Hidraulica de Reservorios

Msc. Ricardo Narvaez Aranda

Expositor: Ms. RICARDO NARVAEZ ARANDA

Curso: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS Tema: HIDRAULICA DE RESERVORIOS

CAP1.

HIDRAULICA DE RESERVORIOS Contenido: 1. 2. 3. 4. 5.

Definiciones básicas y características de un embalse. Curvas cota-área-volumen Cálculo del volumen de almacenamiento. Estimación de valores extremos. Tránsito de avenidas en embalses.

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1. CARACTERÍSTICAS Y DEFINICIONES BÁSICAS o

o

La variación del caudal de un río durante el año presenta dos extremos bien marcados, los cuales ocasionan serios problemas de abastecimiento y de protección de las obras hidráulicas. La formación de vasos de almacenamientos surgen como una necesidad básica para el funcionamiento de toda obra hidráulica. Centros de consumo, como: -Abastecimiento de agua - Irrigación -Navegación fluvial -Hidroeléctrico - Industrial -Control de la contaminación ambiental hídrica en general Etc.

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2. FUNCION DE VASOS DE ALMACENAMIENTO o

o

o

o o

o

La función principal está en estabilizar y controlar el escurrimiento del agua, ya se a regulando un establecimiento variable en una corriente natural o mediante la satisfacción de una demanda variable para todos los consumidores finales. Evitar daños en obras hidráulicas menores y en poblaciones ubicadas aguas abajo por causa de crecidas de los ríos. Se reduce la contaminación de los cursos de agua, por causa de los relaves de las minas. Permite conservar y almacenar el agua para uso posterior. Estos almacenamientos permiten el tratamiento del agua y el funcionamiento de plantas de bombeo. Regular el caudal de un río durante las diferentes épocas del año.

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3. CLASIFICACION DE LOS VASOS DE ALMACENAMIENTO

o

3.1 Por la función que cumplen: Estanques.- Son pequeños almacenamientos construidos en las tierras agrícolas para acumular ciertos volúmenes de agua durante la noche y luego distribuir durante el día.

o

Pondajes.- Son pequeños almacenamientos que se construyen para regular en forma horaria el agua de una central hidroeléctrica, en horas punta.

o

Presas derivadoras, bocatomas o azud.- Son estructuras que se construyen para levantar el nivel del tirante de agua de un cauce, con la finalidad de derivar parte del caudal de un río por un canal para diferentes usos.

o

Embalses.- Son almacenamientos naturales o artificiales donde se recogen las aguas de un río o arrollo, que por bombeo o canalización son derivados a los centros de consumo. 5

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3.2.-De acuerdo a su origen: o Naturales.- Son acumulaciones de agua que se producen debido a la topografía del terreno en un cauce de un río, a la cual llegan diferentes quebradas ( lagunas, pantanos, etc. ). o Artificiales.- Son almacenamientos construidos en lugares apropiados en un cauce de un río, y son de diferente forma y tamaño según la necesidad 3.3.-Según el Volumen de Almacenamiento: o Pequeños: volumen menor e igual a 20 MMC. o Grandes: volumen mayor a 20 MMC. 3.4.-Según su Demanda De acuerdo a la campaña anual del proyecto: o Anuales.-Son vasos de almacenamiento que cubre la demanda por un año. o Multianuales.-Son vasos de almacenamiento que cubre la demanda por varios años 6

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4. CARACTERISTICAS FISICAS 4.1. CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO o La capacidad de un vaso de forma regular o La capacidad de un vaso de almacenamiento de forma irregular: -Levantamiento topográfico (e=2m) ΔV agua=1/2 (A1+A2) ΔZ Con los datos obtenidos se construyen dos curvas que relacionan: o Las cotas de represamiento con las áreas: H (m) vs. A(Km2 ) o Las cotas de represamiento con volúmenes de agua: H(m) vs. V(MMC) Curva de áreas y volúmenes respecto a las elevaciones Curva de capacidades del vaso Curva cota- área -volumen 7

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Conclusión: Esta curva sirve para realizar la mejor elección de la altura más económica que pueda proyectarse la represa para tener el volumen deseado de almacenamiento de agua, según la demanda y su proyección. También podrá calcularse los diferentes volúmenes de evaporación mensual que se pudiera producir en el almacenamiento

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4.2.- ZONAS DE ALMACENAMIENTO o

Almacenamiento del Valle .-Es el caudal que circula normalmente en un cauce de corriente natural de un río antes de represarla.

o

Volumen muerto.- Es un volumen previsto en el almacenamiento para la sedimentación tanto de los materiales de acarreo en el fondo como en suspensión. Se encuentra por debajo del nivel mínimo o debajo de la toma de desfogue de la prensa.

o

Volumen inactivo: Representa una porción de volumen especificaciones de operación, no pude ser utilizado.

o

Volumen útil de embalse.- Es el volumen para la utilización práctica del proyecto y está situado entre el nivel superior de volumen inactivo y el nivel normal del vaso. También se dice que es un almacenamiento para conservación.

o

Volumen de control de avenidas.-Es el volumen considerado para el transito de avenidas a través del embalse.

que por regulación o

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o

Nivel máximo de operación normal(NMON).- Es la altura máxima en la cual la superficie del vaso subirá durante las condiciones ORDINARIAS DE FUNCIONAMIENTO U OPERACIÓN. Este nivel coincide con la cresta del vertedor o con la parte inferior de las compuertas de los vertedores.

o

Nivel mínimo (NMON) y nivel máximo de avenidas extraordinarias(NMAE)

o

Almacenamiento de Bancos.- Son almacenamientos laterales debido a que los bordes del vaso son generalmente permeables donde el agua penetra al suelo. Cuando el vaso esta lleno y drena cuando el nivel del agua ha bajado, dependiendo de las condiciones geológicas, y puede llegar a ser una parte importante del porcentaje del volumen del vaso.

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4.3.- ALTURA DE PRESA La altura de una presa puede determinarse aproximadamente de acuerdo a las zonas de almacenamiento dentro del vaso. 4.4.-ALTURA DEL ALIVIADERO Para determinar la cota del aliviadero se toma como referencia el nivel normal del almacenamiento, es decir con el volumen máximo embalsable. Su capacidad de evacuación depende de la máxima avenida prevista con un tiempo de retorno fijado por criterio del diseñador. Para evacuar el agua se puede utilizar: toma, vertedero, etc. 11

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5. ESTUDIOS BASICOS PARA RELIZAR UN PROYECTO 4.5.1. Estudios del vaso de almacenamiento Localización de un vaso de almacenamiento, demanda del usuario, Costos y tamaño de la represa. Volumen del almacenamiento Condiciones físicas e hidrológicas de la cuenca del embalse. 4.5.2.- Condiciones de Mecánica de Suelos y Geotecnia. Tipo de Suelo , estabilidad de la zona, características de permeabilidad filtraciones a cuencas vencidas. 4.5.3.- Condicione Topográficas: Por estas condiciones se prefiere un vaso profundo a uno poco profundo Al ser más profundo se reduce la pérdida de agua por evaporación al tener un menor espejo de agua. 12

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6. PROBLEMAS DE APLICACIÓN P1:Calcular la altura de un aliviadero, si un proyectista determina una avenida de 1450 m3 /s para un embalse que tiene como cresta un vertedero de 6m de longitud.

P2: Determinar el volumen útil de un embalse en MMC, sabiendo que el estudio de agrimensura realizado, se tiene las siguientes áreas (km2): 0,025; 0,063; 0,198; 1,232; 1,645; 2,114; 2,568, considerando 25% de volumen muerto y 12% de volumen inactivo.

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7.CALCULO DE VOLUMEN DE EMBALSE *Método de la curva persistencia o duración. *Método de la curva masa. 7.1 Método de la curva persistencia o duración. Es la curva que representa las descargas ordenadas desde los valores máximos a los valores mínimos con indicación del número de ocurrencias en un intervalo de tiempo. Una curva de duración se construye conteniendo el número de días, meses o años con escurrimiento en los intervalos de varias clases.

Características: -Defecto no presenta al escurrimiento en secuencia natural. -Se emplean en estudios preliminares y comparaciones entre corrientes -Una curva de duración se construye conteniendo el número de días, meses o años con escurrimiento en los intervalos de varias clases.

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PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO: 1.Ordenamos los caudales desde el máximo al mínimo 2.Calculamos la frecuencia mediante la formula : f= (m / n)*100 Curva de Persistencia Donde: f = Frecuencia n = Número de registros m = Orden de registros Q (m3/seg)

40 38 36 34 32 30 28 26

Q de registro

24

Qd

22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2

%

100

95

90

85

80

75

70

65

60

55

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

0

Area = H/2 [ Yo + 2 {Y1 + Y2 + Y3 + ………….+ Yn - 1}+ Yn]

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Curva persistencia o duración del río R y P

Ejemplo de aplicación:

Calcular el volumen de embalse aplicando el método de la curva de persistencia, conociendo los siguiente datos de caudales medios mensuales (m3/s) de un río. ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SET

OCT

NOV

DIC

25.3

32.4

18.2

14.7

24.9

8.5

4.3

2.1

2.9

5.8

10.7

19.5 16

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7.2 Método de la curva masa

Es la curva que exige una estadística de descargas bastante amplia, mayor de los veinte años, para determinar los periodos de estiaje extraordinarios (sequías). Esta curva se construye representando en las ordenadas el volumen acumulado de agua en millones de metros cúbicos, durante el periodo estudiado. La pendiente de la curva y sus inflexiones permiten determinar la capacidad de acumulación de los caudales por lo cual también es posible compararlo con las demandas del proyecto en estudio.

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PROCEDIMIENTO: GRAFICO Y NUMERICO Q= caudal de aporte (m3/s) V.A.= Volumen de aporte (MMC) V.A.A = Volumen de aporte acumulado (MMC) Qd= caudal de demanda (m3/s) Vd = Volumen de demanda (MMC) Vd. Ac = Volumen de demanda acumulada (MMC) Dif. = V.A.A - Vd. Ac Mes = Se puede asumir 30 días o lo normal al calendario AÑO

MES

1998

ENE

Q

VA

VAA

Grafica: MES vs. VAA DIC 1999

ENE

DIC

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CALCULO NUMERICO AÑO

1

MES

Q

VA

VAA

Qd.

Vd.

Vd.Ac.

Dif.

Dif. Max.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)=(3-6)

(8)

ENE

DIC 2

ENE

DIC

Problemas de aplicación 19