Evaluación del Efecto de las Fronteras en el Comportamiento de Solitones Hidrodinámicos

Abstract

En la presente investigación se estudió el efecto de las fronteras variables en el comportamiento de solitones hidrodinámicos en un canal rectangular. Los solitones, como fenómenos ondulatorios superficiales en aguas poco profundas, son de gran relevancia tanto desde el punto de vista científico y de la ingeniería, especialmente en contextos donde pueden provocar inundaciones o afectar estructuras hidráulicas, como canales, presas de embalse, rompeolas costeros, entre otros. Con el fin de entender como las fronteras del fondo afectan el perfil del solitón hidrodinámico, se ha iniciado estudiando los solitones en un canal hidráulico con fondo liso horizontal, para tener un sistema de control que nos permita la validación experimental de nuestro sistema generador de solitones. Luego, se ha variado en un tramo del canal con un fondo de grava, fondo de arena y fondo liso con pendiente al 5%. Para cada tipo de fondo antes mencionado se tomaron como muestra 5 ensayos, haciendo un total de 20 ensayos. En el caso de fondo liso horizontal, se logró reproducir el solitón hidrodinámico, la cual compara muy bien con la predicción teórica clásica, es decir la ecuación de Korteweg de Vries (KdV). Por otro lado, se observó que, para los casos de fondo de grava, fondo de arena y fondo liso con una pendiente al 5 % perturban la regularidad del solitón, generando incrementos en sus amplitudes de un 8.54% en t = 0.80 s, 9.16% en t = 1.10 s y del 1.09 % en t = 0.95 s, respectivamente. Además, se observó un cambio en el ancho del solitón hidrodinámico debido al alargamiento de la cola izquierda, así como un efecto de empinamiento en la cola derecha, lo que ocasionó que la cresta se curvara y posteriormente se produjera el rompimiento de la onda. Este estudio muestra que la geometría del fondo del terreno donde se desarrolla el solitón hidrodinámico tiene un impacto crucial en su comportamiento. Estos hallazgos pueden ser aplicados para responder de manera más eficiente a eventos de inundación, mejorar los diseños de estructuras de disipación en la protección costera y contribuir a la preservación y protección de paisajes asociados con la dinámica de los solitones.