Mitigación del gas disuelto en la presa de Boundary
La presa de Boundary se encuentra en el río Pend Oreille en el noreste de Washington.
El proyecto consistió en una presa con un arco de 340 pies de alto, siete salidas de bajo nivel para las esclusas, dos aliviaderos de desbordamiento de alto nivel y una central eléctrica con capacidad de aproximadamente 1.003 MW.
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Se ha demostrado que la descarga del aliviadero y de las esclusas en el Desarrollo Hidroeléctrico Fronterizo produce altas concentraciones de gas disuelto (TDG) en el agua de escorrentía del aliviadero. Con el propósito de mitigar esta producción de gas, se encargaron estudios para determinar modificaciones sobre las estructuras del aliviadero del proyecto.
La resolución de muchos de los problemas del diseño hidráulico se basó en los resultados de los modelos numéricos hidráulicos. Estas modificaciones fueron construidas y probadas.
El modelo de CFD que se desarrolló en base a estos estudios, se utilizó para simular flujos a través de varias de las siete compuertas y los dos aliviaderos de desbordamiento del proyecto.
FLOW-3D fue seleccionada para el análisis dada su capacidad para simular los chorros en caída libre y su algoritmo único para simular la entrada de aire por turbulencia en la superficie libre.
Estas capacidades hacen que el programa sea el más adecuado para simular las variadas y complejas condiciones de flujo en el desarrollo del proyecto del canal.
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Los modelos de FLOW-3D desarrollados para el estudio de la presa Boundary se han utilizado principalmente para comprender los procesos hidráulicos e hidrodinámicos que impulsan el intercambio de gases en el canal en condiciones de derrame. Además, estos modelos se usaron para desarrollar alternativas de mitigación de diseños estructurales TDG (incluida la estimación de las cargas hidráulicas), y en combinación con el modelo predictivo TDG, para predecir el rendimiento TDG de las alternativas de mitigación propuestas.
Para llevarlo a cabo, burbujas de aire fueron emitidas y rastreadas en el modelo del aliviadero durante su entrada en la piscina, su circulación a través de ésta y finalmente su salida por la superficie.
El modelo rastreó la presión y los históricos temporales asociados con cada una de estas burbujas de aire. Esta información se usó como entrada a una herramienta predictiva de TDG para ayudar a predecir la producción total de gas disuelto en la etapa final. El rendimiento predictivo global se calibró y validó con éxito a los datos reales del prototipo TDG.
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Las predicciones TDG se realizaron para el proyecto en dos pasos: el modelo CFD se aplicó primero para evaluar el sistema hidráulico y los patrones de flujo de la piscina, y luego se importaron los resultados hidráulicos del modelo CFD al modelo PPGT (transferencia de gas de la piscina de inmersión) que se desarrolló empleando Excel.
El modelo se utilizó en primer lugar para simular las condiciones de flujo existente o caso base con flujos de 10,000, 13,000 y 20,000 cfs a través de cada uno de los aliviaderos del proyecto. Se analizó las condiciones de la simulación hidráulica para la prueba y, a continuación, se agregaron partículas de burbujas a este modelo. De este modo, se reinició la operación y se rastreó a las partículas hasta que pudieron alcanzar la superficie y volvieran a la atmósfera.
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Los resultados finales del modelo se usaron para ayudar a evaluar el impacto que estas modificaciones tendrían en los niveles de TDG aguas abajo en un rango de flujos. Las simulaciones CFD se realizaron con flujos idénticos a través de los aliviaderos bajo condiciones existentes y modificadas y se extrajeron los historiales de burbujas de los resultados de CFD para ser utilizado en el modelo de hoja de cálculo predictivo de TDG.
