Olmos

TRABAJO PARCIAL

Curso: Ingeniería de los Recursos Hidráulicos

Profesor: Ing. Juan José Velásquez Díaz

Alumnos:

Antón Aliaga

Luis Beltrán

Oscar Vitor

Jorge Lujan Velásquez

Antonio Percca

Curso: CI99

Sección: CI81

2014

INDICE

1. INTRODUCCION 1

1.1. Características Generales del Proyecto 1

2. DEMANDA 5 2.1. Situación Actual y Distribución de Cultivos 5 2.2. Demanda Agrícola 8 2.3. Demanda Poblacional 14

3. OFERTA 16 3.1. Delimitación de Cuenca 17 3.2. Curvas de Duración 18 3.3. Curva Masa 20

4. INGENIERIA DEL PROYECTO 23

4.1. Embalse y Presa 24

4.1.1. Relación Nivel – Área – Volumen 24 4.1.2. Ubicación 30 4.1.3. Presa de Tierra 30

4.2. Obras de Derivación 34

4.2.1. Túnel de derivación 34

4.3. Centrales Hidroeléctricas 35 4.3.1. Ubicación 36 4.3.2. Potencia Eléctrica 39

4.4. Obras de Cabecera 43 4.4.1. Bocatoma 43

4.5. Obras de Protección 47

4.5.1. Desarenador 47

4.6. Obras de Conducción 51 4.6.1. Canal Alimentador 51

5. BLIOGRAFIA 52

INTRODUCCION

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

1

INTRODUCCION

CARACTERISTICAS GENERALES DEL PROYECTO

El Proyecto Integral Olmos consiste en el trasvase de las aguas del río Huancabamba de la vertiente del Atlántico a la vertiente del Pacifico a través de un túnel trasandino de 20 km para su aprovechamiento en la irrigación de tierras eriazas y la generación hidroenergética.

Ilustración 0-1

Fuente: Googel Earth

Consiste en las siguientes etapas:

Ilustración 0-2

Fuente: Andina


2

Sus características meteorológicas que se presentan, son las nombradas en el informe del proyecto.

Tabla 1.1

VALLE DE OLMOS (Lat. Sur 6°)

Evapotranspiración potencial (ETP)

Mes Temperatura media (°C)

Horas de luz (%)

ETP (mm)

Ene 25.7 8.74 174

Feb 26.95 7.79 159

Mar 25.665 8.51 169

Abr 24.35 8.14 157

May 23 8.30 155

Jun 21.65 8.00 144

Jul 20.315 8.28 144

Ago 18.95 8.35 140

Set 20.22 8.20 142

Oct 21.47 8.57 154

Nov 22.785 8.42 156

Dic 24.135 8.73 167

ANUAL 22.93 100 1860


3

Precipitación media mensual

Tabla 1.2

Fuente: http://www.biblioteca.udep.edu.pe/BibVirUDEP/tesis/pdf/1_72_183_37_663.pdf

Imagen 1.2

Fuente: Google Earth


4

Capítulo 1

DEMANDA DE AGUA


5

1. DEMANDA

1.1. SITUACION ACTUAL Y DISTRIBUCION DE CULTIVOS

En el proceso de investigación, se logró obtener información acerca de la compra de terrenos que ya se ha producido en este proyecto. A continuación, se presentan la distribución de los cultivos que las empresas inversoras han realizado.

Ilustración 1.1-1

Fuente: http://semanaeconomica.com/article/extractivos/127366-se-adelanta-la-ola-verde/

Según se informó, los cultivos que se producirían por parte de estas empresas son las siguientes.

Azucarera Olmos: Caña de Azúcar y otros


6

Gloria: Posible Ganadería

Mirabilis: Palta

ICCGSA: Palta, Uva, Caña, Algodón

Agroindustrias AIB: Palta, Limón

AQP Olmos: Quinua Chía Arándano

Otros: Mango, Espárrago

El informe del proyecto estima una demanda de agua superficial presurizada por lote de 10400 m3/ha neta/año, tal como se presenta en el siguiente gráfico, extraído del mismo informe.

Ilustración 1.1-2

Fuente: H2Olmos

Mientras que el contrato de concesión indica que “teniendo en cuenta que la demanda máxima prevista de riego no sobrepasa 22 m3/s, queda claro que la disposición y trazado del túnel permiten el transporte de caudales considerablemente mayores que la demanda de riego.”, tal como se muestra en este texto extraído de la propuesta técnica, en la memoria descriptiva.


7

Ilustración 1.1-3

Fuente: http://www.proinversion.gob.pe/RepositorioAPS/0/0/JER/PACONCESION_PROYECTO_O

LMOS/Contrato%20de%20Concesi%C3%B3n%20b.pdf


8

1.2. DEMANDA AGRICOLA

La propuesta de la distribución de cultivos para el proyecto de estudio es la siguiente.

Tabla 1.2-1

Con esta distribución de cultivos, se tienen las siguientes demandas por producto.

35%

20%15%

15%

15%

Distribución de cultivos en Olmos

Caña de Azúcar

Palta

Vid

Mango

Granos


9

Tabla 1.2-2


10

Tabla 1.2-3


11

Tabla 1.2-4


12

Tabla 1.2-5


13

Tabla 1.2-6


14

1.3. DEMANDA POBLACIONAL

Se investigó que, en el año 2012, la Corporación Andina de Fomento - Banco de Desarrollo de América Latina (CAF), mediante un convenio con el Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento, formularon una propuesta de diseño urbano integral para el proyecto Olmos, de manera que se pueda proyectar la población de la nueva ciudad de Olmos, tal como se muestra en la siguiente cita.

“Como resultado del estudio de la CAF, se confirma la “Nueva Ciudad en Olmos” en la localización prevista en el Plan de Ordenamiento Territorial de Distrito, ocupando las tierras altas al Oeste del polígono subastado con las 38,000 ha, en tierras de propiedad del PEOT, que al término de la segunda fase del proyecto de irrigación la nueva ciudad quedará en el centro de las tierras a ser incorporadas a la agricultura de agroexportación y agroindustrial. Según el Estudio de la CAF, para la primera fase del proyecto de irrigación, la población esperada en la nueva ciudad es de 62,000 personas aproximadamente para el 2021. Previéndose que para fines del 2014 arriben los primeros 8,000 habitantes, siendo prioridad la oferta de viviendas para esta primera fase.

Calculamos la tasa de crecimiento de la población de Olmos y usamos la misma para proyectar la población de la nueva ciudad de Olmos al 2050. “

Fuente: (http://siga.regionlambayeque.gob.pe/mysiganew/content/sisadportPublicaTema_mostrar.php?poco_id=10122)

De esta manera, calculamos la tasa de crecimiento de la población de Olmos y usamos la misma para proyectar la población de la nueva ciudad de Olmos al 2050.

Tabla 1.3-1

OlmosAño Rural Urbana Total

1940 7632 2184 9816

1961 10449 3628 14077

1972 13792 4400 18192

1981 18166 5701 23867

1993 23188 7857 31045

2007 26788 9807 36595

F UEN T E: IN EI

2007 36,595

t= 43

http://siga.regionlambayeque.gob.pe/mysiganew/content/sisadportPublicaTema_mostrar.php?poco_id=10122

http://siga.regionlambayeque.gob.pe/mysiganew/content/sisadportPublicaTema_mostrar.php?poco_id=10122


15

Nos basamos en la demanda de una persona en zonas urbanizadas y con ésta calculamos la demanda de la población futura de la nueva ciudad de Olmos.

Tabla 1.3-2

Cálculo de la demanda de agua

Consumo de agua per cápita*

60

m3/año

Consumo

poblacional

5230080 m3/año

0.166 m3/s

*basado en el consumo per cápita de una persona en Surco

En conclusión, se obtuvo una demanda conjunta de 17.26 m3/s , sin embargo se debe considerar una pérdida por conducción y distribución. En nuestro caso consideraremos 20% para ambos.

Demanda = (17.26 / 0.8) = 21.57 m3/s

GeométricoKp= 0.011748132 Factor de crecimiento anual

Pt= 51449.84553 51450 1.18%

Nueva ciudad de OlmosCálculo de la población futura

Pob actual

(2021)62000

Tasa de

crecimiento*

1.18%

Pob futura

(2050)87168

*co nsiderando la misma tasa

de crecimiento del po blado de

Olmo s


16

Capítulo 2

OFERTA DE AGUA


17

2. OFERTA

2.1. Delimitación de la Cuenca

Se delimitó la parte de la cuenca del río Huancabamba que se encuentra aguas arriba del “punto de aforo” que se puede considerar en la presa Limón. Esta cuenca pertenece a la vertiente del Atlántico. Los cálculos hidrológicos y meteorológicos se ciñen a esa región delimitada, que tiene un área aproximada de 2546.8 km2 y relieves abruptos.

Ilustración 2.1-1


18

Para fines del presente trabajo, se trabajó con los caudales históricos medidos en la estación Limón, así como los caudales medidos en la estación Tronera, los cuales se van a descontar del caudal del Huancabamba por estar destinados a la futura derivación hacia el Proyecto Especial de Irrigación e Hidroenergético Alto Piura.

2.2. Curvas de duración

La curva de duración resulta del análisis de frecuencias de la serie histórica de caudales medios diarios en el sitio de captación de un proyecto de suministro de agua. Se estima que si la serie histórica es suficientemente buena, la curva de duración es representativa del régimen de caudales medios de la corriente y por lo tanto puede utilizarse para pronosticar el comportamiento del régimen futuro de caudales, o sea el régimen que se presentará durante la vida útil de la captación.

A continuación se muestran las tablas de frecuencia a partir de los datos históricos de todos los años, promediando los caudales promedio de cada mes, obteniendo curvas de duración para cada mes y también una curva de duración anual, donde se observa la cantidad de veces (o el porcentaje del total) que el caudal del río superó un caudal específico (límite inferior de los intervalos de clase).


19

Tabla 2.2-1


20

2.3. Curva masa – MMC acumulado vs Mes – Periodo: 4 años (1999-2002)

Se utiliza para determinar la capacidad de almacenamiento de un reservorio, el mismo que para ser evaluada su necesidad, se examinan tres posibles casos.

1. La disponibilidad del recurso excede las demandas 2. La disponibilidad del recurso excede en algunos periodos las demandas, pero en

otros no. 3. La disponibilidad del recurso nunca excede las demandas del mismo.

En caso se tenga el primero, la extracción puede realizarse de manera directa, en caso sea el segundo se requiere un reservorio para almacenar en épocas de déficit y para el último caso se necesita una fuente adicional de suministro para el abastecimiento.

Además de emplear los requerimientos de entrada de agua y las salidas de la misma, se debe tener en cuenta el caudal necesario para no perjudicar el medioambiente, así como las pérdidas por evaporación.

Este método permite realizar estimados de almacenamiento necesarios para una presa. Esto se realiza con la finalidad de tener un proceso racional con lo cual se estima una capacidad de almacenamiento requerida para hacer frente a la demanda de una población determinada.

Tabla 2.3-1


21

En la curva masa se puede corroborar a través del método de Rippl la capacidad calculada para el embalse, con la distancia entre las dos rectas (la pendiente debe ser igual o mayor a los egresos o demandas promedio) tangentes a los puntos máximos y mínimos de la curva.

Cálculo de la altura necesaria para el volumen de almacenamiento

Se trabajó con las curvas de nivel de todo el área de la cuenca, con una equidistancia de 2.00 m, obteniendo mediante las funciones del software AutoCAD las áreas correspondientes a cada curva de nivel. Luego se interpoló para encontrar la altura que permite un volumen de almacenamiento de 172 MMC según lo calculado.

Ilustración 2.3-1


22

Tabla 2.3-2

Cota Área (CAD) Volumen

(m3) Vol. MMC MMC

accum

1100.00 1487050.65 0.00 0.00 0.00

1102.00 1525734.61 3012785.27 3.01 3.01

1104.00 1563129.35 3088863.96 3.09 6.10

1106.00 1600681.19 3163810.54 3.16 9.27

1108.00 1638692.02 3239373.21 3.24 12.50

1110.00 1677639.77 3316331.80 3.32 15.82

1112.00 1717524.61 3395164.39 3.40 19.22

1114.00 1758346.55 3475871.16 3.48 22.69

1116.00 1800105.58 3558452.12 3.56 26.25

1118.00 1842801.69 3642907.27 3.64 29.89

1120.00 1886434.91 3729236.60 3.73 33.62

1122.00 1931005.21 3817440.12 3.82 37.44

1124.00 1976512.61 3907517.82 3.91 41.35

1126.00 2022957.10 3999469.70 4.00 45.35

1128.00 2070338.68 4093295.77 4.09 49.44

1130.00 2118657.35 4188996.03 4.19 53.63

1132.00 2167913.12 4286570.47 4.29 57.92

1134.00 2218105.99 4386019.12 4.39 62.30

1136.00 2269235.97 4487341.96 4.49 66.79

1138.00 2321303.05 4590539.02 4.59 71.38

1140.00 2374307.23 4695610.28 4.70 76.08

1142.00 2428248.52 4802555.75 4.80 80.88

1144.00 2483221.32 4911469.84 4.91 85.79

1146.00 2552319.86 5035541.18 5.04 90.83

1148.00 2814757.75 5367077.61 5.37 96.19

1150.00 5869863.58 8684621.33 8.68 104.88

1152.00 6026916.72 11896780.30 11.90 116.77

1154.00 6159967.02 12186883.74 12.19 128.96

1156.00 6278620.11 12438587.13 12.44 141.40

1158.00 6391639.94 12670260.05 12.67 154.07

1160.00 6501785.43 12893425.37 12.89 166.96

1162.00 6612156.28 13113941.71 13.11 180.08

1164.00 6723185.29 13335341.57 13.34 193.41

1166.00 6834872.54 13558057.83 13.56 206.97

1168.00 6947218.05 13782090.59 13.78 220.75

1170.00 7060221.81 14007439.86 14.01 234.76

Cota final – Cota inicial = 1161 – 1100 Se requiere una altura útil de: 61 m.


23

Capítulo 3

INGENIERIA DEL PROYECTO


24

3. INGENIERIA DEL PROYECTO

La ingeniería del proyecto Olmos comprende el diseño y cálculo de componentes del proyecto de irrigación-energía. Además, se presentarán los planos de planta y perfil de las obras civiles.

3.1. Embalse y Presa

Se denomina embalse a la acumulación de agua producida por una obstrucción en el lecho de un río o arroyo que cierra parcial o totalmente su cauce.

La obstrucción del cauce puede ocurrir por causas naturales como, por ejemplo, el derrumbe de una ladera en un tramo estrecho del río o arroyo, la acumulación de placas de hielo o las construcciones hechas por los castores, y por obras construidas por el hombre para tal fin, como son las presas.

3.1.1. Relación Nivel-Área-Volúmen

Cálculo de la altura de la presa

- Con ayuda de la hidrología (y con datos de agronomía y estadística 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 cálculo se incluyeron las pérdidas y caudales de egreso aparte de la demanda, provenientes de la evapotranspiración (varía de acuerdo al mes), infiltración (0.40 m3/s como máximo) y el caudal ecológico (definido en 1.30 m3/s).

Sin embargo, dentro del cálculo de la capacidad del embalse es necesario conocer la cantidad de depósitos o sedimentos que ocurren en una cantidad de tiempo, y establecer una medida de control, pues la diferencia entre la oferta y la evacuación de sólidos a lo largo de la vida asignada al proyecto es lo que nos da el Volumen Muerto a considerarse en los cálculos. Éste servirá, finalmente, como uno de los elementos para obtener la altura de la presa.


25

Ilustración 3.1.1-1

b) Cálculo del volumen muerto si no se cuenta con información de sedimentos


26


En nuestro caso se empleará como volumen de embalse muerto el máximo considerado en la bibliografía: VM = 0.12*VU VU = 110 MMC (según cálculos – Oferta)

Tabla 3.1.1-1

VM = 13,4 => 14 MMC (Sedimentos sólidos considerando una operación de nivel variable durante avenidas)

-200.00

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1,000.00

1,200.00

Oct

- 7

8

Ene

- 7

9

Ab

r -

79

Jul -

79

Oct

- 7

9

Ene

- 8

0

Ab

r -

80

Jul -

80

Oct

- 8

0

Ene

- 8

1

Ab

r -

81

Jul -

81

Oct

- 8

1

Ene

- 8

2

Ab

r -

82

Jul -

82


27

Además, se considerará que el volumen de agua ubicado bajo el nivel inferior de la entrada al túnel 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 información topográfica y el volumen necesario 180 MMC:

Tabla 3.1.1-2

Cota Área (CAD) Volumen

(m3) Vol. MMC MMC

accum

1100.00 1487050.65 0.00 0.00 0.00

1102.00 1525734.61 3012785.27 3.01 3.01

1104.00 1563129.35 3088863.96 3.09 6.10

1106.00 1600681.19 3163810.54 3.16 9.27

1108.00 1638692.02 3239373.21 3.24 12.50

1110.00 1677639.77 3316331.80 3.32 15.82

1112.00 1717524.61 3395164.39 3.40 19.22

1114.00 1758346.55 3475871.16 3.48 22.69

1116.00 1800105.58 3558452.12 3.56 26.25

1118.00 1842801.69 3642907.27 3.64 29.89

1120.00 1886434.91 3729236.60 3.73 33.62

1122.00 1931005.21 3817440.12 3.82 37.44

1124.00 1976512.61 3907517.82 3.91 41.35

1126.00 2022957.10 3999469.70 4.00 45.35

1128.00 2070338.68 4093295.77 4.09 49.44

1130.00 2118657.35 4188996.03 4.19 53.63

1132.00 2167913.12 4286570.47 4.29 57.92

1134.00 2218105.99 4386019.12 4.39 62.30

1136.00 2269235.97 4487341.96 4.49 66.79

1138.00 2321303.05 4590539.02 4.59 71.38

1140.00 2374307.23 4695610.28 4.70 76.08

1142.00 2428248.52 4802555.75 4.80 80.88

1144.00 2483221.32 4911469.84 4.91 85.79

1146.00 2552319.86 5035541.18 5.04 90.83

1148.00 2814757.75 5367077.61 5.37 96.19

1150.00 5869863.58 8684621.33 8.68 104.88

1152.00 6026916.72 11896780.30 11.90 116.77

1154.00 6159967.02 12186883.74 12.19 128.96

1156.00 6278620.11 12438587.13 12.44 141.40

1158.00 6391639.94 12670260.05 12.67 154.07

1160.00 6501785.43 12893425.37 12.89 166.96

1162.00 6612156.28 13113941.71 13.11 180.08

1164.00 6723185.29 13335341.57 13.34 193.41


28

Luego de definir la altura de la persa, se puede proceder con el predimensionamiento de la presa y sus componentes.

Para lograr un buen diseño de la presa se debe contar con buena información de los suelos y materiales disponibles en canteras o insitu, así como la utilización de los diversos métodos estadísticos para un adecuado control de la calidad de datos.


PREDIMENSIONAMIENTO DE TALUD

Para el pre dimensionamiento de los taludes se tiene en cuenta los criterios de la tabla 13:

Con fines académicos, el análisis de la presa y su estabilidad se realizará aplicando un solo modelo de distribución homogénea de suelos en el relleno de la presa (Sandy Clay).


29

Tabla 3.1.1-3

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.


30

3.1.2. Ubicación

A continuación mostramos la ubicación de nuestro embalse



3.1.3. Presa de Tierra

Esta represa será de tierra ya que es un material económico y resistente. Para el correcto diseño de la misma, se tendrá en consideración 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 diseño de la presa Limón

Apoyo en las disciplinas de la carrera

- Inicialmente se define la ubicación aproximada de la presa y su eje a través de la topografía, buscando la sección más 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.


31


- Se verifican las condiciones geológicas de toda el área comprometida en la presa, para asegurar condiciones de estabilidad y una cimentación favorable para la presa.


longitudinal con fallas geológicas, tipos de rocas y depósitos


32

Inyecciones Ilustración 3.1.3-3


En este tipo de presas (de tierra y enrocado) se requiere de una pantalla de inyección o de una trinchera (si es que el espesor del material de la cimentación es menor de 10m) cuya función es alargar el recorrido de las pérdidas por infiltración y así reducir su gradiente hidráulico. Según el Cuerpo de Ingenieros de Estados Unidos, la gradiente hidráulica máxima de salida no debe ser mayor a 0.70 m/s.

Esquema de filtraciones en una presa de tierra

Fuente: USBR (1987) Design of small dams. EEUUSección


33

Por estudios de suelos realizados, se determinó que el estrato de material aluvial tiene una profundidad de 32.5m, razón por la que es necesaria una pantalla de inyección; por debajo de éste 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 año 1971, la permeabilidad del estrato aluvial se midió a 17 y 30m de profundidad, resultando un valor promedio de k=3.47x10-4 m/s.

Análisis de gradientes hidráulicas.

En el análisis propuesto por Briones (2008) se obtuvimos resultados a través 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 hidráulica máxima 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 estará formada por 8 filas de taladros a 3m entre sí (resultando un total 24m de ancho). En el suelo rocoso, se considera una pantalla de inyecciones de 28m de profundidad y estará formada por sólo 2 filas de taladros a 3m entre sí (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 hidráulica máxima de 0.0065 m/s (menor a lo permitido).

Fuente: BRIONES ZEVALLOS. (2008) Proyecto de tesis. Lima Fuente: BRIONES ZEVALLOS. (2008) Proyecto de tesis. Lima

Tabla 3.1.3-1


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3.2. Obras de Derivación

3.2.1. Túnel de Derivación

El Proyecto Olmos, requirió la construcción de un túnel trasandino de 20 km para el trasvase de aguas del río Huancabamba desde la vertiente del Atlántico hacia la vertiente del Pacífico.

Ubicación


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Posee una longitud de 19.3Km. Para dimensionar se diseñó con el caudal de 26 m3/s.

Tabla 3.2.1-1

Diámetro de túnel Trasandino

Q (m3/s)= 26.389

L (m)= 19300

A (m2)= 5.867

Ch= 130

Rh (m)= 0.683

Δ cotas (m)= 80

S= 0.004

D (m)= 2.7

hf(m)= 80.271


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3.3. Centrales Hidroeléctricas

La función de una central hidroeléctrica es utilizar la energía potencial del agua almacenada y convertirla en energía mecánica y, luego, en eléctrica. Este proyecto capta el agua para conducirla de otra manera, de forma que, se produzca un desnivel que origine, a su vez, una cierta energía potencial acumulada. Al descargar el agua por el


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desnivel, el paso del agua por la turbina desarrolla un movimiento giratorio que acciona el alternador y produce corriente eléctrica.

Ilustración 3.3-1 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 energía, 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, protección contra las inundaciones, suministro de agua, caminos, navegación y aún ornamentación del terreno y turismo.

Los costos de mantenimiento y explotación son bajos.

Las obras de ingenieria necesarias para aprovechar la energía hidraúlica tienen una duración considerable.

La turbina hidraúlica es una máquina 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 están:

Los costos de capital por kilovatio instalado son con frecuencia muy altos.

El emplazamiento, determinado por características naturales, puede estar lejos del centro o centros de consumo y exigir la construcción de un sistema de transmisión de electricidad, lo que significa un aumento de la inversión y en los costos de mantenimiento y pérdida de energía.

La construcción lleva, por lo común, largo tiempo en comparación con la de las centrales termoeléctricas.

La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en año.

Existen distintos tipos de centrales hidroeléctricas.


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Según su régimen de flujo: Fluyente, con embalse, reguladas o con bombeo.

Según su altura de caída de agua

Según su ubicación: 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 río pues recauda agua para todo el año. Permite el aprovechamiento por derivación del cauce.

3.3.1. Ubicación

Nuestro proyecto posee dos centrales hidroeléctricas distanciadas la una con la otra por 14 km aproximadamente. A continuación, se presentan el alineamiento que sigue la conducción del agua hacia las centrales hidroeléctricas, mediante túneles.

Ilustración 3.3.1-1 Túnel y CC.HH. 1

Fuente: Cartografía Nacional

Para el este tramo, necesitamos hallar el diámetro del túnel diseñándolo con el caudal del túnel transandino.


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Tabla 3.3.1-1

Diámetro tuneles de derivación

Tunel a CCHH 1

Q (m3/s)= 26.389

L (m)= 3647.288

A (m2)= 11.642

Ch= 130

Rh (m)= 0.963

Δ cotas (m)= 3

S= 0.001

D (m)= 3.85

Este túnel 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 entregará agua a la CC.HH.1, en la cota 684 msnm.

Ilustración 3.3.1-2 Perfil de túnel 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.


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Ilustración 3.3.1-3 Alineamiento de túnel de la CC.HH.2

El túnel de aducción 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 realizó para el primer túnel de aducción, se realiza el cálculo del diámetro de éste túnel 2.

Tabla 3.3.1-2

Diámetro tuneles de derivación

Túnel a CCHH 2 Q (m3/s)= 26.389 L (m)= 13433.832 A (m2)= 6.379 Ch= 130 Rh (m)= 0.713

Δ cotas (m)= 48 S= 0.004

D (m)= 2.85


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Ilustración 3.3.1-4 Perfil de túnel de la CC.HH. 2

A continuación, se presenta el cálculo del diámetro de las tuberías forzadas.

Tabla 3.3.1-3

Diámetro tubería forzada

T.F a CCHH 1 T.F a CCHH 2

Q (m3/s)= 26.389 26.389

L (m)= 512 1455

A (m2)= 0.950 1.431

Ch= 90 90

Rh (m)= 0.275 0.338

Δ cotas (m)= 363 413

S= 0.709 0.284

D (m)= 1.100 1.350

Además, presentamos los perfiles y plantas en hechas con el programa AutoCAD.


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3.3.2. POTENCIA ELECTRICA

Ecuación 3.3.2-1

CALCULO DE POTENCIA (PW)

En el proyecto tenemos 2 centrales hidroeléctricas para las cuales presentamos su

cálculo de potencias en el siguiente cuadro.

Tabla 3.3.2-1

CCHH 1 CCHH 2

Q (m3/s)= 26.389 26.389

H (m)= 363 413

Potencia (MW)= 78.549 89.369

Energia (KW.h)=

688,093,597.22

782,872,329.62

Ingresos (mill USD)= 96.33

109.60

Tabla 3.3.2-2

Potencia total (MW)= 167.918

Energia total (KW.h)= 1,470,965,926.85

Ingreso total (mill USD)= 205.94


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3.4. Obras de Cabecera

3.4.1. Bocatoma

Es una estructura hidráulica destinada a derivar desde unos cursos del río, una parte del agua disponible en este, para ser utilizada en un fin específico según lo establezcan las necesidades al comparar la oferta y la demanda de agua de una determinada región o cuenca, conforma un reto o desafío pues se altera el curso natural de las aguas, por lo que se esperan cambios fluvio-morfológicos importantes

Tradicionalmente las bocatomas se construían y en muchos sitios se construyen aún, amontonando tierra y piedra en el cauce de un río, para desviar una parte del flujo hacia el canal de derivación. Normalmente estas rudimentarias construcciones debían ser reconstruidas año a año, pues las avenidas las destruían sistemáticamente.

Las principales partes de esta estructura son:

Compuerta de 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 información al centro de operación, el que puede contar con mecanismos para operar a distancia la compuerta

Un vertedero fijo ubicado en la sección 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 máximo medio mensual, del caudal de diseño; mientras que el aliviadero de compuertas permite transitar el caudal máximo medio mensual.

Frecuentemente se completa la bocatoma con una reja y un desarenador, para evitar que el transporte sólido sedimente en el canal dificultando los trabajos de mantenimiento del mismo.

Ubicación

La bocatoma se ubica en los 6°01’078” latitud Sur y 79°46’55’’ longitud Oeste a 143 msnm La ubicación se detalla en las siguientes imágenes:

http://es.wikipedia.org/wiki/Obra_hidr%C3%A1ulica

http://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADo

http://es.wikipedia.org/wiki/Compuerta

http://es.wikipedia.org/wiki/Vertedero_hidr%C3%A1ulico

http://es.wikipedia.org/wiki/Reja_(hidr%C3%A1ulica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Desarenador


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Fuente: H20lmos

A continuación, presentaremos los cálculos de la bocatoma.

Ecuación 3.4.1-1


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Tabla 3.4.1-1

Q diseño avenidas = 540 m3/s

Q derivación Nuevo Olmos = 22.00 m3/s

Ancho de muros de aliviadero movil(compuerta)= 0.5 m

Normal aguas arriba = 143.30 m s.n.m.

Normal aguas abajo = 142.94 m s.n.m.

Cauce aguas arriba (hd) = 140.80 m s.n.m.

Cauce aguas abajo = 139.94 m s.n.m.

Derivación de agua = 143.00 m s.n.m.

NIVELES

CONDICIONES GENERALES

CALCULOS HIDRÁULICOS

BOCATOMA OLMOS


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Tabla 3.4.1-2


Ancho (m) Ancho (m) Hc (m) Diferencia/Hc K1 Diferencia 1/Hc K2 Caudal

menos pilares estimar Small Dams Small Dams Q (m3/s)

14.00 11.00 3.87 1.00 1 0.45 1.00 142

Nivel Aguas Nivel Hc (m) Diferencia/Hc K1 Diferencia 1/Hc K2 Longitud (m) Caudal

máximas (m) vertedero (m) Small Dams Small Dams estimar Q (m3/s)

146.00 143.00 3.00 2.02 1.00 1.02 1.00 45.00 398

CAUDAL TOTAL = 540 m3/s

ALIVIADERO DE COMPUERTAS

ALIVIADERO FIJO


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3.5. Obras de Protección

Estas obras permiten reducir el desgaste y proteger otras obras civiles hidráulica. Algunos ejemplos son desarenadores, aliviaderos, desfogues, disipadores de energía o tanques de presión.

3.5.1. Desarenador

Es una estructura diseñada para retener la arena que traen las aguas servidas o las

aguas superficiales a fin de evitar que ingresen, al canal de aducción, a la central

hidroeléctrica o al proceso de tratamiento y lo obstaculicen creando serios problemas.

Existen varios tipos, siendo los principales los desarenadores longitudinales y de vórtice.

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

reducción de la velocidad del agua y de las turbulencias permitiendo así que el material

sólido transportado en suspensión se deposite en el fondo, el cual será limpiado

periódicamente.

- El periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es de 8 a 16 años. - El periodo de operación es de 24 horas por día.

- Debe existir una transición en la unión del canal o tubería de llegada al desarenador

para asegurar la uniformidad de la velocidad en la zona de entrada.

- La transición debe tener un ángulo de divergencia suave no mayor de 12° 30´.

- La velocidad de paso por el vertedero de salida debe ser pequeña para causar menor turbulencia y arrastre de material (Krochin,V=1m/s). - La llegada del flujo de agua a la zona de transición no debe proyectarse en curva pues produce velocidades altas en los lados de la cámara. - La relación largo/ancho debe ser entre 10 y 20. - La sedimentación de arena fina (d<0.01 cm) se efectúa en forma más eficiente en régimen laminar con valores de número de Reynolds menores de uno (Re<1.0). - La sedimentación de arena gruesa se efectúa en régimen de transición con valores de Reynolds entre 1.0 y 1 000. - La sedimentación de grava se efectúa en régimen turbulento con valores de número de Reynolds mayores de 1 000. - La relación de las dimensiones de largo y ancho (L/B) será entre los valores de 3 - 6. - La relación de las dimensiones de largo y profundidad (L/H) será entre los valores de 5 - 20.


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En este proyecto se contruyen 3 estructuras paralelas en el desarenador “Miraflores”. Esto

ayuda a limpiar una de ella mientras las otras continúan funcionando.

Cálculo de dimensiones

Lo primero que se determina es el valor del diámetro de partícula con el cual se diseñará.

Se sabe que para hidroeléctricas un máximo es de 0.25mm, y para sistemas de riego

0.5mm. Por lo tanto, nuestro cálculo se realizará con un diámetro de partícula de 0.3mm.

A continuación, se calcula la velocidad del flujo v en el tanque, con la fomula de Camp.

Ecuación 3.5.1-1

Por lo tanto: 𝑉 = 44√0.3 = 24.1 cm/s

Luego, calculamos el área del flujo. Se puede calcular mediante la velocidad y el caudal.

La velocidad ya fue hallada y el caudal de diseño del desarenador es de 20 m3/s. Y debido

a que se tiene 3 compartimientos paralelos, el caudal se divide en 3.

Por lo tanto, A = (20/3) / (24.1/100) = 27.66 m2

Ahora, procedemos a calcular la altura útil del desarenador. Pero, antes, debemos

escoger un valor dentro del rango de 3 – 6 que viene a ser la relación del largo y ancho.

Dicho rango es una consideración de diseño antes mencionada. Entonces, asumimos una

relación de 3 entre el largo y el ancho.

Por lo tanto, A=b x h = 3h x h ℎ = √(𝐴/3) = 3.04 m b = 9.11

Después, vamos a calcular la velocidad de caída w. Nos apoyamos con la tabla de

Arkhangelsk, el cual nos aporta el w según el diámetro de partículas mm.


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Tabla 3.5.1-1

Entonces, el w = 3.240 para nuestro diámetro de partículas de d=0.3mm. Lo que sigue es

considerar los efectos retardatorios de la turbulencia. Esto nos indica que con el agua en

movimiento la velocidad de sedimentación es menor, e igual a w – w´. Para hallar el w’,

usamos la ecuación de Levin y Bestelli.

Ecu. Levin:

Ecuación 3.5.1-2

Ecu. Bestelli:

Ecuación 3.5.1-3


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Donde h se expresa en metros.

Por lo tanto, la longitud del desarenador será:

Ecuación 3.5.1-4

Donde L está en metros.

Por lo tanto, ∝= 0.132/√3.04 = 0.0757 y 𝑤´ = 0.0757 × 24.1=1.899

Por último, se obtiene la longitud del desarenador.

𝐿 = 3.04 × 24.1/(3.24 − 1.899) = 51.7 metros.

Planta y perfil



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El diseño se puede apreciar mejor en el anexo.

3.6. Obras de Conducción

Las obras de conducción, son aquellas que nos permiten transportar el agua desde el punto de captación hasta los lugares de consumo o, de estos, hacia los puntos de descarga. Estas obras pueden ser del tipo abiertas o del tipo cerradas. Algunos ejemplos son los canales, las tuberías, los acueductos, los sifones o los túneles.

3.6.1. Canal Alimentador

Este canal tiene una sección trapezoidal y posee una longitud de 12756 metros, revestido de concreto con camino de servicio lateral. Ésta línea alimentadora posee un canal cubierto de 486 metros, un sifón de 10 metros que actualmente se está cambiando por un acueducto y por último, posee un túnel de 1925 metros de largo.

BIBLIOGRAFIA

HIDROLOGIA (WENDOR CHEREQUE)

http://biblioteca.pucp.edu.pe/docs/elibros_pucp/chereque_wendor/hidrologia_estudiantes_ing_civil.pdf

HIDROLOGIA (MAXIMO VILLON)

http://nisearch.com/files/pdf/hidrologia-maximo-villon-pdf

Gobierno regional de Lambayeque.

Proyecto H2Olmos

Semana económica

Proinversión



http://nisearch.com/files/pdf/hidrologia-maximo-villon-pdf

Olmos

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