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CENTRALES HIDROELECTRICAS.
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CENTRALES HIDROELECTRICAS PRESAS.
Las presas son estructuras hidráulicas de contención que permiten conseguir niveles de in previstos y el embalsamiento embalsamiento de las aguas.
I.
CLASIFICACION.
1. SEGÚN LA FUNCION: 1.1. Presas de embalse. 1.2. Presas de derivación.
Estos dos tipos de presas sirven para elevar el nivel del agua y hacer posible su der Las presas de embalse tienen principalmente el objeto de almacenar agua para el caudal de un río. Usualmente no están están construidas para permitir el vertimient vertimient aguas por encima sino que tienen aliviaderos laterales que sirven para descargar excedente. Esta disposición separada de presa y vertedero se usa usualmente en el que la presa esté construida por materiales sueltos. Las presas rígidas facilitan co en una sola estructura la sección sorda y la sección vertedora, lo cual resu económico. Las presas de derivación se disponen preferentemente para elevar el n agua contribuyendo a incrementar la carga; el almacenamiento de agua es un secundario.
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Las presas vertedoras o hidro-aliviadoras permiten el paso del agua a través de orificios sup alojados en su cuerpo. Las presas de concreto se construyen hidro-aliviadoras y solo se deja sorda en contacto con las orillas. Presas en concreto con sección sorda se hacen m actualmente pues resultan más costosas que las presas de materiales sueltos.
Las presas con sección mixta se construyen de forma que parte de la presa permite el vertim agua y parte no.
Las presas vertedoras pueden ser móviles o fijas. En las presas pr esas vertedoras móviles la descarg puede regularse con compuertas que guarden los orificios (superficiales o profundos). agua puede mantenerse constante en este caso gracias a la operación de las compuertas presas el nivel normal del agua puede colocarse al nivel superior de la compuerta. vertedoras fijas (sin compuertas) no permiten la regulación de la lámina de agua. La cresta se coloca al NNE. Durante crecientes, el nivel del agua en el embalse varía desde el niv hasta el nivel normal. En épocas normales, varía entre el NNE y el NMOE y en casos extre el NME.
a) Presa vertedera móvil, b) Presa vertedera fija y c) Presa sorda.
3. SEGÚN LA RELACIÓN DE ESBELTEZ β.
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Las presas vertedoras o hidro-aliviadoras permiten el paso del agua a través de orificios sup alojados en su cuerpo. Las presas de concreto se construyen hidro-aliviadoras y solo se deja sorda en contacto con las orillas. Presas en concreto con sección sorda se hacen m actualmente pues resultan más costosas que las presas de materiales sueltos.
Las presas con sección mixta se construyen de forma que parte de la presa permite el vertim agua y parte no.
Las presas vertedoras pueden ser móviles o fijas. En las presas pr esas vertedoras móviles la descarg puede regularse con compuertas que guarden los orificios (superficiales o profundos). agua puede mantenerse constante en este caso gracias a la operación de las compuertas presas el nivel normal del agua puede colocarse al nivel superior de la compuerta. vertedoras fijas (sin compuertas) no permiten la regulación de la lámina de agua. La cresta se coloca al NNE. Durante crecientes, el nivel del agua en el embalse varía desde el niv hasta el nivel normal. En épocas normales, varía entre el NNE y el NMOE y en casos extre el NME.
a) Presa vertedera móvil, b) Presa vertedera fija y c) Presa sorda.
3. SEGÚN LA RELACIÓN DE ESBELTEZ β.
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CENTRALES HIDROELECTRICAS.
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Algunos ejemplos de relación de esbeltez para presas construidas en el mundo. Presa Golillas
Localización Colombia
Guavio Tunjita Hoover Emosson
Colombia Colombia EUA Suiza
Tipo B A D C D
Altura (m) 127
Ancho (m) 420
3.3
240 23 221 180
912 2 201 49
3.8 0.1 0.9 0.27
β
A: Suelos con núcleo impermeable, B: Enrocado con cara de concreto, C: Arco grueso, D: a
4. SEGÚN LA ALTURA DE PRESION CREADA POR LA PRESA.
4.1. Presas altas. Las presas se pueden considerar altas si sobrepasan los 75 m de altura. La requerida por la presa adquiere más importancia a medida que aumenta su altura.
4.2. Presas intermedias. La presión actuante sobre las estructuras es media. Las presas t altura comprendida entre 25 m y 75 m.
4.3. Presas bajas. Presas menores de 25 m pueden clasificarse como bajas. Una presa d puede tener alrededor de tres metros de altura. El daño por la falla de una presa limitarse a la destrucción de la presa misma. Presas más altas del mundo según material de construcción. Presa Rogún Nurek Grande Inguri New Melones Melones
Pais Rusia
Tipo Mixta (Tierra y enrocado)
Altura (m) 325
Rusia Suiza Suiza EUA
Tierra Concreto gravedad Arco Enrocado
300 285 272 191
CCR Arco/contrafuertes Sign up to vote on this title Contrafuertes
155 150 115
Miyagese Japon Roseland Francia Zeya Rusia CCR: concreto compactado con rodillo
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5. SEGÚN MATERIALES EMPLEADOS EN LA COSTRUCCION.
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CENTRALES HIDROELECTRICAS.
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a) Presas de gravedad
b) Presas de contrafuertes
c) Presas en arco
d) Presas de gravedad aligeradas
Ejemplos de presas rígidas.
6.2. Presas flexibles.
Las presas flexibles son rellenos de suelos y/o enrocado. Su sección transversal es un tra tendido de los taludes del terraplén de acuerdo a las condiciones de estabilidad del mate You're Reading a Preview conforma. Unlock full access with a free trial.
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a)
b)
Esquemas de presas flexibles. a) Presa homogénea con dren de pata. b) Presa de enrocado c impermeable. Sign up to vote on this title
Selección de la presa. Características típicas: Tipo de presa
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CENTRALES HIDROELECTRICAS.
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Adecuadas en valles amplios, desde que la excavación sea menor de 5 a 10 m. desgaste limitado de la roca. Deben chequearse las discontinuidades de la roca co al deslizamiento. Tienen bajos esfuerzos de contacto. Requieren de materiales que a importar como el cemento.
Concreto gravedad
Contrafuertes Como presas de gravedad, pero mayores esfuerzos de contacto, requieren de El ahorro de concreto con relación a las presas de gravedad es del 40 al 60%.
Adecuadas en gargantas estrechas con rocas sana de alta resistencia y poca defor en las zonas de fundación y estribos. Alta carga sobre los estribos. concreto con relación a las presas de gravedad es del 50 al 85%.
Arco
II.
ESTABILIDAD DE PRESAS. 1. ANALISIS DE ESTABILIDAD. You're Reading a Preview
En el análisis de estabilidad de presas se requiere garantizar que los esfuerzos m access with a free trial. mínimos en la base de laUnlock presafullsean de compresión, con la finalidad de que la base soporte los esfuerzos. En este sentido se debe garantizar que la fuerza resultante en Download Trial la presa deba estar localizada en el With tercioFree medio de la presa. El chequeo de la esta una presa se debe verificar para dos condiciones:
Cuando el embalse está lleno Cuando el embalse está vacío
Analizamos la situación más desfavorable. Sign up to vote on this title
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Si vamos a realizar el chequeo con las ecuaciones de equilibrio estático, debemo que la presa no presente «volcamiento» o rotación de ninguno de sus ejes. Esto qu que los momentos que se producen por las fuerzas que inducen al volcamiento de las fuerzas resistentes se encuentran en equilibrio. En este sentido se lleva a cabo u de las fuerzas f i g u r a q u e s e m u e s t r a
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a c ontinuación.
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CENTRALES HIDROELECTRICAS.
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Reacción del suelo: FR , y debe estar localizada en el tercio medio de la garantizar la estabilidad; Sísmicas y oleajes: no serán consideradas en el análisis que se llevara a desarrollo del presente trabajo aun cuando en un estudio detallado considerado.
2. CIMENTACION DE PRESAS. Las presas pueden estar fundadas sobre:
Terrenos impermeables: regularmente se refiere a presas fundadas arcillas. No se presentan problemas de erosión, aumento del caudal de problemas de inestabilidad. Las dimensiones dependen del cálculo de es
Terrenos permeables: deben diferenciarse entre terrenos del tipo ro rocoso.
Presas sobre fundaciones rocosas: esta constituye la funda para una represa puesto que sus valores de esbeltez son muy económicos, se pueden lograr alturas considerables, la infil despreciable. Se distinguen en fundaciones sobre rocas básicamente:
1. Fundaciones en rocas duras: como granitos, dioritas, You're Reading aetc. Preview gneis, cuarcitas, 2. Unlock Fundaciones semi-rocosas: arcillolitas, margas, etc; tenie full access with a free trial. formaciones gran sensibilidad al agua y pudiesen pres profunda meteorización. Download With Free Trial
Terrenos permeables: deben diferenciarse entre terrenos del tipo ro rocoso.
Presas sobre fundaciones no rocosas: se diferencia de las a su forma más extendida, en otras palabras es menos esbelta y gran peso. Por estas razones se consideran poco económicas, e la construcción sobre ellas de presas de concreto altas, limitánd 50 metros. Se distinguen fundaciones en on suelos no rocosas: Sign up to vote this title Useful Not useful 1. Fundaciones sobre suelos arcillosos: sufren asentam consolidarse el suelo y su compresibilidad depen
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¿CÓMO ENTONCES PREPARAMOS LA FUNDACION DE LA ESTRUCTURA D PRESA?
La preparación consiste en abrir una excavación hasta las cotas fijadas en el proyecto, ha tratamiento de la superficie de la roca y su limpieza de basuras o impurezas, suelos arcillos mejoramiento de la base consiste en «sellar» o cementación de las grietas y el relleno de sus sitio
PROBLEMAS DE FILTRACION EN UNA PRESA:
Si estamos en presencia de terrenos no rocosos tendremos con seguridad problemas de filtraci causa: 1. 2. 3. 4. 5.
Perdida de agua en el embalse; Presiones que ejercen las fuerzas del agua bajo la estructura de la presa; Erosión y lavado de partículas. La salida del agua filtrada aguas debajo de la presa; Filtraciones laterales las cuales pueden presentarse en: A través del cuerpo de la presa A través del cañón, cuello o garganta.
ANALISIS Y CALCULOS DE CANALES DE CODUCCION. Los canales por sus diferentes funciones adoptan las siguientes denominaciones: You're Reading a Preview
Llamado también Canal de primer orden.Unlock full access with a free trial. canal madre o de derivación y siempre con pendiente mínima, normalmente es usado por un solo lado ya otro lado da conDownload terrenos altos. With Free Trial Canal de segundo orden.- Llamados también laterales, son aquellos que canal madre y el caudal que ingresa a ellos, es repartido hacia los sub – área de riego que sirve un lateral se conoce como unidad de riego. Canal de tercer orden.- Llamados también sub – laterales y nace canales laterales, el caudal que ingresa a ellos es repartido hacia las pr individuales a través de las tomas del solar, el área de riego que sirve un su se conoce como unidad de rotación. Sign up to vote on this title
De lo anterior de deduce que varias unidades de rotación Useful constituyen Not unauseful unidad de riego unidades de riego constituyen un sistema de riego, este sistema adopta el nombre o codificación madre o de primer orden.
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Fotografías aéreas, imágenes satelitales, para localizar los poblados, caserío cultivo, vías de comunicación, etc. Planos topográficos y catastrales. Estudios geológicos, salinidad, suelos y demás información que pueda con el trazo de canales.
Una vez obtenido los datos precisos, se procede a trabajar en gabinete dan preliminar, el cual se replantea en campo, donde se hacen los ajustes necesarios, o finalmente el trazo definitivo.
En el caso de no existir información topográfica básica se procede a levantar el r canal, procediendo con los siguientes pasos: a) Reconocimiento del terreno.- Se recorre la zona, anotándose todos los de influyen en la determinación de un eje probable de trazo, determinándose inicial y el punto final (georreferenciados).
b) Trazo preliminar.- Se procede a levantar la zona con una brigada to clavando en el terreno las estacas de la poligonal preliminar y luego el leva con teodolito, posteriormente a este levantamiento se nivelará la poligonal el levantamiento de secciones transversales, estas secciones se harán de criterio, si es un terreno con una alta distorsión de relieve, la sección se hac m, si el terreno no muestra muchas variaciones y es uniforme la sección es cada 20 m.
You're c) Trazo definitivo. ConReading los datosa Preview de (b) se procede al trazo definitivo, te cuenta la escala del plano, la cual depende básicamente de la topografía de Unlock full access with a free trial. de la precisión que se desea:
With Free Trial mayor a 25%, se recomienda TerrenosDownload con pendiente transversal 1:500. Terrenos con pendiente transversal menor a 25%, se recomienda 1:1000 a 1:2000.
2. RADIOS MÍNIMOS EN CANALES
En el diseño de canales, el cambio brusco de dirección se sustituye por una curva c no debe ser muy grande, y debe escogerse unSign radio que al trazar c upmínimo, to vote ondado this title radios mayores al mínimo no significa ningún energía, es decir la curv Useful de Not useful ahorro hidráulicamente más eficiente, en cambio sí será más costoso al darle una mayor mayor desarrollo.
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Tabla Nº 02 - Radio mínimo en canales abiertos para Q < 20 m3/s
Tabla Nº-03 -. Radio mínimo en canales abierto s en función del espejo de agua You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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3. ELEMENTOS DE UNA CURVA. Sign up to vote on this title
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E = External, es la distancia de PI a la curva medida en la bisectriz. F = Flecha, es la longitud de la perpendicular bajada del punto medio de la curva larga. G = Grado, es el ángulo central. LC = Longitud de curva que une PC con PT. PC = Principio de una curva. PI = Punto de inflexión. PT = Punto de tangente. PSC = Punto sobre curva. PST = Punto sobre tangente. R = Radio de la curva. ST = Sub tangente, distancia del PC al PI.
4. RASANTE DE UN CANAL.
Una vez definido el trazo del canal, se proceden a dibujar el perfil longitudinal de d las escalas más usuales son de 1:1000 ó 1:2000 para el sentido horizontal y 1:10 para el sentido vertical, normalmente la relación entre la escala horizontal y vertica 10. El procesamiento de la información y dibujo se puede efectuar empleando e AUTOCAD C IVIL 3D (AUTOCAD clásico, AUTOCAD LAND, AUTOCAD AUTOCAD CIVIL). Para el diseño de la rasante se debe tener en cuenta: You're Reading a Preview
La rasante se debe trabajar sobre la base de una copia del perfil longitudinal Unlock full access with a free trial. Tener en cuenta los puntos de captación cuando se trate de un canal de ri puntos de confluencia si es un dren u obra de arte. Free Trial La pendiente deDownload la rasanteWith de fondo, debe ser en lo posible igual a la natural promedio del terreno (optimizar el movimiento de tierras), cuando posible debido a fuertes pendientes, se proyectan caídas o saltos de agua. Para definir la rasante del fondo se prueba con el caudal especificado cajas hidráulicas, chequeando la velocidad obtenida en relación con e revestimiento a proyectar o si va ser en lecho natural, también se tiene eficiencia o mínima infiltración. El plano final del perfil longitudinal de un canal, debe presentar com la siguiente información. Sign up to vote on this title
Kilometraje Cota de terreno
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SECCIÓN TÍPICA DE UN CANAL
Donde:
T = Ancho superior del canal b = Plantilla z = Valor horizontal de la inclinación del talud C = Berma del camino, puede ser: 0,5; 0,75; 1,00 m., según el canal sea segundo o primer orden respectivamente. V = Ancho del camino de vigilancia, puede ser: 3; 4 y 6 m., según el can tercer, segundo o primer orden respectivamente. H = Altura de caja o profundidad de rasante del canal. You're Reading a Preview
En algunos casos el camino de vigilancia puede ir en ambos márgenes, Unlock full access with a free trial. necesidades del canal, igualmente la capa de rodadura de 0,10 m. a vece necesaria, dependiendo de la intensidad del tráfico. Download With Free Trial
5. SECCIÓN HIDRÁULICA ÓPTIMA.
Determinación de Máxima Eficiencia Hidráulica
Se dice que un canal es de máxima eficiencia hidráulica cuando para la mis pendiente conduce el mayor caudal posible, ésta condición está referida a húmedo mínimo, la ecuación que determina la sección de máxima eficiencia hidrául Sign up to vote on this title
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Tabla Nº 04 -. Relación plantilla vs tirante para, máxima eficiencia, mínima infiltr promedio de ambas.
De todas las secciones trapezoidales, la más eficiente es aquella donde el ángulo a q el talud con la horizontal es 60°, además para cualquier sección de máxima eficie cumplirse: R = y/2 Donde: You're Reading a Preview
R = Radio hidráulico Unlock full access with a free trial. y = Tirante del canal
Free Trial No siempre se puede Download diseñar deWith acuerdo a las condiciones mencionadas, imponen una serie de circunstancias locales que imponen un diseño propio situación.
6. DISEÑO DE SECCIONES HIDRÁULICAS. Se debe tener en cuenta ciertos factores, tales como: tipo de material del cuerpo coeficiente de rugosidad, velocidad máxima y mínima permitida, pendiente taludes, etc. Sign up to vote on this title Useful Not useful La ecuación más utilizada es la de Manning o Strickler, y su expresión es:
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Se tienen diferentes factores que se consideran en el diseño de canales, los cuales t cuenta: el caudal a conducir, factores geométricos e hidráulicos de la sección, ma revestimiento, la topografía existente, la geología y geotecnia de la zona, los disponibles en la zona o en el mercado más cercano, costos de materiales, disponi mano de obra calificada, tecnología actual, optimización económica, socio-econom beneficiarios, climatología, altitud, etc. Si se tiene en cuenta todos estos factores, s una solución técnica y económica más conveniente.
a) Rugosidad. Esta depende del cauce y el talud, dado a las paredes laterales vegetación, irregularidad y trazado del canal, radio hidráulico y obstrucciones en generalmente cuando se diseña canales en tierra se supone que el canal está reci abierto, limpio y con un trazado uniforme, sin embargo el valor de rugosidad ini asumido difícilmente se conservará con el tiempo, lo que quiere decir que en l constantemente se hará frente a un continuo cambio de la rugosidad.
En canales proyectados con revestimiento, la rugosidad es función del material u puede ser de concreto, geomanta, tubería PVC ó HDP ó metálica, o si van a trabaja atmosférica o presurizados.
La siguiente tabla nos da valor es de “n” estimados, estos valores pueden ser refu investigaciones y manuales, sin embargo no dejan de ser una referencia para el dise You're Reading Preview Tabla Nº 5 - Valores de rugosidad nning “n” deaMa Unlock full access with a free trial.
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Useful Not useful Tabla Nº 6 - Relaciones geométricas de las secciones trasversales más frecuentes
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La inclinación de las paredes later b) Talud apropiado según el tipoWith de material. Download Free Trial canal, depende de varios factores pero en especial de la clase de terreno donde están la U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda un talud único de 1,5:1 para su a continuación se presenta un cuadro de taludes apropiados para distintos tipos de m Tabla Nº 7 - Taludes apropiados para distintos tipo s de material
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c) Velocidades máxima y mínima permisible.- La velocidad mínima perm aquella velocidad que no permite sedimentación, este valor es muy variable y ser determinado con exactitud, cuando el agua fluye sin limo este valor carece de im pero la baja velocidad favorece el crecimiento de las plantas, en canales de tierr de 0.8 m/seg se considera como la velocidad apropiada que no permite sedime además impide el crecimiento de plantas en el canal.
La velocidad máxima permisible, algo bastante complejo y generalmente empleando la experiencia local o el juicio del ingeniero; las siguientes tablas nos d sugeridos. Tabla Nº - 9. Máxima velocidad permitida en canales no recubierto s de vegetación
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Para velocidades máximas, en general, los canales viejos soportan mayores veloc los nuevos; además un canal profundo conducirá el agua a mayores velocidades si que otros menos profundos. Tabla Nº -10 -. Velocidades máximas en hormigón en función de su resistencia. Sign up to vote on this title
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CENTRALES HIDROELECTRICAS.
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d) Borde libre. Es el espacio entre la cota de la corona y la superficie del agua, ninguna regla fija que se pueda aceptar universalmente para el cálculo del borde lib a que las fluctuaciones de la superficie del agua en un canal, se puede originar p incontrolables.
La U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda estimar el borde libre con la fórmula: Donde:
Borde libre: en pies
C = 1.5 para caudales menores a 20 pies3 / seg., y hasta 2.5 para caudales de los 3000 pies3/seg. Y = Tirante del canal en pies
La secretaría de Recursos Hidráulicos de México, recomienda los siguientes función del caudal: Tabla Nº 11 -. Borde libre en función del caudal You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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Máximo Villón Béjar, sugiere valores en función de la plantilla del canal: Tabla Nº -12 -. Borde libre en función de la plantilla del canal
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7. CRITERIOS DE ESPESOR DE REVESTIMIENTO.
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CENTRALES HIDROELECTRICAS.
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Si el canal se ubica en zonas en donde puede ser vigilado permanentem tanto no puede ser afectada la membrana. Características y cuidado en las actividades de operación y mantenimiento Técnica y cuidados de instalación de la geomembrana El grupo social a servir tiene que capacitado para el manejo de dich revestimiento. También se puede usar asociada la geomembrana con un revestimiento de la geomembrana actúa como elemento impermeabilizante (el concreto se con las bajas temperaturas) y el concreto como elemento de protección, s cuando se trata de obras ubicadas por encima de los 4, 000 m.s.n.m desoladas.
CALCULO DE UN DESARENADOR.
1.
DESARENADORES
1.1
Definición
Los desarenadores (figura 1), son obras hidráulicas que sirven para separar (decantar) y rem (evacuar) después, el material sólido que lleva el agua de un canal. Reading a Preview El material sólido que se transportaYou're ocasiona perjuicios de las obras:
i.
Unlock fullsólido access with trial. Una gran parte del material vaa free depositándose en el fondo de
disminuyendo su sección. Esto aumenta el costo anual de mantenimiento y produce Download With Free Trial
interrupciones en el servicio del canal.
ii. Si los canales sirven a plantas hidroeléctricas, la arena arrastrada por el agua pasa a desgastándolas tanto más rápidamente cuanto mayor es la velocidad. Esto significa una disminución del rendimiento y a veces exige reposiciones frecuentes y costosas. 1.2 Clases de desarenadores
i.
En función de su operación: •
•
Signen up to title el vote queonlathis sedimentación y Desarenadores de lavado continuo, es aquel evacuación son dos operaciones simultáneas. Useful Not useful
Desarenadores de lavado discontinuo (intermitente), que almacena y luego
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1.3
Fases del desarenamiento •
•
1.4
Fase de sedimentación Fase de purga (evacuación)
Elementos de un desarenador
Para cumplir su función, el desarenador se compone de los siguientes elementos:
a.
Tr ansición de entr ada: une el canal con el desarenador.
b.
Cámara de sedim entación: lugar en la cual las partículas sólidas caen al fondo,
la disminución de la velocidad producida por el aumento de la sección transversa
Según Dubuat, las velocidades límites por debajo de las cuales el agua cesa de arrastrar materias son: •
•
•
Para la arcilla
0.081 m/s
Para la arena fina
0.16 m/s
Para la arena gruesa
0.216 m/s
De acuerdo a lo anterior, la sección transversal de un desarenador, se diseña para que varían entre 0.1 m/s y 0.4 m/s, con una profundidad media de 1.5 m y 4 m. Observar una velocidad elegida y un caudalYou're dado, una mayora profundidad implica un ancho menor y Reading Preview
La forma de la sección transversal Unlock puede full accessser withcualquiera a free trial. aunque generalmente se esc
rectangular o una trapezoidal simple o compuesta. La primera simplifica considerablem Download With Free Trial
construcción, pero es relativamente cara pues las paredes deben soportar la presión
exterior y se diseñan por lo tanto como muros de sostenimiento. La segunda es hidráu más eficiente y más económica pues las paredes trabajan como simple revestimiento. objeto de facilitar el lavado, concentrando las partículas hacia el centro, conviene qu
no sea horizontal sino que tenga una caída hacia el centro. La pendiente transversal us escogida es de 1:5 a 1:8.
c.
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Useful Not useful Vertedero: al final de la cámara se construye un vertedero sobre el cual pasa el agu
hacia el canal. Las capas superiores son las que primero se limpian, es por esto que la
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CENTRALES HIDROELECTRICAS.
Q = caudal (m3/s) C = 1.84 (para vertederos de cresta aguda) C = 2.0 (para vertederos de perfil Creager) L = longitud de la cresta (m) h = carga sobre el vertedero (m) Siendo el área hidráulica sobre vertedero: A=Lh
(2)
La velocidad, por la ecuación de continuidad, será:
Y la carga sobre el vertedero:
De donde para los valores indicados de v y C, se puede concluir que el máximo valor de h pasar de 25 cm. Casi siempre el ancho de la cámara del desarenador no es suficiente para construir el You're Reading a Preview
recto y perpendicularmente a la dirección del agua. Por esto se le ubica en curva que comienz
Unlock full access with a free trial. de los muros laterales y continúan hasta cerca de la compuerta de desfogue. Esta forma f
lavado permitiendo que las arenas sigan trayectorias curvas y al mismo tiempo el flujo espir origina las alejas del vertedero.
Download With Free Trial
d. Compuerta de lavado o fondo, sirve para desalojar los materiales depositados en
Para facilitar el movimiento de las arenas hacia la compuerta, al fondo del desarena
da una gradiente fuerte del 2 al 6%. El incremento de la profundidad obtenido por efecto
gradiente no se incluye en el tirante de cálculo, sino que el volumen adicional obteni toma como depósito para las arenas sedimentadas entre Sign dos lavados up to votesucesivos. on this title
Not Es necesario hacer un estudio de la cantidad y tamaño de Useful sedimentos queuseful trae el agua para
una adecuada capacidad del desarenador y no necesitar lavarlo con demasiada frecuencia.
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CENTRALES HIDROELECTRICAS.
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debe poder vaciarse inclusive con estas compuertas abierta. Por este motivo las compu
lavado deben diseñarse para un caudal igual al traído por el canal más el lavado que se dividiendo el volumen del desarenador para el tiempo de lavado.
Hay que asegurarse que el fondo de la o las compuertas esté más alto que el punto del río a conducen las aguas del lavado y que la ardiente sea suficiente para obtener una velocidad arrastrar las arenas. Se considera que para que el lavado pueda efectuarse en forma rápida y eficaz esta velocidad debe ser e 3 – 5 m/s. Muchas veces, esta condición además de otras posibles de índole topográfica, impiden desarenador, inmediatamente después de la toma que es la ubicación ideal, obligando aguas abajo en el canal.
e. Canal directo, por el cual se da servicio mientras se está lavando el desarenador. El l
efectúa generalmente en un tiempo corto, pero con si cualquier motivo, reparación o inspe
necesario secar la cámara del desarenador, el canal directo que va por su contorno, permit
servicio no se suspenda. Con este fin a la entrada se colocan dos compuertas una de e desarenador y otra al canal directo. En el caso de ser el desarenador de dos o más cámaras, el canal directo ya no es necesario You're Reading a Preview
pues una de las cámaras trabaja con el caudal total mientras la otra se lava.
1.5
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Consideraciones para el diseño hidráulico
1.5.1 Cálculo del diámetro de las partículasWith a sedimentar Download Free Trial
Los desarenadores se diseñan para un determinado diámetro de partícula, es decir, que que todas las partículas de diámetro superior al escogido deben depositarse. Por valor del diámetro máximo de partícula normalmente admitido para plantas hidroeléct 0.25 mm. En los sistemas e riego generalmente se acepta hasta un diámetro de 0.5 mm. Se debe tener en cuanta el usar convenientemente la curva granulométrica rep del material en suspensión y fondo para un periodo de retorno equivalente a diseñador (se sugiere 50 años). Información básica necesaria para determinar Sign up to vote on this title colmatación, determinación del periodo de purga y el porcentaje de material en suspens Useful Not useful podrá ser retenido. Para el uso de agua en agricultura, el diámetro mínimo de la partícula a eliminar seria d y para energía 0.2 mm. Para proyectar la decantación del material de material sólido de
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Diámetro de partículas (d) que CENTRALES son
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HIDROELECTRICAS. Altura de caída ( H)
retenidas en el desarenador (mm)
(m)
0.6
100 – 200
0.5
200 – 300
0.3
300 – 500
0.1
500 - 1000
Tabla 2 Diámetro de partículas en función del tipo de turbi nas Diámetro de partículas (d ) a e limi nar
Tipo de turbi na
en el desarenador (mm) 1 – 3
Kaplan
0.4 – 1
Francis
0.2 – 0.4
Pelton
1.5.2 Cálculo de la velocidad del flujo v en el tanque
La velocidad en un desarenador se considera lenta, cuando está comprendida entre 0.20 m/s m/s. La elección puede ser arbitraria o puede realizar utilizando la fórmula de Campo. You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
Donde: d = diámetro (mm)
Download With Free Trial
a = constante en función del diámetro a
d (mm)
51
< 0.1
44
0.1 - 1
36
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1.5.3 Cálculo de la velocidad de caída w (en aguas tranquilas)
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La formula de Owens: w = k d ( ρ s − 1)
(6)
Donde: w = velocidad de sedimentación (m/s) d = diámetro de partículas (m) ρ s= peso específico
del material (g/cm3)
k = constante que varía de acuerdo con la forma y naturaleza de los granos, sus valores se m la tabla 3
Tabla -3 Valores de la constante k Forma y naturaleza
K
Arena esférica
9.35
Granos redondeados Granos
8.25
cuarzo d > 3 mm Granos
6.12
cuarzo d > 0.7 mm
1.28
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Tabla 4 Velocidades de sedime ntación w calculado por Arkhangel ski (1935) en función de partí cul as d (m)
W (cm/ s)
0.05
0.178
0.10
0.692
0.15
1.560
0.20
2.160
0.25
2.700
0.30
3.240
0.35
3.780
0.40
4.320
0.45
4.860
0.50
5.400
0.55
5.940
0.60
6.480
0.70
7.320
0.80
8.070 You're Reading a Preview 1.00 9.44 2.00
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15.29
3.00
19.25 Download With Free Trial 24.90
5.00
Tabla 5 Valores de la constante k Forma y naturaleza
k
Arena esférica Granos redondead os Granos cuarzo d > 3 mm Granos cuarzo d < 0.7 mm
9.35 8.25
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6.12
Not useful 1.28
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En algunos casos puede ser recomendable estudiar en el laboratorio la fórmula que rija las velocidades de caída de los granos de un proyecto específico.
1.5.5 Cálculo de las dimensiones del tanque a.
Despreciando el efecto del flujo turbulento sobre la velocidad de sedimentación, se pueden plantear las siguientes relaciones:
Caudal: Q = b h v ancho del desarenador:
Tiempo de caída: Tiempo de sedimentación:
De donde la longitud, aplicando la teoría de simple sedimentación es: You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
b.
Considerando los efectos retardatorios de la turbulencia Download With Free Trial
Con el agua en movimiento la velocidad de sedimentación es menor, e igual a w – w‟, donde reducción de velocidad por efectos de la turbulencia. Luego, la ecuación (4.11) se expresa:
(12) p en la cual se observa que manteniendo las otras condiciones la ecuación Sign upconstantes to vote on this title mayores valores de la longitud del tanque que la ecuación (11). Eghiazaroff, expresó la red Useful Not useful velocidad como:
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CENTRALES HIDROELECTRICAS.
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En el cálculo de los desarenadotes de bajas velocidades se puede realizar una corrección, me
coeficiente K, que varía de acerado a las velocidades de escurrimiento en el tanque, es dec donde K se obtiene de la tabla 6. Tabla 6 Coeficiente para el cálculo de desarenadores de baja veloci dad. Vel ocidad de escurrimie nto
K
(m/ s)
0.20
1.25
0.30
1.50
0.50
2
En los desarenadores de altas velocidades, entre 1 m/s a 1.50 m/s, Montagre, precisa que la caí
granos de 1 mm están poco influenciados por la turbulencia, el valor de K en términos del d se muestra en la tabla 7. You're Reading a Preview Tabla 7 Coeficiente para el cálculo de desarenadotes de alta vel oci dad Unlock full access with a free trial. Dimensione s de l as partículas a eliminar d
K
(mm) Download With Free Trial 1
1
0.50
1.3
0.25 – 0.30
2
El largo y el ancho de los tanques pueden en general, construirse a más bajo costo
para ve profundidades, en el diseño se deberá adoptar la mínima Sign profundidad práctica, la cual up to vote on this title
entre 0.20 y 0.60 m/s, puede asumirse entre 1.50 y 4.00 m.
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a.
Asumiendo una profundidad (por ejemplo h = 1.50 m)
a.1
Aplicando la teoría de simple sedimentación: Calcular la longitud con la ecuación:
•
hv
L =
w
Calcular el ancho de desarenador con la ecuación:
•
Q
b=
hv
Calcular el tiempo de sedimentación con la ecuación:
•
t
=
h w
•
Calcular el volumen de agua conducido en ese tiempo con la ecuación: V = Q t
•
Verificar la capacidad del tanque con la ecuación: V = bhL
a.2 •
Considerando los efectos retardatorios de la turbulencia: Calcular α, según Bastelli et al: α=
•
•
h
Unlock full access with a free trial.
Calcular w‟, según Levín: w „ = αv
Download With Free Trial
Calcular w‟, según Eghiazaroff : w' =
•
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0.132
v
5.7
2.3h
Calcular la longitud L utilizando la ecuación: L =
hv
w − w'
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Para valores de w‟ obtenidos de las ecuaciones de Bestelli y Eghiazaroff
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1.5.7 Cálculo de la longitud de la transición La transición debe ser hecha lo mejor posible, pues
la eficiencia de la sedimentac
de la uniformidad de la velocidad en la sección transversal, para el diseño se puede fórmula de Hind:
Donde: L = longitud de la transición T 1 = espejo de agua del desarenador T 2 = espejo de agua en el canal 1.5.8 Cálculo de la longitud del vertedero Al final de la cámara se construye un vertedero sobre el cual pasa el agua limpia hacia
Mientras más pequeña es la velocidad de paso por el vertedero, menos turbulencia cau desarenador y menos materiales en suspensión arrastran. Como máximo se admite que esta velocidad puede llegar a v = 1 m/s y como se indicó anteriormente, esta velocidad pone un límite al valor máximo de la carga h sobre el el cual es de 0.25 m.
You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
1.5.9 Cálculo de L
With Free Para un h = 0.25 m,C = 2 (para unDownload perfil Creager) ó C =Trial 1.84 (cresta aguda), y el caudal con
despeja L, la cual es: L =
Q Ch
1/
2
………………………………………( 18)
Por lo general la longitud del vertedero L, es mayor que el ancho del desarenador b, por l debe ubicar a lo largo de una curva circular, que comienza en uno de los muros laterales y Sign hasta la compuerta de lavado, como se muestra en la figura 1.up to vote on this title Useful Not useful
FIGURA 1
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1.5.10 Cálculo del ángulo central α y el radio R con que se traza la long vertedero.
En la figura 2, se muestra un esquema del tanque del desarenador, en ella se indican los ele α , R y L. FIGURA 2
a.
Cálculo de α :
Se sabe que:
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2πR --- – 360
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L------------
α
Download With Free Trial
Como en la ecuación L y b son conocidos, el segundo miembro es una constante:
por lo que la ecuación (20) se puede escribir:
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El valor de α se encuentra resolviendo por tanteos la ecuación (21). Useful Not useful b. Cálculo de R:
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1.5.13 Cálculo de la longitud total del tanque desarenador Donde: L T = longitud total L t = longitud de la transición de entrada L = longitud del tanque L = longitud promedio por efecto de la curvatura del vertedero
1.5.14 Cálculos complementarios a.
Cálculo de la caída del fondo
∆Z = L x S………………………………………………(26)
Donde: ∆ Z = diferencia de cosas del fondo del desarenador L = LT - Lt S = pendiente del fondo del desarenador You're(2%) Reading a Preview b.
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Cálculo de la profundidad del desarenador frente a la compuerta de lavado
H = h + ∆ Z……………………………… .(27)With Free Trial Download
Donde: H = profundidad del desarenador frente a la compuerta de lavado h = profundidad del diseño del desarenador ∆Z= diferencia de cosas del fondo del desarenador
c.
Cálculo de la altura de cresta del vertedero con Sign respecto al fondo up to vote on this title
h c = H – 0.25
Donde:
(28)
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