ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LA ESTRUCTURA DEL FLUJO ESTRATIFICADO INDUCIDO POR UN ESFUERZO DE CORTE SUPERFICIAL
LAURA REYES1
YARKO NIÑO2
RESUMEN
Se realizaron experimentos de laboratorio para estudiar el campo de velocidad, la estructura de la turbulencia y los procesos de mezcla inducidos por un esfuerzo de corte en la superficie de un volumen de agua con una estratificación de dos capas. Los experimentos fueron realizados en un estanque provisto con una cinta transportadora en su parte superior para ejercer el esfuerzo de corte. Se utilizó un procedimiento experimental basado en el análisis de imágenes de video para medir campos instantáneos bidimensionales de velocidad y densidad del flujo. Los resultados obtenidos muestran que el esfuerzo de corte superficial induce una inclinación de la interfaz de densidad y genera mezcla en la base de la capa superior. Además, induce una circulación de dos celdas dentro del estanque, la que se restringe principalmente a la capa superior, mientras que la capa inferior permanece prácticamente en reposo. La velocidad rms longitudinal es máxima en la zona cercana a la superficie y tiene un segundo máximo en la zona donde los gradientes de velocidad de la corriente de retorno son mayores. La velocidad rms vertical tiende a cero en la zona cercana a la superficie y tiene un máximo en la misma ubicación del segundo máximo de la velocidad rms longitudinal. El esfuerzo de corte total, que incluye los esfuerzos de Reynolds y los viscosos, es máximo cercano a la superficie libre y decrece en profundidad en la capa superior. Inicialmente, existe un máximo negativo en la zona de interfaz de densidad, y luego disminuye gasta llegar a cero en el fondo del estanque. A medida que avanza el proceso de mezcla en el tiempo, el esfuerzo de corte en la zona de interfaz de densidad llega a ser despreciable. Se pudo investigar además, la energía cinética turbulenta inducida por el esfuerzo de corte superficial, y su rol en la eficiencia de mezcla en el sistema. Los resultados anteriores permiten un mayor conocimiento de la hidrodinámica de cuerpos de agua como lagos y embalses.
1 Ayudante de Investigación, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile
2 Profesor Asociado, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile
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