Análisis de la eficiencia en el aforamiento de caudales de los vertederos sinusoidales de pared delgada respecto a los vertederos rectangulares y triangulares mediante CFD

Abstract

La presente investigación tuvo como objetivo general analizar la factibilidad técnica y operativa de los vertederos sinuoidales de pared delgada como dispositivos de aforo, comparando su desempeño hidráulico frente a los vertederos rectangulares y triangulares tradicionales. La metodología adoptó un enfoque mixto, combinando ensayos experimentales en el Laboratorio de Hidráulica de la UNSAAC con simulaciones numéricas (CFD) mediante el software ANSYS R24. Para la determinación del caudal del vertedero sinusoidal, se dedujo una ecuación teórica simplificada basada en un factor geométrico adimensional (ψ), logrando un ajuste con un error medio de 0.46%. Experimentalmente, se determinó que el Coeficiente de Descarga (Cd) del vertedero sinusoidal oscila entre 0.74 y 0.98, demostrando una eficiencia hidráulica comparable a las geometrías clásicas. El análisis hidrodinámico reveló que la geometría sinusoidal favorece la estabilidad del flujo, registrando un pico de velocidad normalizada (V/Vm) de 5.91, significativamente menor al generado por el vertedero triangular (11.53), lo que implica una reducción en el potencial erosivo aguas abajo. Finalmente, la validación numérica presentó una discrepancia promedio de apenas 2.20 mm (3.72%) respecto a los datos físicos, confirmando la fiabilidad del modelo computacional. Se concluye que el vertedero sinusoidal es una alternativa viable, versátil y segura para la medición de caudales en regímenes de flujo variables.