VISITA BOCATOMA MACAS LULO
VISITA TECNICAINFRAESTRUCTURA HIDRAULICA HUACHIPA-
CALLAHUANCADa:
domingo 22 de junio 2014Hora partida8amHora de llegada: 7pm
aproximadamente
Lugar de partida: Estacionamento UPC Calle Central entrada de
Los AlamosParticipantes:
Alumnos del curso Ingeniera de recursos Hidrulicos grupos CI81 y
CI82 Ing. Juan Jos Velasquez
Ing. Sissi Santos
Ing. Fernando Montesinos
Ing. Richard Pehovaz
PROGRAMA de Visita Tcnica
Bocatoma La Atarjea
recarga de Acufero Ro Rmac
Encausamiento Ro Rmac - Huachipa La Atarjea CH Callahuanca
Embalse Huinco
Bocatoma CH Moyopampa
Bocatoma CH Huampani
Conduccin Chosica - Huampani
Retorno UPCEs necesario que alumnos lleven Cmara fotogrfica
Zapatos adecuados
Agua
Repelente, bloqueador solar Refrigerio para desayunar
Almuerzo, se har una parada en un restaurante por Sta.
EulaliaMonterrico, junio del 2014
CH CALLAHUANCA
1. INGENIERIA DEL PROYECTO
La ingeniera del proyecto Olmos comprende el diseo y clculo de
componentes del proyecto de irrigacin-energa. Adems, se presentarn
los planos de planta y perfil de las obras civiles.
1.1. Embalse y Presa
Se denominaembalsea la acumulacin de agua producida por una
obstruccin en el lecho de unrooarroyoque cierra parcial o
totalmente su cauce.
La obstruccin del cauce puede ocurrir por causas naturales como,
por ejemplo, el derrumbe de una ladera en un tramo estrecho del ro
o arroyo, la acumulacin de placas de hielo o las construcciones
hechas por los castores, y por obras construidas por el hombre para
tal fin, como son laspresas.
1.1.1. Relacin Nivel-rea-Volmen
Clculo de la altura de la presa
- Con ayuda de la hidrologa (y con datos de agronoma y
estadstica poblacional) se obtuvo el caudal necesario para el
trasvase, que a su vez permite estimar las variaciones de oferta y
demanda, lo cual establece la capacidad necesaria del embalse. En
ese clculo se incluyeron las prdidas y caudales de egreso aparte de
la demanda, provenientes de la evapotranspiracin (vara de acuerdo
al mes), infiltracin (0.40 m3/s como mximo) y el caudal ecolgico
(definido en 1.30 m3/s).
Sin embargo, dentro del clculo de la capacidad del embalse es
necesario conocer la cantidad de depsitos o sedimentos que ocurren
en una cantidad de tiempo, y establecer una medida de control, pues
la diferencia entre la oferta y la evacuacin de slidos a lo largo
de la vida asignada al proyecto es lo que nos da el Volumen Muerto
a considerarse en los clculos. ste servir, finalmente, como uno de
los elementos para obtener la altura de la presa.
Ilustracin 3.1.11
b) Clculo del volumen muerto si no se cuenta con informacin de
sedimentos
Ilustracin 3.1.12 En nuestro caso se emplear como volumen de
embalse muerto el mximo considerado en la bibliografa: VM =
0.12*VUVU = 110 MMC (segn clculos Oferta)
Tabla 3.1.11
VM = 13,4 => 14 MMC (Sedimentos slidos considerando una
operacin de nivel variable durante avenidas)
Adems, se considerar que el volumen de agua ubicado bajo el
nivel inferior de la entrada al tnel de trasvase olmos no es
aprovechable (La bocatoma se encuentra en la cota 1095 msnm, por
debajo no se contabiliza).
Altura de la presa a partir de la informacin topogrfica y el
volumen necesario 180 MMC:
Tabla 3.1.12Luego de definir la altura de la persa, se puede
proceder con el predimensionamiento de la presa y sus
componentes.
Para lograr un buen diseo de la presa se debe contar con buena
informacin de los suelos y materiales disponibles en canteras o
insitu, as como la utilizacin de los diversos mtodos estadsticos
para un adecuado control de la calidad de datos.
Ilustracin 3.1.13
PREDIMENSIONAMIENTO DE TALUD
Para el pre dimensionamiento de los taludes se tiene en cuenta
los criterios de la tabla 13:
Con fines acadmicos, el anlisis de la presa y su estabilidad se
realizar aplicando un solo modelo de distribucin homognea de suelos
en el relleno de la presa (Sandy Clay).
Tabla 3.1.13
Bajo estas condiciones, la propuesta debe tener una longitud
mayor en la base de 5 veces la altura. Es preferible que no de
recrepes con eso.
1.1.2. Ubicacin
A continuacin mostramos la ubicacin de nuestro embalse
Ilustracin 3.1.21Fuente: Google Earth
1.1.3. Presa de Tierra
Esta represa ser de tierra ya que es un material econmico y
resistente. Para el correcto diseo de la misma, se tendr en
consideracin el aseguramiento por volqueo. Es decir, las fuerzas
desequilibrantes multiplicadas por un factor de seguridad de 1.4
van a ser menores que las fuerzas equilibrantes.
Proceso de diseo de la presa Limn
Apoyo en las disciplinas de la carrera
Inicialmente se define la ubicacin aproximada de la presa y su
eje a travs de la topografa, buscando la seccin ms favorable, es
decir, donde se tenga un estrechamiento de las laderas adyacentes a
la futura presa (para el volumen de relleno necesario) y un
ensanchamiento de la cuenca aguas arriba para aprovechar un mayor
volumen de embalse.
Ilustracin 3.1.31 Se verifican las condiciones geolgicas de toda
el rea comprometida en la presa, para asegurar condiciones de
estabilidad y una cimentacin favorable para la presa.
Ilustracin 3.1.32Inyecciones
Ilustracin 3.1.33
Ilustracin 3.1.34
En este tipo de presas (de tierra y enrocado) se requiere de una
pantalla de inyeccin o de una trinchera (si es que el espesor del
material de la cimentacin es menor de 10m) cuya funcin es alargar
el recorrido de las prdidas por infiltracin y as reducir su
gradiente hidrulico. Segn el Cuerpo de Ingenieros de Estados
Unidos, la gradiente hidrulica mxima de salida no debe ser mayor a
0.70 m/s.
Por estudios de suelos realizados, se determin que el estrato de
material aluvial tiene una profundidad de 32.5m, razn por la que es
necesaria una pantalla de inyeccin; por debajo de ste hay se
encuentra un estrato de roca fracturada, por lo cual la pantalla
debe atravesar parte de este estrato rocoso.
Durante los estudios del proyecto en el ao 1971, la
permeabilidad del estrato aluvial se midi a 17 y 30m de
profundidad, resultando un valor promedio de k=3.47x10-4 m/s.
Anlisis de gradientes hidrulicas.
En el anlisis propuesto por Briones (2008) se obtuvimos
resultados a travs del software SEEP/W modelando dos casos: sin
pantalla de inyecciones y con pantalla de inyecciones.
Caso 1: Sin pantalla de inyecciones
Se obtuvo una gradiente hidrulica mxima de 1.4 m/s (supera el
valor permitido), lo que ocasiona el lavado de finos, socavando la
base de la presa.
Caso 2: Con pantalla de inyecciones
La pantalla de inyecciones en el suelo aluvial es de 32.5m de
profundidad y estar formada por 8 filas de taladros a 3m entre s
(resultando un total 24m de ancho). En el suelo rocoso, se
considera una pantalla de inyecciones de 28m de profundidad y estar
formada por slo 2 filas de taladros a 3m entre s (resultando un
total de 6m de ancho).
La diferencia entre la pantalla en el estrato aluvial y el
rocoso radica en que la permeabilidad del estrato superior
(aluvial) es mucho mayor que en el estrato inferior (rocoso).
Se obtuvo una gradiente hidrulica mxima de 0.0065 m/s (menor a
lo permitido).
1.2. Obras de Derivacin
1.2.1. Tnel de Derivacin
El Proyecto Olmos, requiri la construccin de un tnel trasandino
de 20 km para el trasvase de aguas del ro Huancabamba desde la
vertiente del Atlntico hacia la vertiente del Pacfico.
Ubicacin
Ilustracin 3.2.11Posee una longitud de 19.3Km. Para dimensionar
se dise con el caudal de 26 m3/s.
Tabla 3.2.11Dimetro de tnel Trasandino
Q (m3/seg) =26.389
Se =0.004
n (shotcrete) =0.022
L (m)=19300
A (m2)=9.898
D =3.550
Q (m3/seg) =26.767
Ilustracin 3.2.12
Ilustracin 3.2.131.3. Centrales Hidroelctricas
La funcin de una central hidroelctrica es utilizar la energa
potencial del agua almacenada y convertirla en energa mecnica y,
luego, en elctrica. Este proyecto capta el agua para conducirla de
otra manera, de forma que, se produzca un desnivel que origine, a
su vez, una cierta energa potencial acumulada. Al descargar el agua
por el desnivel, el paso del agua por la turbina desarrolla un
movimiento giratorio que acciona el alternador y produce corriente
elctrica.
Ilustracin 3.31 Ejemplo de un esquema de CC.HH
Fuente: www.jenijos.com
Algunas de las ventajas son.
No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de
energa, constantemente repuesta por la naturaleza de manera
gratuita.
Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua.
A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego,
proteccin contra las inundaciones, suministro de agua, caminos,
navegacin y an ornamentacin del terreno y turismo.
Los costos de mantenimiento y explotacin son bajos.
Las obras de ingenieria necesarias para aprovechar la energa
hidralica tienen una duracin considerable.
La turbina hidralica es una mquina sencilla, eficiente y segura,
que puede ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca
vigilancia siendo sus costes de mantenimiento, por lo general,
reducidos.
Y entre sus desventajas estn:
Los costos de capital por kilovatio instalado son con frecuencia
muy altos.
El emplazamiento, determinado por caractersticas naturales,
puede estar lejos del centro o centros de consumo y exigir la
construccin de un sistema de transmisin de electricidad, lo que
significa un aumento de la inversin y en los costos de
mantenimiento y prdida de energa.
La construccin lleva, por lo comn, largo tiempo en comparacin
con la de las centrales termoelctricas.
La disponibilidad de energa puede fluctuar de estacin en estacin
y de ao en ao.
Existen distintos tipos de centrales hidroelctricas.
Segn su rgimen de flujo: Fluyente, con embalse, reguladas o con
bombeo.
Segn su altura de cada de agua
Segn su ubicacin: Al pie de presa o dentro de una caverna.
Nuestro proyecto contiene un embalse de reserva con volumen
considerable aguas arriba de las turbinas. Esto permite graduar la
cantidad de agua que pasa por las turbinas. No depende de las
avenidas del ro pues recauda agua para todo el ao. Permite el
aprovechamiento por derivacin del cauce.
1.3.1. Ubicacin
Nuestro proyecto posee dos centrales hidroelctricas distanciadas
la una con la otra por 14 km aproximadamente. A continuacin, se
presentan el alineamiento que sigue la conduccin del agua hacia las
centrales hidroelctricas, mediante tneles.
Ilustracin 3.3.11 Tnel y CC.HH. 1
Fuente: Cartografa Nacional
Para el este tramo, necesitamos hallar el dimetro del tnel
disendolo con el caudal del tnel transandino.
Tabla 3.3.11Derivacin a CCHH1
L (m)=3647.288
cotas (m)=22.000
Q (m3/seg) =26.389
Se =0.006
n (shotcrete) =0.019
Q (m3/seg) =27.165
D (m)=3.150
Este tnel posee 3.65 km de largo, con una pendiente de 0.006 e
inicia en la cota 1047 msnm, descargando a un conducto forzado de
650 metros que entregar agua a la CC.HH.1, en la cota 684 msnm.
Ilustracin 3.3.12 Perfil de tnel de la CC.HH. 1
Fuente: Propia
La otra central se encuentra en la cota 230 msnm, donde recibe
el agua del conducto forzado que tiene una longitud de 620m.
Ilustracin 3.3.13 Alineamiento de tnel de la CC.HH.2
El tnel de aduccin de la CC.HH. 2 tiene 13.36 km de longitud con
pendiente de 0.003 e inicia y termina en las cotas 677 y 643
msnm.
De la misma manera que se realiz para el primer tnel de aduccin,
se realiza el clculo del dimetro de ste tnel 2.
Tabla 3.3.12Derivacin a CCHH2
L (m)=13433.832
cotas (m)=34.000
Q (m3/seg) =26.389
Se =0.003
n (shotcrete) =0.019
Q (m3/seg) =27.028
D (m)=3.700
Ilustracin 3.3.14 Perfil de tnel de la CC.HH. 2
A continuacin, se presenta el clculo del dimetro de las tuberas
forzadas.
Tabla 3.3.13Diametro Tubera Forzada
Tubera forzada 1Tubera forzada 2
Q (m3/seg) =26.38926.389
Se =0.4620.582
n (acero) =0.0190.019
Q (m3/seg) =27.35027.860
D (m)=1.4001.350
Adems, presentamos los perfiles y plantas en hechas con el
programa AutoCAD.
Ilustracin 3.3.15
Ilustracin 3.3.16
1.3.2. POTENCIA ELECTRICA
Ecuacin 3.3.21
CALCULO DE POTENCIA (PW)
En el proyecto tenemos 2 centrales hidroelctricas para las
cuales presentamos su clculo de potencias en el siguiente
cuadro.
Tabla 3.3.21CCHH 1CCHH 2
Q (m3/s)=26.38926.389
H bruta (m)=363413
H neta (m)=358.626408.026
Potencia instalada (MW)=77.60388.293
Energia (KW.h)= 441,871,883.32 502,738,151.29
Ingresos (mill USD)= 61.86 70.38
Tabla 3.3.22Potencia total (MW)=165.896
Energia total (KW.h)= 944,610,034.62
Ingreso total (mill USD)= 132.25
1.4. Obras de Cabecera
1.4.1. Bocatoma
Es unaestructura hidrulicadestinada a derivar desde unos cursos
delro, una parte del agua disponible en este, para ser utilizada en
un fin especfico segn lo establezcan las necesidades al comparar la
oferta y la demanda de agua de una determinada regin o cuenca,
conforma un reto o desafo pues se altera el curso natural de las
aguas, por lo que se esperan cambios fluvio-morfolgicos
importantes
Tradicionalmente las bocatomas se construan y en muchos sitios
se construyen an, amontonando tierra y piedra en el cauce de un ro,
para desviar una parte del flujo hacia el canal de derivacin.
Normalmente estas rudimentarias construcciones deban ser
reconstruidas ao a ao, pues las avenidas las destruan
sistemticamente.
Las principales partes de esta estructura son:
Compuertade control y cierre de la compuerta;
Dispositivo para medir los niveles, aguas arriba y aguas abajo
de la compuerta de control. Estos pueden ser simples reglas
graduadas o pueden contar con medidores continuos de nivel y
trasmisores de la informacin al centro de operacin, el que puede
contar con mecanismos para operar a distancia la compuerta
Unvertedero fijo ubicado en la seccin del curso de agua, y un
aliviadero de compuertas, la principal diferencia entre estos es
que el primero permite transitar la diferencia entre el caudal
mximo medio mensual, del caudal de diseo; mientras que el
aliviadero de compuertas permite transitar el caudal mximo medio
mensual.
Frecuentemente se completa la bocatoma con unarejay
undesarenador, para evitar que el transporte slido sedimente en el
canal dificultando los trabajos de mantenimiento del mismo.
Ubicacin
La bocatoma se ubica en los 601078 latitud Sur y 794655 longitud
Oeste a 143 msnm La ubicacin se detalla en las siguientes
imgenes:
Ilustracin 3.4.11Fuente: Google Earth
Ilustracin 3.4.12Fuente: Google Earth
Ilustracin 3.4.13Fuente: H20lmos
A continuacin, presentaremos los clculos de la bocatoma.
Ecuacin 3.4.11
Tabla 3.4.11
Tabla 3.4.12
Ilustracin 3.4.141.5. Obras de Proteccin
Estas obras permiten reducir el desgaste y proteger otras obras
civiles hidrulica. Algunos ejemplos son desarenadores, aliviaderos,
desfogues, disipadores de energa o tanques de presin.1.5.1.
Desarenador
Es una estructura diseada para retener la arena que traen las
aguas servidas o las aguas superficiales a fin de evitar que
ingresen, al canal de aduccin, a la central hidroelctrica o al
proceso de tratamiento y lo obstaculicen creando serios
problemas.
Existen varios tipos, siendo los principales los desarenadores
longitudinales y de vrtice. El objetivo es obtener una velocidad
del agua de 0.3 m/s.
Memoria Descriptiva
En el presente proyecto, se utiliza el desarenador longitudinal
el cual se basa en la reduccin de la velocidad del agua y de las
turbulencias permitiendo as que el material slido transportado en
suspensin se deposite en el fondo, el cual ser limpiado
peridicamente.
- El periodo de diseo, teniendo en cuenta criterios econmicos y
tcnicos es de 8 a 16 aos.
- El periodo de operacin es de 24 horas por da.
- Debe existir una transicin en la unin del canal o tubera de
llegada al desarenador para asegurar la uniformidad de la velocidad
en la zona de entrada.
- La transicin debe tener un ngulo de divergencia suave no mayor
de 12 30.
- La velocidad de paso por el vertedero de salida debe ser
pequea para causar menor turbulencia y arrastre de material
(Krochin,V=1m/s).
- La llegada del flujo de agua a la zona de transicin no debe
proyectarse en curva pues produce velocidades altas en los lados de
la cmara.
- La relacin largo/ancho debe ser entre 10 y 20.
- La sedimentacin de arena fina (d