Introducción

La Autoridad del Canal de Panamá (ACP) ha desarrollado un proyecto para ampliar la capacidad del sistema de transferencia de buques del Canal de Panamá, agregando un tercer juego de esclusas que permite el pasaje de buques de mayor porte, denominados Post-Panamax.

EL Instituto Nacional del Agua (INA) fue contratado por Montgomery Watson Harza (MWH), consultora encargada del diseño de la propuesta del consorcio Unidos Por el Canal (UPC), uno de los tres consorcios internacionales que se presentaron a la licitación, con el objetivo de implementar y explotar los modelos matemáticos necesarios para prestar apoyo para el estudio de este problema, y el desarrollo de alternativas del proyecto.

El proyecto del Tercer Juego de Esclusas incluye tres componentes principales:

  1. un carril adicional de esclusas separado en dos complejos de esclusas de tres escalones cada uno y dotado de tinas de reutilización de agua,
  2. los cauces de acceso a las nuevas esclusas, y el ensanche y profundización de los cauces de navegación actuales, y
  3. la elevación del nivel máximo de funcionamiento del lago Gatún.

 Ubicación general del Canal de Panamá

Ubicación general del Canal de Panamá

Esquema previsto del proyecto terminado

Esquema previsto del proyecto terminado

 

Sistema de Modelación

1 – Objetivos

El estudio del proyecto de ampliación del Canal de Panamá, necesitó del uso de un avanzado sistema de modelación matemática, debidamente calibrado y validado, para analizar los principales objetivos de diseño:

  1. minimización de los tiempos de llenado/vaciado de las cámaras,
  2. maximización de la capacidad de transferencia del sistema de esclusas,
  3. minimización de los volúmenes de agua utilizados del Lago Gatún para el esclusaje,
  4. establecimiento de niveles máximos y mínimos de agua en las cámaras y tinas.

Además, se debieron verificar una serie de restricciones impuestas sobre el sistema: velocidad máxima en los conductos, pendientes longitudinal y lateral máximas de la superficie de agua, tasa máxima de elevación del nivel en las cámaras, ahorro mínimo de agua por barco.

2 – Modelos

A fin de garantizar la confiabilidad de los modelos matemáticos, los resultados fueron ajustados y contrastados con estudios previos y las observaciones realizadas en un modelo físico de escala 1:30, datos provistos por la ACP.

De acuerdo a los objetivos del proyecto, se implementaron los siguientes modelos:

 

Modelo unidimensional del sistema hidráulico

Objetivo: Determinación de los tiempos de llenado/vaciado, velocidades en los conductos, tasas de variación del nivel en las cámaras, presiones de agua, distribución de caudales de llenado y vaciado de la cámara y definición de esquemas de operación de las válvulas.

Software: Sistema Flowmaster V7.

 

Esquema del sistema hidráulico

Línea de energía de la cámara hacia el océano

Hidrograma de la operación ‘Cámara al Océano’

Modelo bidimensional de las cámaras

Objetivo: Estimación de las pendientes de las oscilaciones del nivel como indicador de las fuerzas de amarre, provocadas por el sistema hidráulica durante las operaciones.

Software: Sistema HIDROBID II (desarrollado en el INA).

Esquema de las oscilaciones en la cámara

Condición inicial de niveles del modelo 2D.

Oscilaciones en la cámara

 

Modelo cerodimensional del conjunto del sistema

Objetivo: Balance de volúmenes de agua, determinación del consumo de agua, cálculo de niveles máximos y mínimos en las cámaras y calculo de la capacidad de transferencia diaria del sistema de esclusas.

Software: Sistema ESCLUSA, especialmente desarrollado para este estudio.

 

Modelo ESCLUSA

Esquema de funcionamiento del modelo 0D

Modelo tridimensional de la descarga al océano

Objetivo: Cálculo de las corrientes en la zona de aproximación de los barcos al sistema de esclusas. Las corrientes se deben a la descarga de las esclusas y fundamentalmente a la diferencia de salinidad existente entre el agua de mar y el de las esclusas

 Software: Sistema MOHID (desarrollado por IST-MARETEC, Portugal).

Velocidades superficiales calculadas en la zona de aproximación

Corte de las velocidades 

 

3 – Productos

Además de estudiarse el proyecto oficial, presentado por la ACP, se desarrollaron dos alternativas con ventajas comparativas respecto de la oficial.

4 – Duración y Equipo de Trabajo

El trabajo se desarrolló entre abril de 2008 y febrero de 2009. Estuvo a cargo del Programa de Hidráulica Computacional del Laboratorio de Hidráulica. El equipo de trabajo estuvo constituido por: Ángel N. Menéndez (Director), Daniel Bacchiega, Nicolás D. Badano, Emilio A. Lecertúa, Fernando Re, Martín Sabarots Gerbec y Mariano Re.