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INFORME TECNICO

ALUMNO Mejia Ortiz, FRancisco

FECHA 07/07/2012 CÓDIGO U820251

DISEÑO HIDRAULICO DE BOCATOMA,

CAMARA DE PRESION Y TUBERIA

FORZADA

LIMA – PERU

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CONTENIDO

1. Antecedentes……………………………………………………………………. 3

2. Memoria Descriptiva…………………………………………………………….3

3. Índice de costos………………………………………………………………...18

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1. ANTECEDENTES

El presente trabajo es el proyecto final del curso de Ingeniería de los Recursos Hidráulicos de la facultad de Ingeniería Civil en Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas. Se busca cumplir con los objetivos al plantear un problema cuasi real para preparar a los alumnos para la vida laboral futura. Se busca evaluar los criterios de diseño del alumno y su capacidad de cumplir un proyecto con estándares profesionales. Se le pide al alumno realizar un expediente técnico que contemple las estructuras hídricas a diseñar para abastecer a la central hidroeléctrica del caudal necesario para obtener la potencia que se desea.

2. MEMORIA DESCRIPTIVA DEL PROYECTO

2.1 OBJETIVOS DEL ESTUDIO:

El objetivo del proyecto es el de generar energía eléctrica suficiente para

abastecer a la zona aledaña. Diseñando las obras hidráulicas necesarias para

captar y conducir el caudal necesario para la central hidroeléctrica. Por ende, se

fomenta el desarrollo económico de la comunidad beneficiada.

Impacto social positivo a la comunidad beneficiada al incrementar su calidad de

vida con un abastecimiento continuo de energía eléctrica

2.2 DESCRIPCION DEL PROYECTO:

En este proyecto se desea captar el caudal necesario para generar energía eléctrica para

abastecer a los pobladores aledaños. Los componentes del diseño hidráulico a diseñar

forman parte de una central hidroeléctrica y son las necesarias para captar el caudal del

rio para generar la energía necesitada. Luego de captar el caudal con la bocatoma se le

deriva con el canal de conducción hasta una zona con una gran pendiente donde se

pueda aprovechar la máxima caída hidráulica para obtener la máxima energía eléctrica

posible. Finalmente se diseñan la cámara de presiones y la tubería forzada.

Además, se busca cumplir con los siguientes criterios de diseño:

1. Optimizar costos: materiales y humanos.

2. Simpleza constructiva: Diseñar las estructuras hídricas con criterios constructivos y

dimensiones que faciliten su construcción

3. Diseño optimo que minimice las perdidas locales

Al cumplir con los criterios mencionados se garantiza obtener un proyecto tanto eficiente

en el sentido de aprovechamiento hídrico como funcional y económico.

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(0.3<V<3m/s)

A. CAPTACIÓN CON BOCATOMA TIROLESA

La captación se lleva a cabo con una Bocatoma Tirolesa que capta 2m3/s del rio. Utilizando la fórmula de Petit: Es posible calcular la base que tendrá el rio en la obra de captación. El resultado de la fórmula es 3.5m, pero por motivos de simpleza constructiva se adoptan 4m de base. Luego, se halla la longitud del rio con la fórmula:

Vr = 1.19m/s

La velocidad está entre 0.3m/s (Velocidad de sedimentación) y 3m/s, lo cual es aceptable. El tirante se calcula con: H = 0.42 m

Diseño del canal recolector

Para diseñar el canal recolector se utilizan las fórmulas de alcance de chorro para hallar el ancho del canal mencionado.

Xs = 0.770 m

Xi = 0.585 m

B (ancho) = 0.87 m

B (ancho) = 1.5 m

Se adopta un ancho de canal recolector de 1.5m por motivos constructivos.

𝐵 = 2.45 ∗ 𝑄 .5

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Aneta rejilla = 3.70 m2

Vb = 0.6 (<1m/s)

a = 2 pulgadas (5,10cm)

a = 0.0508 m

b = 0.0254 m (1/2'',3/4'',1'')

Separacion entre barrotes

Diametro de barrotes

An = 3.70 m2

N (# barrotes) = 48.56

N (# barrotes) = 49

An = 3.73 m2

An = 3.7

Vb = 0.5951637 m/s

Vb = 0.6 m/s (0.3<V<3m/s)

Ltotal = 3.7338 m

Ltotal = 4 m: igual al ancho de rio

Recalculo para hallar numero entero de barras

m2

Ltotal = 3.70 m

Diseno de la rejilla

Se consideran los barrotes paralelos a la dirección del flujo. Primero se procede a hallar el Area Neta (An) de la rejilla con:

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Aguas abajo:

he=hc= 0.57 m

Aguas arriba:

Ltotal = Lrejilla = 4 m

espesor muro = 0.3 m

Lcanal (Le) = 4.30 m

pendiente (i) = 0.02

Borde libre = 0.3 m

H0 = 1.21 m

He = 1.29 m

He = 1.5 m: construible

Altura total de los muros del canal de abduccion:

Se redondea la longitud total de 3.73m a 4m para facilitar su construcción ya que ahora es igual a la base del rio elegida en un inicio. Niveles en el canal conductor

La entrega a la cámara de recolección se hace por descarga libre entonces: La longitud del canal se halla sumando el espesor de muro sumado con la Longitud de la rejilla. La pendiente asumida es de 2%. Se asume el espesor del muro de 0.3m.

h0 = 0.91 m

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Ve = 2.36 m/s (0.3<V<3m/s)

Velocidad del agua al final del canal:

Xs = 1.07 m

Xi = 0.69 m

B cam rec = 1.371 m

B cam rec = 1.5 m (construible)

Lado de la recamara = 2.6 m

Se asume un Borde Libre 0.3m y se redondea He a 1.5m para que la altura total de los

muros del canal colector sea construible.

La velocidad del agua está dentro del rango aceptable.

Diseño de la cámara de recolección

Procedemos a hallar la base como la longitud de la cámara de recolección:

Se adopta 2.6m de lado de recamara para facilitar los trabajas de mantenimiento y

limpieza.

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H es la altura de lámina de agua en la garganta de la bocatoma. Por otro lado, el Borde

Libre asumido es de 0.3m

Este caudal es dato del problema y es el caudal promedio.

.

Se utiliza un coeficiente de descarga de 0.3

Q max = 6.3 m3/2

H = 0.902 m

H = 1 (construible)

H muro final = 1.3 m

Calculo de la altura de los muros de contencion

H muro final = H + Borde Libre

Caudal medio = 3.1 m3/2

Calculo del Caudal de excesos

Caudal medio = 3.1 m3/2

H tirante = 0.56 m

Calculo del Caudal de excesos

Cd= 0.3

Q captacion = 3.69 m3/s

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El caudal de excesos es la resta entre lo captado con el caudal medio:

Las condiciones en el vertedero serán:

El vertedero de excesos estará colocado a aproximadamente 1m de la pared de la

cámara de recolección agua abajo.

Se ha redondeado la altura del aliviadero por razones constructivas a 0.5m.

Q excesos = 0.59 m3/2

H excesos = 0.36 m

V excesos = 1.10 m/s

Xs = 0.72 m

Q excesos = 0.88 m3/2

M = 1.84

H excesos = 0.36 m

L aliviadero = 1.5 m

H aliviadero = 0.47 m

H aliviadero = 0.5 (constructibilidad)

Aliviadero en la camara de recoleccion

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Se parte de la cota del fondo de rio en el punto de captación:

Calculo de cotas

Fondo del rio = 780 m

Diseno = 780.42 msnm

Maxima = 781.0 msnm

Promedio = 780.56 msnm

Corona de los muros

de contencion = 781.3 msnm

Fondo aguas arriba = 778.79 msnm

Fondo aguas abajo = 778.71 msnm

Lámina aguas arriba = 779.70 msnm

Lámina aguas abajo = 779.27 msnm

Lámina de agua = 778.41 msnm

Cresta del vertedero

de exceso = 778.05 msnm

Fondo = 776.75 msnm

Cota de entrada = 776.75 msnm

Tuberia de exceso

Lámina sobre la presa

Canal de aduccion

Canal de recoleccion

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B. CANAL DE CONDUCCION – 654m de longitud

El agua fluye en el canal por gravedad, mediante un canal trapezoidal de f’ c= 180kg/cm2

y revestido con 0.05m de concreto. A continuación, se muestran las distintas secciones

del canal en 4 progresivas.

0+010

0+325

0+510

0+590

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Lt = 3.37018846 m

Lt = 3.4 m

Longitud Transicion

Dimensiones del canal típico Rectangular y Trapezoidal

Se utiliza la fórmula de Manning para calcular el tirante en el canal:

La base del canal de conducción elegida es 2.5m para que empalme con el lado de la

cámara de recolección que es de 2.6m. La pendiente es de 0.5% y el n de concreto a usar

es de 0.025. Finalmente el tirante es de 0.91m. El borde libre elegido es de 0.3m, la altua

total del canal es de 1.2m.

No obstante, en el instante en que nace el canal, se empieza la transición de sección

rectangular a una trapezoidal. Esto se debe a que se tiene un suelo arenoso con las

siguientes características. Base 2.5, con talud de 1. La pendiente de mantiene y el n

también con respecto al canal previamente mencionado. El tirante ahora es de 0.75, y el

borde libre de 0.25m para obtener 1m de altura total. Su espejo de agua es de 4m

Diseño de la transición de entrada

Se parte de la cota de fondo de canal recolector restándole 10cm para crear un desnivel y

permitir que el agua fluya de la cámara de recolección al canal conductor. La cota es:

776.65msnm.

El espejo de agua rectangular es de 2.5m (b). y el trapezoidal es de 4m (B)

Con esta información se procede a calcular la longitud de la transición:

La transición de entrada es la misma que la de salida porque los espejos y ángulo

alfa utilizados son los mismos. Transición de salida = 3.4m.

n

SRAQ

eh .32

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ALINEAMIENTO DEL CANAL DE CONDUCCION

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C. CAMARA Y TUBERIA DE PRESIONES

La cámara de presiones cumple una serie de funciones, tales como: Mantiene una cota de agua superior a la necesaria para satisfacer las necesidades eléctricas cuando haya alta demanda. Sus dimensiones prohíben la entrada de sedimento a las tuberías de presión Fomenta la sedimentación de los materiales. Lo cual facilita su limpieza y se asegura que dicho material no ingrese a Dispone de un volumen necesario para amortiguar el golpe de ariete. Para su dimensionamiento se utiliza lo siguiente:

La distancia a1 es la necesaria para evitar el ingreso de sedimentos a la tubería forzada.

La distancia a2 es equivalente al diámetro de la tubería de presiones:

Se utiliza el mínimo y no el valor que depende del diámetro

Q diseno = 2 m3/2

Hb = Hc 30 m

h1 = 0.95 m: altura del canal de conduccion

B = 2.5 m: ancho del canal de conduccion

L = 90 m: longitud del canal de conduccion

hs = 9 m: 0.3*Hb

Diseno de la camara de presiones

a1 = 0.4 m

a2 = 1.07 m

a3min = 0.3 m

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El a4 se utiliza para minimar el efecto de golpe de ariete:

Ahora se halla h0 que es igual a la suma de a1,a2 y a3:

La velocidad media de la cámara de presiones se puede adoptar como:

Ahora se procede a hallar la base de la camara de presiones:

Se adopta la misma base que la del canal rectangular que luego de la transición finalmente arriba a la mencionada cámara. Se halla la altura del volumen de agua en el tanque necesaria para el arranque:

Ahora de determina:

a4 = 0.3 m

h0 = 1.77 m

h0 = h2 = 2 m (construible)

Vmedia = 0.6 m/s (asumida)

b2 = 1.667 m : de la camara de presiones

b2 = 2.5 m: igual que la base del canal de conduccion

h2d = 0.081 m

h'2e = 1.85 m

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Ahora se confrontan las alturas h’2e y h2:

Debido a que se cumplió la condición se determina la longitud de la cámara de presiones:

Se calcula la altura del nivel máximo:

1.85 < 2 CUMPLE

COMPROBACION:

L tuberia = 90 m

Hc = 30 m

L2 = 2.51 m

L2 = 2.5 m: costruible

Longitud de la camara de presiones

h2e = 0.141 m

Altura del nivel maximo

h2c = 2.44 m

h2c = 2.5 m: construible

Altura de la camara de presiones

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Se elige 1.07m o 42 pulgadas porque es una medida comercial, que existe en el mercado. A continuación se muestra como se empalma el canal conductor con la cámara de presiones y posteriormente con la tubería de presiones.

Se aprecia la transición de salida de trapezoidal a rectangular para permitir que el canal conductor pueda ingresar a la cámara de presiones y posteriormente elevar su cota para finalmente abrir las compuertas y permitir que el agua fluya para generar electricidad.

Diametro = 1.01 m

D Mercado = 1.07 m = 42 pulgadas

Diametro de la tuberia

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3. INDICE DE COSTOS

Se utilizó el programa Land Project 2005 para calcular el volumen de corte y

relleno

Volumen de Corte = 3917.4 m3

Volumen de relleno = 61 m3

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CANTIDAD PU 110,510.33

m3 3,133.92 23.90 74,900.69

m3 783.48 43.00 33,689.64

glb 1.00 700.00 700.00

Relleno Retroexcavadora m3 61.00 20.00 1,220.00

205,459.16

ml 90.00 1,288.00 115,920.00

und 45.00 1,989.76 89,539.16

75,880.00

m3 350.00 210.00 73,500.00

kg 300.00 5.60 1,680.00

ml 20.00 35.00 700.00

Costo Directo 391,849.48

Gastos Generales 10% 39,184.95

Utilidad 07% 27,429.46

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458,463.90

82,523.50

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S/. 540,987.40

Sub-total

IGV (18%)

Total Sección

Obras de concreto armado canal, bocatoma y

Suministro, transporte y colocacion tuberia de concreto de diametro 1.07m (42'')

Acople GRD DN2300 PN 10

Analisis de costos.

Concreto F´c=210kg/cm2

Acero corrugado fy=4200

Encofrado

Trabajos preliminares y complementarios

Excavación a maquina mini bob cat

Excavación manual , perfilado

Acarreo de material excedente (Longitudes<50m)

Suministro e Instalacion de tuberías