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Qué régimen de cálculo elijo en HEC-Ras?

22 de abril de 2013
Qué régimen de cálculo elijo en HEC-Ras?

La última decisión a realizar antes de darle al botón “Compute” en una simulación con HEC-Ras es la de definir el régimen de cálculo que debe usar el programa… ¿subcrítico, supercrítico o mixto? Vamos a ver cuál régimen de cálculo escoger. 

Régimen de cálculo y su influencia

El flujo de un fluido en lámina libre puede presentar tres regímenes: subcrítico (o régimen lento), supercrítico (o régimen rápido) y crítico.

Normalmente, en la naturaleza nos encontraremos con el primer o segundo tipo de régimen. El régimen crítico se da en ocasiones puntuales, cuando se produce un cambio de régimen o cuando se fuerza su desarrollo para controlar algún parámetro (normalmente el caudal con su relación con el calado mediante una sección de control).

Tal y como expliqué en el artículo sobre las condiciones de contorno, la elección del régimen de cálculo influye directamente en la definición de las condiciones de contorno de la simulación:

  1. Si simulamos en régimen subcrítico debemos definir sólo condición de contorno aguas abajo.
  2. Si simulamos en régimen supercrítico debemos definir sólo condición de contorno aguas arriba.
  3. Si simulamos en régimen mixto, hay que definir las condiciones de contorno tanto aguas arriba como aguas abajo.

Con lo que incluso antes de poder realizar la simulación debemos saber cómo fluirá el líquido por el modelo… esta elección, con la experiencia, no presenta muchas dificultades, aunque el propio programa ya te da una pista de si has acertado o no mediante los resultados de la simulación.

Las pistas de HEC-Ras

¿Y cómo son las pistas que te da HEC-Ras? Pues una vez “corrida” la simulación no tienes más que mirar el perfil resultante… Para muestra, un botón:

Este es un perfil cuyo régimen de cálculo debe ser subcrítico, pero que se ha realizado en supercrítico (lo mismo pasaría a la inversa)… ¿no ves algo raro? Efectivamente, en toda la longitud del tramo el nivel de agua (línea azul) coincide con el calado crítico (línea roja)…

¡Aquí tenemos la pista! Como he comentado el calado crítico sólo se da en casos muy puntuales, con lo que si nos aparece en tramos muy largos, es que algo hemos hecho mal…

¿Por qué pasa esto? HEC-Ras es un programa que simula un modelo tal y como el usuario le dice que lo haga: si le decimos que debe usar un régimen de cálculo supercrítico (como en la imagen del ejemplo), el programa iterará el cálculo hidráulico en cada sección en busca de una solución de calado supercrítica… y si no la encuentra (porque la solución es subcrítica) fijará el calado con un valor igual al calado crítico para esa sección.

Mi pista

Cuando pasa esto, a solución es tan sencilla como cambiar el régimen de cálculo, ya que el efectuado ha resultado erróneo… pero ¿no sería mejor anticiparnos a este error? Pues esa anticipación sólo la da la experiencia… Pero para que tengáis un idea de por dónde van los tiros (mejor dicho, los flujos), seguid esta pauta:

  • Cuando la pendiente es suave, es muy probable que el régimen sea subcrítico
  • Cuando la pendiente es pronunciada, es muy probable que el régimen sea supercrítico.
  • Cuando hay cambios de pendientes a lo largo del tramo, o incluso cambios de sección, optad por el régimen mixto.

Normalmente, los dos primeros casos se pueden dar en canales, mientras que en la naturaleza en la mayoría de casos nos encontraremos con el tercer caso.

¿Y qué se considera pendiente suave y pendiente pronunciada? Por lo que he podido ver durante mis años de desarrollo de simulaciones, la frontera se sitúa en una pendiente del 1% (0,01).

¿Cuál es tu pista para definir el régimen de cálculo?

He intentado explicaros mi método para definir el régimen de cálculo en una simulación de un modelo en HEC-Ras y ofreceros un método para poder detectar que algo ha ido mal… Pero cada maestrillo tiene su librillo… ¿Tú tienes tu propio método?

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