ESTUDIO DE OPTIMIZACION HIDRAULICA DEL VERTEDERO GATUN MEDIANTE MODELACION CFD

ESTUDIO DE OPTIMIZACION HIDRAULICA DEL

VERTEDERO GATUN MEDIANTE MODELACION CFD

Autores:

Sabarots Gerbec, Martín

Badano, Nicolás Diego

Menéndez, Ángel Nicolás

Vertedero Gatún (Panamá - 1913)

- Control del nivel del lago.

- Protección de Presa y Esclusas del Canal de Panamá.

Introducción:

Diseño: información hidrológica escasa.

Vida útil: cambios en canal de aproximación

Actualidad: Tercer Juego de Esclusas y recrecimiento del lago.

Autoridad del Canal de Panamá (ACP) determinó necesario un

incremento en la capacidad de descarga.



Ubicación:



Metodología: Modelo numérico 3D (CFD)

• Validación del soft (OpenFOAM)

• Aplicación al Vertedero Gatún

• Análisis del funcionamiento actual

• Simulación de alternativas



Validación – caso teórico/empírico

Perfil Ogee (Savage, 2001) Nivel de agua y velocidad simulado

Dominio simulado




0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Q/Q

d

He/Hd

Savage - Modelo Físico

Savage - Modelo Numérico

USACE

USBR

OpenFOAM



Aplicación al Vertedero Gatún:

Q = 5600 m3/s

08 - Dic – 2010



Aplicación al Vertedero Gatún:

Soft CFD: OpenFOAM

Cantidad de Celdas: 4.000.000

Modelo de Turbulencia K-e

3717 m3/s 7257 m3/s



Curva de descarga

1910

Post 1945

2012



Curva de descarga

24.0

24.5

25.0

25.5

26.0

26.5

27.0

27.5

28.0

28.5

29.0

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Ele

vaci

ón

de

l Lag

o G

atu

n (

m P

LD)

Caudal (m3/s)

Teórica Modelo Físico Modelo Numérico



Curva de descarga

25.0

25.5

26.0

26.5

27.0

27.5

28.0

-175 -165 -155 -145 -135 -125 -115 -105 -95 -85 -75

Niv

el [

mP

LD]

Progresiva [m]

SIP9



Curva de descarga

90%

95%

100%

105%

110%

115%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

% d

e c

aud

al p

or

van

o r

esp

ect

o d

e Q

Tota

l/1

4

Vano



Alternativas de optimización:

Actual

Talud inclinado +bermas

Fondo Plano

Pilas externas modificadas




24.5

25.0

25.5

26.0

26.5

27.0

27.5

28.0

28.5

29.0

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Ele

vaci

ón

de

l Lag

o G

atu

n (

m P

LD)

Caudal (m3/s)

Teórica Modelo Numérico Fondo plano Talud aprox., con bermas




90%

95%

100%

105%

110%

115%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

% d

e c

aud

al p

or

van

o r

esp

ect

o d

e Q

Tota

l/1

4

Vano

SIP9 Fondo Plano c/Talud c/Bermas



Conclusión:

• Se implementó un modelo numérico CFD Vertedero Gatún

• Resultados son consistentes con modelo físico.

• La capacidad de descarga resultó más baja que la prevista

• Se evaluaron alternativas de optimización hidráulica

• Incremento de la capacidad de descarga, insuficiente

respecto el costo de su implementación.

• El modelo numérico permitió incremento en la eficiencia del

proyecto, permitiendo descartar alternativas costosas de

ensayar físicamente.



Gracias!!




-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Hp

/Hd

x/Hd

OpenFOAM Savage - Modelo numérico Savage - Modelo Físico USACE



Comportamiento hidráulico

21

2

P p g z V V d

Dados de disipación: Caudal

(m3/s)

Potencia (MW) Disipación

(%)Entrante Saliente Disipado

3,717 943 503 440 47

5,615 1508 916 592 39

7,525 2101 1269 832 40

Distribución de presión:

Q = 5600 m3/s



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