estudio de optimizacion hidraulica del vertedero gatun mediante modelacion cfd
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ESTUDIO DE OPTIMIZACION HIDRAULICA DEL
VERTEDERO GATUN MEDIANTE MODELACION CFD
Autores:
Sabarots Gerbec, Martín
Badano, Nicolás Diego
Menéndez, Ángel Nicolás
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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.
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Ubicación:
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Metodología: Modelo numérico 3D (CFD)
• Validación del soft (OpenFOAM)
• Aplicación al Vertedero Gatún
• Análisis del funcionamiento actual
• Simulación de alternativas
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Validación – caso teórico/empírico
Perfil Ogee (Savage, 2001) Nivel de agua y velocidad simulado
Dominio simulado
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Validación – caso teórico/empírico
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
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Aplicación al Vertedero Gatún:
Q = 5600 m3/s
08 - Dic – 2010
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Aplicación al Vertedero Gatún:
Soft CFD: OpenFOAM
Cantidad de Celdas: 4.000.000
Modelo de Turbulencia K-e
3717 m3/s 7257 m3/s
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Curva de descarga
1910
Post 1945
2012
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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
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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
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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
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Alternativas de optimización:
Actual
Talud inclinado +bermas
Fondo Plano
Pilas externas modificadas
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Alternativas de optimización:
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
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Alternativas de optimización:
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
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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.
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Gracias!!
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Gracias!!
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Validación – caso teórico/empírico
-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
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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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