I. INTRODUCCIÓN

La franja costera peruana es una zona árida debido a que las precipitaciones no son frecuentes, esta situación impulsó al habitante peruano desde nuestros antepasados pre incas como los que habitaron la ciudadela de Chan Chan a realizar obras hidráulicas para de alguna manera captar, canalizar, y distribuir el agua hacia las zonas donde practicaba su agricultura.

Hoy en día en el Perú se vienen elaborando grandes proyectos de irrigación en los cuales se siguen realizando este tipo de obras de infraestructura hidráulica; ejemplo de ello es el proyecto especial CHAVIMOCHIC en la libertad.

Desde su creación y puesta en marcha el proyecto especial CHAVMOCHIC, ha constituido el principal medio del crecimiento agroeconómico en el departamento de La Libertad; ya que dentro de su área de influencia se ha logrado mejorar y reincorporar tierras nuevas a la actividad agrícola. El proyecto especial CHAVIMOCHIC, ya se encuentra en su tercera etapa de ejecución, en la cual se ha proyectado regar las tierras del valle Chimaca.

Dentro de las obras de infraestructura hidráulica que podemos encontrar en este proyecto tenemos: bocatomas, desarenadores, sifones, rápidas hidráulicas, centrales hidroeléctricas, etc.

1.1 Ubicación

El Proyecto Especial CHAVIMOCHIC está ubicado en la parte nor-oeste del país y tiene un área comprendida entre la margen derecha del río Santa por el sur, hasta las Pampas de Urricape por el norte (Paiján), en las provincias de Virú, Trujillo y Ascope pertenecientes al departamento de La Libertad.

En el ámbito del proyecto se encuentra la ciudad de Trujillo, el centro poblado más importante del departamento de La Libertad y uno de los más importantes del país

2.2. Etapas y Alcance

El Proyecto Especial CHAVIMOCHIC es un órgano desconcentrado de ejecución del Gobierno Regional La Libertad y constituimos una Unidad Ejecutora que cuenta con autonomía técnica, económica, financiera y administrativa. El nombre de CHAVIMOCHIC proviene de las primeras letras de los valles de influencia: Chao, Virú, Moche, Chicama.

SUPERFICIES AGRICOLAS BENEFICIADAS

ETAPA / VALLE AREAS DE MEJORAMIENTO

AREAS NUEVAS

TOTAL(Has)

PRIMERA ETAPA 17,948 33,957 51,905Santa 500 6,725 7,225Chao 5331 9,765 15,096Virú 12,117 17,467 29,584SEGUNDA ETAPA 10,315 12,708 23,023Moche - Virú 10,315 12,708 23,023TERCERA ETAPA 50,047 19,410 69,457Moche - Chicama 50,047 19,410 69,467TOTAL 78,310 66,075 144,385

II. VISITA TECNICA A LAS INSTALACIONES DEL PECH.

La visita se realizó el día martes 10 de Setiembre del 2013, a continuación se presentará algunas de las obras de infraestructura hidráulica que se observó el día de la visita técnica a las instalaciones del PECH.

II.1. Bocatoma

Una bocatoma, o captación, es una estructura hidráulica destinada a derivar desde unos cursos de agua, río, arroyo, o canal; o desde un lago; o incluso desde el mar, una parte del agua disponible en esta, para ser utilizada en un fin específico, como pueden ser abastecimiento de agua potable, riego, generación de energía eléctrica, acuicultura, enfriamiento de instalaciones industriales, etc.

II.1.1. La Bocatoma de CHAVIMOCHIC

La bocatoma de Chavimochic se ubica, en el margen derecha del río Santa (Chuquicara) en la cota 412 m.s.n.m. con una capacidad de captación de 105 m3/s y caudal de diseño máximo de 3000 m3/s; para la ubicación de la misma se tuvo en cuenta la geología del lugar pues se encuentra en una zona donde el cauce es cerrado, además está cimentada sobre una formación de rocas ígneas.La bocatoma

La bocatoma de Chavimochic consta de las siguientes partes:

BARRAJE FIJO

Es un muro de concreto de 34m de ancho diseñado para embalsar el agua y crea embalse con fines de captación. Está compuesto de concreto ciclópeo reforzado.

BARRAJE MOVILEste barraje mide 33m de ancho, y consta de 3 compuertas radiales.

TUNEL DE DESVIACIONEs un túnel que desvía las aguas del río Santa durante el tiempo de mantenimiento del barraje móvil.

CENTRO DE CONTROLEs un área especial donde los técnicos operan los ordenadores y dispositivos que permiten el control de las compuertas tanto del barraje móvil como las del túnel de desvío.Este centro de control tiene sistemas (remoto local y automático) y su potencia de operación de 220V.

GRUPO ELECTROGENO

Lo constituyen las máquinas que a través de un motor de combustión mueve los generadores eléctricos que hacen posible las actividades en el centro de control.

Estación de medición de caudales Cóndor Cerro, la medición se hace por medio de limnígrafos.

II.1.2. Obra Mejoramiento de La Bocatoma

Código SNIP : 118402

Inversión: S/. 50´509.446

Obras: Mejoramiento en el Barraje móvil, construcción de un segundo puente de maniobras, captación alterna por el túnel de desvío.

El segundo puente de maniobras tiene como función aislar la zona de los canales e aproximación del barraje móvil en la época de operación del mantenimiento así como crear un área de embalse parcial con un tirante para otorgarle una carga hidráulica a la captación en el túnel de desvío.

II.1.3. Mantenimiento de la Bocatoma

Las obras de mantenimiento de la bocatoma se realiza anualmente en época de estiaje, dentro de las actividades que se realizan tenemos.

Enrocado de protección de pisos, donde se utilizan bloques de piedra de 1m3.

Enrocado de protección de paredes, que le da un espesor de 0.25m. Tanto en el enrocado de protección de pisos como el de paredes se usa concreto con una resistencia f´c de 280-350 kg/cm2; elaborado con cemento del tipo II.

Calibración dela sección trasversal de la bocatoma.

II.2. El Desanerador

Los desarenadores son estructuras hidráulicas que tienen como función remover las partículas de cierto tamaño que la captación de una fuente superficial permite pasar. Se utilizan en tomas para acueductos, en centrales hidroeléctricas (pequeñas), plantas de tratamiento y en sistemas industriales.

 

Tipos de desarenadores:

Tipo Detritus: (son los más conocidos y utilizados) 

Convencional: Es de flujo horizontal, el más utilizado en nuestro medio.

Desarenadores de flujo vertical: costo generalmente es más elevado. Son muy utilizados en las plantas de tratamiento de aguas residuales.

Desarenadores de alta rata  

Tipo vórtice: Los sistemas de desarenación del tipo vórtice se basan en la formación de un vórtice (remolino) inducido mecánicamente, que captura los sólidos en la tolva central de un tanque circular. 

II.2.1. Desarenador de Chavimochic

Esta estructura es un desarenador de flujo horizontal, su funcionamiento se basa en que al reducir la velocidad del flujo por debajo de la velocidad de arrastre de sólidos, o sea la velocidad debe ser menor a 0.3m/s.

Teniendo en cuenta la capacidad de flujo que tiene la bocatoma de chavimochic, este desarenador se ha diseñado con siete naves que forman parte de la zona de sedimentación.

El desarenador diseñado para evacuar 2.27 millones de ton/año de sedimentos.

II.2.2. Zonas del desarenador de chavimochic 

Zona de entradaCámara donde se disipa la energía del agua que llega con alguna velocidad de la captación. En esta zona se orientan las líneas de corriente mediante un dispositivo denominado pantalla deflectora, a fin de eliminar turbulencias en la zona de sedimentación, evitar chorros que puedan provocar movimientos rotacionales de la masa líquida y distribuir el afluente de la manera más uniforme posible en el área transversal.En esta zona se encuentran dos estructuras:

1. Vertedero de exceso: Evacua el exceso de caudal que transporta la línea de aducción en épocas de aguas altas. Si no se evacua el caudal excedente, por continuidad, aumenta el régimen de velocidad en la  zona de sedimentación y con ello se disminuye la eficiencia del reactor.

2. Pantalla deflectora: Separa la zona de entrada y la zona de sedimentación, en ella se realizan   ranuras u orificios, de acuerdo con el diseño, a través de los cuales el agua pasa con un régimen de velocidades adecuado (régimen subcrítico), para que ocurra la sedimentación, no debe sobrepasar de 0.3m/s. Los orificios pueden ser circulares, cuadrados o rectangulares, siendo los primeros los más adecuados.

   

  Zona de sedimentación

Sus características de régimen de flujo permiten la remoción de los sólidos del agua. La teoría de funcionamiento de la zona de sedimentación se basa en las siguientes suposiciones:

Asentamiento sucede como lo haría en un recipiente con fluido en reposo de la misma profundidad.

La concentración de las partículas a la entrada de la zona de sedimentación es homogénea, es decir, la concentración de partículas en suspensión de cada tamaño es uniforme en toda la sección transversal perpendicular al flujo.

La velocidad horizontal del fluido está por debajo de la velocidad de arrastre de los lodos, una vez que la partícula llegue al fondo, permanece allí. La velocidad de las partículas en el desarenador es una línea recta.

En esta zona se encuentra la siguiente estructura:

Cortina para sólidos flotantes: Es una vigueta que se coloca en la zona de sedimentación, cuya función es producir la precipitación al fondo del

desarenador de las partículas o sólidos como hojas y palos que pueden escapar a la acción desarenadora del reactor.

  Zona de lodos

Recibe y almacena los lodos sedimentados que se depositan en el fondo del desarenador. Entre el 60% y el 90% queda almacenado en el primer tercio de su longitud. En su diseño deben tenerse en cuenta dos aspectos: la forma de remoción de lodos y la velocidad horizontal del agua del fondo, pues si esta es grande las partículas asentadas pueden ser suspendidas de nuevo en el flujo y llevadas al afluente. 

Zona de salidaEsta zona tiene por objeto mantener uniformemente distribuido el flujo a la salida de la zona de sedimentación, para mantener uniforme la velocidad.El tipo de estructura de salida determina en buena parte la mayor o menor proporción de partículas que pueden ser puestas en suspensión en el flujo.

Zona de purgaEn esta zona se evacuan todos lodos sedimentados al cauce principal del río.

 

II.3. Central Hidroeléctrica Una central hidroeléctrica es una instalación que permite aprovechar las masas de agua en movimiento que circulan por los ríos para transformarlas en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a los alternadores.Según la potencia instalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser:

Centrales hidráulicas de gran potencia: más de 10MW de potencia eléctrica.Mini centrales hidráulicas: entre 1MW y 10MW.Micro centrales hidroeléctricas: menos de 1MW de potencia. 

Componentes principales de una central hidroeléctrica

Presa, que se encarga de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse.

Rebosaderos, elementos que permiten liberar parte del agua que es retenida sin que pase por la sala de máquinas

Destructores de energía, que se utilizan para evitar que la energía que posee el agua que cae desde los salientes de una presa de gran altura produzca, al chocar contra el suelo, grandes erosiones en el terreno.

Sala de máquinas. Construcción donde se sitúan las máquinas (turbinas, alternadores…) y elementos de regulación y control de la central.

Turbina. Elementos que transforman en energía mecánica la energía cinética de una corriente de agua.

Alternador. Tipo de generador eléctrico destinado a transformar la energía mecánica en eléctrica.

Conducciones. La alimentación del agua a las turbinas se hace a través de un sistema complejo de canalizaciones.

En el caso de los canales, se pueden realizar excavando el terreno o de forma artificial mediante estructuras de hormigón. Su construcción está siempre condicionada a las condiciones geográficas. Por eso, la mejor solución es construir un túnel de carga, aunque el coste de inversión sea más elevado.La parte final del recorrido del agua desde la cámara de carga hasta las turbinas se realiza a través de una tubería forzada. Para la construcción de estas tuberías se utiliza acero para saltos de agua de hasta 2000m y hormigón para saltos de agua de 500m.

Chimeneas de equilibrio: son unos pozos de presión de las turbinas que se utilizan para evitar el llamado “golpe de ariete”, que se produce cuando hay un cambio repentino de presión debido a la apertura o cierre rápido de las válvulas en una instalación hidráulica.

II.3.1. Minicentral Hidroeléctrica San José – Virú

La mini central hidroeléctrica San José, es una central de agua fluyente que se abastece del agua proveniente del canal madre chavimochic, la cual es embalsada en una cámara de carga hidráulica de múltiples piscinas que se

encuentra en un punto elevado y cumple la función de regular el cuadal, que posteriormente derivará en la turbinas de la mini central.

Ubicación

Departamento: La Libertad

Provincia: Virú

Distrito: Virú

Localidad: San José

Altitud (msnm): 107

Sistema eléctrico: Aislado

Tipo de generación

Generación: Hidráulica

Grupos: 3

Potencia instalada (MW): 7.68

Año puesta servicio: 1994

Características técnicas

Salto bruto (m): 103

Salto neto (m): 103

Caudal de diseño (m³/s): 9

Potencia de diseño (MW): 7.68

Río: Santa

Sistema de aducción: Canal abierto

Tuberías 1

Turbina

Identificación T1 T2 T3Tipo Francis Francis FrancisEje Horizontal Horizontal HorizontalMarca IMPSA IMPSA IMPSASerie 9680046Revoluciones (RPM) 900 900 900Potencia nominal (MW) 2.76 2.76 2.76Salto Neto (m) 103 103 103Caudal de diseño (m³/s) 3 3 3Año fabricación 1993 1993 1990

Generador

Identificación G-1 G-2 G-3Marca G. ELEC. G. ELEC. G. ELEC.Tipo/Modelo AT1 AT2 AT3

Revoluciones (RPM) 900 900 900Potencia aparente (MVA) 3.2 3.2 3.2

Potencia nominal (MW) 2.56 2.56 2.56Tensión de salida (kV) 4.16 4.16 4.16Corriente de salida (A) 283 625 361

Factor de potencia 0.8 0.8 0.8Frecuencia (Hz) 60 60 60Año fabricación 1993 1993 1993

Año puesta servicio 1994 1994 1994

Transformador

Denominación TRAFO-1 TRAFO-2 TRAFO-3

Tensión primaria (kV)

4.16 4.16 4.16

Tensión secundaria (kV)

34.5 34.5 34.5

Potencia Nominal (MVA)

3.5 3.5 3.5

Frecuencia (Hz) 60 60 60

Año fabricación 1992 1993

Peso (kg) 9500 9500 9500

II.4. Sifones

Un canal en su trayectoria alcanzará en algunos casos depresiones abruptas o zonas con problemas de estabilidad de suelos, que no podrán ser superados con estructuras elevadas (acueductos), sea por razones técnicas como económicas, por lo que podrá considerarse como variante una estructura que cruce el desnivel por medio de un conducto que se desplace por debajo del accidente topográfico, lo cual dará lugar a la configuración de un sifón invertido.

 

Figura: Esquema de un sifón invertido superficial el canal, por medio de los sifones, incorporará estructuras que trabajarán bajo presión.

Los sifones pueden ser construidos superficiales o enterrados. Las estructuras superficiales se emplazarán sobre el suelo, en trincheras, túneles o galerías, los cuales permiten una mejor accesibilidad. Las estructuras enterradas son más simples y normalmente de menor costo, ya que no cuentan con soportes, sin embargo la desventaja está asociada al mantenimiento, por cuanto su accesibilidad resulta más complicada.

El sifón contará además de estructuras de entrada y de salida para lograr condiciones de transición hidráulicamente eficientes, por lo que su diseño deberá lograr que el flujo se desarrolle en lo posible sin perturbaciones superficiales, choques bruscos contra las paredes y cambios de dirección pronunciados. Las estructuras de entrada y de salida contarán en ambos casos con rejillas y elementos de cierre rápido, que permitirán el control de flujo y los trabajos de mantenimiento.

En todos los casos se deberá incorporar elementos que permitan la limpieza periódica de los sedimentos que se acumulen en los sectores bajos a consecuencia de las reducidas velocidades de flujo que se presenten durante la operación del sistema.

El diseño hidráulico de un sifón tiene como base el cálculo de las pérdidas de carga, locales y por fricción en el conducto. Entre las pérdidas locales se considerarán principalmente pérdidas en la estructura de entrada, en los cambios de dirección o codos y en la estructura de salida. El cálculo se realizará para cada

sección de conducto considerado hasta obtener niveles de pérdidas que permitan por un lado el funcionamiento hidráulicamente eficientes del sifón y represente el menor costo posible.

II.5. Sifones invertidos de Chavimochic

Esta estructura permite el cruce del río Virú, desde la cota 210 donde se encuentra la cámara de carga de la mini central, hasta una zona de cota similar que se encuentra a 3445m de esta.

Ambos sifones tienen 2.50 m de diámetro, y están soportadas por unas abrazaderas de concreto de alta resistencia a lo largo de todo su recorrido, además de contar con válvulas de purga de aire.

 II.6. Cámaras de carga

Una cámara de carga cumple dos funciones principales, a saber: como estructura de transición entre el sistema de aducción y la tubería de presión y como elemento regulador del nivel de carga sobre la turbina.

Estas funciones deben tomarse en cuenta en el diseño, logrando geometrías que permitan el paso del agua con un escurrimiento que desarrolle velocidades que se incrementarán gradualmente hacia la tubería en lo posible sin perturbaciones superficiales, choques contra las paredes y cambios bruscos de dirección.

La regulación del nivel de carga se logrará por medio de un vertedero de excedencias con capacidad de evacuación igual o mayor al caudal de aducción.

Figura: Esquema de una cámara de carga

  Como se mencionó la cámara de carga que observamos contaba con

más de una piscina de embalse.

II.7. Rápidas hidráulicas

Las RAPIDAS son usadas para conducir agua desde una elevación mayor a una más baja. La estructura puede consistir de:

Una transición de entrada.

Transiciona el flujo desde el canal aguas arriba de la estructura hacia el tramo inclinado. Debe proveer un control para impedir la aceleración del agua y la erosión en el canal.

Un tramo inclinado

Generalmente sigue la superficie original del terreno y se conecta con un disipador de energía en el extremo más bajo. En este tramo el flujo es supercrítico, le velocidad aumenta o sea el número de Froude es mucho mayor que uno.

Un disipador de energía O salidas con obstáculos (baffled outlets) son usadas como disipadores de energía en este tipo de estructuras pues absorben la energía produciendo un resalto hidráulico. Aquí se da el cambio de flujo, siendo el punto de inflexión el flujo crítico (número de Froude es uno).

Una transición de salida.Es usada cuando es necesaria para conectar el flujo entre el disipador de energía y el canal aguas abajo. Aguas debajo del resalto de la rápida la velocidad disminuye características de un flujo sub crítico (número de Froude es mayor a uno).

En nuestra visita logramos observar seis de estas obras de arte y los cambios de flujo que se generaba a través de la disipación de la energía

III. BIBLIOGRAFIA

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/xi.-las-centrales-hidroelectricas

http://www.chavimochic.gob.pe/portal/wfrmBienvenido.aspx

http://fluidos.eia.edu.co/obrashidraulicas/articulos/desarenadores/desarenadores.html

http://static.consumer.es/www/medio-ambiente/infografias/swf/hidraulica.swf

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/interesantes/laderas_andinas/paginas/canales.htm

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