Olmos

TRABAJO PARCIAL Curso:

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos

Ing. Juan José Velásquez Díaz

Profesor:

Alumnos:  Antón Aliaga Luis Beltrán Oscar Vitor Jorge Lujan Velásquez  Antonio Percca Percca

Curso: Sección:

CI99 CI81

2014

INDICE

1. INTRODUCCION INTRODUCCIO N 1.1. Características Característ icas Generales del Proyecto 2. DEMANDA 2.1. Situación Actual y Distribución de Cultivos 2.2. Demanda Agrícola 2.3. Demanda Poblacional 3. OFERTA

1 1 5 5 8 14 16

3.1. Delimitación Delimitac ión de Cuenca 3.2. Curvas de Duración 3.3. Curva Masa

17 18 20

4. INGENIERIA DEL PROYECTO

23

4.1. Embalse y Presa 4.1.1. Relación Nivel  – Área – Volumen 4.1.2. Ubicación 4.1.3. Presa de Tierra

24 24 30 30

4.2. Obras de Derivación 4.2.1. Túnel de derivación

34 34

4.3. Centrales Hidroeléctricas Hidroeléctr icas 4.3.1. Ubicación 4.3.2. Potencia Eléctrica

35 36 39

4.4. Obras de Cabecera 4.4.1. Bocatoma

43 43

4.5. Obras de Protección 4.5.1. Desarenador

47 47

4.6. Obras de Conducción 4.6.1. Canal Alimentador

51 51

5. BLIOGRAFIA

52

INDICE

1. INTRODUCCION INTRODUCCIO N 1.1. Características Característ icas Generales del Proyecto 2. DEMANDA 2.1. Situación Actual y Distribución de Cultivos 2.2. Demanda Agrícola 2.3. Demanda Poblacional 3. OFERTA

1 1 5 5 8 14 16

3.1. Delimitación Delimitac ión de Cuenca 3.2. Curvas de Duración 3.3. Curva Masa

17 18 20

4. INGENIERIA DEL PROYECTO

23

4.1. Embalse y Presa 4.1.1. Relación Nivel  – Área – Volumen 4.1.2. Ubicación 4.1.3. Presa de Tierra

24 24 30 30

4.2. Obras de Derivación 4.2.1. Túnel de derivación

34 34

4.3. Centrales Hidroeléctricas Hidroeléctr icas 4.3.1. Ubicación 4.3.2. Potencia Eléctrica

35 36 39

4.4. Obras de Cabecera 4.4.1. Bocatoma

43 43

4.5. Obras de Protección 4.5.1. Desarenador

47 47

4.6. Obras de Conducción 4.6.1. Canal Alimentador

51 51

5. BLIOGRAFIA

52

INTRODUCCION

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

INTRODUCCION CARACTERISTICAS GENERALES CARACTERISTICAS GENERALES DEL PROYECTO PROYECTO El Proyecto Integral Olmos consiste en el trasvase de las aguas del río Huancabamba de la vertiente del Atlántico a la vertiente del Pacifico a través de un túnel trasandino de 20 km para su aprovechamiento en la irrigación de tierras eriazas y la generación hidroenergética. Ilustración 0-1

Fuente: Googel Earth Consiste en las siguientes etapas: Ilustración 0-2

Fuente: Andina

1

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

Sus características meteorológicas que se presentan, son las nombradas en el informe del proyecto. Tabla 1.1 VALLE DE OLMOS (Lat. Sur 6°) Evapotranspiración potencial (ETP) Mes

Temperatura Horas de luz ETP (mm) media (°C) (%)

Ene

25.7

8.74

174

Feb

26.95

7.79

159

Mar

25.665

8.51

169

 Abr

24.35

8.14

157

May

23

8.30

155

Jun

21.65

8.00

144

Jul

20.315

8.28

144

 Ago

18.95

8.35

140

Set

20.22

8.20

142

Oct

21.47

8.57

154

Nov

22.785

8.42

156

Dic

24.135

8.73

167

 ANUAL

22.93

100

1860

2

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Precipitación media mensual Tabla 1.2

Fuente: http://www.biblioteca.udep.edu.pe/BibVirUDEP/tesis/pdf/1_72_183_37_663.pdf Imagen 1.2

Fuente: Google Earth

3

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

Capítulo 1

DEMANDA DE AGUA

4

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

1. DEMANDA

1.1. SITUACION ACTUAL Y DISTRIBUCION DE CULTIVOS En el proceso de investigación, se logró obtener información acerca de la compra de terrenos que ya se ha producido en este proyecto. A continuación, se presentan la distribución de los cultivos que las empresas inversoras han realizado. Ilustración 1.1-1

Fuente: http://semanaeconomica.com/article/extractivos/127366-se-adelanta-la-ola-verde/ Según se informó, los cultivos que se producirían por parte de estas empresas son las siguientes. 

Azucarera Olmos: Caña de Azúcar y otros 5

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I      

Gloria: Posible Ganadería Mirabilis: Palta ICCGSA: Palta, Uva, Caña, Algodón Agroindustrias AIB: Palta, Limón AQP Olmos: Quinua Chía Arándano Otros: Mango, Espárrago

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

Ilustración 1.1-2

Fuente: H2Olmos

Mientras que el contrato de concesión indica que “teniendo en cuenta que la demanda

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

memoria descriptiva. 6

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

Ilustración 1.1-3

Fuente: http://www.proinversion.gob.pe/RepositorioAPS/0/0/JER/PACONCESION_PROYECTO_O LMOS/Contrato%20de%20Concesi%C3%B3n%20b.pdf

7

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

1.2. DEMANDA AGRICOLA La propuesta de la distribución de cultivos para el proyecto de estudio es la siguiente. Tabla 1.2-1

Distribución de cultivos en Olmos

15%

35%

15% 15%

Caña de Azúcar Palta Vid

20%

Mango Granos

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

8

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

Tabla 1.2-2

9

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

Tabla 1.2-3

10

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

Tabla 1.2-4

11

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

Tabla 1.2-5

12

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

Tabla 1.2-6

13

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

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

localización prevista en el Plan de Ordenamiento Territorial de Distrito, ocupando las tierras altas al Oeste del polígono subastado con las 38,000 ha, en tierras de propiedad del PEOT, que al término de la segunda fase del proyecto de irrigación la nueva ciudad quedará en el centro de las tierras a ser incorporadas a la agricultura de agroexportación y agroindustrial. Según el Estudio de la CAF, para la primera fase del proyecto de irrigación, la población esperada en la nueva ciudad es de 62,000 personas aproximadamente para el 2021. Previéndose que para fines del 2014 arriben los primeros 8,000 habitantes, siendo prioridad la oferta de viviendas para esta primera fase. Calculamos la tasa de crecimiento de la población de Olmos y usamos la misma para proyectar la población de la nueva ciudad de Olmos al 2050. “ Fuente: (http://siga.regionlambayeque.gob.pe/mysiganew/content/sisadportPublicaTema_mostrar. php?poco_id=10122) De esta manera, calculamos la tasa de crecimiento de la población de Olmos y usamos la misma para proyectar la población de la nueva ciudad de Olmos al 2050. Tabla 1.3-1 Olmos Año

Rural

Urbana

 

Total

1940

7632

2184

9816

1961

10449

3628

14077

1972

13792

4400

18192

1981

18166

5701

23867

1993

23188

7857

31045

2007

26788

9807

36595

FUENTE: INEI

2007

36,595

t=

43

14

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Geométrico Kp=

0 .011748132

Pt=

51449.84553

Fa ctor de cr eci mi ento a nua l  

51450

 

1.18%

Nueva ciudad de Olmos Cálculo de l a población futura Pob actual (2021) Tasa de

62000

1.18%

crecimiento* Pob futura (2050)

87168

*considerando la misma tasa de crecimiento del poblado de Olmos

Nos basamos en la demanda de una persona en zonas urbanizadas y con ésta calculamos la demanda de la población futura de la nueva ciudad de Olmos. Tabla 1.3-2 Cálculo de la demanda de agua Consumo de agua per cápita*

60

m3/año 5230080 m3/año Consumo 0.166 poblacional m3/s *basado en el consumo per cápita de una persona en Surco

En conclusión, se obtuvo una demanda conjunta de 17.26 m3/s , sin embargo se debe considerar una pérdida por conducción y distribución. En nuestro caso consideraremos 20% para ambos. Demanda = (17.26 / 0.8) = 21.57 m3/s

15

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

Capítulo 2

OFERTA DE AGUA

16

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I 2. OFERTA 2.1. Delimitación de la Cuenca Se delimitó la parte de la cuenca del río Huancabamba que se encuentra aguas arriba del “punto de aforo” que se puede considerar en la presa Limón. Esta cuenca pertenece a la vertiente del Atlántico. Los cálculos hidrológicos y meteorológicos se ciñen a esa región delimitada, que tiene un área aproximada de 2546.8 km 2 y relieves abruptos. Ilustración 2.1-1

17

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Para fines del presente trabajo, se trabajó con los caudales históricos medidos en la estación Limón, así como los caudales medidos en la estación Tronera, los cuales se van a descontar del caudal del Huancabamba por estar destinados a la futura derivación hacia el Proyecto Especial de Irrigación e Hidroenergético Alto Piura.

2.2. Curvas de duración La curva de duración resulta del análisis de frecuencias de la serie histórica de caudales medios diarios en el sitio de captación de un proyecto de suministro de agua. Se estima que si la serie histórica es suficientemente buena, la curva de duración es representativa del régimen de caudales medios de la corriente y por lo tanto puede utilizarse para pronosticar el comportamiento del régimen futuro de caudales, o sea el régimen que se presentará durante la vida útil de la captación.  A continuación se muestran las tablas de frecuencia a partir de los datos históricos de todos los años, promediando los caudales promedio de cada mes, obteniendo curvas de duración para cada mes y también una curva de duración anual, donde se observa la cantidad de veces (o el porcentaje del total) que el caudal del río superó un caudal específico (límite inferior de los intervalos de clase).

18

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Tabla 2.2-1

19

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I 2.3. Curva masa  – MMC acumulado vs Mes  – Periodo: 4 años (1999-2002) Se utiliza para determinar la capacidad de almacenamiento de un reservorio, el mismo que para ser evaluada su necesidad, se examinan tres posibles casos. 1. La disponibilidad del recurso excede las demandas 2. La disponibilidad del recurso excede en algunos periodos las demandas, pero en otros no. 3. La disponibilidad del recurso nunca excede las demandas del mismo. En caso se tenga el primero, la extracción puede realizarse de manera directa, en caso sea el segundo se requiere un reservorio para almacenar en épocas de déficit y para el último caso se necesita una fuente adicional de suministro para el abastecimiento.  Además de emplear los requerimientos de entrada de agua y las salidas de la misma, se debe tener en cuenta el caudal necesario para no perjudicar el medioambiente, así como las pérdidas por evaporación. Este método permite realizar estimados de almacenamiento necesarios para una presa. Esto se realiza con la finalidad de tener un proceso racional con lo cual se estima una capacidad de almacenamiento requerida para hacer frente a la demanda de una población determinada. Tabla 2.3-1

20

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I En la curva masa se puede corroborar a través del método de Rippl la capacidad calculada para el embalse, con la distancia entre las dos rectas (la pendiente debe ser igual o mayor a los egresos o demandas promedio) tangentes a los puntos máximos y mínimos de la curva.

Cálculo de la altura necesaria para el volumen de almacenamiento Se trabajó con las curvas de nivel de todo el área de la cuenca, con una equidistancia de 2.00 m, obteniendo mediante las funciones del software AutoCAD las áreas correspondientes a cada curva de nivel. Luego se interpoló para encontrar la altura que permite un volumen de almacenamiento de 172 MMC según lo calculado. Ilustración 2.3-1

21

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Tabla 2.3-2 Cota 1100.00 1102.00 1104.00 1106.00 1108.00 1110.00 1112.00 1114.00 1116.00 1118.00 1120.00 1122.00 1124.00 1126.00 1128.00 1130.00 1132.00 1134.00 1136.00 1138.00 1140.00 1142.00 1144.00 1146.00 1148.00 1150.00 1152.00 1154.00 1156.00 1158.00 1160.00 1162.00 1164.00 1166.00 1168.00 1170.00

Área (CAD) 1487050.65 1525734.61 1563129.35 1600681.19 1638692.02 1677639.77 1717524.61 1758346.55 1800105.58 1842801.69 1886434.91 1931005.21 1976512.61 2022957.10 2070338.68 2118657.35 2167913.12 2218105.99 2269235.97 2321303.05 2374307.23 2428248.52 2483221.32 2552319.86 2814757.75 5869863.58 6026916.72 6159967.02 6278620.11 6391639.94 6501785.43 6612156.28 6723185.29 6834872.54 6947218.05 7060221.81

Volumen (m3) Vol. MMC 0.00 0.00 3012785.27 3.01 3088863.96 3.09 3163810.54 3.16 3239373.21 3.24 3316331.80 3.32 3395164.39 3.40 3475871.16 3.48 3558452.12 3.56 3642907.27 3.64 3729236.60 3.73 3817440.12 3.82 3907517.82 3.91 3999469.70 4.00 4093295.77 4.09 4188996.03 4.19 4286570.47 4.29 4386019.12 4.39 4487341.96 4.49 4590539.02 4.59 4695610.28 4.70 4802555.75 4.80 4911469.84 4.91 5035541.18 5.04 5367077.61 5.37 8684621.33 8.68 11896780.30 11.90 12186883.74 12.19 12438587.13 12.44 12670260.05 12.67 12893425.37 12.89 13113941.71 13.11 13335341.57 13.34 13558057.83 13.56 13782090.59 13.78 14007439.86 14.01

Cota final – Cota inicial = 1161  – 1100 Se requiere una altura útil de: 61 m. 22

MMC accum 0.00 3.01 6.10 9.27 12.50 15.82 19.22 22.69 26.25 29.89 33.62 37.44 41.35 45.35 49.44 53.63 57.92 62.30 66.79 71.38 76.08 80.88 85.79 90.83 96.19 104.88 116.77 128.96 141.40 154.07 166.96 180.08 193.41 206.97 220.75 234.76

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

Capítulo 3

INGENIERIA DEL PROYECTO

23

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I 3. INGENIERIA DEL PROYECTO La ingeniería del proyecto Olmos comprende el diseño y cálculo de componentes del proyecto de irrigación-energía. Además, se presentarán los planos de planta y perfil de las obras civiles. 3.1. Embalse y Presa Se denomina embalse  a la acumulación de agua producida por una obstrucción en el lecho de un río o arroyo que cierra parcial o totalmente su cauce. La obstrucción del cauce puede ocurrir por causas naturales como, por ejemplo, el derrumbe de una ladera en un tramo estrecho del río o arroyo, la acumulación de placas de hielo o las construcciones hechas por los castores, y por obras construidas por el hombre para tal fin, como son las presas. 3.1.1. Relación Nivel-Área-Volúmen 

Cálculo de la altura de la presa

- Con ayuda de la hidrología (y con datos de agronomía y estadística poblacional) se obtuvo el caudal necesario para el trasvase, que a su vez permite estimar las variaciones de oferta y demanda, lo cual establece la capacidad necesaria del embalse. En ese cálculo se incluyeron las pérdidas y caudales de egreso aparte de la demanda, provenientes de la evapotranspiración (varía de acuerdo al mes), infiltración (0.40 m3/s como máximo) y el caudal ecológico (definido en 1.30 m3/s). Sin embargo, dentro del cálculo de la capacidad del embalse es necesario conocer la cantidad de depósitos o sedimentos que ocurren en una cantidad de tiempo, y establecer una medida de control, pues la diferencia entre la oferta y la evacuación de sólidos a lo largo de la vida asignada al proyecto es lo que nos da el Volumen Muerto a considerarse en los cálculos. Éste servirá, finalmente, como uno de los elementos para obtener la altura de la presa.

24

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Ilustración 3.1.1-1

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

25

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Ilustración 3.1.1-2

En nuestro caso se empleará como volumen de embalse muerto el máximo considerado en la bibliografía: VM = 0.12*VU VU = 110 MMC (según cálculos – Oferta) Tabla 3.1.1-1 1,200.00 1,000.00 800.00

600.00 400.00 200.00 0.00 -200.00

   8    9    9    9    7    7    7    7   -   -   -      t    e    r     l    c    n     b    u    J    O    E    A

   9    0    0    0    7    8    8    8   -   -   -      t    e    r     l    c    n    b    u    J    O    E    A

   0    1    1    1    8    8    8    8   -   -   -      t    e    r     l    c    n    b    u    J    O    E    A

   1    2    2    2    8    8    8    8   -   -   -      t    e    r     l    c    n    b    u    J    O    E    A

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

26

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I  Además, se considerará que el volumen de agua ubicado bajo el nivel inferior de la entrada al túnel de trasvase olmos no es aprovechable (La bocatoma se encuentra en la cota 1095 msnm, por debajo no se contabiliza).  Altura de la presa a partir de la información topográfica y el volumen necesario 180 MMC: Tabla 3.1.1-2 Cota 1100.00 1102.00 1104.00 1106.00 1108.00 1110.00 1112.00 1114.00 1116.00 1118.00 1120.00 1122.00 1124.00 1126.00 1128.00 1130.00 1132.00 1134.00 1136.00 1138.00 1140.00 1142.00 1144.00 1146.00 1148.00 1150.00 1152.00 1154.00 1156.00 1158.00 1160.00 1162.00 1164.00

Área (CAD) 1487050.65 1525734.61 1563129.35 1600681.19 1638692.02 1677639.77 1717524.61 1758346.55 1800105.58 1842801.69 1886434.91 1931005.21 1976512.61 2022957.10 2070338.68 2118657.35 2167913.12 2218105.99 2269235.97 2321303.05 2374307.23 2428248.52 2483221.32 2552319.86 2814757.75 5869863.58 6026916.72 6159967.02 6278620.11 6391639.94 6501785.43 6612156.28 6723185.29

Volumen (m3) Vol. MMC 0.00 0.00 3012785.27 3.01 3088863.96 3.09 3163810.54 3.16 3239373.21 3.24 3316331.80 3.32 3395164.39 3.40 3475871.16 3.48 3558452.12 3.56 3642907.27 3.64 3729236.60 3.73 3817440.12 3.82 3907517.82 3.91 3999469.70 4.00 4093295.77 4.09 4188996.03 4.19 4286570.47 4.29 4386019.12 4.39 4487341.96 4.49 4590539.02 4.59 4695610.28 4.70 4802555.75 4.80 4911469.84 4.91 5035541.18 5.04 5367077.61 5.37 8684621.33 8.68 11896780.30 11.90 12186883.74 12.19 12438587.13 12.44 12670260.05 12.67 12893425.37 12.89 13113941.71 13.11 13335341.57 13.34 27

MMC accum 0.00 3.01 6.10 9.27 12.50 15.82 19.22 22.69 26.25 29.89 33.62 37.44 41.35 45.35 49.44 53.63 57.92 62.30 66.79 71.38 76.08 80.88 85.79 90.83 96.19 104.88 116.77 128.96 141.40 154.07 166.96 180.08 193.41

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Luego de definir la altura de la persa, se puede proceder con el predimensionamiento de la presa y sus componentes. Para lograr un buen diseño de la presa se debe contar con buena información de los suelos y materiales disponibles en canteras o insitu, así como la utilización de los diversos métodos estadísticos para un adecuado control de la calidad de datos. Ilustración 3.1.1-3

PREDIMENSIONAMIENTO DE TALUD Para el pre dimensionamiento de los taludes se tiene en cuenta los criterios de la tabla 13: Con fines académicos, el análisis de la presa y su estabilidad se realizará aplicando un solo modelo de distribución homogénea de suelos en el relleno de la presa (Sandy Clay).

28

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Tabla 3.1.1-3

Bajo estas condiciones, la propuesta debe tener una longitud mayor en la base de 5 veces la altura. Es preferible que no de recrepes con eso.

29

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I 3.1.2. Ubicación  A continuación mostramos la ubicación de nuestro embalse Ilustración 3.1.2-1

Fuente: Google Earth

3.1.3. Presa de Tierra Esta represa será de tierra ya que es un material económico y resistente. Para el correcto diseño de la misma, se tendrá en consideración el aseguramiento por volqueo. Es decir, las fuerzas desequilibrantes multiplicadas por un factor de seguridad de 1.4 van a ser menores que las fuerzas equilibrantes. Proceso de diseño de la presa Limón  Apoyo en las disciplinas de la carrera -

Inicialmente se define la ubicación aproximada de la presa y su eje a través de la topografía, buscando la sección más favorable, es decir, donde se tenga un estrechamiento de las laderas adyacentes a la futura presa (para el volumen de relleno necesario) y un ensanchamiento de la cuenca aguas arriba para aprovechar un mayor volumen de embalse.

30

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

Ilustración 3.1.3-1

-

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

Ilustración 3.1.3-2

longitudinal con fallas geológicas, tipos de rocas y depósitos

31

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

Inyecciones

Ilustración 3.1.3-3

Esquema de filtraciones en una presa de tierra

Ilustración 3.1.3-4

Fuente: USBR (1987) Design of small dams. EEUU Sección

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

32

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Por estudios de suelos realizados, se determinó que el estrato de material aluvial tiene una profundidad de 32.5m, razón por la que es necesaria una pantalla de inyección; por debajo de éste hay se encuentra un estrato de roca fracturada, por lo cual la pantalla debe atravesar parte de este estrato rocoso. Durante los estudios del proyecto en el año 1971, la permeabilidad del estrato aluvial se midió a 17 y 30m de profundidad, resultando un valor promedio de k=3.47x10 -4 m/s.

 An ál is is de gr ad ie nt es hi dr áu li cas .

En el análisis propuesto por Briones (2008) se obtuvimos resultados a través del software SEEP/W modelando dos casos: sin pantalla de inyecciones y con pantalla de inyecciones. Caso 1: Sin pantalla de inyecciones Se obtuvo una gradiente hidráulica máxima de 1.4 m/s (supera el valor permitido), lo que ocasiona el lavado de finos, socavando la base de la presa.

Caso 2: Con pantalla de inyecciones La pantalla de inyecciones en el suelo aluvial es de 32.5m de profundidad y estará formada por 8 filas de taladros a 3m entre sí (resultando un total 24m de ancho). En el suelo rocoso, se considera una pantalla de inyecciones de 28m de profundidad y estará formada por sólo 2 filas de taladros a 3m entre sí (resultando un total de 6m de ancho). La diferencia entre la pantalla en el estrato aluvial y el rocoso radica en que la permeabilidad del estrato superior (aluvial) es mucho mayor que en el estrato inferior (rocoso). Se obtuvo una gradiente hidráulica máxima de 0.0065 m/s (menor a lo permitido). Tabla 3.1.3-1

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

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

33

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

3.2. Obras de Derivación

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

34

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Ilustración 3.2.1-1

Posee una longitud de 19.3Km. Para dimensionar se diseñó con el caudal de 26 m3/s. Tabla 3.2.1-1 Diámetro de túnel Trasandino Q (m3/s)= 26.389 L (m)= 19300  A (m2)= 5.867 Ch= 130 Rh (m)= 0.683  Δ cotas (m)= 80 S= 0.004 D (m)= 2.7 hf(m)= 80.271

35

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Ilustración 3.2.1-2

Ilustración 3.2.1-3

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

36

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I desnivel, el paso del agua por la turbina desarrolla un movimiento giratorio que acciona el alternador y produce corriente eléctrica. Ilustración 3.3-1 Ejemplo de un esquema de CC.HH

Fuente: www.jenijos.com  Algunas de las ventajas son. 

 

 



No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía, constantemente repuesta por la naturaleza de manera gratuita. Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua. A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego, protección contra las inundaciones, suministro de agua, caminos, navegación y aún ornamentación del terreno y turismo. Los costos de mantenimiento y explotación son bajos. Las obras de ingenieria necesarias para aprovechar la energía hidraúlica tienen una duración considerable. La turbina hidraúlica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia siendo sus costes de mantenimiento, por lo general, reducidos.

Y entre sus desventajas están:  





Los costos de capital por kilovatio instalado son con frecuencia muy altos. El emplazamiento, determinado por características naturales, puede estar lejos del centro o centros de consumo y exigir la construcción de un sistema de transmisión de electricidad, lo que significa un aumento de la inversión y en los costos de mantenimiento y pérdida de energía. La construcción lleva, por lo común, largo tiempo en comparación con la de las centrales termoeléctricas. La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en año.

Existen distintos tipos de centrales hidroeléctricas. 37

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I   

Según su régimen de flujo: Fluyente, con embalse, reguladas o con bombeo. Según su altura de caída de agua Según su ubicación: Al pie de presa o dentro de una caverna.

Nuestro proyecto contiene un embalse de reserva con volumen considerable aguas arriba de las turbinas. Esto permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. No depende de las avenidas del río pues recauda agua para todo el año. Permite el aprovechamiento por derivación del cauce. 3.3.1. Ubicación Nuestro proyecto posee dos centrales hidroeléctricas distanciadas la una con la otra por 14 km aproximadamente. A continuación, se presentan el alineamiento que sigue la conducción del agua hacia las centrales hidroeléctricas, mediante túneles. Ilustración 3.3.1-1 Túnel y CC.HH. 1

Fuente: Cartografía Nacional Para el este tramo, necesitamos hallar el diámetro del túnel diseñándolo con el caudal del túnel transandino.

38

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Tabla 3.3.1-1 Diámetro tuneles de derivación

Q (m3/s)= L (m)=  A (m2)= Ch= Rh (m)=  Δ cotas (m)=

S= D (m)=

Tunel a CCHH 1 26.389 3647.288 11.642 130 0.963 3 0.001 3.85

Este túnel posee 3.65 km de largo, con una pendiente de 0.006 e inicia en la cota 1047 msnm, descargando a un conducto forzado de 650 metros que entregará agua a la CC.HH.1, en la cota 684 msnm. Ilustración 3.3.1-2 Perfil de túnel de la CC.HH. 1

Fuente: Propia La otra central se encuentra en la cota 230 msnm, donde recibe el agua del conducto forzado que tiene una longitud de 620m.

39

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Ilustración 3.3.1-3 Alineamiento de túnel de la CC.HH.2

El túnel de aducción de la CC.HH. 2 tiene 13.36 km de longitud con pendiente de 0.003 e inicia y termina en las cotas 677 y 643 msnm. De la misma manera que se realizó para el primer túnel de aducción, se realiza el cálculo del diámetro de éste túnel 2. Tabla 3.3.1-2 Diámetro tuneles de derivación

Q (m3/s)= L (m)=  A (m2)= Ch= Rh (m)=  Δ cotas (m)=

S= D (m)=

Túnel a CCHH 2 26.389 13433.832 6.379 130 0.713 48 0.004 2.85

40

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

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

 A continuación, se presenta el cálculo del diámetro de las tuberías forzadas. Tabla 3.3.1-3 Diámetro tubería forzada

Q (m3/s)= L (m)=  A (m2)= Ch= Rh (m)=  Δ cotas (m)=

S= D (m)=

T.F a CCHH 1 26.389 512 0.950 90 0.275 363 0.709 1.100

T.F a CCHH 2 26.389 1455 1.431 90 0.338 413 0.284 1.350

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

41

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Ilustración 3.3.1-5

Ilustración 3.3.1-6

42

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I 3.3.2. POTENCIA ELECTRICA Ecuación 3.3.2-1

CALCULO DE POTENCIA (PW) En el proyecto tenemos 2 centrales hidroeléctricas para las cuales presentamos su cálculo de potencias en el siguiente cuadro. Tabla 3.3.2-1 Q (m3/s)= H (m)= Potencia (MW)= Energia (KW.h)=

CCHH 1 26.389 363 78.549

CCHH 2 26.389 413 89.369

688,093,597.22 782,872,329.62

Ingresos (mill USD)= 96.33

109.60

Tabla 3.3.2-2 Potencia total (MW)=

167.918

Energia total (KW.h)= 1,470,965,926.85 Ingreso total (mill USD)= 205.94

43

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I 3.4. Obras de Cabecera 3.4.1. Bocatoma Es una estructura hidráulica destinada a derivar desde unos cursos del río, una parte del agua disponible en este, para ser utilizada en un fin específico según lo establezcan las necesidades al comparar la oferta y la demanda de agua de una determinada región o cuenca, conforma un reto o desafío pues se altera el curso natural de las aguas, por lo que se esperan cambios fluvio-morfológicos importantes Tradicionalmente las bocatomas se construían y en muchos sitios se construyen aún, amontonando tierra y piedra en el cauce de un río, para desviar una parte del flujo hacia el canal de derivación. Normalmente estas rudimentarias construcciones debían ser reconstruidas año a año, pues las avenidas las destruían sistemáticamente. Las principales partes de esta estructura son:  





Compuerta de control y cierre de la compuerta; Dispositivo para medir los niveles, aguas arriba y aguas abajo de la compuerta de control. Estos pueden ser simples reglas graduadas o pueden contar con medidores continuos de nivel y trasmisores de la información al centro de operación, el que puede contar con mecanismos para operar a distancia la compuerta Un vertedero fijo ubicado en la sección del curso de agua, y un aliviadero de compuertas, la principal diferencia entre estos es que el primero permite transitar la diferencia entre el caudal máximo medio mensual, del caudal de diseño; mientras que el aliviadero de compuertas permite transitar el caudal máximo medio mensual. Frecuentemente se completa la bocatoma con una  reja y un desarenador, para evitar que el transporte sólido sedimente en el canal dificultando los trabajos de mantenimiento del mismo.

Ubicación La bocatoma se ubica en los 6°01’078” latitud Sur y 79°46’55’’ longitud Oeste a 143

msnm La ubicación se detalla en las siguientes imágenes:

44

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Ilustración 3.4.1-1

Fuente: Google Earth Ilustración 3.4.1-2

Fuente: Google Earth

45

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Ilustración 3.4.1-3

Fuente: H20lmos  A continuación, presentaremos los cálculos de la bocatoma. Ecuación 3.4.1-1

46

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Tabla 3.4.1-1

BOCATOMA OLMOS CALCULOS HIDRÁULICOS

CONDICIONES GENERALES

Q diseño avenidas = Q derivación Nuevo Olmos = Ancho de muros de aliviadero movil(compuerta)=

3

540 m /s 3

22.00 m /s 0.5 m

NIVELES

 Normal aguas arriba =  Normal aguas abajo =

143.30 m s.n.m. 142.94 m s.n.m.

Cauce aguas arriba (hd) =

140.80 m s.n.m.

Cauce aguas abajo = Derivación de agua =

139.94 m s.n.m. 143.00 m s.n.m.

47

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I Tabla 3.4.1-2 ALIVIADERO DE COMPUERTAS

Ancho (m)

14.00

Ancho (m)

Hc (m)

menos pilares

estimar

11.00

3.87

Diferencia/Hc

K1 

Diferencia 1/Hc

K2 

Caudal

Small Dams

Q (m3/s)

0.45

1.00

142

Diferencia 1/Hc

K2 

Longitud (m)

Caudal

Small Dams

estimar  

Q (m3/s)

1.00

45.00

398

Small Dams 1.00

1

ALIVIADERO FIJO

Nivel Aguas

Nivel

Hc (m)

Diferencia/Hc

Small Dams

máximas (m) vertedero (m)

146.00

143.00

K 1 

3.00

2.02

1.00

CAUDAL TOTAL =

1.02

540

Ilustración 3.4.1-4

48

m3/s

Ingeniería de los Recursos Hidráulicos – 2014-I

3.5. Obras de Protección Estas obras permiten reducir el desgaste y proteger otras obras civiles hidráulica.  Algunos ejemplos son desarenadores, aliviaderos, desfogues, disipadores de energía o tanques de presión. 3.5.1. Desarenador Es una estructura diseñada para retener la arena que traen las aguas servidas o las aguas superficiales a fin de evitar que ingresen, al canal de aducción, a la central hidroeléctrica o al proceso de tratamiento y lo obstaculicen creando serios problemas. Existen varios tipos, siendo los principales los desarenadores longitudinales y de vórtice. El objetivo es obtener una velocidad del agua de 0.3 m/s. 

Memoria Descriptiva

En el presente proyecto, se utiliza el desarenador longitudinal el cual se basa en la reducción de la velocidad del agua y de las turbulencias permitiendo así que el material sólido transportado en suspensión se deposite en el fondo, el cual será limpiado periódicamente. - El periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es de 8 a 16 años. - El periodo de operación es de 24 horas por día. - Debe existir una transición en la unión del canal o tubería de llegada al desarenador para asegurar la uniformidad de la velocidad en la zona de entrada. - La transición debe tener un ángulo de divergencia suave no mayor de 12° 30´. - La velocidad de paso por el vertedero de salida debe ser pequeña para causar menor turbulencia y arrastre de material (Krochin,V=1m/s). - La llegada del flujo de agua a la zona de transición no debe proyectarse en curva pues produce velocidades altas en los lados de la cámara. - La relación largo/ancho debe ser entre 10 y 20. - La sedimentación de arena fina (d