ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERIA EN CIENCIAS DE LA TIERRA MATERIA: OBRAS HIDRÁULICAS
INFORME: VISITA TÉCNICA A LA PRESA DAULE PERIPA
PROFESOR: ING. MANUEL IGNACIO GÓMEZ DE LA TORRE
ESTUDIANTES: JONATHAN ARÉVALO ANDRÉS CÁRDENAS ERIKA CEDEÑO GABRIELA CEVALLOS ISRAEL ESPINOZA ANDRÉS VERA MADELAINE VILLALTA
I TÉRMINO – 2013
CONTENIDO INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN .......................................... ................................................................. ............................................. ............................................ ......................... ... 1 OBJETIVO GENERAL .......................................................... ................................................................................. .............................................. ......................... .. 2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................ .................................................................. ............................................ ............................. ....... 2 MARCO TEÓRICO ................................................... .......................................................................... .............................................. .................................... ............. 2 PRESAS ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ ................................. ........... 2 CLASIFICACIÓN CLASIFICACIÓN ............................................ .................................................................. ............................................ ........................................ .................. 3 DE ACUERDO A SU USO .................................. ........................................................ ............................................ ................................. ........... 3 PRESAS DE ALMACENAMIENTO ALMACENAMIENTO ......................... ................................................ .............................................. ......................... .. 3 PRESAS DE DERIVACIÓN.......................... DERIVACIÓN................................................. ............................................. .................................... .............. 3 PRESAS REGULADORAS REGULADORAS .......................................... ................................................................ ............................................ ...................... 3 DE ACUERDO AL PROYECTO HIDRÁULICO ........................................... ............................................................. .................. 3 PRESAS VERTEDORAS VERTEDORAS .......................................... ................................................................ ............................................ ......................... ... 3 PRESAS NO VERTEDORAS........................ VERTEDORAS............................................... ............................................. .................................... .............. 4 DE ACUERDO A LOS MATERIALES QUE FORMAN LA ESTRUCTURA ...................... 4 PRESAS DE TIERRA............................ TIERRA.................................................. ............................................ ............................................ ...................... 4 PRESAS DE ENROCAMIENTO.......................................... ................................................................. .................................... ............. 4 PRESAS DE CONCRETO TIPO GRAVEDAD .................................. ........................................................ ......................... ... 4 PRESAS DE CONCRETO DEL TIPO DE ARCO.......................................... ........................................................ .............. 4 PRESAS DE CONCRETO DEL TIPO DE CONTRAFUERTES CONTRAFUERTES .......................... ..................................... ........... 4 OTROS TIPOS DE PRESAS .......................................................... ................................................................................ ......................... ... 5 FACTORES FÍSICOS QUE GOBIERNA EN LA SELECCIÓN SELECCIÓN DEL TIPO DE PRESA ............. 5 VERTEDEROS ........................................... .................................................................. ............................................. ............................................ ......................... ... 6 SELECCIÓN DEL TAMAÑO Y TIPO DE VERTEDERO.......................................... ..................................................... ........... 7 SELECCIÓN DEL PROYECTO DEL VERTEDOR ............................................ .............................................................. .................. 7 PARTES QUE CONSTITUYEN CONSTITUYEN UN VERTEDERO.......................................... ............................................................ .................. 7 TIPOS DE VERTEDEROS........................................... ................................................................. ............................................ ............................. ....... 8 VERTEDERO DE DESCARGA LIBRE......................................... ............................................................... ................................. ........... 8 VERTEDERO DE CIMACIO........................................... ................................................................ ............................................ ...................... 9 VERTEDERO DE TIPO CANAL LATERAL. LATERAL. .......................................... .............................................................. .................... 11 VERTEDERO DE TIPO CANAL DE DESCARGA............................................ ........................................................ ............ 13 VERTEDERO DE CONDUCTO O DE TÚNEL............................................ ........................................................... ................ 15
CONTENIDO INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN .......................................... ................................................................. ............................................. ............................................ ......................... ... 1 OBJETIVO GENERAL .......................................................... ................................................................................. .............................................. ......................... .. 2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................ .................................................................. ............................................ ............................. ....... 2 MARCO TEÓRICO ................................................... .......................................................................... .............................................. .................................... ............. 2 PRESAS ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ ................................. ........... 2 CLASIFICACIÓN CLASIFICACIÓN ............................................ .................................................................. ............................................ ........................................ .................. 3 DE ACUERDO A SU USO .................................. ........................................................ ............................................ ................................. ........... 3 PRESAS DE ALMACENAMIENTO ALMACENAMIENTO ......................... ................................................ .............................................. ......................... .. 3 PRESAS DE DERIVACIÓN.......................... DERIVACIÓN................................................. ............................................. .................................... .............. 3 PRESAS REGULADORAS REGULADORAS .......................................... ................................................................ ............................................ ...................... 3 DE ACUERDO AL PROYECTO HIDRÁULICO ........................................... ............................................................. .................. 3 PRESAS VERTEDORAS VERTEDORAS .......................................... ................................................................ ............................................ ......................... ... 3 PRESAS NO VERTEDORAS........................ VERTEDORAS............................................... ............................................. .................................... .............. 4 DE ACUERDO A LOS MATERIALES QUE FORMAN LA ESTRUCTURA ...................... 4 PRESAS DE TIERRA............................ TIERRA.................................................. ............................................ ............................................ ...................... 4 PRESAS DE ENROCAMIENTO.......................................... ................................................................. .................................... ............. 4 PRESAS DE CONCRETO TIPO GRAVEDAD .................................. ........................................................ ......................... ... 4 PRESAS DE CONCRETO DEL TIPO DE ARCO.......................................... ........................................................ .............. 4 PRESAS DE CONCRETO DEL TIPO DE CONTRAFUERTES CONTRAFUERTES .......................... ..................................... ........... 4 OTROS TIPOS DE PRESAS .......................................................... ................................................................................ ......................... ... 5 FACTORES FÍSICOS QUE GOBIERNA EN LA SELECCIÓN SELECCIÓN DEL TIPO DE PRESA ............. 5 VERTEDEROS ........................................... .................................................................. ............................................. ............................................ ......................... ... 6 SELECCIÓN DEL TAMAÑO Y TIPO DE VERTEDERO.......................................... ..................................................... ........... 7 SELECCIÓN DEL PROYECTO DEL VERTEDOR ............................................ .............................................................. .................. 7 PARTES QUE CONSTITUYEN CONSTITUYEN UN VERTEDERO.......................................... ............................................................ .................. 7 TIPOS DE VERTEDEROS........................................... ................................................................. ............................................ ............................. ....... 8 VERTEDERO DE DESCARGA LIBRE......................................... ............................................................... ................................. ........... 8 VERTEDERO DE CIMACIO........................................... ................................................................ ............................................ ...................... 9 VERTEDERO DE TIPO CANAL LATERAL. LATERAL. .......................................... .............................................................. .................... 11 VERTEDERO DE TIPO CANAL DE DESCARGA............................................ ........................................................ ............ 13 VERTEDERO DE CONDUCTO O DE TÚNEL............................................ ........................................................... ................ 15
VERTEDERO EN EMBUDO O POZO ...................................................... ...................................................................... ................ 16 VERTEDERO TIPO ALCANTARILLA ALCANTARILLA ............................................. .................................................................... ........................... .... 17 VERTEDERO TIPO SIFÓN ....................................................... ............................................................................. ............................... ......... 20 VISITA TÉCNICA REPRESA DAULE PERIPA ................................. ....................................................... ...................................... ................ 28 DESCRIPCIÓN DE LA PRESA ................................ ...................................................... ............................................. ................................... ............ 29 OBRAS HIDRÁULICAS CON QUE CUENTA LA PRESA.................................................... PRESA.................................................... 30 OPERACIÓN DEL VERTEDERO SOBRE LA COTA 85 ............................................. ...................................................... ......... 30 GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA......................................... ............................................................... ............................... ......... 31 TURBINAS ............................................ ................................................................... ............................................. ............................................ ........................ 32 GENERADORES GENERADORES ............................................ .................................................................. ............................................ ...................................... ................ 33 SALA DE CONTROL.......................................... ................................................................. ............................................. .................................. ............ 33 ANÁLISIS........................................... ................................................................. ............................................ ............................................. ................................... ............ 34 OBSERVACIONES OBSERVACIONES............................................. ................................................................... ............................................ .......................................... .................... 35 CONCLUSIONES CONCLUSIONES........................................... .................................................................. ............................................. ............................................ ........................ 35 BIBLIOGRAFÍA ............................................. .................................................................... ............................................. ............................................ ........................ 36
INTRODUCCIÓN El presente trabajo constituye una recopilación de lo aprendido en clases de la materia Obras Hidráulicas y un enfoque técnico acerca de la visita realizada a la presa Daule Peripa el día sábado 13 de Julio del presente año. La empresa que se encarga de operar los recursos hídricos de la represa es Hidronación S.A. fundada por CEDEGÉ en 1998 que pasó a formar parte de CELEC EP, como una Unidad de Negocio desde la re-unificación del sector eléctrico en el 2010. La represa Daule Peripa es el proyecto hidroeléctrico más importante de la costa Ecuatoriana debido a que tiene una capacidad de 6000 hm3 y aporta con una generación de 213 Mw. Esta presa sobresale porque complementa estacionalmente la generación de Paute, ya que en época de estiaje en la zona oriental del país, se cuenta con más recursos hídricos en la zona occidental. Otra ventaja que presenta es que permite re aprovechar los recursos hídricos del proyecto multipropósito Baba. La presa es tipo gravedad para resistir el empuje del agua transmitiendo el esfuerzo a la tierra. Es una represa con durabilidad larga que necesita de mantenimiento preventivo apenas una vez al año.
Figura 1. Ubicación Geográfica de la Presa Daule-Peripa La presa consta con diferentes tipos de obras hidráulicas tales como: vertederos, compuertas, túneles túneles y tomas de agua; que son las partes que más destacan destacan en este documento pues en ellos radica la importancia de este informe los cuales serán incluidos y analizados más adelante.
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Figura 2. Vista Panorámica de la Presa Daule-Peripa
OBJETIVO GENERAL
Identificar y relacionar las obras hidráulicas observadas en la represa DaulePeripa con los conocimientos adquiridos en clases.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Describir los tipos de aliviaderos, cuando se pueden usar y de qué condiciones depende su uso.
Describir las diferentes obras Hidráulicas observadas en la visita técnica a la represa Daule-Peripa.
MARCO TEÓRICO PRESAS Una presa es una barrera fabricada con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo. Tiene la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para su posterior aprovechamiento en abastecimiento o regadío, para elevar su nivel con el objetivo de derivarla a canalizaciones de riego, para laminación de avenidas (evitar inundaciones aguas abajo de la presa) o para la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del almacenamiento en energía cinética y ésta nuevamente en mecánica al accionar la fuerza del agua un elemento móvil. La energía mecánica puede aprovecharse para producir energía eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas.
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CLASIFICACIÓN Las presas se pueden clasificar en varias categorías, en este documento será de acuerdo con: El uso. Proyecto hidráulico. Materiales que forman las estructura.
DE ACUERDO A SU USO Se clasifican en: Presas de almacenamiento. Presas de derivación. Presas de regulación.
PRESAS DE ALMACENAMIENTO Se construyen para embalsar agua en los períodos en que sobra. Éstas a su vez se pueden clasificar de acuerdo al objetivo del almacenamiento como para: Abastecimiento de agua. Para recreo. Cría de peces y animales salvajes. Generación de energía hidroeléctrica. Irrigación, etc.
PRESAS DE DERIVACIÓN Proporcionan carga para desviar agua a zanjas, canales, sistemas de conducción, riego, usos municipales e industriales.
PRESAS REGULADORAS Sirven para retardar el escurrimiento de las avenidas y disminuir el efecto de las ocasionales. Se dividen en 2 tipos. En el primer tipo el agua se almacena temporalmente y se deja salir por una obra de toma. En el segundo tipo (también conocidas como diques) el agua se almacena tanto tiempo como sea posible y su principal objetivo es recargar los acuíferos y detener sedimentos.
DE ACUERDO AL PROYECTO HIDRÁULICO Se clasifican como: Presas vertedoras Presas no vertedoras
PRESAS VERTEDORAS Descargan sobres sus coronas y están hechas de materiales que no se erosionen debido a las descargas. Se pueden emplear materiales como concreto, mampostería, acero y madera.
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PRESAS NO VERTEDORAS En estas presas el agua no rebasa sobre sus coronas.
DE ACUERDO A LOS MATERIALES QUE FORMAN LA ESTRUCTURA Se clasifican en los siguientes tipos: Presas de tierra. Presas de enrocamiento. Presas de gravedad de concreto. Presas de arco de concreto. Presas de contrafuerte de concreto. Presas de madera.
PRESAS DE TIERRA Son las más comunes e intervienen materiales en su estado natural que requieren mínimo tratamiento. Tienen cimentaciones menos exigentes por lo tanto son más económicas. Pueden estar hechas de un solo material o de varios materiales. Requieren estructuras complementarias que sirvan de vertedores de demasías. Pueden fallar debido a perforaciones hechas por animales cavadores.
PRESAS DE ENROCAMIENTO Se utilizan rocas de todos los tamaños para dar estabilidad a una membrana impermeable que se encuentra del lado del talud mojado. Esta membrana puede ser una losa de concreto, un recubrimiento de concreto asfaltico, placas de acero o un núcleo interior delgado de tierra impermeable. Se destruye si el agua les rebasa así que deben tener un vertedor de demasías. Requieren cimentaciones que no estén sujetas a grandes magnitudes de asentamientos como para romper la membrana impermeable. Las cimentaciones adecuadas son: arena compactada y grava.
PRESAS DE CONCRETO TIPO GRAVEDAD Las presas de gravedad, de concreto se adaptan los lugares en los que se dispone de una cimentación de roca razonablemente sana, aunque las estructuras bajas se pueden establecer sobre cimentaciones aluviales si se construye en los dados adecuados. Se adaptan bien para usarse como cresta vertedora y, debido a esta ventaja, a menudo se usan formando la parte vertedora de las presas de tierra y de enrocamiento o una presas derivadora. Pueden tener plantas curva o recta. La planta curva puede proporcionar algunas ventajas en lo que respecta al costo y a la seguridad.
PRESAS DE CONCRETO DEL TIPO DE ARCO La relación de la distancia entre los arranque del arco a la altura no en grande y donde la cimentación en estos mismos arranque es roca sólida capaz de resistir el empuje del arco.
PRESAS DE CONCRETO DEL TIPO DE CONTRAFUERTES Comprenden las de losas y las de arco. Requieren aproximadamente el 60% luego o menos de concreto que las presas macizas de gravedad.
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OTROS TIPOS DE PRESAS Otro tipo de presa es hecha de madera, la cual resulta antieconómica y de poca vida útil.
FACTORES FÍSICOS QUE GOBIERNA EN LA SELECCIÓN DEL TIPO DE PRESA
Costo de las protecciones contra las descargas del vertedor de demasías.
Desvío de la corriente durante la construcción.
Mano de obra.
Disposición de equipo.
Accesibilidad al lugar de obra.
Costo general de la construcción.
Topografía: Dicta la primera elección del tipo de la presa. Debe estar en conformidad con las condiciones naturales. La localización del vertedero depende de la topografía local.
Condiciones geológicas y la cimentación: La cimentación desprenden de las características geológicas y del espesor de los estratos que van a soportar el peso de la presa; de esa inclinación, permeabilidad, y relación con los estratos subyacentes, falla y fisuras. La cimentación limitará la relación del tipo.
Cimentaciones de rocas sólida:
Debido a su relativamente alta resistencia a las cargas, y su resistencia a la erosión y filtración, presentan pocas restricciones.
Cimentaciones de grava:
Si está bien compactada, es buena para construir presas de tierra, de enrocamiento, y presas bajas de concreto. Deben tomarse precauciones impermeabilizantes.
Cimentaciones de limos o de arena fina:
Se pueden utilizar para apoyar presas de gravedad de poca altura si están bien proyectas. No sirven para presas de enrocamiento. Tienen problemas con asentamientos, tubificaciones, y las pérdidas excesivas por filtración, y la protección de la cimentación en el pie del talud seco, contra la erosión.
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Cimentaciones de arcilla:
Se pueden usar para apoyar las presas, pueden producirse grandes asentamientos si la arcilla no está consolidada y su humedad es elevada. No son buenas para la construcción de presas de concreto del tipo gravedad y no deben usarse para presas de escollera.
Cimentaciones irregulares:
Estas condiciones desfavorables pueden resolverse empleando detalles especiales en los proyectos.
Materiales disponibles: Los materiales pueden estar disponibles cerca o en el lugar y sirven como: Suelos para los terraplenes.
Rocas para terraplenes y para enrocamiento.
Agregados para concreto (arena, grava, y era triturada).
El tipo más económico de presa será aquella en el que se encuentren suficientes materiales de buena calidad a una distancia razonable.
Tamaño y situación del vertedor de demasías: El tamaño, tipo y las restricciones naturales en su localización serán el factor decisivo para la elección del tipo de prensa así como las magnitudes de las avenidas que tengan verterse. Combinando la presa y el vertedor para que formen una sola estructuras puede resultar conveniente.
Temblores: Se deberán tomar en cuenta el aumento de las cargas y de los esfuerzos. Los tipos de estructuras que mejor se adaptan a resistir las sacudidas de los terremotos sin perjudicarse son las presas de tierra y las de concreto del tipo de gravedad.
VERTEDEROS Los vertederos de demasías en las presas de almacenamiento y en las reguladoras tienen la función de dejar escapar el agua excedente que no cabe en el espacio de almacenamiento; en las presas derivadoras dejan pasar los excedentes que no se envían al sistema de derivación. Para que no se erosione y socave el talón aguas abajo de la presa, el vertedero debe ser localizado de manera adecuada hidráulica y estructuralmente.
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SELECCIÓN DEL TAMAÑO Y TIPO DE VERTEDERO Consideraciones generales:
La selección depende de muchos factores a considerarse tales como la hidrología, hidráulica, proyecto, costo y daños posibles. Las características de evacuación de un vertedero dependen de la forma especial de control que se haya elegido para la descarga. Que puede tener forma de un vertedero de demasías, de orificio, de tubo corto o de tubo largo. Estos pueden carecer de medios de control o pueden estar provistos de compuertas o de válvulas para regular la descarga. Combinación de vertederos de servicio y vertederos auxiliares:
De ser favorables las condiciones de emplazamiento, se puede considerar la opción de economizar realizando una combinación entre un vertedero auxiliar con uno de servicio. El vertedor de servicio funcionará frecuentemente mientras que el auxiliar funcionará solamente cuando se exceda el caudal del reservorio. Ya que el vertedor auxiliar no será usado con mucha frecuencia, se lo puede concebir con menor grado de seguridad que el solicitado para otras estructuras. Vertedores de emergencia:
Sirven para dar mayor seguridad cuando las posibilidades de que ocurra un desastre o alguna situación imprevista suceda.
SELECCIÓN DEL PROYECTO DEL VERTEDOR Se puede elaborar el proyecto específico después de que se ha determinado la carga hidráulica y la característica de descarga del vertedor tomando en cuenta la topografía, cimentación y estructura de control solicitada. Un vertedor puede ser parte integrante de una presa o puede ser una estructura separada.
PARTES QUE CONSTITUYEN UN VERTEDERO
Estructura de control: Es la que gobierna y regula la descarga del vaso. Puede consistir de una cresta, vertedor, orificio, boquilla o tubo y pueden tomar varias formas tanto en su posición como en su figura. Pueden ser: Rectos. Curvos. Semicirculares. Tener forma de U. Redondos.
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Canal de descarga: Se encarga de conducir los volúmenes descargados por la estructura de control al cauce, debajo de la presa. Las dimensiones del canal de descarga dependen de los requerimientos hidráulicos.
Estructura terminal
Canales de llegada y descarga: Canales de llegada son los que sirven para captar agua del vaso y conducirla a la estructura de control.
TIPOS DE VERTEDEROS Los tipos de vertedores son los siguientes: Descarga libre Tipo cimacio. Tipo canal lateral. Tipo canal abierto. Tipo conducto de túnel. Tipo boca de caída. Tipo alcantarilla. Tipo sifón.
VERTEDERO DE DESCARGA LIBRE
Figura 3. Ejemplo de un vertedero de Descarga Libre. Los vertedores de descarga libre o de caída recta son aquellos en los que el agua cae libremente de la cresta. Este tipo es el conveniente para las presas formadas por arcos delgados o para las presas vertedoras o cuando la cresta del vertedor tiene su paramento del lado de aguas abajo vertical o casi vertical. La descarga puede ser libre, como en el caso de un vertedor de pared delgada, o correr a lo largo de una sección angosta de la cresta. Ocasionalmente, la cresta se prolonga en la forma de boquilla volada para alejar el agua del paramento de la sección vertedora. En los vertedores de
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caída libre el lado inferior de la lámina se ventila suficientemente para evitar pulsaciones en ella. Cuando no se construye una protección artificial en la base de la caída, se producen erosiones en los causes formándose estanques profundos. El volumen y la profundidad del estanque están relacionados a la variación de las descargas, a la altura de la caída, y a la profundidad del agua de descarga. La resistencia a la erosión del material del cauce, incluyendo la roca fija, tienen poca influencia en el tamaño del estanque, en lo único que influye es en el tiempo necesario para excavarlo en toda su profundidad. Cuando no se pueda tolerar la erosión, se puede hacer un estanque artificial, construyendo una presa auxiliar aguas debajo de la estructura principal o excavando un estanque que se reviste de concreto. Si los tirantes del agua de descarga son suficientes, se formara un resalto hidráulico cuando la lámina libre cae sobre un zampeado plano. Se ha demostrado que la ecuación de la cantidad de movimiento para el salto hidráulico se puede aplicar a las condiciones hidráulicas, en la base de la caída, para determinar los elementos del resalto hidráulico. Se puede proyectar para utilizarse con una amplia variación de tirantes en el agua de descarga un vertedor de descarga libre para las presas bajas de tierra. Consiste principalmente en un vertedor recto construido en el extremo superior de un canal de descarga de sección rectangular, con un lavadero horizontal colocado al nivel del cauce o más abajo. En este caso se han colocado dados y una solera horizontal a la salida para facilitar la formación del resalto hidráulico y para reducir la erosión en el cauce de aguas abajo. Este tipo de estructura no se adapta a las grandes caídas en cimentaciones inestables, debido a las grandes fuerzas producidas por los impactos que debe absorber el lavadero en el punto que cae la lamina del agua. Las vibraciones producidas por el impacto pueden agrietar o dislocar la estructura, con el peligro de que falle por tubificaciones o socavaciones.
VERTEDERO DE CIMACIO.
Figura 4. Ejemplo de un vertedero de Cimacio - Gral. Martín Miguel de GüemesArgentina
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Los vertedores de cimacio tienen una sección en forma de “S”. La curva superior del cimacio ordinariamente se hace que se ajuste rigurosamente al perfil de la superficie inferior de una lámina de agua con ventilación cayendo de un vertedor de cresta delgada. La lámina de agua se adhiere al parámetro del perfil, evitando el acceso de aire a la cara inferior de la lámina. Para las descargas efectuadas con la carga de proyecto, el agua se desliza sobre la cresta sin interferencia de la superficie que la limita y alcanza casi su eficiencia máxima de descarga. El perfil, en la parte que sigue de la curva superior del cimacio se continúa en tangente a lo largo de un talud para soportar la lámina de agua sobre la superficie de derrame. Una curva inversa al pie del talud desvía el agua hacia el lavadero de un estanque amortiguador o dentro del canal de descarga del vertedor.
Figura 5. Formas de Cimacios La curva superior de la cresta puede hacerse más ancha o más aguda que la de lamina de agua. Las más anchas hacen que la lámina de agua se apoye produciéndose una presión hidrostática positiva a lo largo de la superficie de contacto. En esta forma, la lamina soportada crea un efecto de remanso y reduce la eficiencia de la descarga. Cuando las curvas son más agudas, la lámina tiende a separarse de la cresta y a producir una presión inferior a la atmosférica a lo largo de la superficie de contacto. Esta presión negativa tiene por efecto aumentar la carga hidráulica efectiva, aumentando, por lo tanto, la descarga. La cresta de cimacio y el lavadero pueden construir todo el vertedor de demasías, mientras que en otros tipos de vertedores como la porción vertedora de una presa de concreto del tipo de gravedad; o la cresta de cimacio puede ser solamente la estructura de control de algún otro tipo de vertedor. Debido a su elevada eficiencia, la sección de cimacio es la que usa en la mayor parte de las crestas de control de los vertedores de demasías.
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Ventajas Permite un óptimo coeficiente de gasto.
Mantiene la estabilidad estructural a través del peso del material utilizado.
Características Para darle estabilidad estructural, puede ser necesario que el parámetro aguas arriba del cimacio sea inclinado.
Su carga de diseño es la relación entre la altura de la cresta y la altura de la carga que se produce sobre la cresta.
VERTEDERO DE TIPO CANAL LATERAL.
Figura 6. Hidroeléctrica Yacyreta-Paraguay. Los vertedores en canales laterales son aquellos en los que el vertedor de control se coloca a lo largo del costado, y, aproximadamente, paralelo, a la porción superior del canal de descarga del vertedor. El agua que se vierte sobre la cresta cae en un conducto angosto opuesto al vertedor, gira, aproximadamente, un ángulo recto, y luego continua hasta caer dentro del canal de descarga principal. Está supeditado solamente a las condiciones hidráulicas que imperan en el tramo de aguas arriba del canal de descarga y es, más o menos, independiente de los detalles elegidos para los otros componentes del vertedor. Las descargas de los canales laterales pueden conducirse directamente a un canal de descarga abierto, a un conducto cerrado o a un túnel inclinado. El agua puede entrar al canal lateral en uno solo de los lados del conducto en caso de que este localizado en una ladera empinada, o por ambos lados y por el extremo si está ubicado en la cumbre de una loma o en una ladera suave. Requisitos para la Construcción
Calidad de Agua Características físicas, químicas y bacteriológicas. Focos de contaminación. Usos de suelo y cuerpo de agua. Características culturales locales.
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Cantidad de Agua. Estudio Hidrológico. Mediciones de caudal. Niveles máximos y mínimos.
Reconocimiento Geológico Superficial Fallas geológicas. Zonas de deslizamientos. Zonas de hundimiento.
Estudios Geotécnicos Estabilidad de los suelos. Resistencia admisible. Granulometría de los suelos.
Levantamiento Topográfico Morfología del terreno. Topografía del cauce del agua.
Estos vertedores son para caudales de diseño pequeños, es decir son de poca capacidad, su construcción es económica. Para esto debe de tenerse cuidado con los cálculos para prevenir el mal funcionamiento de la obra.
Funcionamiento El vertedero lateral es un dispositivo que permite el paso del agua por encima de una cresta, orientada en un sentido paralelo a la dirección principal de la corriente.
Figura 7. Funcionamiento del vertedero del tipo Canal Lateral Mientras mayor sea el gradiente hidráulico y la longitud de la cresta, mayor será la descarga a través del vertedor, de la misma forma mientras mayor sea la velocidad original de la corriente, menor será la descarga.
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VERTEDERO DE TIPO CANAL DE DESCARGA
Figura 8. Ejemplo de un vertedero de tipo Canal de Descarga. Conocidos también como vertedor de canal de descarga, de canal abierto o de cubeta; su descarga es conducida desde el vaso hasta el nivel del rio aguas abajo, por un canal abierto, colocado a lo largo de la ladera del emplazamiento de la presa o de un puerto. Estas designaciones se pueden aplicar sin tomar en cuenta el mecanismo de control usado para regular el gasto. Así, un vertedor que tenga un canal de tipo de descarga, aunque esté controlado por un vertedor, un orificio con compuertas, un vertedor lateral, o alguna otra estructura de control, puede todavía llamársele vertedor de demasías con canal de descarga. Sin embargo, el nombre se aplica con mayor frecuencia cuando el control del vertedor se coloca normal o casi normal al eje de un canal abierto y donde las líneas de corriente, tanto arriba como debajo de la cresta de control, se mueven en la dirección del eje. Los vertedores de demasías con canales de descarga se han usado en las presas de tierra más que los de cualquier otro tipo. Factores que Influyen en su Elección Sencillez de su proyecto y construcción.
Adaptabilidad a casi cualesquiera condiciones de la cimentación; se han construido con éxito en todos los tipos de materiales de cimentación, que varían desde la roca a la arcilla Economía por lo general se utiliza el material de la excavación en el terraplén de la presa.
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Figura 9. Presa de Gran Canarias: Las Niñas. Ordinariamente este tipo de vertederos consta de un canal de entrada, una estructura terminal y un canal de salida. La forma más sencilla de vertedor de canal de descarga es la que tiene su línea central recta y es de anchura uniforme. El eje del canal de entrada o el del canal de descarga debe ser curvo para adaptar su alineamiento a la topografía, en estos casos, se confina la curvatura al canal de entrada, si es posible, debido a la pequeña magnitud de las velocidades de llegada. Cuando el canal de descarga debe ser curvo, con frecuencia se le da sobre elevación a su plantilla para guiar el agua a alta velocidad en la curva, evitando que se acumule en el costado exterior de la misma. Los perfiles de los vertedores con canal de descarga, por lo general, dependen de la topografía del emplazamiento y de las condiciones subterráneas de la cimentación. La estructura de control, se coloca en línea con la línea central de la presa o aguas arriba de ella. La porción superior del canal de descarga se lleva con la pendiente mínima hasta que sale a la superficie de la ladera, para disminuir la excavación. La porción muy inclinada del canal de descarga sigue el talud de la ladera. La circulación del agua aguas arriba de la cresta, se efectúa a velocidad subcrítica, que luego es crítica al pasar por el control. Las velocidades en el canal de descarga se mantienen en el régimen supercrítico, siendo constantes o aceleradas, hasta llegar a la estructura terminal. Para un óptimo funcionamiento del proyecto, se deberá evitar los cambios bruscos en dirección vertical y las curvas bruscas cóncavas o convexas en el perfil del canal de descarga. De la misma manera, la convergencia o divergencia en la planta debe ser gradual con objeto de evitar la formación de ondas transversales, rociones en las paredes, turbulencia excesiva o distribución irregular del agua en la estructura terminal.
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VERTEDERO DE CONDUCTO O DE TÚNEL.
Figura 10. Ejemplo de un vertedero de Conducto o Túnel. En el vertedor que se usa un canal cerrado para conducir la descarga alrededor o debajo de la presa se lo llama de conducto o de túnel, según corresponda. El canal cerrado puede tomar la forma de un tiro vertical o inclinado, de túnel horizontal a través de tierra y roca, o de un conducto construido como corte abierto y cubierto de tierra. Se puede usar la mayor parte de las formas de estructuras de control, incluyendo crestas vertedoras, orificios de entrada verticales o inclinados, pozos verticales y vertederos laterales en los vertederos de demasías de conducto y túnel. Funcionamiento Con la excepción de los que tienen entradas de orificios o de pozo, los vertedores de demasías de túneles y de conductos se proyectan para funcionar parcialmente llenos en su longitud. En los de control de pozo o de orificios, el tamaño del túnel o conducto se elige de manera que funcione lleno en un tramo corto en el control y luego parcialmente en el resto de su longitud. En los vertederos de demasías de túnel o de conducto cerrado se debe prever una ventilación abundante para evitar la formación e interrupción de efectos sifónicos que se producirán en parte de túnel o conductos, que tendrían a obstruirlos temporalmente debido a la evacuación de aire producida por pulsaciones de chorro de agua , por el oleaje o por los remansos. Para garantizar la circulación libre en el túnel, la relación del aérea hidráulica al area total del túnel se limita, con frecuencia, a , aproximadamente el 75%. Los tubos de ventilación deben colocarse en los puntos críticos a lo largo del túnel o conducto para garantizar la entrada de aire adecuada con la que se evite una circulación inestable en el vertedor.
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Ventajas Los vertedores de demasías de túnel pueden tener ventajas en los emplazamientos de los cañones angostos, con laderas escarpadas, o en lugares en los que existen peligros para los canales abiertos por aludes o derrumbes de roca. Los de conducto cerrado pueden resultar convenientes en los emplazamientos situados en los valles amplios, en los que las laderas suben gradualmente y quedan a distancia considerable del cauce de la corriente. El uso de un conducto cerrado permite localizar el vertedor de las demasías debajo de la presa cerca del cauce. Desventajas En el caso de que el gasto de diseño fuese diseñado, los túneles se llenarían y la eficiencia del conjunto vertedor – túnel disminuiría notablemente. Esto representa menor peligro en los vertedores de canal y con ello una desventaja de los vertederos de túnel. Cuando la caída es grande, se desarrollan velocidades del agua excesivas que pueden dañar seriamente los revestimientos del túnel. Su reparación trae consigo maniobras más complicadas y costosas que en los vertedores de canal. Por tanto es recomendable emplear vertedores en túnel solo cuando se agoten las posibilidades de empleo de otros tipos. Elementos de vertedores de túnel. Estructura de control. Túnel d transición. Túnel de desvío. Sección de control. Conducto de descarga. Cubeta salto de Esquí.
VERTEDERO EN EMBUDO O POZO
Figura 11. Ejemplo de un vertedero en Embudo o Pozo
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Un vertedor de pozo o embudo es uno en el que el agua entra sobre un bordo en posición horizontal, cae en un tiro vertical o inclinado y luego corre al cauce del rio de aguas abajo por un entubamiento horizontal. Se puede considerar la estructura formada por tres elementos, que son: un vertedor de control, una transición vertical, y un canal de descarga cerrado. Cuando la entrada tiene forma de embudo, a este tipo, con frecuencia se le llama vertedor de demasías bocina. Las características de descarga de los vertedores de demasías de pozo pueden cambiar al variar la carga hidráulica. El control también variara de acuerdo con las capacidades relativas de descarga del vertedor, de la transición y del conducto o túnel. Por ejemplo, al aumentar la carga en un vertedor de la transición, y luego el tramo de tubo lleno en la porción de las aguas abajo. No se recomienda proyectar los vertedores de demasías para trabajar como tubo lleno excepto para las caídas de muy poca altura. Ventajas y desventajas Los vertedores de demasías de pozo se pueden usar ventajosamente en los emplazamientos de las presas en los cañones muy angostos, en los que las laderas son muy inclinadas, o en donde se dispone de un túnel de derivación o de un entubamiento, para usarse como ramal de aguas abajo. Otra ventaja de este tipo de vertedor de demasías es que casi se alcanza la máxima capacidad con cargas relativamente pequeñas; esta característica hace que el vertedor sea ideal para usarse cuando su gasto está limitado. Esta característica también se puede considerar una desventaja, porque aumenta poco su capacidad cuando las cargas son mayores que las del proyecto, lo que sería una desventaja si este tipo de vertedor se fuera a usar como un vertedor de servicio, en combinación con un vertedor auxiliar o de emergencia. Elementos de vertedores en embudo. Entrada de pozo. Cresta del vertedor. Dentellones de collar. Conducto. Canal de descarga. Estanque amortiguador. Cresta.
VERTEDERO TIPO ALCANTARILLA Se consideran adaptaciones especiales de vertedor de entubamiento o de túnel, son estructuras de cruce que conducen agua de un canal o un dren, la alcantarilla reduce el cauce de la corriente, produciendo represamiento del agua, y por ende un aumento de velocidad dentro del conducto y a la salida. A diferencia de los otros tipos de conductos su pendiente es similar a la de la superficie donde este está colocado. La abertura de entrada del vertedor de ser de aristas vivas o redondeadas, y el acceso al conducto puede tener paredes abocinadas o inclinadas con un piso a nivel o inclinado.
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La tubería generalmente trabaja parcialmente llena pero también puede hacerlo llena pero es necesario boquillas abocinadas o de forma hidrodinámica, además a veces también se usan entradas de sombrero para facilitar este cambio de semi-lleno a lleno evitando que se creen vórtices que interfieran con el funcionamiento. Cuando estos son colocados a pendientes altas funcionaran llenos, apareciendo presiones negativas en las superficies que limitan el conducto, si estas son muy grandes provoca capitación o destrucción de la estructura, pueden formarse grietas o fisuras absorbiendo materiales. Por lo tanto este tipo de vertedor no puede operar c on cargas grandes, siendo usados en caídas hidráulicas no superiores a 25 pies. Ventajas Adaptabilidad Funcionan llenos y parcialmente llenos. Sencillez y economía en construcción. Pueden colocarse sobre un banco excavado a lo largo de las laderas o atravesando la sección principal de la presa. Desventajas Su capacidad no aumenta. Poca seguridad en caso de avenida de proyecto insuficiente. Necesario otros vertederos de servicio o auxiliares en caso de emergencia USO Principalmente este diseño hidráulico radica en proveer una estructura con capacidad de descargar económicamente una cantidad de agua dentro de los límites establecidos de elevación de aguas y velocidades, la finalidad del diseño es proporcionar una alcantarilla más económica y eficiente, es decir de menor sección transversal necesaria. CRITERIOS DE DISEÑO Regulaciones de escurrimiento en la alcantarilla: Pendiente del lecho de la corriente aguas abajo y arriba. Pendiente de fondo de la alcantarilla Altura de ahogamiento permitido en la entrada Tipo de entrada Rugosidad en las paredes de la alcantarilla Altura del remanso de la salida. Para la construcción de la alcantarilla se debe establecer: Caudal de diseño Altura de agua permisible en la entrada Altura de agua a la salida Pendiente de colocación de conducto. Longitud. Tipo de entrada.
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Longitud y tipo de transiciones. Velocidad de flujo permisible en salida.
CONSIDERACIONES DE DISEÑO 1) Diseñadas para una presión hidrostática interna mínima. 2) Diámetro de cantar ella dependerá del caudal y por ende la velocidad admisible. (Tabla 1) 3) La máxima elevación del nivel de agua en entrada es igual al diámetro más 1.5 la carga de velocidad en la alcantarilla. (Tabla 2)
4) Pendiente mínima es de 0.005 5) Talud a la orilla del camino: 1.5:1 6) Las transiciones reducen las pérdidas de carga y previenen la erosión disminuyendo los cambios de velocidad. Las transiciones pueden hacerse de concreto, tierra y suelo – cemento. 7) Collares que incrementan la longitud del movimiento del agua a través del exterior del tubo. 8) Las perdidas asumidas son de 1.5 veces la carga de velocidad en la tubería más las perdidas por fricción. 9) Para el cálculo de las perdidas en las alcantarillas funcionando llenas, se puede usar la siguiente formula, en el sistema inglés:
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Tabla 1. “Relación Diámetro - Velocidades de agua en alcantarilla”
Tabla 2. “Tipos de Entrada”
VERTEDERO TIPO SIFÓN
Figura 12. Ejemplo de un vertedero tipo Sifón
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Es una estructura utilizada para atravesar depresiones o vías de comunicación cuando el nivel de la superficie libre de agua del canal es mayor que la rasante del cruce y no hay espacio para lograr el paso de vehículos o del agua. Los sifones se diferencian de acueductos en que la sección del sifón se apoya directamente en las laderas de la depresión, siguen el perfil del terreno y solo aprovechan la carga de agua para el movimiento del flujo. Generalmente hay cambio de sección con respecto a los canales, por lo cual es necesario proyectar transiciones aguas arriba y abajo. Tanto en el ingreso y a la salida se instalan rejas para evitar el ingreso de troncos, malezas y otros Estos vertederos son sistemas de conductos cerrado, con forma de U invertida, diseñada de forma que el interior de la curva del pasaje superior tenga la altura del nivel normal de almacenamiento en el vaso, al producirse un alza del nivel del vaso, este vertedor funcionaria como uno común, el funcionamiento como sifón en si inicia una vez que se ha agotado el aire en el interior, produciendo una corriente continua que se sostiene por el efecto de succión debido al agua de la rama inferior del sifón. Ventajas Dar paso a descargas a toda su capacidad, pero con limitaciones en su magnitud. Operación efectiva y automática. Sin necesidad de mecanismos y partes móviles. Desventajas Incapacidad para permitir el paso de hielo y basura. Obstrucción de pasajes de sifón y tubos de ventilación posible. Agua congelada en ramas y ventilación impide el paso por el sifón. Ocurrencia de aumentos bruscos y detenciones de la descarga provocan fluctuaciones radicales en rio aguas abajo. La descarga de gastos mayores que las aportaciones cuando opera el sifón, si se usa una solo. Cimentaciones más resistentes necesarias para soportar vibraciones. Varios factores que elevan el costo de construcción de este tipo de obra haciéndolo muy cara.
Figura 13. Ejemplo de un vertedero tipo Sifón
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PARTES DE UN SIFÓN
Figura 14. Partes de un vertedero tipo Sifón 1. Desarenado Consiste en una o varias compuertas deslizantes colocadas en una de las partes laterales, que descargan a un canal con pendiente superior a la del propio canal. Sirven a la vez para desalojar el agua del sifón cuando por reparaciones en este sean cerradas las compuertas o agujas de emergencia, se recomienda hacerlos de las dimensiones convenientes para que pase el caudal por desalojar y unirlos al canal colector de la obra de excedencias. Conviene localizarlo antes de la transición de entrada. 2. Desagüe de excedencias Es una estructura que evita que el nivel del agua suba más de lo tolerable en el canal de llegada, evacuando el caudal que no pueda pasar por el sifón. Generalmente consiste en un vertedor lateral construido en una de las paredes del canal. Para el caudal normal la cresta del vertedor estará a nivel de la superficie libre del agua. 3. Compuerta de emergencia y rejilla de entrada Por facilidad de construcción se localizan a la entrada del conducto, o sea al finalizar la transición de entrada. La compuerta de emergencia consiste en una o varias compuertas deslizantes o agujas de madera que corren sobre ranuras hechas en las paredes laterales o en viguetas de hierro y que en un momento determinado pueden cerrar la entrada al conducto para poder hacer limpieza o reparaciones al mismo tiempo. La rejilla de entrada se acostumbra hacerla con varillas de 3/8" de diámetro o varillas cuadradas de 0.95 x 0.95 (3/8" x 3/8") colocados a cada 10 cm. Y soldadas a un marco de 2.54 x 1.27 (1" x 1/2"). Su objeto es el impedir o disminuir la entrada al conducto de basuras y objetos extraños que impidan el funcionamiento correcto del conducto. 4. Transición de entrada y salida Como en la mayoría de los casos, la sección del canal es diferente a la adoptada en el conducto, es necesario construir una transición de entrada y otra de salida para pasar
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gradualmente de la primera a la segunda. Para el cálculo de la longitud de las transiciones que son simétricas se sigue el criterio de Julian Hinds:
En el diseño de una transición generalmente es aconsejable tener la abertura de la parte superior del sifón un poco más debajo de la superficie normal del agua. Esta práctica hace mínima la posible reducción de la capacidad del sifón causada por la introducción del aire. La profundidad de sumergencia de la abertura superior del sifón se recomienda que este comprendida entre un mínimo de 1.1 hv y un máximo de 1.5 hv. (Hv = carga de velocidad). 5. Conducto Forma la parte más importante y necesaria de los sifones. Se recomienda profundizar el conducto, dejando un colchón mínimo de 1 m en las laderas y de 1.5 m en el cruce del cauce para evitar probables fracturas que pudieran presentarse debido a cargas excesivas como el paso de camionetas o tractores. Sección Transversal Por cuestiones de construcción, pueden ser: 1. Cuadradas 2. Rectangulares H/B = 1.5 3. Circulares Velocidades en el conducto Las velocidades de diseño en sifones grandes es de 2 – 3 m/s, mientras que en sifones pequeños es de 1.6 m/s. Un sifón se considera largo, cuando su longitud es mayor que 500 veces el diámetro. Funcionamiento El sifón siempre funciona a presión, por lo tanto, debe estar ahogado a la entrada y a la salida. Ahogamiento 10% puede tenerse ahogamiento < 50%
El sifón funciona por diferencia de cargas, esta diferencia de cargas debe absorber todas las perdidas en el s ifón. La diferencia de carga ΔZ debe ser £ pérdidas totales. 6. Registro para limpieza y válvula de purga Se coloca en la parte más baja de los conductos, permite evacuar el agua que se quede almacenada en el conducto cuando se para el sifón, para su limpieza o reparación, y consistirá en válvulas de compuerta deslizante, de las dimensiones que se estime conveniente de acuerdo con el caudal a desalojar. Se pueden usar para desalojar lodos.
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Algunas veces estas válvulas no se pueden colocar en la parte más baja del sifón por tratarse del fondo del cauce del rio por salvar, habiendo necesidad cuando se presente el caso, de alguna bomba que succione el agua restante. Estas válvulas se protegen por medio de un registro de tabique o concreto que llega hasta la parte superior del terreno. Deben abrirse gradualmente para evitar aumentos de velocidades fuertes en las tuberías. No siempre son necesarias todas las partes indicadas pudiendo suprimirse algunas de ellas.
CRITERIOS DE DISEÑO a) En el cruce de un canal con una quebrada, el sifón se proyecta para conducir el menor gasto y lo suficientemente profundo para no ser socavado, en ciertas ocasiones debido a sus dimensiones un sifón constituye un peligro, principalmente cuando está cerca de centros poblados, siendo n ecesario el uso de rejillas pero con la desventaja de que puedan obturarse las aberturas y causar remansos. b) Las dimensiones del tubo se determinan satisfaciendo los requerimientos de cobertura, pendiente en el suelo, ángulos de doblados y sumergencia de la entrada y salida. c) En sifones que cruzan caminos principales o debajo de drenes, se requiere un mínimo de 0.90 m de cobertura; cuando cruzan caminos parcelarios o canales de riego sin revestir, es suficiente 0.60 m y si cruza un canal revestido se considera suficiente 0.30 m de cobertura. d) En sifones relativamente largos, se proyectan estructuras de alivio para permitir un drenaje del tubo para su inspección y mantenimiento. e) Con la finalidad de evitar la cavitación a veces se ubica ventanas de aireación en lugares donde el aire podría acumularse. f) Cuando el sifón cruza debajo de una quebrada, es necesario conocer el gasto máximo de la creciente. g) Con la finalidad de evitar desbordes aguas arriba del sifón debido a la ocurrencia fortuita de caudales mayores al de diseño, se recomienda aumentar en un 50% o 0.30 m como máximo al borde libre del canal en una longitud mínima de 15 m a partir de la estructura. h) La pendiente de los tubos doblados, no debe ser mayor a 2:1 y la pendiente mínima del tubo horizontal debe ser 5o/oo. Se recomienda transición de concreto a la entrada y salida cuando el sifón cruce caminos principales en los sifones con Ф mayor de 36" y para velocidades en el tubo mayores a 1 m/seg.
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i) Con la finalidad de determinar el diámetro del tubo en sifones relativamente cortos con transiciones de tierra, tanto en entrada como salida, se puede usar una velocidad de 1 m/seg. En sifones con transiciones de concreto igualmente cortos se puede usar 1.5 m/seg y para sifones largos con transiciones de concreto con o sin control de entrada entre 3 a 2.5m/seg. j) A fin de evitar remansos aguas arriba, las pérdidas totales computadas incrementan en 10%. k) En el diseño de transición de entrada se recomienda que la parte superior de la abertura del sifón, este ligeramente debajo de la superficie normal del agua, esta profundidad de sumergencia es conocida como sello de agua y en el diseño se toma 1.5 Hv (carga de velocidad del sifón) o 1.1 como mínimo o también 3". l) En la salida, el valor de la sumergencia no debe exceder al valor Hte/6. m) En sifones largos bajo ciertas condiciones la entrada puede no sellarse ya sea que el sifón opere a flujo parcial o flujo lleno, con un coeficiente de fricción menor que el asumido en diseño, por esta razón se recomienda usar n = 0.008 cuando se calculan perdidas por energía. n) Con respecto a las pérdidas de cargas totales, se recomienda la condición que sean iguales o menores a 0.30 m.
CÁLCULO HIDRÁULICO DEL SIFÓN Con el plano a curvas de nivel y el perfil del terreno en el sitio de la obra, se traza el sifón y se procede a diseñar la forma y dimensiones de la sección del conducto más económica y conveniente, esto se obtiene después de hacer varios tanteos, tomando en cuenta las pérdidas de carga que han de presentarse. Las dimensiones de la sección transversal del conducto dependen del caudal que deba pasar y de la velocidad que se pueda dar. En sifones grandes se considera una velocidad conveniente de agua en el conducto de 2 a 3 m/s que evita el depósito de azolves en el fondo del conducto y que no es tan grande que pueda producir la erosión del material de los conductos. Cuando por las condiciones del problema, no sea posible dar el desnivel que por estas Limitaciones resulten, se puede reducir las pérdidas, disminuyendo prudentemente la velocidad del agua, teniendo en cuenta que con esto se aumenta el peligro de azolvamiento del sifón, por lo que habrá necesidad de mejorar las facilidades para limpiar el interior del barril. El sifón funciona por diferencia de cargas, esta diferencia de cargas debe absorber todas las pérdidas en el sifón. La diferencia de cargas ΔZ debe ser mayor o igual que las
pérdidas totales.
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Pérdidas en el Sifón 1) Pérdidas de carga por transición de entrada y salida
2) Perdidas por Rejillas
3) Pérdidas de Carga por entrada al Conducto
Tabla 3. Valores de Ke
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4) Perdidas por Fricción en el Conducto
5) Pérdidas de carga por cambio de dirección o codos
6) Perdidas por Válvulas de Limpieza. 7) Perdidas por ampliación (perdidas por salida)
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VISITA TÉCNICA REPRESA DAULE PERIPA
Figura 15. Ubicación de la Presa Daule-Peripa Se realizó una visita técnica a la represa Daule Peripa la cual es una obra internacional del Proyecto de Propósito Múltiple Jaime Roldós Aguilera que cuenta con 25 años de construcción. Este proyecto está constituido por la Presa Daule Peripa, la Central Hidroeléctrica Marcel Laniado De Wind y los Sistemas de Riego del Valle del Daule Una de los principales organismos regionales vinculados con el manejo de los recursos hídricos en la Cuenca del Río Guayas es CEDEGE, Comisión de Estudios para el Desarrollo de la Cuenca del Río Guayas. Las actividades de este organismo son planificación, preinversión y ejecución de estudios, diseño, operación y mantenimiento de proyectos de riego y uso múltiple en la Cuenca del Río Guayas, adicionalmente coordina las acciones multisectoriales y multiinstitucionales con relación a la utilización de los recursos hídricos.
Figura 16. Central Hidroeléctrica Marcel Laniado de Wind.
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DESCRIPCIÓN DE LA PRESA
Figura 17. Vista aérea de la Presa Daule-Peripa La represa está situada en la confluencia del Río Daule y Peripa, en las limítrofes provincias de Guayas y Manabí; formando así parte de la cuenca del Río Guayas. La cuenca tiene una extensión de 4270 km2 y una aportación anual media 177.6 m3/seg. Esta cuenca cuenta con un gigantesco embalse de 270 km2 a la cota 85, convirtiéndose en laguna artificial más grande del Ecuador. Dicho embalse que fue construido hace 30 años aproximadamente, tiene una capacidad máxima de 6000 hm3 y se alimenta en gran parte del 50% de agua que produce la subcuenca del Río Daule. Es una de las obras más importantes construidas en nuestro país pues tiene como objetivo principal aprovechar el volumen de reserva para laminar ingresos que tradicionalmente inundaban las riberas del Daule e incluso Guayaquil. Esta represa es importante también debido a que genera desde su central hidroeléctrica 213 MW anuales, es decir, el 20% de la energía eléctrica que consumen los ecuatorianos. El sistema tiene otros objetivos tales como: Beneficiar a la producción de más de 100.000 hectáreas a través de su sistema de riego, para las zonas cercanas a las riberas del río Daule. Hacer trasvase hacia la provincia de Santa Elena y la provincia de Manabí. Agua potable. Abastecimiento de la salinidad. La presa es un terraplén natural (dique) de 17.5 km, con una altura máxima de 27 m.
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OBRAS HIDRÁULICAS CON QUE CUENTA LA PRESA La presa cuenta con obras hidráulicas tales como: Túneles de carga y descarga. Tomas de agua para los túneles. Diques laterales. Vertedero principal. Vertedero auxiliar. Compuertas. Los dos túneles con los que cuenta sirven para la regulación del caudal del río Daule. Las tomas de agua para las áreas de riego y el abastecimiento a las plantas potabilizadoras se efectúan a través de una torre de concreto de 77 metros de altura. El vertedero principal cuenta con tres compuertas radiales de 8 por 15 metros y sirven para evacuar las aguas provenientes de las crecientes externas de los ríos. Estas compuertas del vertedero han sido calibradas para abrirse en tramos de 25 cm; para una apertura de 25 cm la descarga al rio es de apenas de 125m3/seg., de igual forma para una apertura de 50 cm la descarga es de apenas 227m3/seg.
OPERACIÓN DEL VERTEDERO SOBRE LA COTA 85 Una vez que el nivel del embalse alcanza la cota 85,25 msnm (cota normal de operación) deberá preverse la apertura gradual de las compuertas del vertedero siguiendo los procedimientos establecidos en el manual de seguridad de la Presa Daule-Peripa.
Figura 18. Compuertas Radiales.
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El primer paso es la apertura gradual de 25 cm, con lo cual el nuevo nivel de operación del embalse es 85,50 msnm, con un volumen de almacenamiento 144 millones de m3 adicionales. En el caso de que el nivel del embalse alcanza la cota 85.50 msnm (con ingresos < 1500 m3/ seg ) la norma establece abrir 25 cm mas, con lo que el nuevo nivel de operación del embalse es 85.75 msnm equivalente a 217 millones de m3 adicionales. En resumen la apertura gradual de las compuertas del vertedero del embalse DaulePeripa aumenta la capacidad de regulación del mismo, aun sobre cotas superiores a la 85,25 msnm. Para evitar accidentes ocasionados por el mal manejo de las compuertas del vertedero principal o por la paralización de su equipo de elevación se construyó en un lado estratégico diques laterales.
GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA La Casa de Máquinas tiene una potencia nominal instalada de 213MW y alberga tres unidades de generación con turbinas tipo Francis con una potencia nominal de 71MW cada una.
Figura 19. Casa de Máquinas
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TURBINAS Para la generación de energía eléctrica, la presa cuenta con tres turbinas tipo Francis construidas de acero inoxidable, con un peso de 26.6 toneladas y velocidad de rotación de 163.64 r.p.m; estas turbinas trabajan a un caudal máximo de 405 m3/seg.
Figura 20. Turbina tipo Francis.
Figura 21. Turbinas. El sistema cuenta con tres válvulas que permiten, impiden o regulan el paso del flujo, estas válvulas son las válvulas mariposa; tienen un diámetro de 4.80 m; de igual forma cuenta con válvulas by-pass y válvulas de aire.
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GENERADORES Los generadores o alternadores son del tipo paraguas de eje vertical y se acoplan directamente a la turbina. Son sincrónicos, trifásicos, con una potencia nominal de 79MVA y producen energía a un voltaje de 13.8KV y a una frecuencia de 60Hz.
Figura 22. Modelo a escala de un generador con todos sus componentes.
SALA DE CONTROL La central Hidroeléctrica cuenta con una sala de control, con cuatro controladores programables multifuncionales.
Figura 23. Sala de control. Desde este lugar se puede supervisar y controlar el proceso (generación de energía), se tienen funcionalidades como: alarmas, registro de eventos y tendencias históricas, ejecución de comandos para control de los equipos de la Central y la Subestación.
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ANÁLISIS Resaltando las características de la presa Daule-Peripa, observando su geometría y estudiando su ficha técnica, se puede deducir que de acuerdo a los materiales que conforman su estructura, esta presa es de tierra recubierta de concreto del tipo gravedad. Por otro lado podemos decir que de acuerdo al proyecto hidráulico esta es una presa no vertedora ya que el agua no rebasa su corona. Indagando su uso se puede indicar que se trata de una presa de almacenamiento pues embalsa agua, genera energía hidroeléctrica y abastece de agua a una población urbana la cual utiliza esta agua para riego. Haciendo un análisis de lo observado en la represa Daule-Peripa, se puede decir que los vertedores principal y auxiliar utilizados por la presa son: vertedor tipo cimacio y vertedor de descarga libre, respectivamente. Analizando minuciosamente las características de dichos vertedores se pudo concluir lo anteriormente expuesto pues el vertedor tipo cimacio se considera como vertedor de pared delgada donde la cresta se ajusta a la forma de la vena líquida de salida. Los vertedores de cimacio tienen una sección en forma de “S”. La curva superior del
cimacio, de un vertedor de cresta delgada, se ajusta rigurosamente al perfil de la superficie inferior de una lámina de agua con ventilación y constituye la forma ideal para obtener óptimas descargas. La forma de esta sección depende de la descarga, de la inclinación del paramento de aguas arriba de la sección vertedora sobre el piso del canal de llegada. Este vertedor cuenta con tres compuertas radiales que controlan el nivel del embalse. El vertedor auxiliar o de emergencia es de tipo descarga libre según la información proporcionada en la represa, pues por asuntos de mantenimiento no se pudo observar dicho vertedor. Este vertedor fue construido para evitar que el agua vaya a rebasar el terraplén principal debido a las condiciones producidas por una emergencia. Este tipo de vertedores es conveniente para las presas formadas por arcos delgados o para las presas vertedoras o cuando la cresta del vertedor tiene su paramento del lado de aguas abajo vertical o casi vertical.
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OBSERVACIONES En la visitica técnica realizada a la presa Daule-Peripa no se pudo recorrer todas las instalaciones por cuestiones de mantenimiento; por lo que solo se llegó al nivel 77 perteneciente a la sala de control del la Central Hidroeléctrica. El vertedor auxiliar tampoco se pudo observar pues estaba aproximadamente a 17 km del lugar. No obstante, se pudieron observar partes del vertedor principal como son las compuertas radiales.
CONCLUSIONES
Se identificaron y relacionaron las obras hidráulicas observadas en la represa Daule-Peripa con los conocimientos adquiridos en clases.
Al describir los diferentes tipos de aliviaderos que existen, se pudo realizar un análisis sobre qué tipos de vertedores se encuentran en la represa Daule Peripa.
Estos tipos de vertederos presentan características diferenciables, desde ventajas y desventajas hasta en sus criterios de diseño, por ende cabe recalcar que la elección del tipo de obra hidráulica a construcción no solo se realiza tomando en cuenta los parámetros citados, sino en su mayoría dependerá principalmente de las condiciones a las que se enfrentará dicho vertedor una vez que este culminada su construcción y sea llenado el vaso.
Es importante colocar las obras hidráulicas correctas y en el lugar correcto, pues si una de estas es colocada de una forma inadecuada puede traer pérdidas incalculables.
Las secciones de cresta cuya forma se aproxima a la de la superficie inferior de la lámina que sale por un vertedor en pared delgada, es una forma ideal de obtener óptimas descargas.
El estudio del suelo es de gran importancia, así podremos elegir el tipo de vertedor a utilizar en un proyecto y evitar que hayan derrumbes por fallas en el suelo.
Aplicando los conocimientos adquiridos en clases, se llegó a la conclusión de que el vertedor principal es un vertedor tipo cimacio con un ancho de 59 metros; mientras que el vertedor auxiliar es un vertedor de descarga libre, el cual aguas abajo desemboca en el río Daule.
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