Sicurezza per l’invaso

Hydraulic solution for Mexican dam
Marginal Column
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Luglio 2016

 

Presso la diga del Malpaso, in Messico, gli ingegneri Bosch Rexroth stanno sostituendo gli azionamenti elettromeccanici usurati degli sbarramenti a segmento. La soluzione idraulica adottata rappresenta un modello per i futuri retrofit di dighe.

Presso la barriera del Lago Nezahualcóyotl, nel Messico meridionale, una gru si staglia nel cielo, sollevando un’enorme piastra in ferro. Con cautela, il gruista abbassa la lastra di fronte ad uno sbarramento a segmento della diga, all’interno del lago. Le masse d’acqua spingono la piastra contro il muro in calcestruzzo, mentre lentamente si abbassa, chiudendo il passaggio.

Successivamente, lo sbarramento a segmento si apre e l’acqua fra esso e la piastra in ferro defluisce. Ora, i collaboratori Bosch Rexroth hanno via libera: lo sbarramento a segmento, che di norma impedisce la tracimazione dell’invaso, si trova a secco.

Manuel Schuhmann, Technical Project Manager di Bosch Rexroth, ha parole di entusiasmo: “Sono già affascinato: la piastra, il cosiddetto stoplock, viene trattenuta dalla sola pressione dell’acqua del bacino artificiale”. Gli ingegneri hanno il compito di ammodernare i vecchi azionamenti sugli sbarramenti a segmento della diga.

Innovare con cautela

La diga, alta 138 metri, realizzata fra il 1958 e il 1966 e ufficialmente denominata Nezahualcóyotl, delimita un invaso da oltre dieci milioni di metri cubi d’acqua e circa 110 km² di superficie.

L’opera ha due funzioni: proteggere il bassopiano dello Stato Federale del Tabasco dalle annuali inondazioni e, mediante sei turbine Francis all’interno dell’invaso, generare energia pulita per l’intera regione. Il gestore dell’invaso è la Comisión Federal de Electricidad (CFE), ente statale che investe con regolarità per la sicurezza e disponibilità di tutte le apparecchiature tecniche.

Nel 2015 si è reso necessario ammodernare gli azionamenti di tre dei sette sbarramenti a segmento che regolano il livello dell’acqua del bacino artificiale. Su ciascuno sbarramento, un motore elettrico azionava, tramite albero meccanico, due riduttori con pignone di uscita; mediante una catena su ciascun lato, il motore sollevava lo sbarramento a segmento, da 170 tonnellate di peso, fin dalla messa in servizio della diga, negli anni '60. Nelle nuove realizzazioni, come ad esempio la diga di La Yesca, Bosch Rexroth Messico aveva spesso adottato cilindri idraulici a corsa estesa per azionare gli sbarramenti; tuttavia, per questo retrofit, la soluzione non era adottabile, in quanto la struttura in calcestruzzo della diga del Malpaso non era progettualmente compatibile: senza rinforzi, il muro non avrebbe potuto sopportare le forze esercitate dai cilindri; d’altro canto, eventuali modifiche alla struttura in calcestruzzo sarebbero state laboriose e costose. “Abbiamo quindi sviluppato una soluzione che utilizza il preesistente paranco a catena, ma che nel contempo off re i vantaggi dell’idraulica”, ci spiega Martín Gómez, Responsabile del Project Team di Bosch Rexroth Messico, composto anche da Héctor Vásquez e Héctor De Reza. Il collega Schuhmann aggiunge: “Nelle opere idrauliche in acciaio, un aspetto conta più di ogni altro: la sicurezza. Avendo saputo dimostrare che sistemi idraulici simili siano già profi cuamente in servizio su altre dighe, ci siamo aggiudicati la commessa”.

I collaboratori Bosch Rexroth Manuel Schuhmann, Martín Gómez e Abraham Huerta (da sinistra) in posa di fronte agli sbarramenti ammodernati. 19 02 | 2016 TECHNOLOGY

Bosch Rexroth employees Manuel Schuhmann, Martín Gómez und Abraham Huerta (from left) pose in front of the modernized spillway gates.

 
A Hägglunds radial piston motor drives the chain directly. The soft startup of the motor significantly extends the service life of the chain.

A Hägglunds radial piston motor drives the chain directly. The soft startup of the motor significantly extends the service life of the chain.

Hydraulic units on the dam: The housings are air-conditioned and protect the system against the tropical weather.

Hydraulic units on the dam: The housings are air-conditioned and protect the system against the tropical weather.

 

Una sicurezza

La soluzione adottata per il Malpaso consiste in un’unità idraulica fissa per ogni sbarramento, ciascuno dei quali aziona due motori a pistoni radiali a bassa velocità per carichi pesanti. Tali motori Hägglunds Rexroth, che sostituiscono il riduttore meccanico, azionano direttamente i pignoni di uscita delle catene. Gómez riprende la spiegazione: “L’idraulica consente una naturale protezione dai sovraccarichi: se, ad esempio, un tronco d’albero dovesse incastrarsi nello sbarramento, causando sulle catene un carico superiore al valore di calcolo, un’apposita valvola limitatrice scaricherebbe la pressione, senza alcun danno per l’azionamento. Nella stessa situazione, un azionamento meccanico potrebbe andare in avaria: la nostra soluzione idraulica, quindi, off re un chiaro vantaggio in termini di sicurezza”. E per una sicurezza ancora maggiore, gli specialisti Bosch Rexroth in opere idrauliche in acciaio hanno montato su ciascun motore uno speciale freno a disco con molla di spinta, che la pressione idraulica mantiene aperto. In caso di avaria della pressione di comando, il freno si chiude automaticamente, applicando una forza sufficiente a trattenere lo sbarramento: quest’ultimo, quindi, non può in alcun caso chiudersi in modo incontrollato.

Delicatezza nel tensionamento

Il nuovo azionamento idraulico riduce anche le sollecitazioni sulle catene: il vecchio motore elettrico si avviava di colpo, esercitando bruschi strappi sulle catene, prima di muovere lo sbarramento. Ciò sollecitava fortemente le maglie e tutti gli elementi meccanici, rendendo spesso necessari interventi di manutenzione. “L’azionamento idraulico, al contrario, si sposta in modo molto lento e regolare, consentendo un tensionamento delicato delle catene”, prosegue Gómez. “Ciò riduce sensibilmente la necessità di manutenzione”. Oltre all’intero ambito di engineering e montaggio, Bosch Rexroth ha curato anche il controllo elettrico, inclusa la programmazione del software. Come ci spiega Schuhmann, “Ogni singola unità idraulica è dotata di un proprio controllo elettrico; su richiesta, è anche possibile comandarle tutte e tre mediante un apposito pannello. Tramite touchscreen, l’operatore può comodamente impostare, ad esempio, l’apertura dello sbarramento di un metro”. Rispetto a pulsanti e leve, rappresenta un bel passo in avanti quanto a praticità di comando; l’aspetto decisivo, tuttavia, è un altro: ora, lo sbarramento trasmette dati, indicando se sia chiuso o di quanti gradi aperto, oltre ai valori di temperatura e della pressione dell’acqua.

Per tre mesi, gli ingegneri Bosch Rexroth hanno lavorato con il bacino artifi ciale alle loro spalle. A giugno 2015, il progetto si è concluso e la gru ha risollevato gli stoplock: ora tre sbarramenti a segmento hanno un azionamento nuovo e sicuro. E presto seguiranno gli altri quattro. Schuhmann conclude: “Abbiamo già richieste d’offerta dall’India: vi è interesse per l’azionamento idraulico con paranco a catena. Potrebbe diventare una nuova soluzione standard per i progetti di retrofitting!”