micro centrales hidroeléctricas

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Micro Centrales Hidroeléctricas Ing. Alberto Pita Manayalle

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Micro Centrales Hidroeléctricas

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Page 1: Micro Centrales Hidroeléctricas

Micro Centrales Hidroeléctricas

Ing. Alberto Pita Manayalle

Page 2: Micro Centrales Hidroeléctricas

Características de la energíahidroeléctrica

La superficie terrestre está cubierta en un 71% de agua. La energía hidroeléctrica proviene indirectamente de la energía del sol, responsable del ciclo hidrológico natural. La radiación que procede de las fusiones nucleares que se producen en el sol calientan la superficie terrestre, ríos, lagos y océanos, provocando la evaporación del agua. El aire caliente transporta el agua evaporada en forma de nubes y niebla a distintos puntos del planeta, donde cae nuevamente en forma de lluvia y nieve. Una parte de la energía solar permanece almacenada en el agua de los ríos, los lagos y los glaciares.

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Características de la energíahidroeléctrica

Las centrales y minicentrales hidroeléctricas transforman esa energía en electricidad, aprovechando la diferencia de desnivel existente entre dos puntos. La energía se transforma primero en energía mecánica en la turbina hidráulica, ésta activa el generador, que transforma en un segundo paso la energía mecánica en energía eléctrica.

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Características de la energíahidroeléctrica

La potencia instalada no constituye el criterio básico para diferenciar una minicentral de una central hidroeléctrica convencional.

Una micro central no es una central convencional a escala reducida. Una turbina de unos cientos de kilovatios tiene un diseño completamente distinto del de otra de unos cientos de megavatios. Desde el punto de vista de obra civil, una minicentral obedece a principios completamente distintos a las grandes centrales alimentadas por enormes embalses.

También se incluyen en este grupo aquellas centrales situadas en embalses destinados a otros usos, como riegos o abastecimiento de agua en poblaciones. Dependiendo de los fines para los que fue creada la presa, se turbinan los caudales excedentes, los caudales desembalsados para riegos o abastecimientos, e incluso los caudales ecológicos.

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Características de la energíahidroeléctrica

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Descripción de los componentes tecnológicos de una MCH

En una Micro Central Hidroeléctrica se pueden distinguir cuatro partes componentes principales.

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La Obra de Cierre y Captación

Consistente en la construcción destinada a producir el cierre para almacenamiento de agua, o la simple elevación del tirante para su derivación hasta la microcentral, o simplemente una toma para captar una parte del caudal que circula por el río o arroyo.

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La Obra de Conducción o de Derivación

Son las instalaciones que deben transportar los caudales desde las Obras de Captación hasta la turbina para su aprovechamiento energético. Pueden estar constituidas por tuberías cerradas solas o combinadas con canales a cielo abierto.

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La Micro Central o Sala de Maquinas

Está constituida por el espacio y las estructuras en que se aloja el equipamiento hidroelectromecánico, y que consiste habitualmente en una pequeña habitación, que por su ubicación próxima a los arroyos requiere ser planeada para afrontar los cambios en el nivel de restitución, provocados por las crecidas extraordinarias.Incluye la totalidad del equipamiento consistente en la microturbina, su regulador de velocidad, el generador, y el tablero de comandos y control.

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Las Obras de Distribución (Redes Eléctricas)

Que permiten el transporte de la energía eléctrica hasta los usuarios y que incluyen las estaciones de transformación y las líneas de media y baja tensión mono y trifásicas.

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Obras de captaciónConsideraciones generales

La selección del lugar para ejecutar las obras de toma de agua requiere considerar el comportamiento de la carga de sólidos en suspensión en el flujo de agua. En tramos rectos de los arroyos el flujo es uniforme y en su parte alta contiene menor cantidad de sólidos en suspensión en el flujo de agua.

En los tramos curvos, en cambio, se produce un flujo en forma de espiral, que erosiona de arriba hacia abajo la margen externa de la curva y se mueve de abajo hacia arriba a la salida del codo depositando el material en suspensión en la margen interna de la curva.

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Obras de captaciónConsideraciones generales

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Obras de captaciónConsideraciones generales

Sobre la base de este comportamiento del flujo de agua y de los sólidos en suspensión, las recomendaciones para ejecutar la toma de agua son las siguientes: Si el emplazamiento elegido se encuentra en un tramo

curvo del arroyo, la toma debe ejecutarse en la salida aguas abajo del codo o curva y del lado cóncavo de la misma (margen exterior). De este modo la porción de sólidos en el agua que se deriva será menor a la media del arroyo.

Si el emplazamiento se encuentra en un tramo recto del arroyo conviene ejecutar una toma frontal y, en este caso, la proporción de sólidos en el agua que ingresa a la toma será la misma que la media del arroyo.

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Toma de Agua sin Obra de Cierre

Se realizan cuando el caudal de instalación es inferior al mínimo caudal del arroyo.

Son obras muy sencillas realizadas en el curso del arroyo o sobre una de sus márgenes que permiten inundar una cámara de carga a través de una reja.

En la figura se muestra una toma del tipo tirolés para instalar en el lecho del río.

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Tomas de Agua con Obras de Cierre

Cuando el caudal de instalación es menor que los mínimos caudales de la estación seca, es necesario realizar un cierre del arroyo.

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Tipos de micro centrales hidroeléctricas

Las centrales hidroeléctricas, y dentro de ellas las micro centrales hidroeléctricas, están muy condicionadas por las peculiaridades y características que presente el lugar donde vayan a ser ubicadas.

Cuando se vaya a poner en marcha una instalación de este tipo hay que tener en cuenta que la topografía del terreno va a influir tanto en la obra civil como en la selección de la maquinaria.

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Tipos de micro centrales hidroeléctricas

Según el emplazamiento de la central hidroeléctrica se realiza la siguiente clasificación general: Centrales de agua fluyente. Captan una

parte del caudal del río, lo trasladan hacia la central y una vez utilizado, se devuelve al río.

Centrales de pie de presa. Se sitúan debajo de los embalses destinados a usos hidroeléctricos o a otros usos, aprovechando el desnivel creado por la propia presa.

Centrales en canal de riego o de abastecimiento.

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Central de agua fluyente

Es aquel aprovechamiento en el que se desvía parte del agua del río mediante una toma, y a través de canales o conducciones se lleva hasta la central donde será turbinada. Una vez obtenida la energía eléctrica el agua desviada es devuelta nuevamente al cauce del río.

Dependiendo del emplazamiento donde se sitúe la central será necesario la construcción de todos o sólo algunos de los siguientes elementos:

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Central de agua fluyente

Azud. Toma. Canal de

derivación. Cámara de carga. Tubería forzada. Edificio central y

equipamiento electro-mecánico.

Canal de descarga. Subestación y

línea eléctrica.

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Central de pie de presa

Es aquel aprovechamiento en el que existe la posibilidad de construir un embalse en el cauce del río para almacenar las aportaciones de éste, además del agua procedente de las lluvias y del deshielo. La característica principal de este tipo de instalaciones es que cuentan con la capacidadde regulación de los caudales de salida del agua, que será turbinada en los momentos que se precise. Esta capacidad de controlar el volumen de producción se emplea en general para proporcionar energía durante las horas punta de consumo.La toma de agua de la central se encuentra en la denominada zona útil, que contiene el total de agua que puede ser turbinada.

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Central de pie de presa

Debajo de la toma se sitúa la denominada zona muerta, que simplemente almacena agua no útil para turbinar.Según la capacidad de agua que tenga la zona útil la regulación puede ser horaria, diaria o semanal. En las minicentrales hidroeléctricas el volumen de almacenado suele ser pequeño, permitiendo por ejemplo producir energía eléctrica un número de horas durante el día, y llenándose el embalse durante la noche. Si la regulación es semanal, se garantiza la producción de electricidad durante el fin de semana, llenándose de nuevo el embalse durante el resto de la semana.

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Central de pie de presa

Las obras e instalaciones necesarias para construir una minicentral al pie de una presa son: Adaptación o construcción

de las conducciones de la presa a la minicentral.

Toma de agua con compuerta y reja.

Tubería forzada hasta la central.

Edificio central y equipamiento electro-mecánico.

Subestación y línea eléctrica.

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Central hidroeléctrica en canal de riego

Se distinguen dos tipo de centrales dentro de este grupo: Aquellas que utilizan el

desnivel existente en el propio canal. Mediante la instalación de una tubería forzada, paralela a la vía rápida del canal de riego, se conduce el agua hasta la central, devolviéndola posteriormente a su curso normal en canal.

Aquellas que aprovechan el desnivel existente entre el canal y el curso de un río cercano.

La central en este caso se instala cercana al río y se turbinan las aguas excedentes en el canal.

Las obras que hay que realizar en estos tipos de centrales son las siguientes: Toma en el canal, con un

aliviadero que habitualmente es en forma de pico de pato para aumentar así la longitud del aliviadero.

Tubería forzada. Edificio de la central con el

equipamiento electro-mecánico.

Obra de incorporación al canal o al río, dependiendo del tipo de aprovechamiento.

Subestación y línea eléctrica.

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Diseño de un aprovechamiento hidroeléctrico

La potencia de una central hidroeléctrica es proporcional a la altura del salto y al caudal turbinado, por lo que es muy importante determinar correctamente estas variables para el diseño de las instalaciones y el dimensionamiento de los equipos.

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Determinación del caudal de equipamiento

Es fundamental la elección de un caudal de diseño adecuado para definir el equipamiento a instalar, de forma que la energía producida sea la máxima posible en función de la hidrología

La medición de los caudales del río se realiza en las estaciones de aforo, donde se registran los caudales instantáneos que circulan por el tramo del río donde está ubicada la estación y a partir de estos se determinan los caudales máximos, medios y mínimos diarios correspondientes a un gran número de años

La obtención de los datos de estaciones de aforo puede hacerse a través del SENAMHI.

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Instalaciones de obra civil

La obra civil engloba las infraestructuras e instalaciones necesarias para derivar, conducir y restituir el agua turbinada, así como para albergar los equipos electromecánicos y el sistema eléctrico general y de control.

Los trabajos de construcción de una minicentral hidroeléctrica son muy reducidos en comparación con las grandes centrales hidroeléctricas, y sus impactos sobre el medio ambiente pueden ser minimizados si se desarrollan las medidas correctoras necesarias para ello.

La obra civil se compone de los siguientes elementos:

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Azudes y presas

La obra que se lleva a cabo para provocar una retención en el cauce de un río puede ser de dos tipos: Azud. Muro trasversal al curso del río, de poca

altura, que provoca un remanso de agua sin producir una elevación notable del nivel. Su objetivo es desviar parte del caudal del río hacia la toma de la central. Aquella parte que no es derivada vierte por el aliviadero y sigue su curso normal por el río.

El azud puede construirse de hormigón, ladrillos, escollera o tierra. Resiste al empuje del agua por su propio peso, aunque en los azudes de tierra y escollera se suele colocar un anclaje al terreno con el fin de aumentar su estabilidad.

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Azudes y Presas

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SISTEMAS DE LIMPIEZA

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INTRODUCCIÓN Así como el ser humano necesita de un sistema de limpieza o de

purga (Sistema Excretor) , un sistema de defensa (Sistema Inmunológico) o un sistema que ponga orden a su metabolismo (Sistema Digestivo), esto, para el correcto funcionamiento de su organismo, así también los Proyectos Hidráulicos e Hidroeléctricos, necesitan también Sistemas de Defensa o Prevención y Sistemas de Limpieza.

Dentro de estos Sistemas, encontramos a los Canales de Limpia que vienen a ser los encargados de limpiar las otras estructuras del Proyecto, eliminando los sedimentos que se depositan al ingreso del canal de toma; acá entran en funcionamiento las Ventanas, que son las encargadas de captar sólo lo necesario (agua); luego tenemos a las Compuertas, que son estructuras que se deslizan sobre otras llamadas Pilares; que trabajan en conjunto con el canal de limpia, cuya función es la de “digerir” los caudales del Proyecto, dejando pasar por su estructura sólo los que se necesiten pasar en su momento, según los fines requeridos.

Y por último, los Estribos y Muros de Encauzamiento, que vienen a ser los encargados de la defensa y protección de las obras de toma.

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Pero… ¿Por qué se hace tan necesario la construcción de estas estructuras de limpieza?

Porque definitivamente existe la necesidad de eliminar los sedimentos que se depositan en la entrada de las bocatomas, para que éstas cumplan su función correctamente.

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¿ Qué son sedimentos ?

Se define como sedimento a todas las partículas procedentes de las rocas o suelos de una cuenca que son acarreados por las aguas que escurren y por los vientos.

Todos estos materiales, después de cierto tiempo son depositados a lo largo de sus propios cauces, en lagos, mares y en las partes bajas de la cuenca, principalmente en la planicie, lo que da origen a la formación de ésta y a su levantamiento.

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Tipos de transporte:

Transporte de sedimentos

Transporte de lavado

Transporte del fondo en suspensión

Arrastre en la capa de fondo

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Concentración de sedimentos

Concepto.- Se denomina concentración de sedimentos a la cantidad de sedimentos existentes por unidad de mezcla (líquido/sólido). Se expresa en gr de sólido por litros de agua con sólidos.

Conocer la concentración de sedimentos es muy importante para el diseño de obras hidráulicas:

las dimensiones de un reservorio están supeditadas a la cantidad de sólidos que van a ingresar a él,

otro caso es en el desarenador que necesita un volumen de sedimentación adecuado para no tener que limpiarlo muy frecuentemente.

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Formación de pequeñas islas de sedimento.

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EFECTOS EN LA TOPOGRAFÍA

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¿cómo se origina este problema?

El viento arrastra y levanta partículas que llegan a depositarse en las llanuras, o caen directamente en las corrientes. Una vez que la lluvia agota la capacidad de infiltración del suelo se inicia el flujo de agua por tierra. Este escurrimiento superficial desprende y acarrea también partículas de las capas superficiales del terreno.

Debemos tener en cuenta que esto es ocasionado en gran parte por las avenidas, y se intensifica cuando éstas son máximas. Y como todos sabemos el fenómeno que origina esto en nuestra región es el :

fenómeno de EL NIÑO.

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PÉRDIDAS MATERIALES

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Esto conlleva a la erosión; ya sea de la superficie del terreno, del cauce principal de los ríos o por los movimientos naturales del terreno; todo esto sucede en forma natural.

Pero también el hombre genera esta erosión destruyendo la vegetación de los bosques, con las explotaciones mineras, mediante los desechos humanos e industriales y hasta con las mismas obras civiles con impacto ambiental negativo.

y… las consecuencias???????

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EROSIÓN

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Es la estructura que se instala en las tomas con objeto de eliminar los sedimentos que se depositan al ingreso del bocal de toma y que permite mejorar la captación en las épocas de estiaje especialmente en ríos con gran variación de caudales como los de la costa peruana.

Su trazo es perpendicular al eje de barraje y su flujo en el mismo sentido del río; puede formar ángulos entre 60º y 90º con el eje de captación.

Para separar el canal de limpia del tramo de barraje fijo se construye un muro guía que permite encauzar mejor las aguas hacia el canal de limpia.

CONCEPTOS :

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VELOCIDAD DE ARRASTRE

La magnitud de la velocidad para iniciar el arrastre de los sólidos depositados viene dada por la fórmula:

Donde: Vc, Velocidad requerida para iniciar el arrastre c, Coeficiente en función del tipo de material Arena y grava redondeada : 3.2 Grava rectangular : 3.9 Arena y grava : 3.5 a 4.5 d, diámetro del grano mayor Vs, Velocidad de arrastre

Sc V

dCV 5.1

2

5.1

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ANCHO DEL CANAL DE LIMPIA

El ancho del canal de limpia debe tener las siguientes características:

El caudal debe ser por lo menos del doble de la capacidad de la toma o derivar el caudal medio del río.

La velocidad del agua en el canal de limpia debe variar entre 1.50 y 3.00 m/seg o por lo menos ser igual a la velocidad de arrastre.

Se recomienda que su ancho sea un décimo de la longitud del barraje.

El ancho del canal de limpia se puede obtener de las relaciones siguientes:

q

QB

g

Vq C

3

donde:B, ancho del canal de limpia en m.Q, caudal que discurre en el canal de limpia en m3/sq, caudal por unidad de ancho m3/s/mVC, velocidad de arrastre en m/sg, aceleración de la gravedad m/s2

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PENDIENTE DEL CANAL DE LIMPIA:

La pendiente del canal de limpia debe permitir el arrastre de los materiales que arrastra el río, se calcula según la fórmula:

Donde: SC, pendiente del canal de limpia n, coeficiente de rugosidad de Manning g, aceleración de la gravedad m/s2 q, descarga por unidad de ancho m3/s/ml

9/2

9/10.

q

gnSC

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Deposición de sedimentos

Canal de purga

S %

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Álabes de la turbina Pelton de la Central Hidroeléctrica Cañón del Pato, donde se aprecia el desgaste producido por los sólidos en suspensión.

CONSECUENCIAS DEL MAL FUNCIONAMIENTO DE UN CANAL DE LIMPIA

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ESTRUCTURAS DEL CANAL DE LIMPIA

El canal de limpia o barraje móvil tiene generalmente un muro guía que separa el barraje fijo del móvil y permite encauzar mejor el flujo hacia el canal de limpia, y puede continuar hacia aguas abajo separando la poza de disipación en dos segmentos.

COMPUERTAS DE LIMPIA DE LA BOCATOMA TALAMBO-ZAÑA

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COMPUERTAS

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DEFINICIÓN:

Los mecanismos que permiten eliminar los materiales sólidos que se depositan frente a la toma y regulan las aguas frente a la toma de épocas de estiaje lo constituyen las compuertas de limpia y sus respectivos mecanismos.

En la temporada de estiaje las compuertas permanecen cerradas para conseguir un tirante apropiado de las aguas frente a la toma, en el caso de avenidas estas compuertas deben suspenderse a un nivel superior a la máxima avenida para evitar que puedan dañarse.

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CLASES DE COMPUERTAS:

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COMPUERTAS DE EMERGENCIA

Estas compuertas se instalan en la parte posterior de la pantalla frontal y como su nombre lo indica tienen por objeto un cierre violento de las ventanas u orificios de captación.

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COMPUERTAS DE REGULACIÓN

Son compuertas ubicadas detrás de las primeras y que tiene por objeto regular y controlar el caudal de ingreso, la capacidad máxima de captación del conjunto de compuertas instaladas debe ser similar a la capacidad del canal de derivación, recomendándose que la velocidad de ingreso frente a las compuertas sea de 2.0 a 2.5 m/s.

El caudal que pasa por cada compuerta de tipo rectangular se calcula mediante la fórmula de orificios:

Q = c . A . [2 g h]1/2

Donde:c: coeficiente de descarga, tiene un valor que varía de 0.6 a 0.8

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COMPUERTA DE PURGA DEL CANAL DESRIPIADOR O DESGRAVADOR:

La compuerta del canal desripiador tiene por objeto eliminar los materiales gruesos depositados en el canal desripiador y eliminarlos aguas abajo de la toma.

Las compuertas del canal desripiador se maniobran de acuerdo a la cantidad de material acumulado, por lo que deben ser resistentes y de operación intermitente.

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COMPUERTAS DE LIMPIA

Debiéndose mantener limpia de sedimentos

transportados por el río la zona inmediata a la

captación se debe dotar a la bocatoma de

compuertas de limpia.

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CRITERIOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LAS COMPUERTAS:

Generalmente las compuertas se construyen de acero cuyo espesor mínimo es de 6 y 10 mm. El acero usado debe ser tratado para resistir la corrosión.

Se debe tener en cuenta los aspectos siguientes:

Altura: debe sobrepasar 0.20 m. el nivel del umbral de la ventana.

Tirante de agua de rebose permisible: 0.30 a 0.50 m.

Altura de Izaje: las compuertas deben estar 1.50 a 2.00 m. sobre el nivel de la máxima avenida.

Velocidad de Izaje: se recomienda 0.30 cm / minuto.

Tipo de Izaje: se usan cables cuando las luces son grandes y vástagos de acero cuando las luces son pequeñas.

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ÁREA DE COMPUERTAS

El área de la sección transversal de la compuerta de

limpia debajo de la corona de aliviadero varía de 1 a 2

veces el área de la ventana de captación:

ACL = ( 1 ~ 2) AVC

Donde:

A CL: Área de compuerta de limpia.

AVC: Área de ventana de captación.

Área (abcd + efgh) = (1~ 2) veces el área de la

sección de toma de captación.

Page 62: Micro Centrales Hidroeléctricas

Área de la compuerta de limpia debajo de la cresta del aliviadero es 1/10 del área atajada por el aliviadero.

ACL = 1/10 AAL

Donde:

AAL: Área atajada por el aliviadero.

Área (abcd + efgh) = 1/10 Área (ijkm).

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SISTEMA DE IZAJE DE COMPUERTA

Page 64: Micro Centrales Hidroeléctricas
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TIPOS DE COMPUERTAS

Page 66: Micro Centrales Hidroeléctricas

COMPUERTAS DE PLUMAS Y VIGAS

Las plumas y las vigas proporcionan medios para elevar el nivel arriba del nivel fijo de la cresta, cuando el aliviadero no se necesita para evacuar las avenidas.

Generalmente, las plumas constan de tablas separadas o tarimas apoyadas en postes verticales anclados en la cresta; las vigas son tablas o tableros apoyados horizontalmente entre ranuras hechas entre pilas de apoyo. Con objeto de darle la capacidad adecuada al aliviadero, las plumas o vigas se deben quitar antes de que ocurran las avenidas, o deben estar proyectadas y dispuestas de manera que se puedan quitar cuando las rebasa el agua.

Page 67: Micro Centrales Hidroeléctricas

COMPUERTAS LEVADIZAS RECTANGULARES:

Las compuertas rectangulares levadizas se apoyan horizontalmente en ranuras de las pilas de apoyo. Aunque se pueden hacer estas compuertas de madera o de concreto, con frecuencia se hacen de metal (de hierro fundido o de acero).

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COMPUERTAS RADIALES

Generalmente, las compuertas radiales se construyen

de acero o de una combinación de acero y madera.

Constan de un segmento cilíndrico que está unido a

los cojinetes de los apoyos por medio de brazos

radiales. La superficie cilíndrica se hace concéntrica

con los ejes de los apoyos, de manera que todo el

empuje producido por el agua pase por ellos; en esta

forma sólo se necesita una pequeña cantidad de

movimiento para elevar o bajar la compuerta

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COMPUERTA RADIAL

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COMPUERTA DEL DESARENADOR

Page 72: Micro Centrales Hidroeléctricas

Compuerta del túnel de descarga

Page 73: Micro Centrales Hidroeléctricas

CONSTRUCCIÓN DE COMPUERTAS RADIALES

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PILARES

Page 75: Micro Centrales Hidroeléctricas

DEFINICIÓN

Son estructuras por las que se deslizan las compuertas. También sirven de apoyo a la losa de operación.

La Punta o Tajamar: Es de forma generalmente triangular o redondeada, para ofrecer la menor resistencia a la corriente.

Page 76: Micro Centrales Hidroeléctricas

ALTURA DEL PILAR

Debe ser tal que en ningún momento el agua cubre los

mecanismos de izaje o de losa de operación.

Ht = 1.25 (P + Ho)

P = Altura del aliviadero sobre fondo del río.

Ho = Carga de diseño.

Page 77: Micro Centrales Hidroeléctricas

ESPESOR

El espesor “e” del pilar para el predimensionamiento es:

e = L / 4

Donde: L = Luz libre entre pilares.

El pilar debe llevar dos ranuras. Una de ellas (la de más aguas arriba) sirven para colocar las ataguías que son compuertas provisionales que se colocan sólo en el caso de reparación o mantenimiento de las compuertas permanentes

Page 78: Micro Centrales Hidroeléctricas

ANÁLISIS ESTRUCTURAL DEL PILAR1. Debe trabajar a compresión (la resultante en el

núcleo central) ; la situación más desfavorable es considerar cerrada una compuerta, actuando el empuje del agua en una de las caras del pilar.

El análisis debe hacerse para la máxima carga de aguas en el río y a diferentes alturas del pilar.

Las Fuerzas Actuantes son:

ab = bc = cd = 1/3 e

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Donde:FH = Empuje del aguaW = Peso del pilar más zapata más el peso de la losa de operación en su área de influenciaSv = Fuerza del sismo vertical.SH = Fuerza del sismo horizontal.Ve = Fuerza del sismo sobre el agua.SP = SupresiónFV = Peso del agua actuando sobre la cimentación.

Page 80: Micro Centrales Hidroeléctricas

2. Chequear la capacidad portante del terreno.

3. Deslizamiento: Si es sólo una compuerta deberá considerarse la mitad del empuje sobre la compuerta que es transmitida a la ranura del pilar que actúa como apoyo.

Además se tiene el empuje del agua en la parte frontal del pilar.

El análisis también debe hacerse para diferentes alturas y en la base.

4. Colocar acero de temperatura en ambas caras, un delable de refuerzo en las ranuras (aquí existe concentración de esfuerzos, siendo las zonas críticas porque debilitan el pilar).

Page 81: Micro Centrales Hidroeléctricas

f’c = 210 Kg/cm2 ( como mínimo )

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Page 83: Micro Centrales Hidroeléctricas

VISTA PANORÁMICA DE PILARES CON SUS RESPECTIVAS COMPUERTAS RADIALES

Page 84: Micro Centrales Hidroeléctricas

VISTA PANORAMICA DE PILARES CON SUS RESPECTIVAS COMPUERTAS RECTANGULARES

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TOMA DE LA CENTRAL HUAMPANÍ

Erosión local Río Rimac

Page 86: Micro Centrales Hidroeléctricas

FUERTE EROSIÓN EN EL PILAR CENTRAL

Page 87: Micro Centrales Hidroeléctricas

VENTANASDE

CAPTACIÓN

Page 88: Micro Centrales Hidroeléctricas

Para evitar la entrada de piedras de arrastre del

fondo del río, la cresta de captación debe estar de

(1.25 a 1.50) mínimo sobre el fondo del río La cota

de la cresta de captación se colocará a 0.30 m.

debajo de la cota de la cresta del aliviadero de

demasías.

La entrada de agua por las ventanas de captación

pueden ser por orificios o por vertederos.

Page 89: Micro Centrales Hidroeléctricas

Se construye una pantalla como indica la siguiente figura de modo que la abertura del orificio sea de 0.35m.

Los 5 cm. de abertura adicionales sobre la cresta del aliviadero de demasias es para evitar interferencia del flujo de la napa de agua para condiciones normales de operación de la bocatoma cuando la cota del embalse coincide con la cota de la cresta del aliviadero de demasias en este caso la captacion es como vertedero.

La entrada por orificio

Page 90: Micro Centrales Hidroeléctricas

Compuerta

Vertedero de Captación

Loza de operación

Pantalla de aliviadero

0.30

1.25 – 1.50

Page 91: Micro Centrales Hidroeléctricas

En épocas de avenidas el agua en el embalse, sube por encima del labio superior del orificio y funcionando éste como tal.

En el caso de funcionar la captación siempre como vertedero, el control para épocas de avenidas máximas seria menos efectivo que en el caso del orificio ya que para igualdades de carga en el embalse, mayor cantidad de agua entra a la captación por vertedero ya que la capacidad de un vertedero esta en la relación a la carga H3/2 mientras un orificio lo es a la H1/2

Sin embargo cuando se quiere obtener dentro de ciertos limites la mayor capitación posible,sobre todo en avenidas puede ser útil este caso, teniéndose compuertas tipo vertedero (compuerta de captación de la Bocatoma Raca Rumi – Proyecto Tinajones)

Page 92: Micro Centrales Hidroeléctricas

CÁLCULO HIDRÁULICO DE LA TOMA O BOCATOMA

Comprende:a) Dimensión del orificio y conductob) Determinación del gasto máximo que puede

pasar por las compuertasc) Determinación de la capacidad del mecanismo

elevadord) Diseño que une la transición que une la salida

de la toma con el canal de riego

Page 93: Micro Centrales Hidroeléctricas

a) Dimensión del orificio y conducto:

Para un mejor funcionamiento hidráulico de la bocatoma conviene que el orificio trabaje ahogado: sumergido y es recomendable que como mínimo se tengo un ahogamiento de 10 cm.; en estas condiciones la formula:

Q = Gasto de derivación o gasto normal en la toma (m3/seg)

C = Coeficiente de descarga (C = 0.80) considerado para orificio ahogado en anteproyectos

A = Área del orificio (m2) g = 9.81 m/seg2 h = Carga del orificio en m.

Dependiendo de la magnitud del gasto, el área necesaria podrá dividirse en uno o más orificios y así será también el numero de compuertas que se tenga en la toma.

Page 94: Micro Centrales Hidroeléctricas

b) Determinación de las dimensiones y número de compuertas:

Se considera un h = 0.10m y se calcula el área para tener una idea de su valor.

De acuerdo con este valor se podrá saber si conviene mas de una compuerta y además seleccionar sus dimensiones usuales o comerciales, consultando los manuales.

Determinación de la carga del orificio Otra forma: suponer una velocidad en el orificio: V = 0.50 – 1.00 m/seg. Calcular el área correspondiente con la fórmula de

la continuidad: Q = V .A A = Q / V

Page 95: Micro Centrales Hidroeléctricas

Q0

Nave

hh

hn

QC

dmax

dN

b

hmax

Elevación plantilla canal

K

DETERMINACIÓN DEL GASTO MÁXIMO QUE PUEDE PASAR POR LAS COMPUERTAS:

K = d + h , h = K – d Gasto que pasa por el orificio: Gasto

por el canal : QC = V.AC

ghCAQ O 2

Page 96: Micro Centrales Hidroeléctricas

Por Manning: QC = V.A.C = (R2/3 S1/2. Ac) / n

En cualquier momento y de acuerdo a la ley de continuidad:

QO = QC

= (R2/3 S1/2. Ac) / n

Procedimiento de tanteos: - Se supone un valor del tirante “d” en el

canal y se calcula su gasto Qc - Se calcula la carga “h” según “d”, es decir h

= K – d - Con “h” determinado se calcula Qo - El valor será cuando se encuentre el mismo

valor tanto para el canal como para el orificio.

ghCAQ O 2

Page 97: Micro Centrales Hidroeléctricas

Nivel operación

101.30

F:C100.15

b = 0.55

N.F.R

h

dn = 1.23

0.40 - 1

FLUJO SUMERGIDO: (Ahogado)

Cota del aliviadero: Niv. Operación = Cota F.C + (dn) + h

(A = a . b)

C = 0.60Q = 0.60 x 3 x 1.2 x 0.55 = 0.33h’ = h + hf (hf: perdida de carga en ala embocadura. Ingreso

a la bocatoma)h’ = 0.33 + 0.02 = 0.35

ghCAQ 2

Page 98: Micro Centrales Hidroeléctricas

Nivel operación

100.75

100.15N.F.R

0.55

0.40 – 1.00

b/2

b/2

100.425425

FLUJO LIBRE

C = 0.60 Q = 0.60 x 3 x 1.2 x 0.55

= 3.0 m3/seg El caudal que ingresa al

canal con el nivel de operación debe dar un tirante que de cómo resultado:

Q toma = 5.262 Q canal = (R2/3 S1/2. A) /

n Qo = Qc

ghCAQ 2

Page 99: Micro Centrales Hidroeléctricas

Elevación P

d

h

Cresta NAME

Donde P = elevación de la plantilla

del canal en su inicio (se calcula previamente)

d = Tirante del mismo canal h = Carga hidráulica del

orificio de toma.

h mínimo recomendable = 0.10

Elevación P = Elevación Z.R + ∆C + ∑ hElevación Z.R = Elevación zona de riego o de la rasante en el inicio de la zona de riego.∆C = Desnivel que requiere el canal según las pendientes y longitud de los mismos∑ h = Suma de energía necesarias para el funcionamiento de la estructura de arte en general del trayecto.

Page 100: Micro Centrales Hidroeléctricas

Al P .Desaguadero

L= 2 Km.

Frente captación : 7 compuertas.

Q = 110 m3/seg.

Frente regulación : 4 compuertas limpia.

Barraje fijo.Al río Reque.

Page 101: Micro Centrales Hidroeléctricas

ESTRIBOS Y MUROS DEENCAUZAMIENTO

Page 102: Micro Centrales Hidroeléctricas

DEFINICIÓN:

Son estructuras que se construyen aguas arriba y aguas abajo del barraje en ambas márgenes con la finalidad de encauzar el flujo del río y proteger las obras de toma.

Los muros de encauzamiento pueden ser de concreto simple, concreto armado o ser diques construidos de tierra o de enrocamiento según los materiales que puedan conseguirse en zonas próximas a la toma.

Para fijar la altura de los muros se calcula la curva de remanso que se producirá como consecuencia de la implantación del barraje en el río, estos cálculos deben efectuarse en base a la avenida máxima de diseño y considerando un periodo de retorno apropiado.

Page 103: Micro Centrales Hidroeléctricas

ALTURA TOTAL DE ESTRIBOS Y MUROS DE ENCAUZAMIENTO:

H = 1.25 (HO + p)Donde:

H = altura total de los estribos y muros de encauzamiento P = altura del aliviadero de demasías. HO =Carga hidráulica de diseño sobre el aliviadero (incluye

hv). Aguas arriba del aliviadero la altura, de los estribos

decrecerá en forma discreta para los pilares.

Page 104: Micro Centrales Hidroeléctricas

DISEÑO DE MUROS DE ENCAUZAMIENTO (ESTRIBOS):

MUROS DE GRAVEDAD:

Concreto ciclópeo o mampostería. F’c = 140 Kg/cm2 + 40% Piedra gruesa; Diam. < 4”.

Resultante en el núcleo central.

Caso más desfavorable: no hay agua.

Fuerzas que actúan: Empuje de tierras, sismo, peso de la estructura.

El estribo debe terminar por lo menos al final de la poza y aguas arriba delante del paramento del aliviadero.

Page 105: Micro Centrales Hidroeléctricas

ESFUERZO PERMISIBLES:

FLEXIÓN : Φ = 0.65 COMPRESIÓN : Φ = 0.70 CORTANTE : Φ = 0.85

Empuje del suelo: Pa = Ea = 0.5 W H2 Ka Rankine: Pah = Pa Cos B = EH Pav = Pa Sen B = EV

Page 106: Micro Centrales Hidroeléctricas

22

2

(

(

CosBCosCosB

CosCosBCosBCosBKa

Cuando B = 0 :

Ka = Tg2 (45º - Φ/2)

Ka = Coeficiente Empuje activo Kp = 1/Ka (pasivo) W = Peso específico del material

Donde: Ka es igual a:

Page 107: Micro Centrales Hidroeléctricas

ESTABILIDAD DEL MURO:

5.1...

Mvolteo

MestVSF

Pah

vadmf

Pah

FRDSF

.

...

80.1.

Pah

vadmTgcoef

Page 108: Micro Centrales Hidroeléctricas

Verificación esfuerzos en tracción en la unión del miembro y la base:

No considerar P/A debido a Pav ni el peso del muro.

Usar los momentos debido a Pah y W y sumar

momentos en el punto S.

2

6

bh

MFtensión 2

6

bh

M

A

PFcompresión

Page 109: Micro Centrales Hidroeléctricas

Salida al canal de descarga

Dique principal

Page 110: Micro Centrales Hidroeléctricas

En época que éstas no son de consideración y permitan siempre que el agua excedente sólo sea evacuada por la compuerta de limpia manteniendo el nivel de agua con la cota del aliviadero de demasías se hace necesario que de acuerdo a la inspección del banco de arena que se vea que puede formarse detrás de la compuerta de limpia que tenia que abrir completamente la compuerta limpia por algunas horas hasta dejar completamente libre de sedimentos la zona inmediata a la captación; si no se hace esto la arena en exceso comenzara a entrar a la captación de

En época de avenidas en que entra un excedente de agua por la captación, si es que se quiere conocer la cantidad de agua que ingresa, es conveniente instalar una estación limnigráfica en el canal de conducción con su estación de aforos respectiva.

ALGUNAS RECOMENDACIONES:

Page 111: Micro Centrales Hidroeléctricas

ESTACION LIMNIGRAFICA

Limnígrafo

Ubicada en el canal alimentador

Page 112: Micro Centrales Hidroeléctricas

Es necesario calibrar las compuertas de limpia y de

captación por medio de aforos practicados en el río y en

el canal de conducción cuando sea necesario el control

de las descargas.

En época de avenidas grandes, es preferible mantener

las compuertas de limpia completamente levantadas

para evitar que sean dañadas por la palizada que hace

el río, también se debe limpiar con trinches las rejillas

para evitar que se obturen.

Page 113: Micro Centrales Hidroeléctricas

GENERALIDADES

Page 114: Micro Centrales Hidroeléctricas

CARATERISTICAS DE LAS PRESAS DE TIERRA

Una presa puede denominarse de tierra si los suelos compactados representan más del 50% del volumen colocado de tierra

Su sección transversal es un trapecio con tendido de los taludes del terraplén de acuerdo a las condiciones de estabilidad del material que lo conforma.

Page 115: Micro Centrales Hidroeléctricas

CARATERISTICAS DE LAS PRESAS DE TIERRA

El volumen principal del cuerpo de la presa se hace con suelos arcillosos, arenosos, o areno-gravosos de grano fino

Generalmente son más económicas y resisten mejor los asentamientos de la cimentación.

Page 116: Micro Centrales Hidroeléctricas

CARATERISTICAS DE LAS PRESAS DE TIERRA

PARTES PRINCIPAL

ES

Page 117: Micro Centrales Hidroeléctricas

CARATERISTICAS DE LAS PRESAS DE TIERRA

PARTES PRINCIPAL

ES

Page 118: Micro Centrales Hidroeléctricas

TIPOS DE CIMENTACION

Diseñar la cimentación consiste en definir el material que se va a remover para garantizar capacidad de soporte suficiente estabilidad general y asentamientos aceptables o mejorar la calidad del suelo de cimentación si se requiere.

Page 119: Micro Centrales Hidroeléctricas

TIPOS DE CIMENTACION

Para diseñar la cimentación de la presa debemos tener en cuenta lo siguientes factores:

• Capacidad de soporte

• Estabilidad general

• Asentamientos• Filtraciones.

Page 120: Micro Centrales Hidroeléctricas

TIPOS DE CIMENTACION

Cimentaciones en roca En general no presentan problemas de resistencia a la capacidad portante. El principal problema lo constituyen las filtraciones excesivas por fisuras y grietasCimentaciones en arena y grava

 Se presentan los siguientes problemas básicos: magnitud de las filtraciones subterráneas, presiones producidas por las filtraciones; tubificaciones; y licuefacción. Arenas sin cohesión de baja densidad son peligrosas como fundación.

Page 121: Micro Centrales Hidroeléctricas

TIPOS DE CIMENTACION

Cimentaciones en limo-arcilla El problema estriba no tanto en las filtraciones como en la estabilidad del suelo de la cimentación.

Page 122: Micro Centrales Hidroeléctricas

TIPOS DE CIMENTACION

Cimentaciones saturadas Algunas medidas constructivas son: reemplazar o quitar los suelos blandos, instalar sistemas de drenaje durante la construcción, suavizar los taludes del terraplén.

Page 123: Micro Centrales Hidroeléctricas

TIPOS DE CIMENTACION

Cimentaciones relativamente secas Si el suelo es seco y de baja densidad pueden surgir asentamientos considerables cuando se cargue la presa y se sature el suelo, causando la falla bien sea por asentamientos totales y disminución del borde libre de la presa, o por asentamientos parciales que pueden partir el núcleo impermeable.

Page 124: Micro Centrales Hidroeléctricas

PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO

Criterios de diseño:  •Localización de la Obra •Cantidad y localización de materiales•Función de la Obra •Tipo de cimentación, presa y características del embalse •Clima y plazo de construcción •Geología de la zona y características sísmicas del lugar •Importancia de la obra.

Page 125: Micro Centrales Hidroeléctricas

PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO

Aspectos del diseño: 1. Zonificación de los rellenos de

los taludes 2. Localización del vertedero 3. Borde libre 4. Control de infiltración en la

cimentación 5. Obras de desagüe 6. Protección del talud aguas

arriba.7. Para el diseño es

completamente necesario realizar minuciosos análisis de:

• Infiltración • Estabilidad • Fracturamiento hidráulico • Agrietamientos • Sismicidad • Asentamientos y

deformación

Page 126: Micro Centrales Hidroeléctricas

PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO

FASES DEL PROYECTO DE UNA PRESA

Page 127: Micro Centrales Hidroeléctricas

PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO

Condiciones generales del diseño: Para que el diseño de una presa sea óptimo en términos generales debe cumplir con las condiciones siguientes:

• Que la obra sea funcional, económica y de poco mantenimiento.

• Que tenga la seguridad requerida

Page 128: Micro Centrales Hidroeléctricas

PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO

Page 129: Micro Centrales Hidroeléctricas

DECISIONES INICIALES

PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO

Page 130: Micro Centrales Hidroeléctricas

PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO

ELECCIÓN DEL SITIO

PARA LA PRESA

PARA EL ALIVIADERO O VERTEDERO

Page 131: Micro Centrales Hidroeléctricas

PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO

Page 132: Micro Centrales Hidroeléctricas

PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO

Page 133: Micro Centrales Hidroeléctricas

PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO

Requerimientos Técnicos

1. La Presa, la cimentación y los estribos deben ser estables para todo tipo de condiciones de carga estáticas y dinámicas

Page 134: Micro Centrales Hidroeléctricas

PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO

Requerimientos Técnicos2. La Infiltración a través de la fundación el terraplén debe ser controladas para evitar presiones de levantamiento en el pié de la presa, sifonamiento de los materiales o erosión en juntas, grietas o cavidades

Page 135: Micro Centrales Hidroeléctricas

PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO

Requerimientos Técnicos3. Las infiltraciones no deben superiores a las permisibles para que la presa cumpla eficientemente con su propósito. La presa debe contener las obras y elementos requeridos para garantizar unas infiltraciones aceptables

Page 136: Micro Centrales Hidroeléctricas

PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO

Requerimientos Técnicos4. El borde Libre debe ser suficiente para evitar el paso de agua sobre la presa debido a cambios de caudal, ascenso de las olas y asentamientos del terraplén.

Page 137: Micro Centrales Hidroeléctricas

PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO

Requerimientos Técnicos5. El vertedero debe tener una capacidad suficiente para manejar los caudales de excesos durante la vida de la presa.

Page 138: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO DE LA PRESA

Altura De Presa •Altura de los terrenos que se pueden inundar y su costo. Usos del suelo aguas arriba.•La altura posible del remanso, de forma que no se obstaculice la descarga de alcantarillas y desagües.•La altura total de la presa está determinada por el Nivel Muerto del Embalse, Nivel Mínimo de Operación del Embalse, Nivel Normal del Embalse, Nivel Forzado del Embalse, y el borde libre.

Page 139: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO DE LA PRESA

Protección de Taludes:La pendiente de los taludes de presas pequeñas de material homogéneo depende de la altura total del terraplén, de las características de los materiales empleados, y del grado de compactación exigido para su construcción.

Page 140: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO DE LA PRESATabla Nº 1. Taludes recomendados para presas de material homogéneo sobre bases compactas y estables. HIMAT. 1984.

Tabla Nº 2. Taludes recomendados para presas de material homogéneo sobre bases compactas y estables. HIMAT. 1984.

Altura TALUD AGUAS ARRIBA (H:V) TALUD AGUAS ABAJO (H:V)

5 2.00:1 1.5:1

10 2.50:1 2.0:1

15 2.75:1 2.5:1

30 3.00:1 2.5:1

Page 141: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO LA PRESA

Protección del talud secoSe emplea el más económico entre las siguientes dos opciones:•Una capa de piedra triturada de 0.30 m de espesor.•Una cubierta de tierra vegetal de 0.20 m. sembrada de pasto.•Es importante que la protección del talud seco en la línea de intersección entre el terraplén y la ladera se realice con cuidado para evitar erosiones y deslaves.

Page 142: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO LA PRESA

Page 143: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO LA PRESA

Bermas Se pueden construir cada

10 o 20 m. de altura de la presa, dotándolas de cuneta para canalizar las aguas. Son convenientes en presas altas para:

Facilitar el tránsito durante la construcción

Permitir reparaciones posteriores

Mejoramiento de la estabilidad

Page 144: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO LA PRESACoronaEl ancho mínimo que se da a las presas pequeñas en su corona obedece a los siguientes factores:Dar mayor volumen a la presa para mejorar su seguridad y estabilidad.Establecer los servicios necesarios sobre la presa, utilizándola como vía de mantenimiento e inspección.Facilitar la construcción con los equipos disponibles.

Tabla Nº 3 Ancho de corona mínimo según el código de Arizona

Page 145: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO LA PRESA

Page 146: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO LA PRESA

Tabla Nº 4. Borde libre para presas flexibles. HIMAT. 1984

Tabla Nº5 borde libre en presas. Justin. 1903

Page 147: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO LA PRESA

FACTORES A TENER EN CUENTA PARA EL DISEÑO DEL BORDE LIBRE

Efectos del Viento Acción de las olas Efectos de los Sismos Asentamientos de la

Presa Factor de Seguridad (3% de Altura de la Presa)

Page 148: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO LA PRESA

Page 149: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO LA PRESA

ANCHO DE CRESTA Depende principalmente del uso que va a tener la cresta (Vía, Mantenimiento, etc.).

El U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS recomienda un ancho de mínimo 7.5 m para permitir una compactación adecuada de la Presa.

Page 150: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO LA PRESAALINEAMIENTO DEL EJE DE LA PRESA

Para Presas largas se recomienda que sea recto. Deben evitarse los cambios fuertes de alineamiento para

evitar concentraciones de esfuerzas y agrietamientos. Las Presas cortas y altas deben ser convexas hacia aguas

arriba para que el agua comprima los núcleos contra los estribos. El radio de curvatura varia de 300 a 1000 m.

Page 151: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO LA PRESADETALLES DE DISEÑO JUNTO A LOS ESTRIBOSEl espesor del núcleo debe aumentarse junto a los estribos

Page 152: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO LA PRESA

Page 153: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO LA PRESA

TALUDES DE LOS ESTRIBOS Las Pendientes fuertes de los estribos producen

grietas por asentamiento del Terraplén de la Presa, especialmente en la parte mas alta de la Presa.

Page 154: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO DEL CUERPO DE LA PRESA

El cuerpo de la presa puede ser homogéneo o heterogéneo formado de diferentes materiales. Da estabilidad e impermeabilidad a la estructura. La Tabla es una guía sencilla sobre la calidad de los materiales que constituyen la fundación y el cuerpo de la presa.

Page 155: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO DEL CUERPO DE LA PRESA

Tabla Nº 1. Calidad de los materiales empleados en la construcción de presas homogéneas HIMAT, 1984

Clase de material Contenido de arcilla

Calidad del material

% Fundación Cuerpo de la presa

Arcilla 40-60 Muy buena. No necesita medidas especiales.

Buena. La superficie de lapresa debe

revestirse con algún tipo de protección.

Arcilla-arenosa 20-40 Buena. Por lo general nonecesita

medidas especiales.

Buena. No necesita medidas especiales.

Arena-arcillosa 10-20 Regular. Se necesitanMedidasespeciales para detener

la filtración.

Regular.Se requieren medidas especiales para detener la filtración.

Arena menos de 10 Mala. No se admitepara la construcción.

Mala. No se admitepara la construcción.

Page 156: Micro Centrales Hidroeléctricas

DIMENSIONAMIENTO DEL CUERPO DE LA PRESA

Page 157: Micro Centrales Hidroeléctricas

DISEÑO HIDRAULICO

Page 158: Micro Centrales Hidroeléctricas

CAUDAL DE INFILTRACION

Para garantizar la seguridad y la economía en una estructura del tipo de presa flexible, es indispensable conocer la influencia del chorro de filtración sobre la presa, la posición de la curva de filtración, el punto de salida del chorro de filtración, la altura de la elevación por capilaridad del agua, la composición química de los suelos y del agua que se filtra.

Page 159: Micro Centrales Hidroeléctricas

CAUDAL DE INFILTRACION

Para el cálculo de la filtración se pueden aplicar varios métodos. Unos métodos son más

aproximados que otros, pero en general puede decirse: Toda red de filtración se construye en la hipótesis de que el suelo de un estrato dado por donde se filtra el agua es uniforme en su permeabilidad.

Page 160: Micro Centrales Hidroeléctricas

CAUDAL DE INFILTRACION

Page 161: Micro Centrales Hidroeléctricas

CAUDAL DE INFILTRACION

Page 162: Micro Centrales Hidroeléctricas

CAUDAL DE INFILTRACION

Page 163: Micro Centrales Hidroeléctricas

CAUDAL DE INFILTRACION

Page 164: Micro Centrales Hidroeléctricas

CAUDAL DE INFILTRACION

Page 165: Micro Centrales Hidroeléctricas

CAUDAL DE INFILTRACION

Page 166: Micro Centrales Hidroeléctricas

CAUDAL DE INFILTRACION

Page 167: Micro Centrales Hidroeléctricas

CAUDAL DE INFILTRACION

Page 168: Micro Centrales Hidroeléctricas

CAUDAL DE INFILTRACION

Page 169: Micro Centrales Hidroeléctricas

CAUDAL DE INFILTRACION

Page 170: Micro Centrales Hidroeléctricas

FILTROS Y DRENES

FILTROSLa granulometría de las zonas adyacentes debe ser tal que los materiales de una zona no sean arrastrados a otras. Se necesita por tanto una zona de transición entre el núcleo impermeable y el espaldón de enrocado lo que se logra con el uso de filtros. Los filtros por tanto evitan la fuga de partículas del núcleo al cuerpo de la presa protegiéndolo del lavado y pérdida de materiales finos.

Page 171: Micro Centrales Hidroeléctricas

FILTROS Y DRENES

Page 172: Micro Centrales Hidroeléctricas

FILTROS Y DRENES

Page 173: Micro Centrales Hidroeléctricas

FILTROS Y DRENES

Page 174: Micro Centrales Hidroeléctricas

FILTROS Y DRENES

Pozos de drenaje Se usan cuando hay estratos impermeables de cierto espesor sobre

otros permeables.

La cimentación no necesita tratamiento antifiltrante si el espesor del estrato impermeable es mayor que gWH.

La separación mínima que se acostumbra entre pozos es de 8.0 m. y el diámetro mínimo es de 6".

Si las filtraciones son excesivas se puede hacer uso combinado de varios sistemas antifiltrantes.

DRENES

Page 175: Micro Centrales Hidroeléctricas

FILTROS Y DRENES

Page 176: Micro Centrales Hidroeléctricas

FILTROS Y DRENES

Page 177: Micro Centrales Hidroeléctricas

DISEÑO DE ESTABILIDAD

Page 178: Micro Centrales Hidroeléctricas

DISEÑO DE TERRAPLENES COMPACTADAS

Tipos de Deslizamientoa) Deslizamientos según líneas de rotura planas paralelas a la superficie exterior del terreno.b) Deslizamientos circularesc) Deslizamientos no circulares

Page 179: Micro Centrales Hidroeléctricas

DISEÑO DE TERRAPLENES COMPACTADAS

Análisis sin drenajeEsta hipótesis extrema se corresponde con la situación teórica en la cual no se produce una acomodación de la resistencia del terreno a un nuevo estado tensional, manteniendo éste las mismas características resistentes que tenia inicialmenteAnálisis con drenajeEl cálculo de estabilidad en la situación con drenaje se corresponde con la hipótesis, también extrema, de una acomodación completa de la resistencia del terreno al estado tensional del subsuelo. Los excesos de presión intersticial transitorios, generados por las operaciones de construcción o las cargas aplicadas, habrían desaparecido

Page 180: Micro Centrales Hidroeléctricas

MÉTODO SUECO

•Superficie de falla: Circular•Equilibrio de Fuerzas•Supone que las fuerzas tienen la misma dirección que la superficie del terreno. •Los factores de seguridad son generalmente altos.

Page 181: Micro Centrales Hidroeléctricas

MÉTODO SUECO

Este es un método de tanteos en el cual:1- Se fija un centro del círculo de falla y su radio, de forma que desde el centro se traza un círculo que divide en dos el terraplén.2- Se determinan las fuerzas actuantes y resistentes.3- Se calculan los momentos actuantes Mm y resistentes Mr.4- Se determina el factor de seguridad del círculo supuesto.5- Se suponen otros círculos de falla y encontrar el factor de seguridad del talud.

Page 182: Micro Centrales Hidroeléctricas

MÉTODO DE FELLENUIS

•Superficie de falla: Circular•Equilibrio de Fuerzas•Este método no tiene en cuenta las fuerzas entre las dovelas y no satisface el equilibrio de fuerzas, tanto para la masa deslizada como para dovelas individuales. Sin embargo, este método es muy utilizado por su procedimiento simple. Muy impreciso para taludes planos con alta presión de poros. Factores de seguridad bajos.

Page 183: Micro Centrales Hidroeléctricas

MÉTODO DE FELLENUIS

Page 184: Micro Centrales Hidroeléctricas

MÉTODO DE BISHOP SIMPLIFICADO PARA EL ANALISIS DE ESTABILIDAD

Este es uno de los métodos más usado en análisis de arco de circunferencia. Whitman y Bailey (1967) analizaron la precisión de este método, concluyendo que el error cometido al utilizar éste frente a otro más riguroso no supera por lo general el 7% y usualmente es inferior al 2%.

Page 185: Micro Centrales Hidroeléctricas

MÉTODO DE BISHOP SIMPLIFICADO PARA EL ANALISIS DE ESTABILIDAD

Superficie de falla: CircularEquilibrio de MomentosAsume que todas las fuerzas de cortante entre dovelas son cero. Reduciendo el número de incógnitas. La solución es sobredeterminada debido a que no se establecen condiciones de equilibrio para una dovela.El factor de seguridad se obtiene iterando.

Page 186: Micro Centrales Hidroeléctricas

CIRCULO CRITICO

La forma de rotura circular, aparte de que es próxima a las formas realmente observadas en la práctica, tiene la ventaja adicional de simplificar bastante los cálculos respecto a otras posibles formas de rotura

Page 187: Micro Centrales Hidroeléctricas

CIRCULO CRITICO

Según este método es preciso tantear varias líneas de rotura y comprobar que, para cada una de ellas, se cumple el criterio de seguridad correspondiente. Para cada línea de rotura se deben realizar varios cálculos al objeto de obtener parejas de valores c, φ que conducen a una situación de equilibrio estricto. Con esas parejas de valores se dibujará después el diagrama de estabilidad (parte derecha de Fig. 3.4). Ese diagrama es el lugar geométrico de los valores de c y tg φ que darían al talud un coeficiente de seguridad igual a la unidad.

Page 188: Micro Centrales Hidroeléctricas

ANALISIS DE ESTABILIDAD PARA CONDICIONES:

RESERVORIO LLENOLa sumersión de un talud tiene tres, efectos: Primero, él peso del segmento circular se aumenta por el peso del agua arriba del talud y por el mayor peso específico del suelo, lo cual aumenta el momento motor. Segundo, este aumento está más que compensado por el momento, resistente de la presión horizontal del agua. Tercero, el esfuerzo neutro aumenta en la superficie de falla, dependiendo su valor de la red de flujo que se produzca y compensa mucho de lo que se gana en resistencia por el peso adicional del suelo y por el peso del agua. .El resultado final es que el talud sumergido tiene generalmente un factor de seguridad mayor que el mismo talud sin estar sumergido.

Page 189: Micro Centrales Hidroeléctricas

ANALISIS DE ESTABILIDAD PARA CONDICIONES:

VACIADO RÁPIDOCuando el nivel del agua en que está sumergido el talud desciende tan rápidamente que el esfuerzo neutro dentro del talud no puede ajustarse al nuevo nivel del agua, se produce lo que se llama desembalse rápido. Esto es, frecuentemente, la condición más crítica en el proyecto del paramento aguas arriba de una presa de tierra.

Page 190: Micro Centrales Hidroeléctricas

PROCESO DE CONSTRUCCION

Page 191: Micro Centrales Hidroeléctricas

PROCESO DE CONSTRUCCION:

Excavación y conformación de Taludes

Construcción de pistas de acceso a las canteras

Page 192: Micro Centrales Hidroeléctricas

PROCESO DE CONSTRUCCION:

Estribos-Núcleo arcilloso

Pantalla o Dentellón

Page 193: Micro Centrales Hidroeléctricas

PROCESO DE CONSTRUCCION:

Relleno general

Page 194: Micro Centrales Hidroeléctricas

PROCESO DE CONSTRUCCION:

Capa de drenaje-Enrocado de protección

Page 195: Micro Centrales Hidroeléctricas

PROCESO DE CONSTRUCCION:

Vertedor de excedencias

Page 196: Micro Centrales Hidroeléctricas

PROCESO DE CONSTRUCCION:

Obras: Cámaras de bombeo-Filtros-Drenes

Page 197: Micro Centrales Hidroeléctricas

RESISTENCIA SISMICA

Page 198: Micro Centrales Hidroeléctricas

FACTOR DE SEGURIDAD

El coeficiente sísmico a utilizarse en el diseño está influenciado por los factores siguientesa. Sismicidad de la zonab. Condiciones locales de la cimentación, cuanto mayor sea la densidad natural del subsuelo menor será la amplificación sísmica.c. Período fundamental de la presa, implícitamente considera la altura y propiedades de los materiales.d. Importancia de la estructura y riesgo de daños aguas abajo de la presa.

Page 199: Micro Centrales Hidroeléctricas

FACTOR DE SEGURIDAD

FACTOR DE SEGURIDADSe define como coeficiente de seguridad al deslizamiento de un talud el número F por el que habría que dividir los valores de los parámetros resistentes para que se alcance la condición de rotura.Los valores estrictamente necesarios que deben tener los parámetros resistentes para mantener el equilibrio serán una fracción de los valores reales. Cuando se utiliza el criterio de resistencia de Mohr-Coulomb, resulta, para cada uno de los posibles terrenos involucrados en la estabilidad:Si F.S < 1.0 InestableSi F.S > 1.1 Estable

Page 200: Micro Centrales Hidroeléctricas

FACTOR DE SEGURIDAD

Page 201: Micro Centrales Hidroeléctricas

EJEMPLOS EN EL PERU Y

EL MUNDO

Page 202: Micro Centrales Hidroeléctricas

FACTOR DE SEGURIDAD

Presa Poechos: La Presa Poechos, está ubicada en el cauce del río Chira a 40 Km al Nor Este de la Ciudad de Sullana. Posee embalse de 1,000 MMC de capacidad

Page 203: Micro Centrales Hidroeléctricas

FACTOR DE SEGURIDAD

Presa Derivadora Ejidos: Corresponde a la II ETAPA del Proyecto Chira - Piura, esta se ejecutó con la finalidad de aumentar la producción y productividad de 30 000 ha agrícolas del Valle del Bajo Piura e incorporar 5 615 ha bajo riego

Page 204: Micro Centrales Hidroeléctricas

FACTOR DE SEGURIDAD

Presa de Palo Redondo: Corresponde a la I ETAPA del Proyecto Especial ChavimochicAltura: 95 m. Longitud de corona: 780 m.Ubicación: La Libertad.Ubicada en Quebrada Palo Redondo, volumen total de 370 millones de metros cúbicos.