Estudio experimental de la eficiencia de mezcla en depósitos de abastecimiento de agua

Spanish; Castilian. El fenómeno de la mezcla en depósitos de abastecimiento de agua tiene un efecto directo en la calidad del líquido saliente -por la creación de zonas de mezcla pobre y la estratificación-, que puede tener efectos negativos en la salud pública. El diseño de un depósito de abastecimiento debe considerar las condiciones de entrada y salida, así como su orientación, en caída libre o jet, para prevenir la formación de esas zonas. En este artículo se presentan los experimentos realizados en un modelo físico a escala reducida, considerando tres entradas diferentes (una por tubería y dos en caída libre), fijándose como objetivo decidir cuál de estas entradas consigue la mejor eficiencia de la mezcla. Además, se han estudiado los efectos que pueden producir las columnas que sostienen el techo del depósito sobre la eficiencia de la mezcla. Se ha realizado un tratamiento digital de las imágenes, con resultados de tipo cualitativo, que muestran que el flujo que sale por la tubería consigue una eficiencia mayor que el que se produce por las caídas libres tanto en modelo como en prototipo, debido al momentum horizontal que la primera de ellas imprime al flujo. Es importante destacar que el tiempo para mezclar el volumen almacenado depende de la distancia entre la entrada y la pared opuesta, así como de su orientación. En términos de las columnas, despreciando los efectos viscosos de escala y teniendo en cuenta todo el depósito, las columnas tienen un efecto negativo en la eficiencia de la mezcla, a pesar de dividir el flujo creando zonas de turbulencia local, ya que absorben energía del flujo y deterioran la velocidad de la mezcla en general.

English. The phenomenon of mixing in drinking water storage tanks and reservoirs has a direct effect on the quality of outgoing water due to the creation of poor mixing zones and volume stratification, which can produce negative effects on public health. The design of a storage tank must consider the conditions of the inlets and outlets, as well as their orientation (vertical or horizontal) to prevent the formation of these zones. This article presents experiments done at a reduced-scale physical model with three different inlets (a pipe and two waterfalls) in order to determine which of these inlets achieved the best mixing efficiency. Moreover, the effects on mixing efficiency by columns that support the roof of the tank were studied. A digital image technique was conducted with qualitative results that show that the flow leaving through a pipe obtains better efficiency than that of waterfalls, in both the model and the prototype, because of the horizontal momentum that the former exerts on the flow. It is important to note that the time taken to mix the stored volume depends on the distance between the inlet and the opposite wall, as well as its orientation. In terms of columns, neglecting the viscous scale effects and taking into account the whole tank, the columns have a negative effect on mixing efficiency, even though they divide the flow and create zones of local turbulence since they absorb energy from the flow and generally decrease the mixing speed.