Metodología para el control de riesgos en compuertas radiales de descarga de fondo para grandes presas

Abstract

Resumen: En este documento se presenta una investigación académica relacionada con un caso de estudio de una compuerta radial de alta presión de una descarga de fondo en una gran presa. El enfoque de este estudio estuvo dirigido a determinar la incidencia más crítica sobre la seguridad de la presa, en relación con los modos de falla de la compuerta radial durante su operación con apertura parcial y flujo controlado. Considerando una inundación repentina se deseaba determinar cómo los modos de falla de la compuerta radial podrían afectar la seguridad global de la presa, el medio ambiente o los habitantes aguas abajo de ella. Esta investigación se basó principalmente en la revisión literaria sobre la evaluación de riesgos en una presa y métodos reconocidos para determinar los modos de falla de la compuerta, pero además se basó en el juicio de un grupo de expertos con gran experiencia en el diseño y construcción de grandes proyectos hidroeléctricos en Colombia y en el mundo. Pese a que las compuertas hidráulicas se han considerado como equipos seguros y confiables en las grandes represas del mundo, algunos accidentes se han producido en Colombia con el flujo incontrolado vertido a través de las descargas de fondo en algunos embalses, causando daños y consecuencias significativos sobre el medio ambiente. Para lograr este objetivo, se utilizaron varias metodologías reconocidas, tales como la metodología de valoración de riesgos conocida como CEMIG, la cual fue aplicada de manera exitosa en varios grupos de presas en Brasil y Colombia; la metodología conocida como Proceso de Jerarquía Analítica (AHP por sus siglas en inglés) fue aplicada para determinar los modos de falla con base en el juicio de expertos en equipos hidromecánicos; la simulación computacional usando un software comercial de CFD (ANSYS FLUENT) fue utilizada para determinar las variaciones en los campos de presión y velocidad del flujo y sus efectos sobre la compuerta y el blindaje; el análisis del comportamiento estructural de cada componente de la compuerta radial fue basado en estándares internacionales de diseño y operación de compuertas y presas y, finalmente, un análisis de costos fue incluido en la toma de decisión recomendada mediante un instrumento metodológico que surgió como producto final de la presente investigación.

Abstrct: This document presents an academic research related to a case study of a high head radial gate at a bottom outlet work on a large dam. The approach of this study is addressed to determine the most critical incidence over the safety of the dam, related to the failure modes of the radial gate during its operation with partial opening and controlled flow. Considering a sudden flood it was desired to determine how the failure modes of the radial gate could affect the safety of the dam, the environment or downstream inhabitants. This research is primarily based on not only literature review and some recognized risk assessment and failure modes methods, but also on expert judgments from some senior engineers who have worked on some of the biggest hydroelectric projects in Colombia and in the world. Although hydraulic gates have been considered such safe and reliable equipment on large dams in the world, some accidents have occurred in Colombia with uncontrolled flow across bottom discharges on some dams, causing damage and consequences over the environment. To achieve this goal, it was used several methodologies recognized, such as the risk assessment methodology known as CEMIG, which was applied successfully in several groups of dams in Brazil and Colombia; the methodology known as Analytic Hierarchy Process (AHP) was applied to determine the failure modes based on expert judgment inhydromechanical equipment; a computer simulation using a commercial CFD software (ANSYS FLUENT) was used to determine the variations in pressure fields and flow velocity and its effects on the radial gate and the blindage; a structural behavior analysis of each component of the radial gate was developed based on international standards for design and operation of gates and dams; and finally, a cost analysis was included in recommended decision making through a methodological tool that emerged as the final product of this research