Modelització mitjançant dinàmica de fluids computacional del Mòdul Hidromètric del segle XIX de la Sèquia de Manresa

Abstract

L’objectiu principal de la present Tesi Doctoral és verificar mitjançant tècniques de la Dinàmica de Fluids Computacional (CFD) la hipòtesi de que el Mòdul Hidromètric (MH) de la Sèquia de Manresa, construït durant el segle XIX per limitar el cabal de la mateixa a 1000 l/s, compleix amb aquest valor nominal de disseny. Per tal de poder configurar el model ha estat necessari la creació, descripció i implementació d’una metodologia CFD que permetés simular i validar un model que reprodueixi el comportament dinàmic d’aquest dispositiu de regulació hidràulic, el MH. Aquesta aportació és prèvia a l’objectiu principal i no es pot menystenir, més si es té en compte la complexitat dels fenòmens implicats en el problema: flux no estacionari, tridimensional i turbulent, amb un flux d’entrada i tres de sortida; amb dos vessadors inundats i un ressalt hidràulic; amb la interacció del flux amb el mecanisme de regulació, format aquest per dos vasos de relaxació més dues arquetes de regulació, la primera d’elles equipada d’una comporta de fons, a més d’un flotador i una vàlvula de descàrrega que s’acciona mecànicament de forma automàtica en funció de l’alçada de l’aigua en la segona arqueta de regulació. La configuració del model ha estat elaborada a partir de les dimensions i el disseny del projecte original obtingut de les fonts documentals i de les mesures preses en treball de camp sobre les estructures hidràuliques encara avui dempeus. Sobre el model s’ha procedit a executar un conjunt de simulacions per a diferents cabals d’entrada tot utilitzant metodologia i eines pròpies de CFD. Els resultats obtinguts mitjançant les simulacions numèriques han estat validats analíticament a partir de les lleis de la Mecànica de Fluids, específicament les que caracteritzen el flux sota superfície lliure i, en concret, els fenòmens de flux sobre vessadors inundats de paret prima, el ressalt hidràulic i el desguàs per orificis sota una alçada de càrrega. Els resultats obtinguts han permès constatar que el MH era efectiu per a cabals entrants fins a 1500 l/s, limitant-ne el cabal de sortida a 1000 l/s, amb un error màxim del 7 %. Tanmateix, el sistema de regulació, basat en el manteniment d’uns nivells adequats d’aigua dins les dues arquetes, implica la necessitat d’alliberar un cert cabal a través de la comporta de fons. De no ser així, l’aigua procedent del vessador lateral inundaria el sistema. Aquesta condició implica el cost d’una pèrdua constant d’aigua a través de la comporta de fons per alimentar i per mantenir actiu el sistema de regulació. Alhora, s’ha constatat que la capacitat màxima de la vàlvula de descàrrega es situa en torn els 200 l/s, resultant insuficient per regular cabals d’entrada superiors a 1500 l/s. La recerca també ha posat de manifest un problema focalitzat en el funcionament del vessador lateral. Les oscil·lacions del nivell en la superfície lliure del flux principal ocasionen variacions en l’alçada de la làmina d’aigua sobre la paret del vessador i, conseqüentment, s’originen grans variacions en el cabal derivat sobre el vessador lateral, induint fluctuacions en el comportament dinàmic del sistema de regulació. Per tal de situar el MH en el seu context històric s'ha procedit a fer una recerca documental sobre el seu entorn social i econòmic incidint en els aspectes relatius a la gestió de l'aigua del canal. És així que s'ha posat en relleu evidències de conflicte d’interessos entre els usos agrícoles i industrials de l'aigua de la Sèquia de Manresa, que desembocaren finalment en la seva construcció.