RESUMEN La visita de las instalaciones represa de Gallito Ciego y su mini central hidroeléctrica fue muy gratificante para nosotros ya que pudimos conocer las diferentes instalaciones de la empresa. Y conocer esta gran obra de ingeniería donde apreciamos la gigantesca represa con la que cuentan pudiendo apreciar desde su base, su corona, aliviaderos, caída(ski) de esta así como su mini central con la que esta represa brinda energía eléctrica a la comunidades aledañas. En esta central pudimos conocer las entradas de agua la regulación de estas así como una turbina Michael Banki gracias a la cual transfiere energía cinética por una rueda volante al generador Siemens el cual trasmite la energía generada a un transformador para su respectiva distribución. También apreciamos el cuarto de mando el cual cuenta con válvulas Bunger y válvulas mariposas que regulan el caudal del túnel de descarga Esta visita fue de gran provecho para nuestra formación profesional y nos sirvió de motivación para ver lo capas que puede llegar a ser la ingeniería.
1. GENERALIDADES 1.1.
Introducción
El reservorio Gallito Ciego, canales principales, redes de riego y drenaje permitieron en su primera etapa, la optimización del riego de más de 35000 ha y la incorporación de otras 7000 ha, en el departamento de La Libertad. Así mismo se encuentra operando la Mini central Gallito Ciego de 220 KW y la Central Hidroeléctrica Gallito Ciego de 34 MW Este ha permitido incrementar la disponibilidad del recurso hídrico, reduciendo hasta en un 75 % los escurrimientos hacia el mar, permitiendo el almacenamiento de los excedentes de agua. Es la tercera represa más grande del país, después de las de Poechos y Lagunillas.
1.2.
Antecedentes
Por Decreto Supremo No 420-77-AG del 26 de octubre de 1977, se crea el Proyecto Hidro energético Jequetepeque - Zaña con la finalidad de almacenar y regular las aguas del Rio Jequetepeque para riego y generación de energía eléctrica; hasta la fecha se han ejecutado las siguientes obras hidráulicas: presa Gallito Ciego con un volumen total de 571 millones de metros cúbicos, Bocatoma Talambo - Zaña con capacidad de captación de 70 m3/s y otras Obras de Infraestructura de Riego Menor.
Las Obras de Generación de Energía Eléctrica son las siguientes: Mini central Gallito Ciego de 220 KW y la Central Hidroeléctrica Gallito Ciego de 34 MW .
1.3.
Ubicación
Ubicada en la localidad de Tembladera, distrito de Yonán, provincia de Contumazá, departamento de Cajamarca, en la zona norte del Perú, aproximadamente a 7° 13’ latitud Sur y 79° 10’ longitud Oeste. La Presa está ubicada en una garganta del valle al nivel 308.00 m.s.n.m
2. RECOPILALCIÓN DE INFORMACION 2.1.
DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS Y COMPONENTES
2.1.1.
DESCRIPCION DE LA REPRESA
2.1.1.1. Datos del Embalse La presa se localiza sobre el curso inferior del río Jequetepeque, en un estrechamiento del valle con laderas inclinadas, forma un vaso de aproximadamente 12 km de largo y de 1 a 2 km de ancho, cubriendo un área de aprox. 14 km2 y su volumen útil de 400.4 millones de metros cúbicos, constituyéndose como el segundo de mayor capacidad en el Perú. PRINCIPALES DATOS DE EMBALSE DEL AÑO 2013: Nivel mínimo de captación: 336.0 m.s.n.m. Nivel mínimo de explotación: 361.0 m.s.n.m. Nivel máximo de embalse útil: 404.0 m.s.n.m. Nivel máximo en crecidas: 410.3 m.s.n.m. Volumen Muerto por sedimentación…..….. 104.56 M.M.C. Volumen de embalse útil……………….… 366.6 M.M.C. Volumen de retención de crecidas.................93.15 M.M.C.
2.1.1.2. Datos de la Presa La presa Gallito Ciego es de tierra zonificada, de sección aproximadamente simétrica, con una altura máxima de 105,44 m y con un núcleo central de impermeabilización de concreto armado. Sus dimensiones generales son: un ancho de 10 m con una longitud de 797 m en la corona y 527 m de ancho con una longitud de 450 m en la base. Los taludes exteriores de la presa están protegidos por un enrocado (“rip rap”) para contrarrestar la acción erosiva del oleaje aguas arriba y otros agentes atmosféricos aguas abajo. El reservorio está diseñado de la tal manera que se pueda regular el cauce del agua desde 1 m 3/s a 180 m3/s cuando el cauce pasa los 180 m3/s, el excedente pasa por un aliviadero el cual permite desaforar los excesos hasta de 160 m3/s . Para la construcción se necesitó 12 millones de m3 de tierra y arcilla y aproximadamente 2.5 millones de m3 de roca. Nivel de la coronación : 413.00 m.s.n.m. Volumen total : 13’785,143 m3.
2.1.1.3. Sistema de Tuberías y conductos en la represa
2.1.1.3.1. Estructura de Entrada Captaciones de servicio y de fondo, con sus correspondientes dispositivos de cierre, ésta posibilita la captación del agua embalsada para su posterior entrega al Túnel de Descarga. 2.1.1.3.1.1. Captación de Servicio El agua del reservorio ingresa por una ventana rectangular de 4.22 m x 5.83 m y, mediante una sección de transición a un pique vertical de 3.0 m de diámetro y 15 m de longitud. El pique vertical se conecta con el túnel de descarga a través de una tubería curva a 90º y un embudo de empalme de 3.00 m a 7.50 m de diámetro. 2.1.1.3.1.2. Captación de Fondo La estructura de ingreso está ubicada en la cota 315.0 m.s.n.m., y consiste en una ventana cuadrada de 1.20 m x 1.20 m, que mediante una sección de transición se conecta a una tubería de 1.20 m de diámetro y 42 m de longitud que desemboca en el lado derecho del túnel de descarga. 2.1.1.3.1.3. Túnel de Descarga El Túnel de Descarga conecta la Estructura de Entrada con la Estructura Terminal o de salida, tiene una longitud total de aproximadamente 700 m y un diámetro promedio de 7.50 m. zona se conecta directamente con el pique vertical mediante una tubería curva a 90° y un embudo de empalme de 3.00 m a 7.50 m de diámetro. En esta zona desemboca también la tubería de la Captación de Fondo. La zona de salida con su blindaje de acero incluye el tramo de la desviación esférica, desde donde parte hacia el lado izquierdo el túnel de aducción a la Central Hidroeléctrica "Gallito Ciego"; éste túnel es blindado de 3.50 m de diámetro y 55.00 m de longitud
2.1.1.3.2.
Estructuras de Salida
2.1.1.3.2.1. Túnel de aducción El kilometraje del Túnel de Aducción se inicia en el km 0+682.50 del eje del túnel de descarga, es una parte de la conexión o extensión posterior para la central hidroeléctrica. 2.1.1.3.2.2. Puerta de Presión y Tabique de Choque Después de la zona de salida del Túnel de Descarga y se conecta con este mediante una Puerta de Presión y un Tabique de Choque. En esta estructura están instalados dos ductos o ramales a presión que salen del Tabique de Choque y en cada ramal está ubicado una válvula de servicio y una válvula de emergencia; permitiéndose una descarga nominal de hasta 70 m3/s por cada ramal. Las válvulas de labores son de tipo "Howell - Bungger" de 2m de diámetro mientras que las válvulas de cierre de emergencia son del tipo "Mariposa". 2.1.1.3.2.3. El Aliviadero De Crecidas Permite evacuar los caudales de avenidas del Río Jequetepeque. El rebalse del agua se empieza a dar cuando el agua llega a la cota 404.00 (m.s.n.m.) umbral al inicio del vertedero es de en un nivel máximo de capacidad de embalse.
2.1.1.3.2.4. Rápida Una vez que el caudal abandona el vertedero, cae en forma libre desde 35 metros de desnivel, luego el agua sigue su curso por la rápida de concreto de 179 m, en el salto Ski encontramos 14 dados disipadores de 10 m, de longitud y 2.0 m, de ancho, los que permiten reducir la fuerza o presión de la caiga del agua
2.1.1.3.2.5. Poza Disipadora Permite disipar la energía cinética del chorro de agua proveniente de las Válvulas Howel Bunger o del Chorro proveniente del Aliviadero de Crecidas. La poza tiene una longitud de 78 metros y aprox. 5.0 m de profundidad.
2.1.1.3.2.6. Canal de Descarga Cumpliendo con la función de conducir las descargas desde la Poza Disipadora hasta el lecho original del río. 2.1.1.4. Accesorios de la represa 2.1.1.4.1. Válvulas Mariposa Están en los ramales que salen de los tabiques estas están antes de las válvulas Bungger y son de cierre de emergencia. (Imagen Referencial)
2.1.1.4.2. Válvulas Howel Bunger Son válvulas de labor de 2m de diámetro, permiten la salida de las aguas en forma de abanico, a lo que se conoce como “El Velo de la Novia”. La descarga máxima es de 70 m3/seg. por cada válvula.
2.1.2.
Descripción de las Centrales Hidroeléctrica
2.1.2.1. Descripción de la Central Hidroeléctrica Con capacidad de generación de energía de 34 MW. Actualmente la Compañía CAHUA S.A., es la concesionaria de la Central Hidroeléctrica, la que proporciona energía al Sistema Interconectado del País. Tienen una potencia instalada de 37.4 MW y potencia efectiva de 38.14 MW Características técnicas Salto neto 83 (m) Caudal de diseño 40 (m³/s) Potencia de diseño 38 (MW) Represa Gallito Ciego Volumen embalse 500 (miles m³) Grupos Electrógenos 2 2.1.2.1.1.
Elementos de la Central Hidroeléctricas
2.1.2.1.1.1. Turbinas Son turbinas tipo Francis de la marca Hidro Vevey serie 2223 de 400 rpm y de potencia nominal 17 MW con un caudal de diseño de 20m3/s 2.1.2.1.1.2. Marca Tipo/Modelo Revoluciones
Generadores Siemens IDH-6035-3WF09Z 400 (rpm)
Pot. Aparente Pot. Nominal Pot. Efectiva Corriente de Salida Factor Potencia Frecuencia Peso 2.1.2.1.1.3.
2222 MVA 18.7 MW 19.07MW 1.1 A 0.85 60 45400kg
Trasformadores
Marca Tipo/Modelo Tension Primaria (KV) Tension Secundaria (KV) Pot. Nominal Frecuencia (HZ) Peso
Siemens TLUN7448 10.5 60 25 000 60 33390 kg
2.1.2.2. Descripción de la Mini central Hidroeléctrica La Mini central Gallito Ciego tiene una potencia de 220 KW, esta no se conecta a la red nacional; ya que es para el abastecimiento local. Tiene una tubería de presión de 800 mm de diámetro, válvula mariposa, bridas, junta de dilatación, reducción cónica de 800 a 600 mm., volante de impulsión, turbina de doble paso, sistema regulador de velocidades de turbina, generador síncrono trifásico para 275 KVA con tablero de distribución, transformador trifásico (275 KVA – 315 KVA), tableros de control y de distribución y sistema de puesta a tierra.
2.1.2.2.1.
Elementos de la Mini central Hidroeléctrica
2.1.2.2.1.1.
Tubería entrante:
Por donde el agua ingresa al sistema, el diámetro de la tubería inicial es de 800mm, en la parte final hay una brida, la cual se une luego a una válvula mariposa. 2.1.2.2.1.2. Válvula Mariposa Una válvula de mariposa es un dispositivo para interrumpir o regular el flujo de un fluido en un conducto, aumentando o reduciendo la sección de paso mediante una placa, que gira sobre un eje. Esta reduce el diámetro a 350 mm
2.1.2.2.1.3. Elemento Difusor La geometría de ingreso que tiene el inyector (sección rectangular), que al no coincidir con la geometría de la tubería (sección circular), genera perturbaciones en el flujo. El objetivo de la pieza es hacer que el flujo sea más uniforme. Por ello convierte el agua de manera laminar para evitar cavitación y vibraciones. Esta esta funciona con un sistema hidráulico regulando la entrada de agua a la turbina por una pala directriz. Esta funciona automáticamente debido a que tiene servomotores que mandan señales. Al sistema hidráulico para abrir o cerrar esta según sea necesario.
2.1.2.2.1.4. Turbina Michael Bankii A diferencia de la mayoría de turbinas hidráulicas, que tienen un flujo axial o radial, en la turbina de flujo transversal el fluido atraviesa los álabes de forma diagonal. Como en una rueda hidráulica el agua entra en el borde de la turbina saliendo por el interior. Tras
atravesar el vano central sale por el lado opuesto. Es una máquina de acción. Gracias a su simplicidad constructiva, suelen ser máquinas de coste reducido. Todo ello lo hace apropiado para centrales de pequeño tamaño. Llega a girar a 20 rev/s. Cuenta con un tacómetro para regular el funcionamiento de esta.
2.1.2.2.1.5. Rueda Volante Este sirve para evitar cambios bruscos de velocidad ya que este volante continúa su movimiento por inercia cuando cesa el par motor que lo propulsa. De esta forma, el volante de inercia se opone a las aceleraciones bruscas en un movimiento rotativo. Así se consiguen reducir las fluctuaciones de velocidad angular. Es decir, se utiliza el volante para suavizar el flujo de energía entre una fuente de potencia y su carga. También ayuda evitar las vibraciones
2.1.2.2.1.6. Generador El rotor gira recibiendo un empuje externo desde la turbina. Este rotor tiene acoplada una fuente de "corriente continua" de excitación independiente variable que genera un flujo constante, pero que al estar acoplado al rotor, crea un campo magnético giratorio que genera un sistema trifásico de fuerzas electromotrices en los devanados estatóricos. El
generador usado en la en la mini central es Siemens de 200 KVA.
2.1.2.2.1.7. Transformador El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión. Este transforma la energia de 400V a 5000 V. 3. ANALISIS CON LOS DATOS OBTENIDOS 3.1.
Análisis de la represa
3.1.1. Representar gráficamente las cotas de nivel de líquido mínimas y máximas así como las dimensiones de la represa
3.1.2. Calcular las fuerzas del fluido que actúan sobre la represa. OBSERVACIONES Y/O HIPÓTESIS. Fluido permanente Medio continuo Considerar presiones manométricas P=cte en cada sección
ρagua =998.29 kg /m3
ρconcreto =2400 kg /m3
g=9.81m/s 2
Altura del agua :68 m
Longitud de la presa( L) :790 m DATOS
L=750 m
hC =
68 =34 m 2
x C=
790 =395 m 2
y C=
hC =77.56 m sen 26 °
A=2× yC × L=
L(2× y C ) ( I xx )C = =233281807.1 m4 12
( I xy )C =0
68 ×790=122544.56 m2 sen 26 ° 3
Se calcula la resultante de las fuerzas de presión en la represa que es igual a.
F P= ρagua g hC A
F P=998.29× 9.81× 34 ×122544.56 F P=4.080362× 1010 N
Luego las componentes vertical y horizontal de la fuerza debido al agua en la represa son:
FV =F P cos 26 °
F H =F P sen 26° 10
FV =3.6674 ×10 N
10
F H =1.7887 ×10 N
Ahora calculamos el punto de aplicación de estas fuerzas debido a la presión:
yP =
( I xx )C + yC yC A
yP =
233281807.1 +77.56 77.56 × 122544.56
y P =102.104 m
h P= y P × sen 26 °
x P=
h P=44.76
(I xy )C + xC yC A
x P=375 m
3.1.3. Calcular y analizar la condición de no volteo o derrumbe de la represa debido a las fuerzas del fluido Datos
105 2 =105× 213.39=22604.59 m tan 26 °
o
A 1= A 3=105 ×
o
A 2=105 ×10=1050 m2
Peso de la represa:
W = ρconcreto g V presa W = ρconcreto gL(2 A 1+ A 2) W =2400× 9.81× 790(2 ×22604.59+1050) W =4.3997 ×1011 N Luego el centro de gravedad será:
x CG=
∑ xA = 5132706.6 =110.958 m 46258 ∑A y CG =
∑ yA = 1637446 =35.398 m ∑ A 46258
UNA PRESA DE GRAVEDAD SERA: - Segura contra volcadura en cualquier plano horizontal dentro de la presa. - Segura contra deslizamiento en cualquier lugar horizontal dentro de la presa 3.1.4. Evaluar capacidad de la represa y sus caudales de alimentación y descarga La represa actualmente cuenta con una capacidad de 366.6 MMC y el caudal de alimentación depende de la temporada y los cauces
de cada rio. Mientras que el caudal de descarga es de 70 m 3/s en cada válvula Bunger . 3.2.
Análisis de perdida en los conductos
3.2.1. Gráfica del sistema de tuberías hacia el canal de derivación
3.2.2. Calculo de velocidades y presiones en diferentes ubicaciones: Supongamos las siguientes hipótesis: o o o
Flujo permanente Flujo incompresible Flujo uniforme
o o o
Sistema Aislado V no deformable P cte en una sección
o o Luego con las hipótesis asumidas anteriormente podemos usar Bernoulli entre 0 y 4
P 0 v 02 P 4 v 42 + + g h 0= + + g h 4 ρ 2 ρ 2
o
Asumimos que el nivel de agua en el embalse o no baja
o
entonces
v 0 =0
o Tanto la presión en 4 como en 0 son atmosféricas. La diferencia de alturas es 96m o
96 ¿ 2(9.81)¿ V 4 =√2 gh= √¿
o
o Ahora analizaremos pareja de puntos dentro del túnel de descarga, tenemos 4 y 1
ρ v´4 A´ 4=ρ v´1 A´ 1
o o
La velocidad
o
v1
forma un ángulo de 64° con
que la pared de la presa está inclinada 26°.
A1
debido a
es el área de la
A4
captación de servicio que es de 4.22x5.83m y
A1
es un círculo de
2m de diámetro que es el canal de descarga.
v 1=
o
v4 A4 43.4(π ( 1 )) = =12.642 m/ s A1 cos ( 60) 24.6026 cos ( 60)
o o o
o
Con la velocidad obtenida V1 de Bernoulli en los puntos 1 y 4
P1 v 12 P4 v 42 + + g h1 = + + g h4 ρ 2 ρ 2 La diferencia de altura es de 28.78m. Si restamos
P1 y
P4 Obtenemos
la presión manométrica en el punto 1, así: o
v 4 2−v 12 43.4 2−12.6422 P1 man=ρ + g (h4 −h1 ) =1000 −9.81(28.78) 2 2
(
o
P1 man=579.538 KPa
)
(
)
o o
P1=579.538+101.325=680.863 KPa Realizamos el análisis entre 2 y 4. La tubería en 2 tiene un diámetro de 3 metros.
o
ρ v´4 A´ 4=ρ v´2 A´ 2
o
v 2=
v 4 A 4 (43.4)(π (1)) = 2 A2 π ( 1.5 ) o
v 2=19.29 m/ s o
o
Utilizamos la velocidad v2 en la ecuación de Bernoulli entre 2 y 4. Están al mismo nivel, entonces no hay diferencia de alturas.
o
P2 v 22 P4 v 42 + + g h2 = + + g h4 ρ 2 ρ 2
o
P2 man=ρ
o
P2 man=755.728 KPa
o
P2=857.053 KPa
o
(
v 4 2−v 22 43.4 2−19.292 + g ( h4 −h2 ) =1000 2 2
(
)
Por último, tenemos el cálculo de presiones y velocidad en el punto 3. Se asumen el diámetro 7.5m. Sin embargo, si fuera el caso, se podría hallar con el mismo procedimiento.
o
ρ v´4 A´ 4=ρ v´3 A´ 3
o
v 3=
o
Hallar
o
)
v 4 A 4 (43.4) π = =3.086 m/s 2 A3 π ( 3.75 ) P3
P3 v 32 P 4 v 42 + + g h3 = + + g h4 ρ 2 ρ 2
o
(
2
2
)
2 2 v −v 3 43.4 −3.086 P3 man=ρ 4 + g ( h4 −h3 ) =1000 2 2
o
P3 man=937.018 KPa
o
P3=1038.343 KPa
(
)
o o 3.3. Análisis de la energía generada de la Mini central hidroeléctrica. o o No se nos fue posible llegar a la central principal debido a que es de una empresa privada, por ello no se cuenta con muchos datos de la central principal y solo se tomara en cuenta el de le central que llegamos a conocer. La cual tiene una potencia de 220 kW que es de uso local. o o 3.3.1. Representación gráfica de tuberías y accesorios del sistema de generación de energía eléctrica. o
o
o o o o
Tuberia Turbina Banki
Difusor / pala directriz
o
o
Transformador Rueda Volante
Generador Siemens
o o o o o o o o 4. INVESTIGACION Y/0 DISCUSION DE LA INFORMACION OBTENIDA o o En gallito ciego se usó una represa trapezoidal tipo gravedad muy estables y segura ante vuelcos. Al parecer este tipo de represas es una de las más usadas por su diseño y las ventajas con las que cuenta o También en la visita nos mencionaron de que en el canal de descarga contaban con compuertas tipo vagón de 70 TN de 7m X 4m que se mueve con un motor de 33 Kw. o Esta represa se le esta haciendo un mantenimiento permanente a las diferentes partes de esta incluso c/ año se retiran las compuertas y rejas para este. o Durante los cálculos asumimos varias hipótesis que si bien no se cumplen en la realidad esto facilita los mismos dando resultados aproximados a la realidad. o La represa fue construida para una vida útil de 50 años pero debido a problemas como el fenómeno del niño este se ha reducido debido a diferentes factores como la sedimentación en esta misma que ha reducido el volumen útil de la misma. o 5. CONCLUSIONES o o La represa está construida de una manera adecuada bajo términos hidrológicos, pero bajo términos de sedimentos, no ha sido construida adecuadamente.
Las centrales hidroeléctricas en nuestro país es la mayor fuente de energía eléctrica, es por ello que conocer una de estas es importante en nuestra formación profesional. o En la construcción de la represa no se tomaron en cuenta algunos factores como el estudio de impacto ambiental y esto podría traer problemas con el tiempo. o Los sedimentos y la posible escasez del agua debido al cambio climático global son los posibles problemas que podrán alterar el cauce del agua y la gestión del Proyecto. o Las acciones de operación y mantenimiento que desarrolla el Proyecto Especial Jequetepeque - Zaña, permite manejar el agua en forma eficiente y garantiza la vida útil del Embalse Gallito Ciego o 6. SUGERENCIAS O RECOMENDACIONES o Se recomienda la inmediata ejecución de obras de prevención y control de erosión, de acuerdo a una política de priorización producto de un Estudio Sedimentológico Integral con la participación de las Universidades de la región tal como lo es nuestra universidad La reforestación y otras obras de control de erosión de superficie nunca perderán vigencia pero, sus resultados se observarán en el largo plazo. La construcción de obras de infraestructura para impedir el ingreso de sólidos al sistema fluvial y los trabajos de estabilización de taludes deberán ser prioritarios. o o o o o 7. BIBLIOGRAFÍA o http://www.condesan.org/memoria/Caj1399.pdf http://www.minem.gob.pe/minem/archivos/file/dgaam/publi caciones/evats/jequetepeque/JEQUET1.pdf http://www.osinerg.gob.pe/newweb/uploads/GFE/1.2%20CO MPENDIO%20CENTRALES%20ELECTRICAS%20SEIN.pdf (PAG7) http://www.lamolina.edu.pe/eventos/agricola/2012/XI_Cong reso/conferencias/conferencia_2.pdf http://www.somostembladera.com/flash/gallitociego.swf http://biblioteca.uns.edu.pe/saladocentes/archivoz/curzoz/c entrales_hidro_1.pdf http://www.cepes.org.pe/pdf/OCR/Partidos/manejo_integral _microcuencas/manejo_integral_microcuencas13.pdf http://www.condesan.org/apc-aafiles/c6924e7390318016d869182e0da9470c/PSanchez_INA DE_1_.pdf o
o o
