Estudio del transporte de sedimentos en tanques desarenadores de pequeñas centrales hidroeléctricas y recomendaciones de sistemas de remoción

Abstract

El presente trabajo analiza el comportamiento hidráulico y del transporte de sedimentos del tanque desarenador de la Planta Sancancio de la Central Hidroeléctrica de Caldas, CHEC, (esta planta es catalogada según su capacidad, como una Pequeña Central Hidroeléctrica - PCH), mediante la implementación del modelo numérico 2D, Iber, versión 2.5.2. El estudio parte de la problemática del aumento progresivo en el transporte y producción de sedimentos en los ríos, los cuales al ingresar a las plantas hidroeléctricas generan un desgaste erosivo del equipo electromecánico creando la necesidad de estructuras de remoción de sedimentos más eficientes.

El estudio se realizó en dos fases: mediciones de campo y modelación numérica; en la primera fase se recopilaron datos de diferentes condiciones climáticas de un año, los cuales fueron utilizados en la segunda fase para modelar siete escenarios con simulación hidrodinámica para todos los caudales y del transporte de sedimentos para el caudal máximo. Los resultados obtenidos presentaron un buen ajuste entre los datos medidos y los modelados con un error relativo porcentual para la velocidad entre 0% y 25%, evidenciando el máximo error en las zonas de menor velocidad, no obstante, la tendencia de la velocidad en los datos modelados fue similar a la tendencia de los datos observados. El análisis de vectores de velocidad mostró zonas de recirculación y de flujo preferencial en el tanque, lo cual se evidenció en los resultados del transporte de sedimentos, puesto que la distribución de la concentración de sólidos en suspensión no fue uniforme en la zona de sedimentación y por ende, la acumulación de partículas se da en zonas específicas del tanque. Los resultados permiten concluir que con el uso del modelo, es posible definir un periodo de mantenimiento acorde con las características del flujo y de sedimentos en la entrada, lo cual puede garantizar un mejor funcionamiento del tanque para la remoción de sedimentos. (Texto tomado de la fuente)

The present work analyzes the hydraulic and sediment transport behavior of the settling tank of Sancancio Caldas Hydroelectric Power Plant (this plant is classified according to its capacity, as a Small Hydropower Plant - SHP), through the implementation of the 2D numerical model, Iber, version 2.5.2. The study examines specifically the hydrodynamics and efficiency of settling tanks as sediment removal structures in order to minimize erosive wear of the electromechanical equipment.

The study was carried out in two phases: field measurements and numerical modeling; in the first phase, field data of the Sancancio settling tank was collected over a year in order to better understand its behavior. During the second phase of the study a model of the tank was developed and seven scenarios were examined to simulate flow hydrodynamics and sediment transport up to maximum flow. The results obtained showed a good fit between the field and modeled data with a relative percentage error for the velocity between 0% and 25%, with greater error in low flow areas, however, the velocity trend was similar in the observed and modeled data. The velocity vectors analysis showed zones of recirculation and preferential flow in the tank, which was also evidenced in the field and examining the sediment transport model. Suspended solid concentration distribution was not uniform in the settling zone of the tank and therefore, sediment accumulation occurs in specific areas of the tank. The study shows how a 2D flow model allows one to better define a tank maintenance period and protocol according to flow and sediments characteristics at the inlet, hence ensuring a more efficient sediment removal process.