrat que l’element de la dovella que causa més pèrdues
de pressió és la junta circumferencial.
Amb els resultats obtinguts, hem pogut definir una equació que ens estima les pèrdues
de càrrega per longitud d’anell segons les variables estudiades.
Finalment, hem aplicat aquesta equació per a un cas pràctic real; demostrant que els
beneficis econòmics a llarg termini seran superiors si es segellen les juntes entre anells
del túnel.
gmail.com
