Edward Tueros Tueros Lecca Ingeniero Agr Agrícola ícola CIP 41678
TOMA O BOCATOMA
Es una estructura hidráulica construida en un río con el objeto de captar y derivar una parte de su caudal. La toma representa una alteración a las condiciones normales del río La bocatoma es una de las estructuras hidráulicas mas complejas para su diseño, aquí juega un papel destacado la experiencia y conocimientos teóricos del ingeniero proyectista
TOMA O BOCATOMA
Es una estructura hidráulica construida en un río con el objeto de captar y derivar una parte de su caudal. La toma representa una alteración a las condiciones normales del río La bocatoma es una de las estructuras hidráulicas mas complejas para su diseño, aquí juega un papel destacado la experiencia y conocimientos teóricos del ingeniero proyectista
OBRAS DE CAPTACIÓN: Clasificación: 1 Obras de toma por deriv aci ción ón dir d ire ecta Se capta directamente del río aprovechando el caudal del momento. 2 Obras de Almacena Al macenami mie ento nt o Presas que cierran el río o en otro sitio, reservorios o embalses. Permiten regular la utilización del caudal, se almacenan en avenidas y utilizando en sequías.
(Presa de derivación es distinto a una presa de almacenamiento)
PARTES DE UNA BOCATOMA
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Barraje o vertedero (fijo, móvil o mixto) Presa no vertedora Ventanas de captación Compuertas de captación Poza disipadora o cuenco amortiguador Muros guías o de encauzamiento Canal de limpia (desgravador) Desripiador y canal de purga Aliviadero de excedencias
Clasificación de Bocatomas: A) BOCATOMAS DIRECTAS Son posibles de diseñar en cursos de agua de fuerte pendiente, y cuando no se quiere tener una estructura costosa, tienen el inconveniente de que el lecho del rio puede variar y dejar la toma sin agua , igualmente en las epocas de estiaje al disminuir el tirante de agua en el rio puede disminuir considerablemente el ingreso de agua en la toma.
Clasificación de Bocatomas: B) BOCATOMAS CON BARRAJES Son las más empleadas ya que aseguran una alimentación mas regular, conservan un nivel constante en la captación que permite dominar una mayor área regable.
Estas tomas pueden presentar tres variantes: La toma con barraje fijo, la toma con barraje móvil y la toma con barraje mixto.
BARRAJE
Es una represa construida a través del río con el objeto de levantar el nivel de agua del mismo, su altura debe ser tal que permita una carga de agua suficiente en la toma, para el ingreso seguro del agua en esta, considerando las pérdidas de carga que se producen en los muros, rejillas y compuertas de sección en la toma.
El barraje puede presentar los casos extremos siguientes: Una presa muy larga y poco elevada en tramos anchos del curso del río. La solución es sencilla ya que la presión del agua no es elevada y permite diseños estables. Una presa corta pero elevada en tramos profundos del curso del rio. En este caso la presión es menor por lo cual la presa será más cara , ya que demandará estribos y cimentaciones mas reforzadas .
Los elementos son: • La presa propiamente dicha • La poza de tranquilización o colchón de disipación • La zona de protección con enrocado
BOCATOMAS DE BARRAJE FIJO
Son aquellas que tienen una presa solida, para levantar el tirante de agua frente a las compuertas de captación. Crea una carga necesaria sobre el canal de derivación para que pueda ingresar el caudal de diseño.
Esta solución es posible cuando el régimen del rio es uniforme y la capacidad de captación de la toma es menor que la descarga promedio del rio, por lo que no es necesario ninguna regulación, ya que el exceso de agua pasara encima de la presa.
BOCATOMAS DE BARRAJE FIJO
Igualmente es aconsejable este tipo de bocatomas cuando el rio tiene un transporte de sólidos o una capacidad de transporte apreciable.
Con el objeto de proteger las riveras aguas arriba y aguas debajo de la presa se diseñan muros de encausamiento y protección.
BOCATOMAS DE BARRAJE MÓVIL
En este tipo de barraje se consigue la retención del caudal y elevación del tirante mediante el cierre del curso del rio por un sistema de compuertas sostenidas en un conjunto de pilares y adosadas en sus extremos a los muros de contención.
Es conveniente esta solución cuando el caudal de la captación es igual o mayor de la descarga promedio del rio o cuando la velocidad de flujo no es alta debido a la pequeña pendiente del curso del rio . Como consecuencia el transporte de sólidos es pequeño y no afecta mayormente al sistema de compuertas.
BOCATOMAS DE BARRAJE MÓVIL
En la época de avenidas la toma trabaja con las compuertas abiertas o parcialmente cerradas, de ninguna manera el barraje móvil debe ser un obstáculo para el paso del agua; ya que la obstrucción podría causar remansos desfavorables y en otros casos desbordamientos, por lo que la altura de los pilares y la abertura de compuertas debe calcularse para las máximas descargas
Es una estructura compuesta por una o mas compuertas que permiten el paso de las avenidas y sólidos y además tienen la función de eliminar los sólidos que pudiesen encontrar aguas arriba y frente a las ventanas de captación
BOCATOMAS DE BARRAJE MIXTO
Tienen una parte de la presa integrada por una estructura solida (Barraje fijo) y una parte integrada por compuertas sustentadas en pilares (Barraje móvil). La parte móvil tiene en ciertos casos muros guías o separadores del barraje fijo que forma un canal denominado de limpia y un segundo canal separado por un vertedero de rebose lateral que sirve para eliminar las gravas llamado también desempedradores.
BOCATOMAS DE BARRAJE MIXTO
Este tipo de bocatoma se adapta mejor al régimen variable de los ríos de la costa peruana, ya que en la época de estiaje trabajan únicamente con la regulación que se efectúa con el barraje móvil, mediante el cierre o la apertura de las compuertas mientras que en la época de crecidas trabajan con las compuertas de limpia abiertas y el paso libre del flujo encima del barraje fijo.
Vistas de bocatomas
Vistas de bocatomas
BOCATOMA TIROLESA También llamada caucasiana, alpina o sumergida. Se trata de una estructura típica de las partes altas de los torrentes de montaña. Pendientes longitudinales de 40% o más, que llevan gran cantidad de piedras, poco contenido de sedimentos, agua limpia en época de estiaje. La captación se efectúa por medio de una rejilla de fondo cuyos barrotes se disponen en la dirección de la corriente. La rejilla debe tener una fuerte pendiente, mayor que la del río. Los barrotes deben tener un perfil apropiado de modo que las piedras no se atraquen entre ellos. Requieren permanente mantenimiento en las rejas.
BOCATOMA TIROLESA
Se utiliza generalmente para captar caudales comprendidos entre 0,1 y 5 m3/s. Las pendientes de las rejillas varían entre 1:10 y 1:5. Inmediatamente debajo de la rejilla se dispone una cámara decantadora en la que el material sólido captado deposita y es luego eliminado accionando una compuerta, llamada de purga, especialmente dispuesta para el efecto. El agua, libre de sedimentos, se capta por medio de un vertedero ubicado en la cámara decantadora. El agua así captada es conducida por el canal hacia la zona de aprovechamiento.
El diseño y operación de las bocatomas en muchos de los ríos de la costa peruana, presentan problemas especiales debido a: a) Inestabilidad fluvial e irregularidad de las descargas b) Insuficiente información hidrológica c) Gran transporte sólido y de cuerpos extraños d) Aparición eventual del Fenómeno de El Niño (FEN). e) Entre otras.
En
grandes proyectos de aprovechamientos hidráulicos
el costo de la bocatoma representa sólo un porcentaje muy pequeño del costo total. En consecuencia no se debe escatimar restringir esfuerzos ni tratar de obtener una “estructura económica”, sino que se debe buscar el máximo
de
seguridad con
buena
operación
y
mantenimiento. Por ello se debe ejecutar todos los aspectos de ingeniería, con la participación multi disciplinaria de profesionales.
Sabemos que para un diseño tenga alta probabilidad de éxito habría que tener, entre otras informaciones, un amplio y confiable registro de datos de campo. Es muy frecuente que en nuestros proyectos la información hidrológica sea escasa y de baja confiabilidad. Generalmente se tiene series históricas muy cortas, lo que da inseguridad en el cálculo de las máximas avenidas y, como consecuencia, en el cálculo del periodo de retorno de diseño.
En el planteamiento del diseño y construcción de una bocatoma es importante considerar el periodo de estiaje del río y considerar la ejecución de ataguías (diques provisionales) con material propio tanto aguas arriba y aguas abajo para aislar la zona de trabajo . Obra para el desvío temporal del agua del río y facilidad en la construcción.
Asumir un tiempo de retorno según la importancia de la obra
Ubicación: Localización del sitio para la derivación Se
determina en función a las condiciones geológicas, topográficas e hidráulica del río.
Se
recomienda para evitar la entrada de sedimentos situar la toma en la orilla cóncavo del río, para disminuir el azolvamiento de la estructura, las bajas velocidades y acarreos se presentan en la parte convexa de la curva.
En
general el tramo del río donde se ubique la derivación deberá ser recto, con cauce definido, sin peligro de derrumbes y pendiente mas o menos uniforme.
Localización recomendable de la toma en curvas
Ubicación: Cuando
la altura entre el río y el lugar de la utilización del agua (conducción) es moderada y entre la alternativa de ubicar la obra derivadora cerca u junto a la zona de riego, se puede pensar en varias soluciones: a) Presa derivadora de poca altura en un lugar distante aguas arriba del objetivo del proyecto, considerando la colocación de obras de artes necesarias. b)Presa derivadora de mucha altura c)Planta de bombeo con toma directa o junto a la zona de riego Desde luego la solución adoptada resulta de un estudio de costos de la estructura, además de los costos por operación y mantenimiento.
Ubicación: Lo
recomendable tratándose de una presa derivadora (barraje) es que las laderas del cauce sean lo suficientemente altas para evitar las inundaciones de los terrenos ribereños aguas arriba de la presa, debido al fenómeno de remanso. Si no es posible en tramos se deberá prever la construcción de diques o muros de protección.
Su
ubicación debe permitir captar en época de estiaje
Donde
el flujo sea lo mas estabilizado y definido
BIFURCACIÓN Ángulo de derivación o de bifurcación Se llama ángulo de bifurcación al ángulo formado por el eje del canal principal y el eje del canal lateral en el lugar de la bifurcación
En una bifurcación los gastos líquidos y sólidos se distribuyen en proporciones diferentes.
BIFURCACIÓN
BIFURCACIÓN De diferentes resultados experimentales se obtuvieron resultados
Q : Caudal QF : Material de fondo
BIFURCACIÓN
BIFURCACIÓN
Ing. A. Rocha, señala “La conclusión que se obtiene sobre la influencia del ángulo de derivación de material sólido, luego de analizar las diversas investigaciones efectuadas y diseños de diferentes países, es que no hay un ángulo de bifurcación óptimo. Se puede decir que la influencia del ángulo de derivación es pequeña y no susceptible de generalización”
Aspectos de ingenieria que intevienen:
1. Determinación de la Demanda 2. Topografía 3. Hidrología 4. Transporte de Sedimentos 5. Hidráulica Fluvial 6. Accesos y desvíos provisionales 7. Geotecnia 8. Geología – Geodinámica Externa 9. Sismicidad (Riesgo Sismico) 10.Impacto Ambiental 11. Procesos Constructivos
Diseños:
1. Diseño Hidráulico 2. Diseño Estructural 3. Diseño Electromecánico
Hidrología:
La Hidrología constituye la información base indispensable para el proyecto. Los objetivos del estudio hidrológico son: a) Saber que en el río va a garantizar la demanda del proyecto. b) Conocer los caudales medios mensuales en el punto de interés (máximos, mínimos y medios) b) Conocer las máximas avenidas, porque de la magnitud de ella dependerá el tamaño y tipo de estructura que se adopte en el diseño y así poder garantizar la estabilidad de la estructura
Estudio de Transporte Sólidos
Sirve para conocer la cantidad y calidad de los sedimentos transportados por la corriente, tanto como material de fondo como en suspensión. El transporte sólido es una manifestación fluvial y depende de las características del río y de la cuenca. El conocimiento del comportamiento fluvial y del transporte de sólidos son herramientas valiosas para un diseño adecuado de bocatoma.
La selección del tipo de bocatoma depende de las características del río. Es fundamental determinar la cota de derivación en la que se construirá la bocatoma, en función de las necesidades del servicio. Juega un papel destacado la experiencia y los conocimientos teóricos del ingeniero proyectista. Ambiental
Toda construcción en un río causa alteración en el equilibrio ecológico de la zona. Debe afectar en lo menos posible a la flora y fauna. Construir pases de peces o camarones, entre otros
Topografía
- Levantamiento a partir del eje de derivación, aguas arriba entre 500 a 1000 m y aguas abajo entre 300 a 1000 m (esc. 1:1000 a 1:2000) - Levantamiento localizado en la zona de la bocatoma (esc. 1:500) - Perfil longitudinal del río , entre 500 a 1000 m tanto aguas arriba y aguas abajo (esc. 1:1000) - Secciones transversales cada 50 m
Dimensionamientos:
En el diseño de la geometría de la obra de captación, es decir, la disposición de los elementos, se deberán determinar lo siguiente: 1. Cota de fondo 2. El ángulo de la captación respecto al eje del río 3. La altura de la presa de derivación 4. Dimensiones formas de la presa de derivación, móviles y fijos 5. Dimensiones del canal de limpia
7. Altura y longitudes encauzamientos
de
los
muros
8. Dimensiones y cota de la ventana de captación 9. Longitud y desnivel del cuenco amortiguador 10.Longitud y profundidad de la zona de protección 11.Dimensiones del desripiador y canal de purga 12.Dimensiones del orificio y canal de admisión 13.Dimensiones de compuertas 14.Dimensiones del aliviadero de excedencias
de
SIMULACIÓN HIDRÁULICA A fin de conocer los niveles de agua para las diferentes máximas de avenidas y parámetros hidráulicos en la zona de captación, con proyecto y son proyecto, considerando los distintos escenarios de operación de la presa de derivación (barraje móvil y mixto) es que se hace necesario realizar el modelamiento hidráulico en el tramo de interés. Un programa de aplicación es el HEC RAS. Objetivos : 1. Reproducir las condiciones naturales del río para determinar los niveles de agua y demás parámetros hidráulicos.
SIMULACIÓN HIDRÁULICA
SIMULACIÓN HIDRÁULICA 2. Modelar las estructuras de captación proyectadas sobre el cauce para determinar los niveles de agua y parámetros hidrálicos 3. Evaluación del régimen hidráulico del río bajo diferentes escenarios de operación de la presa derivadora Objetivo específico: Determinar los niveles de agua durante la operación de la presa derivadora. Presentando diferentes alternativas de aperturas de compuertas. Niveles del área de inundación.
SIMULACIÓN HIDRÁULICA EN EL RÍO SE REALIZA LA SIMULACIÓN PARA UN FLUJO GRADUALMENTE VARIADO CORRESPONDIENTES A DIFERENTES TIEMPOS DE RETORNOS PARA LA OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS HIDRÁULICOS. La modelación se realiza en base a las secciones transversales del río, según la información topográfica de la zona y conforme los requerimientos del programa HEC RAS
Ejemplo de aplicación:
SIMULACIÓN HIDRÁULICA
SIMULACIÓN HIDRÁULICA
SIMULACIÓN HIDRÁULICA
SIMULACIÓN HIDRÁULICA
.
SIMULACIÓN HIDRÁULICA Se puede apreciar que el nivel de agua frente a la toma es de 1 167,28 msnm para el TR 500 años
SIMULACIÓN HIDRÁULICA Se puede apreciar que el nivel de agua frente a la toma es de 1 169,58 msnm para el TR 500 años
SIMULACIÓN HIDRÁULICA
DISEÑO DE BARRAJE (VERTEDERO) La sección típica es de forma trapezoidal con cimacio en la corona La geometría del cimacio se aproxima a la forma parabólica de un chorro de agua en caída libre. El objetivo es diseñar que la cara inferior de la lámina vertiente coincida con la pared de aguas abajo del vertedero, para evitar las presiones negativas que producirán fenómenos de cavitación y afecte al concreto además de esfuerzos en el vertedero. El cimacio logra además aumentar la eficiencia de descarga acortando la longitud con la misma carga. Se diseña para la máxima avenida Importante es la aplicación del coeficiente de descarga.
DISEÑO DEL BARRAJE (VERTEDERO)
La altura del vertedero es obtenido de la carga o nivel para derivar el caudal de diseño del proyecto. Min. 0.20 m por oleaje y por coeficiente descarga en formula
Por topografía e hidráulica del río
DISEÑO DEL BARRAJE FIJO (VERTEDERO)
El gasto sobre el barraje esta dado por la ecuación de vertederos :
Q
=
C . L.He
3/ 2
donde: Q = Caudal del vertedor m3/s L = Longitud efectiva del barraje en m. He = Carga sobre la cresta incluye hv en m. C = Coeficiente de descarga
DISEÑO DEL BARRAJE (VERTEDERO)
1.85
NAME
y
VERTEDERO TIPO CREAGER, USANDO FORMULA DE WES (EN EL VERTIMIENTO)
x =
0.85
2. H d
DISEÑO DEL BARRAJE (VERTEDERO)
5.Y1 0.50.Hd
VERTEDERO TIPO CREAGER, USANDO FORMULAS COMPUESTAS (EN EL VERTIMIENTO)
COEFICIENTES DE DESCARGAS 1. Profundidad de llegada "P" : (Co) Con la relación P / H0 se encuentra Co (Fig. 3) Si P = O ===> C0 = 3.087 (vertedero de cresta ancha) Figura para paramento vertical y He = Ho
COEFICIENTES DE DESCARGAS 2. Efecto de cargas diferentes a las del Proyecto: (K1 = C / Co)
En ocasiones, tomando en cuenta que la avenida máxima de proyecto es poco frecuente y de corta duración, se diseña el perfil del cimacio con una carga menor que consecuentemente corresponde a una avenida menor.
Con esta medida se consigue una economía en el aliviadero, ya que resulta menos ancha y robusta. Si el cimacio se diseñó con una carga menor y se presenta una avenida mayor, se originan en la superficie de contacto del vertedor y la lámina vertiente, presiones negativas que hacen aumentar el coeficiente de descarga.
Si ocurre una avenida menor que la considerada para el diseño del cimacio, se originarán presiones negativas sobre el paramento de descarga reduciendo el coeficiente "C".
Se debe evitar diseñar con cargas menores al 75% de las correspondientes al gasto máximo.
COEFICIENTES DE DESCARGAS 2. Efecto de cargas diferentes a las del Proyecto: (K1 = C / Co) Con la relación He / H se encuentra C / Co = K1 (Fig. 4) Si P = O ===> C0 = 3.087 (vertedero de cresta ancha)
COEFICIENTES DE DESCARGAS 3. Efecto d el Talud aguas arriba: (K 2 = C1 / Cv) Con la relación P / Ho y una inclinación (Fig. 5) se obtiene C incli / Cv = K2 C incli = Coef. paramento inclinado Cv = Coef. paramento vertical C incli = K2 Cv = C0 K 1 K 2
COEFICIENTES DE DESCARGAS 4. Efecto de la Interferencia del lavadero de aguas abajo Lavadero: Es el .piso de la poza de disipación. - Los efectos de la posición de éste con respecto a la cota de la cresta del aliviadero así como el nivel de agua con la descarga influye en el coeficiente "C" - Con la relación: (hd + d) / He, se encuentra el valor Co/C = K3 (Fig. 7)
COEFICIENTES DE DESCARGAS 5. Efecto de interferencia por sumergencia.
- Con la relación h d / He, se encuentra el valor C0/C = K 4
(Fig. 8)
COEFICIENTES DE DESCARGAS
El régimen de funcionamiento hidráulico adecuado en un proyecto es el de Vertedor de descarga libre, sin posibilidad de ahogamiento y con resalto hidráulico al pie del vertedor. Como una medida práctica, se recomienda que la sumerguencia de la cresta no exceda del 30% de la carga sobre el vertedor. Para seguir considerando el coeficiente C=2
COEFICIENTES DE DESCARGAS
El valor del coeficiente afectado por los 5 factores será el que resulte de considerar el coeficiente para descarga libre y talud vertical aguas arriba, multiplicado por las relaciones que se indican: C : Coeficiente del vertedero final C1 : Coefic. Por talud vertical y altura P C2 : Coefic. Por diferencia de descarga y avenida máxima C3 : Coefic. Por talud aguas arriba C4 : Coefic. Por interferencia de la descarga aguas abajo C5 : Coefic. Por sumergencia
C = C1. K1. K2. K3. K4. K5
POZA AMORTIGUADORA O CUENCO AMORTIGUADOR 0
1 Línea de referencia
r
dn + r = 1.15 . d2
POZA AMORTIGUADORA O CUENCO AMORTIGUADOR
Balance de energía entre 0 y 1: - Se asume la profundidad r de la poza (0.50 a 2.00) - El nivel de agua del conjugado mayor debe ser igual o menor que el nivel de agua en el cauce de aguas abajo. - Para contar con un margen de seguridad es usual considerar un 15% más en el conjugado mayor d2.
Z+ dc + Vc 2 /2g = d1 + V12 /2g + 0.1 V12/2g dc = [ Q 2 / (L 2. g) ] 1/3 ;
Vc = Q / (L . dc)
Resolviendo se obtiene d1(conjugado menor del resalto), y a partir de esta se obtiene el d2 (conjugado mayor)
d2 = d1 / 2 . [( 1 + 8.F12 )0.5 – 1]
POZA AMORTIGUADORA O CUENCO AMORTIGUADOR
Longitud de poza:
Lp = 4 . d2 USBR L p = 5 (d2 – d1 ) Schoklitsch L p = 4.5. d2 Lafranetz Lp = 2.5 (1.4 d2 – dc) Pavloski Borde libre poza: BL = 0.1 (V1 + d2)
POZA AMORTIGUADORA O CUENCO AMORTIGUADOR
Borde libre muro de poza BL1 = 0.1 (V1 + d2)
Borde libre muro guías (aguas arriba) BL2 = 0.25 (P+H)
BL2 BL1
DESCARGA POR VERTEDEROS DE CIMACIO CONTROLADAS POR COMPUERTAS Fig. 9, Coeficiente de descarga para la circulación del agua bajo la compuerta
Longitud de Protección de Escollera (Ls)
Con el fin de reducir el efecto erosivo y contrarrestrar el arrastre de material fino por acción de la filtración
Ls = 0.6 C . D10.5. [ 1.12 (Q/L . Db / D1 )0.5 - 1 ] L : longitud del vertedero C : coeficiente de Bligh (de tabla) D1 : altura entre nivel de cresta y nivel agua aguas abajo del colchón Db : altura entre nivel de cresta y fondo de aguas abajo del colchón
Material Lecho del Cauce Arena muy fina y limo Arena fina Arena gruesa
Coef. De Bligh 18 15 12
Bolonerias, gravas y arenas
9
Tierra a cascajo con arena y 4 - 6 grava
Protección del solado delantero del vertedero: Lp min. = 5.H H : carga de agua sobre la cresta
SUBPRESIÓN Es una presión debida al agua de filtración que actua en la cimentación del vertedero con sentido de abajo hacia arriba, afectando la estabilidad del vertedero. Para tal efecto se estudia primeramente La Longitud de la Filtración. Las filtraciones de un vertedero dependen básicamente de la carga hidráulica y las características físicas de los materiales. El agua que se desplaza por debajo de la presa vertedero causa arrastre de material fino creando el fenómeno de tubificación. El barraje se cimienta sobre material aluvial, agravándose cuando el terreno es permeable
SUBPRESIÓN Para aumentar la longitud de la filtración se usan dentellones, sea de concreto o arcilla. Con un sistema de lloradores se consigue teóricamente cortar el recorrido de la filtración hasta el término de la longitud. La magnitud de la fuerza de subpresión se calcula mediante las redes de flujos, sin embargo no siempre se dispone de datos de: coeficiente de permeabilidad de los materiales y del estudio riguroso de suelos. (para aplicar Darcy Q=KIA) A lo expuesto se adoptan los procedimientos de E.W. LANES y BLIGH, para el análisis de Filtración y Subpresiones
.
CONTROL DE FILTRACIÓN
CONTROL DE FILTRACIÓN S
Longitud de filtración necesaria
S = C . Δh CL Coeficiente de filtración (Lane) Δh Carga hidráulica máxima
Sc Sc =
Longitud de filtración compensada 1 3
∑ L + ∑ L H
V
≥
C L .∆h
Sc > S
Lh
Suma de longitudes horizontales
Lv
Suma de longitudes verticales
> 45 vertical °
< 45 horizontal °
Para calcular la estabilidad de las losas se debe asegurar el espesor, tal que el peso de la misma en cualquier punto sea por lo menos igual al valor de la supresión en dicho punto. Para el análisis se puede tomar la sección a la mitad de la platea Se calcula la subpresión en el punto: H . L X S X = H X − W a L Donde: Sx Hx H L Lx e h Wa Wm
e=
4 3
(S X − h.W a ) / W m
Valor de la supresión a una distancia x (kg/m2) Carga hidráulica sobre el punto x (m) = H+H Carga efectiva de filtración Longitud total de filtración (m) Longitud de filtración hasta el punto x (m) Espesor de la losa en un punto x Tirante de agua en x Peso específico del agua Peso específico del material de la losa ´
L : long. de filtración necesaria (S)
BARRAJE MÓVIL Se requieren pilares y estribos para la instalación de las compuertas, reduciendo la longitud de la cresta vertiente. Las compuertas funcionan como vertederos, cuya altura P = 0
Q
=
C . Le. He
3/ 2
Le = L1 + 2 ( N. K P + K A ) He Donde: Le = Longitud efectiva de la cresta L1 = Longitud bruta o total de la cresta N = Número de pilares que atraviesan el aliviadero KP = Coeficiente de contracción de pilares KA = Coeficiente de contracción de estribos He = Carga total sobre la cresta
Valores de Kp:
Pilares en Tamajar cuadrado Pilares de Tamajar redondo Pilares de Tamajar triángulo
0.02 0.01 0.00
Si la sedimentación aguas arriba del barraje móvil y de la zona de captación en general es considerable debe operarse las compuertas del barraje móvil para eliminar por la parte inferior el material acumulado. Las descargas a través de la compuerta compuerta del barraje móvil para aberturas parciales y nivel de operación normal, será:
Q = C ab Siendo: h = carga del orificio C = 0.75 aprox. a = ancho de orificio b = alto de orificio
2 gh
BARR BA RRAJ AJE E MÓVI MÓVIL L Para el control de operación operación de caudales excedentes excedentes al NAMO, a veces se colocan sobre la compuerta del barraje móvil otra compuerta de menor altura, llamado Clapetas. El grado grado de abertura de las clapetas y compuertas del barraje dependerá del volumen excedente en el río en relación con el caudal de captación. El cálculo de descarga de la clapeta es por vertedero a flujo libre. En el caso que el caudal excedente sea inferior a un caudal dado, el mismo podrá ser descargado mediante la operación de las clapetas.
MUROS DE PILAR Sus dimensiones es función del caudal de máxima avenida considerado en el diseño 1. Altura total :
Ht
=
1.25( P + H 0 )
P = Altura del aliviadero sobre fondo del río. Ho = Carga de diseño Longitud: 2. Longitud total :
Es poco frecuente el caso de vertedero o azudes apoyados en roca y por lo general el lecho del río está formado por arena, grava o arcilla. Es necesario por lo tanto comprobar la estabilidad del azud es decir asegurarse que las fuerzas a que está sometido no produzcan hundimientos, deslizamientos o volcamientos.
CANAL DE LIMPIA Es la estructura que permite eliminar la cantidad de material de arrastre que trata de ingresar por la ventana de captación.. Su ubicación es paralelo al del río, formando un angulo entre 60° y 90° con el eje de derivación Las descargas a través de la compuerta para aberturas parciales y nivel de operación normal, será:
Q = Cab
2 gh
Siempre el fondo del canal de limpia en la zona de Ia ventana de captación debe estar por debajo del umbral de ésta entre 0.6 a 1.20 m. Asimismo el extremo aguas abajo debe coincidir o estar muy cerca de la cota del colchón disipador
CANAL DE LIMPIA
Es la estructura que permite eliminar la cantidad de material de arrastre que trata de ingresar por la ventana de captación.. Su ubicación es paralelo al del río, formando un angulo entre 60° y 90° con el eje de derivación Recomendaciones sobre los características del canal de limpia:
parámetros
o
a. El caudal en la zona de limpia debe estimar en por lo menos 2 veces el caudal a derivar o igual al caudal medio del rió aproximadamente. b. La velocidad entre 2.50 a 4.00 m/s c. Ancho = Longitud barraje / 10
CANAL DE LIMPIA
Pendiente canal de limpia:
I = n 2 .g 10/9 / q 2/9 Donde: g : aceleración de la gravedad, en m/s2. n : coeficiente de rugosidad de Manning. q : descarga por unidad de ancho, en m2/s.
VENTANA DE CAPTACIÓN Su ubicación debe estar donde el ingreso de sedimentos sea mínimo (ideal, es el lado exterior de la parte cóncava de una curva). Asimismo, se recomienda que el lugar elegido reúna condiciones favorables de geología (es preferible buscar roca para asentar la estructura), de topografía (disponga de una cota suficientemente a fin de disminuir las obras complicadas), y de facilidad constructiva (objetivo básico para reducir los costos de construcción).
ALIVIADERO DE EXCEDENCIAS El análisis y determinación de un vertedor lateral es poco compleja y laborioso. El canal debe estar desieñado a flujo subcrítico. Se ubica aguas abajo de la obra de toma.
ALIVIADERO DE EXCEDENCIAS Criterios: - La cresta del reboce estará a unos 5 a 10 cm por encima del tirante normal del agua, para evitar perdidas por efecto de oleajes -
En algunas veces se admite pasar por el canal de conducción con sus dimensiones normales y aprovechando el borde libre un 20% mas del Q normal
-
Para dimensionar el vertedero tenemos las formulas de Forchheiner y Weisbach, entre otros.
-
Weisbash:
Q = 2/3
(2g) 0.5 . L . h 3/2
ALIVIADERO DE EXCEDENCIAS
Formula de Forchheiner = 0.95 h = carga de agua promedio encima de la cresta h = (h1 + h2)/2 , h1 = 0.80h2 Condición el Numero de Froude en el canal arriba < 0.75 ν
Q=
. 2/3
(2g)0.5 . L . h 3/2
Valores del Coeficiente de contracción: Anchos de cantos rectangulares
0.49 a 0.51
Anchos de cantos redondeados
0.50 a 0.65
Afilado con areación necesaria
0.64
Corona redondeada
0.79
Limitador de gasto con pantalla Se ubica aguas abajo de la obra de toma. Es mas a). Se determina la carga del limitador: H lim = dmáx – d
b). Se selecciona el coeficiente del limitador: Si es un vertedor tipo cimacio: C = 2.0 Si es un vertedor tipo lavadero:C = 1.45
c). Se obtiene el gasto del limitador: Q lim = Qmáx – Qn d). Se determina la longitud del limitador L lim = Q lim / (C. Hlim3/2 ) e). Si se diseña para que el Qn (o 1.2Qn) pase por un orificio fijando la cresta del vertedor a una altura arriba de la plantilla del canal igual al tirante normal (d) mas la carga de sumersión por orificio. Se realiza el calculo usando la ecuación de vertedero y orificio. Q vierte = Q max. - Qn
RELACION DE EQUIPOS HIDROMECÁNICOS CUADRO Nº
RELACION DE EQUIPO HIDROMECÁNICO CENTRAL HIDROELÉCTRICA PUGLUSH UBICACIÓN
DESCRIPCION
TIPO
CANTIDAD
VANO (m)
IZAJE
NIVEL (msnm) Operac ión
Losa Operac .
Barraje móvil
Compuerta plana Ataguía Clapeta
Vagón Vagón Deslizante
3 1 3
3,80 x 3,60 3,80 x 4,60 3,80 x 1,00
Servomotor hidráulico 2013.10 Pórtico fijo con polipasto eléctrico - manual 2013.10 Servomotor hidráulico 2016.70
2018.36 2018.36 2018.36
2016.70 2016.70
2019.50 2019.50 2019.50
Canal de limpia
Compuerta plana Ataguía
Vagón Vagón
1 1
2,00 x 2,60 2,00 x 2,90
Servomotor hidráulico 2013.10 Pórtico fijo con polipasto eléctrico - manual 2013.10
2018.36 2018.36
2016.70 2016.70
2019.50 2019.50
Deslizante Deslizante
1 1
3,50 x 1,10 3,50 x 1,10
Pórtico fijo con polipasto eléctrico - manual 2014.40 2015.50
2018.36 2018.36
2016.70 2016.70
2019.50 2019.50
Ventana de captación
Reja gruesa Reja fina
Fondo
Agua máximo
Toma de admisión
Compuerta plana Ataguía
Vagón Deslizante
1 1
2,30 x 1,00 2,30 x 1,00
Servomotor hidráulico Pórtico fijo
2015.50 2015.50
2016.80 2016.80
2019.50 2019.50
Canal desripiador
Compuerta plana Ataguía
Vagón Deslizante
1 1
1,50 x 1,00 1,50 x 1,00
Servomotor hidráulico Pórtico fijo
2013.15 2013.15
2014.35 2014.35
2015.25 2015.25
Vagón
1
1,00 x 1,00
Servomotor hidráulico
2011.76
2016.01
2017.00
Canal de conducción (entubad Reja seguridad
Deslizante
1
2,50 x 1,70
Pórtico fijo con polipasto eléctrico - manual 2012.41
20134.20
2015.80
Sifones
Reja seguridad
Deslizante
5
2,30 x 1,70
Pórtico fijo
Cámara de carga
Reja seguridad
Deslizante
1
5,00 x 4,00
Vagón
1
1,10 x 2,00
Pórtico fijo con polipasto eléctric o - manual Altura de agua = 3.60 m Altura muro a losa maniobra = 5. Altura de agua = 7,80 m Altura muro a losa maniobra = 8,
Compuerta
Vagón
1
1,00 x 1,00
válvula de seguridad
Mariposa
1
Ø 1,10
Vagón
1
2,50 x 2,00
2 150 m
Ø=1100 mm
Desarenador
Compuerta plana
Ataguía
Camara de valvul a Canal de descarga
Ataguía
Tubería forzada
Acero A-572 - G50
Pórtico fijo con polipasto eléctrico - manual
Altura de agua =1.5 m Altura muro a losa maniobra = 3.
E N D I S E Ñ O
