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