PROYECTO ESPECIAL DE IRRIGACIÓN EHIDROENERGÉTICO DE OLMOS El Proyecto Especial de Irrigación e Hidroenergético de Olmos, a desarrollar en el departamento de Lambayeque en Perú, consiste en el trasvase de las aguas del río Huancabamba de lavertiente del Atlántico a la vertiente del Pacífico a través de un túnel trasandino de 20 km para su aprovechamiento en la irrigación de tierras eriazas y la generación hidroenergética. Parte de la obras del componente de Trasvase incluye la Presa Limón de 43 m de altura, cuyo objetivo es crear un embalse para regular los caudales estacionales del río Huancabamba y derivar luego las aguas a través del túnel trasandino, garantizando el suministro de agua para los usuarios de la tierras. El volumen total de embalse será de 44 hm³, siendo el volumen útil de 30 hm³. El objetivo principal del proyecto es la creación de un polo de desarrollo económico y el mejoramiento de las condiciones de vida de la población en el norte del país HISTORIA En 1924, durante el gobierno del presidente Leguía, el Ing. Charles Sutton propuso el gran Proyecto de Irrigación Olmos. Sutton y luego el ferreñafano Manuel Mesones sentaron las bases para el desarrollo rural de Lambayeque, al proponer el trasvase de las aguas del río Huancabamba de la vertiente del Atlántico a la vertiente del Pacífico a través de un túnel trasandino, para la irrigación de las tierras de Olmos. Posteriormente con los estudios de los Ing. Antúnez de Mayolo y Lisandro Mercado el Proyecto se convirtió en el Proyecto de Irrigación e Hidroenergético Olmos. Durante el Gobierno de Velasco, dos empresas soviéticas realizaron un Estudio Definitivo considerado como la piedra angular de la viabilidad del proyecto. Las obras del túnel trasandino se inician a finales de los 1970s pero se detienen por falta de fondos. Finalmente, con el presidente Alejando Toledo y presidente regional de Lambayeque Yehude Simon, el proyecto se puso en concurso público internacional. El 22 de Julio del 2004 el Gobierno Peruano, a través del Gobierno Regional de Lambayeque subscribieron el Contrato de Concesión para el componente de Trasvase con la empresa Concesionaria Trasvase Olmos. Seis años después, el 11 de junio del 2010, con la presencia del presidente Alan García Pérez y la presidenta de la Región Nery Saldarriaga, el Gobierno Regional de Lambayeque firmó contrato de Concesión con H2Olmos S.A. para la concesión del componente de Irrigación del Proyecto. OBJETIVOS DEL PROYECTO INTEGRAL OLMOS El objetivo del proyecto es regular y trasvasar los recursos hídricos del río Huancabamba, de la vertiente del océano Atlántico, hacia el río Olmos, de la vertiente del océano Pacífico, mediante un túnel trasandino que tiene una longitud de 19,3 km y un diámetro de 4,8 m, para su posterior aprovechamiento en generación de energía y en la irrigación a desarrollarse en una zona de condiciones climáticas muy favorables para la producción agropecuaria y gran disponibilidad de tierras, que, pese a su excelente calidad, han sido clasificadas como desérticas debido al reducido nivel de precipitación; así como su aprovechamiento en la generación de energía eléctrica. El potencial del Proyecto Olmos, identificado en estudios definitivos que fueron realizados en la década de 1970, corresponde a la irrigación de 100.000 ha, incluyendo el uso de los recursos hídricos trasvasados y subterráneos, así como la generación hidroeléctrica. COMPONENTES DEL PROYECTO INTEGRAL OLMOS El Proyecto Integral Olmos está compuesto de la siguiente manera: • Primer Componente: Trasvase de Agua: este componente fue adjudicado a Concesionaria Trasvase Olmos en el 2004. • Segundo Componente: Producción de Energía. El 15 de octubre de 2010 el GRL firmó contrato de Concesión con Sindicato Energético S.A. (SINERSA). • Tercer Componente: Producción Agrícola: el 11 de junio de 2010 el GRL firmó contrato de Concesión con H2Olmos S.A. De estos tres componentes actualmente sólo se desarrollan el de trasvase e irrigación. PROYECTO DE IRRIGACIÓN OLMOS La concesión del Proyecto de Irrigación Olmos otorgada a H2Olmos S.A., empresa de la organización Odebrecht, comprende la irrigación de 38,000 hectáreas (Ha) de Tierras Nuevas de propiedad del Gobierno Regional de Lambayeque (GRL) y 5,500 hectáreas (Ha) del Valle Viejo y la Comunidad Campesina Santo Domingo de Olmos, mediante el desarrollo y gestión de infraestructura hidráulica. El Proyecto Irrigación Olmos forma parte del Proyecto Olmos que comprende el trasvase de las aguas del río Huancabamba de la vertiente del Atlántico hacia la vertiente del Pacífico a través de un túnel trasandino de 20 km, el cual se encuentra en construcción por parte de Concesionaria Trasvase Olmos en el marco del contrato de concesión suscrito en el 2004. La construcción del túnel se estima finalizaría a inicios del primer trimestre del 2012. Para fines del tercer trimestre del 2010 se convocará a una subasta pública para la venta de los lotes de tierras para el desarrollo y ejecución de proyectos agrícolas, incluyendo la prestación del servicio de captación, conducción y distribución de agua, los cuales se formalizarán a través de la suscripción de un contrato de compraventa y un contrato de servicio. UBICACIÓN Ubicado a 900 km al norte de Lima en el departamento de Lambayeque, el Proyecto de Irrigación Olmos, será un eje importante para el desarrollo agroindustrial del norte del Perú, ampliando la frontera agrícola mediante la irrigación de las pampas de Olmos, que hoy carecen de agua e infraestructura hidráulica. Las tierras de Proyecto se encuentran a una distancia de 107 km del Océano Pacífico desde el centro del predio a irrigar y aproximadamente a 670 km de la línea del Ecuador, estando ubicado entre los 6˚0’ y ˚6˚13’ latitud sur y 79˚55’ y 80˚08’ longitud oeste aproximadamente. Trasvase del Proyecto Olmos Las obras de Trasvase del Proyecto Olmos fueron otorgados en concesión a Concesionaria Trasvase Olmos S.A., ., empresa de la Organización Odebrecht, para la construcción, operación y mantenimiento de las obras por un periodo de 20 años. Es una de las obras de mayor dificultad en el mundo, consiste en derivar las aguas del Río Huancabamba, perteneciente a la cuenca del Atlántico hacia la cuenca del Pacífico, lo cual implica la construcción de la presa Limón y atravesar la cordillera de los Andes con un túnel trasandino de 19.3 km de longitud llegando a tener 2 km de cobertura. A julio del 2010, están pendientes por perforar aproximadamente 3.700 metros del túnel trasandino. Para realizar esta complicada obra de ingeniería los trabajos se realizan paralelamente en dos frentes de trabajo occidente y oriente estando divididos por la Cordillera de los Andes. Obras en occidente Túnel de Quebrada Lajas: Es una extensión lateral del Túnel Trasandino con 525 m de longitud y una sección circular de 5.30 m. Ha sido excavado y revestido para permitir la evacuación de las aguas trasvasadas a la Quebrada Lajas. Túnel Trasandino: Tiene una longitud de 19.3 km, de los cuales, para el año 2004, estaban pendientes de excavación 14km . La sección de perforación es de 5.33 m y se tienen coberturas superiores a los 2 km por estar atravesando la Cordillera de los Andes. Su excavación está siendo realizada mediante el uso de una máquina perforadora de túneles (TBM por sus siglas en inglés - Túnel Boring Machine). Tunnel Boring Machine (TBM) Es una máquina perforadora de túneles, TBM, de última generación, especialmente diseñada para el trabajo en las condiciones que la obra exige. La que opera en la obra de trasvase del proyecto Olmos tiene las siguientes características básicas: • Cabeza de corte: 5.33 m de diámetro • Peso total del equipo: más de 1000 t. • Longitud total del equipo: 320 m. Esta máquina cuenta con los implementos necesarios para la perforación del Túnel Trasandino, que le permiten ejecutar las obras de sostenimiento y revestimiento definitivo del túnel, en paralelo a la excavación del mismo. Así, de en una sola pasada, se logra ver las obras definitivas del túnel. Obras en oriente • Bocatoma definitiva: Ubicada aguas arriba de la Presa Limón, en la Quebrada Los Burros, tendrá uso cuando la Presa Limón se eleve hacia su altura final de diseño (85 m). Consiste en la excavación y sostenimiento de un túnel de una longitud de 1.12 km y una sección 5.3 m. Bocatoma provisional: Ubicada al pie de la Presa Limón, cuenta con dos compuertas de 42 m3/s cada uno y un conducto blindado de 320 m de longitud y 3.50 m de diámetro, que permite la interconexión con el Túnel Trasandino. Reubicación del Oleoducto Nor Peruano: Considerando que la ubicación original del Oleoducto Nor Peruano generaba una interferencia importante para el Proyecto, 5.5 km de éste han sido reubicados. Presa Limón: permite tener un embalse con una capacidad de 44 millones de m³ en total. Consiste en una presa de enrocado con cara de concreto y cortina impermeabilizante que demanda 1.000,000 m³ de diversos agregados para una altura de 43 m y una longitud de cresta de 350 m. Sistema de Desvío: Aliviadero: Estructura de concreto con conjunto de compuertas radiales con capacidad de evacuar 1700 m3/s. Purga: Estructura de concreto al pie de la Presa Limón con una capacidad de 350 m3/s, permitirá purgar el embalse en los momentos de avenidas. Túnel de Desvío: Con una longitud de 210 m y una sección de 145 m2, permitirá la derivación de las aguas del río Huancabamba para la ejecución de la Presa Limón y, posteriormente, será parte de la operación del Aliviadero y del Sistema de Purga. RESALTO HIDRÁULICO MARCO TEORICO En 1818, el italiano Bidone realizo las primeras investigaciones experimentales del resalto hidráulico. Esto llevó a Bélanger en 1928 a diferenciar entre las pendientes suaves (subcríticas) y las empinadas (supercríticas), debido a que observo que en canales empinados a menudo se producían resaltos hidráulicos generados por barreras en el flujo uniforme original. En un principio, la teoría del resalto desarrollada corresponde a canales horizontales o ligeramente inclinados en los que el peso del agua dentro del resalto tiene muy poco efecto sobre su comportamiento y, por consiguiente, no se considera en el análisis. Sin embargo los resultados obtenidos de este modo pueden aplicarse a la mayor parte de los canales encontrados en problemas de ingeniería. Para canales con pendiente alta el efecto del peso del agua dentro del resalto puede ser tan significativo que debe incluirse en el análisis. INTRODUCCIÓN Los saltos hidráulicos ocurren cuando hay un conflicto entre los controles que se encuentran aguas arriba y aguas abajo, los cuales influyen en la misma extensión del canal. Este puede producirse en cualquier canal, pero en la práctica los resaltos se obligan a formarse en canales de fondo horizontal, ya que el estudio de un resalto en un canal con pendiente es un problema complejo y difícil de analizar teóricamente. El salto hidráulico puede tener lugar ya sea, sobre la superficie libre de un flujo homogéneo o en una interfase de densidad de un flujo estratificado y en cualquiera de estos casos el salto hidráulico va acompañado por una turbulencia importante y una disipación de energía. Cuando en un canal con flujo supercrítico se coloca un obstáculo que obligue a disminuir la velocidad del agua hasta un valor inferior a la velocidad crítica se genera una onda estacionaria de altura infinita a la que se denomina resalto hidráulico, la velocidad del agua se reduce de un valor V 1 > C a V 2 < C, la profundidad del flujo aumenta de un valor bajo Y 1 denominado inicial a un valor Y 2 alto denominado secuente. La transición, en movimiento permanente, de régimen rápido a lento se realiza con una gran disipación local de energía presentándose un frente abrupto muy turbulento conocido con el nombre de resalto hidráulico. Como se observa en la figura 4.4.5 este fenómeno provoca un aumento apreciable del calado, consideración que debe ser tenida en cuenta en el dimensionamiento de la red, en los puntos en que, por sus características geométricas, se den las condiciones de posible aparición de un resalto hidráulico. Se considera la sección (1) en régimen rápido justo antes del resalto y la (2), ya en movimiento uniforme después del resalto, en régimen lento. En las secciones (1) y (2) puede suponerse una distribución hidrostática de presiones. RESALTO EN CANALES RECTANGULARES Para un flujo supercrítico en un canal rectangular horizontal, la energía del flujo se disipa a través de la resistencia friccional a lo largo del canal, dando como resultado un descenso en la velocidad y un incremento en la profundidad en la dirección del flujo. Un resalto hidráulico se formara en el canal si el numero de Froude (F 1 ) del flujo, la profundidad del flujo (Y 1 )y la profundidad (Y 2 ) aguas abajo satisfacen la ecuación: Y 2 /Y 1 = 1/2 [(1 + 8 F 1 2 ) 1/2 - 1] RESALTO EN CANALES INCLINADOS En el análisis de resaltos hidráulicos en canales pendientes o con pendientes apreciables, es esencial considerar el peso del agua dentro del resalto, por esta razón no pueden emplearse las ecuaciones de momentum, ya que en canales horizontales el efecto de este peso es insignificante. Sin embargo puede emplearse una expresión análoga a la ecuación utilizando el principio de momentum que contendrá una función empírica que debe determinarse experimentalmente. Clasificación Los resaltos hidráulicos en fondos horizontales se clasifican en varias clases y en general esta clasificación se da, de acuerdo con el numero de Froude (F 1 ) del flujo entrante. Para F 1 =1 el flujo es critico y por consiguiente no se firma resalto, para 1.0<F 1 <1.7 la superficie del agua muestra ondulaciones y se presenta el resalto ondulante, para 1.7<F 1 <2.5 se desarrolla una serie de remolinos sobre la superficie del agua pero aguas abajo permanece uniforme y la velocidad de la sección es razonablemente uniforme y la perdida de energía es baja presentándose entonces el resalto débil, para 2.5<F 1 <4.5 existe un chorro oscilante que entra desde el fondo del resalto hasta la superficie y se devuelve sin ninguna periodicidad y cada oscilación produce una onda grande con periodo irregular produciéndose entonces el resalto oscilante, para 4.5<F 1 <9.0 la extremidad de aguas abajo del remolino superficial y el punto sobre el cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar ocurren prácticamente en la misma sección vertical la acción y posición de este resalto son menos sensibles a la variación en la profundidad de aguas abajo, el resalto es bien balanceado y su comportamiento es el mejor presentándose de esta manera el resalto estable, para F 1 >9.0 el chorro de alta velocidad choca con paquetes de agua intermitentes que corren hacia abajo a lo largo de la cara frontal del resalto generando ondas hacia aguas abajo y puede prevalecer una superficie rugosa, la acción del resalto es brusca pero efectiva produciéndose entonces el resalto fuerte. Control El resalto hidráulico puede controlarse o afectarse por medio de obstáculos de diferentes diseños como vertederos de cresta delgada, de cresta ancha y subidas y descensos abruptos en el fondo del canal. La función del obstáculo es asegurar la formación del resalto y controlar su posición en todas las condiciones probables de operación. Varios experimentos han demostrado que las fuerzas que actúan sobre un obstáculo en un resalto disminuyen rápidamente hasta un mínimo a medida que el extremo de aguas abajo del resalto se mueve hacia aguas arriba hasta una posición encima del obstáculo. De ahí en adelante la fuerza se incrementa con lentitud hasta un valor constante a medida que el resalto se aleja mas hacia aguas arriba. En teoría, el control del resalto hidráulico mediante obstáculos puede analizarse utilizando la teoría del momentum. Debido a la falta de conocimiento preciso sobre la distribución de velocidades, el análisis teórico no puede predecir el resultado cuantitativo con exactitud. El control de resaltos mediante obstáculos es útil si la profundidad de aguas abajo es menor que la profundidad secuente para un resalto normal, pero si la primera es mayor que la segunda debe utilizarse una caída en el piso del canal para asegurar un resalto. Por lo general esta condición ocurre a la salida de una expansión con flujo supercrítico. APLICACIONES En el campo del flujo en canales abiertos el salto hidráulico suele tener muchas aplicaciones entre las que están: · La disipación de energía en flujos sobre diques, vertederos, presas y otras estructuras hidráulicas y prevenir de esta manera la socavación aguas debajo de las estructuras. · El mantenimiento de altos niveles de aguas en canales que se utilizan para propósitos de distribución de agua. · Incrementos del gasto descargado por una compuerta deslizante al rechazar el retroceso del agua contra la compuerta, esto aumenta la carga efectiva y con ella la descarga. · La reducción de la elevada presión bajo las estructuras mediante la elevación del tirante del agua sobre la guarnición de defensa de la estructura. · La mezcla de sustancias químicas usadas para la purificación o tratamiento de agua. · La aireación de flujos y el desclorinado en el tratamiento de agua. · La remoción de bolsas de aire con flujo de canales abiertos en canales circulares. · La identificación de condiciones especiales de flujo con el fin de medir la razón efectividad-costo del flujo. · Recuperar altura o aumentar el nivel del agua en el lado de aguas debajo de una canaleta de medición y mantener un nivel alto del agua en el canal de irrigación o de cualquier estructura para distribución de aguas. CARACTERÍSTICAS Algunas de las características del resalto hidráulico en canales rectangulares horizontales son: · Perdida de energía: en el resalto la perdida de la energía es igual a la diferencia de las energías especificas antes y después del resalto. Puede demostrarse que la perdida es DE = E 1 – E 2 = (Y 2 – Y 1 ) 3 /(4 Y 1 Y 2 ) DE/ E 1 : perdida relativa. · Eficiencia: la relación entre la energía especifica antes y después del resalto se define como la eficiencia del resalto. Puede demostrarse que la eficiencia es E 1 /E 2 = ((8 F 1 2 + 1) 3/2 – 4F 1 2 + 1)/(8 F 1 2 (2 + F 1 2 )) F: numero de Froude. · Altura del resalto: la diferencia entre las profundidades antes y después del resalto es la altura del resalto (hj =Y 2 – Y 1 )Al expresar cada termino como la relación con respecto a la energía especifica inicial hj/E 1 = Y 2 /E 1 – Y 1/ E 1 Hj/ E 1 : altura relativa. Y 1 / E 1 : profundidad inicial relativa. Y 2 / E 1 : profundidad secuente relativa. TRANSICIONES Las transiciones son estructuras que empalman tramos de canales que tienen secciones transversales diferentes en forma o en dimensión. Por ejemplo un tramo de sección rectangular con uno de sección trapezoidal, o un tramo de sección rectangular de ancho b1 con otro rectangular de ancho b2, etc. Las transiciones funcionan mejor cuando los tramos que se van a empalmar son de baja pendiente, con régimen subcrítico; en este caso las pérdidas hidráulicas por cambio de sección son relativamente pequeñas. El manejo clásico de las transiciones en régimen subcrítico está explicado con ejemplos en los textos de Hidráulica de Canales. Cuando la transición se coloca en tramos de alta pendiente, en régimen supercrítico, las pérdidas hidráulicas son altas y no son cuantificables con buena precisión, lo cual hace que los cálculos hidráulicos no resulten aceptables. En esta circunstancia es recomendable diseñar la transición con ayuda de un modelo hidráulico. La transición debe garantizar que el cambio de sección tenga lugar en forma suave: * Sin excesiva pérdida de carga * Sin ondas transversales * Sin desbordes de agua Transiciones en régimen subcrítico Existen en la práctica los siguientes tipos: - Tipo alabeada corriente línea.- Es la más refinada y costosa de las transiciones. Las paredes son alabeadas según la configuración de las líneas de corriente. En la pág. 175 de la referencia 10 se puede ver una fotografía de esta transición. - Tipo alabeada recta.- Es una simplificaci6n de la anterior. Las aristas superior e inferior de la pared alabeada son rectas • - Tipo de cuadrante cilíndrico.- Es una transición curvada según un cuarto de cilindro. -Tipo en Línea Recta.- Las paredes son planas y forman con el fondo también plano ángulos diedros. Debido a su economía y eficiencia son las de uso más difundido en canales pequeños y medianos por lo que serán luego descritas en detalle. -Tipo de extremos cuadrados. La transici6n se reduce a un muro cabezal en el plano de la sección menor. Se usan solo en canales pequeños de escasa importancia. Transiciones en régimen supercrítico Contracciones.- Las experiencias indican que de todas maneras se producen ondas cruzadas simétricas con respecto al eje del canal. También, que mejor comportamiento tienen las contracciones rectas que las contracciones curvas de igual longitud, en cuanto que la sobreelevación es menor, Descripción; En los puntos A, Al se desarrollan ondas de choque positivas simétricas de ángulo 81; estas ondas se interceptan en B y alcanzan las paredes en e, el', A su vez, en los puntos O, O' aparecen ondas negativas que junto con las anteriores configuran un gran disturbio que se propaga aguas abajo. Diseño: El disturbio descrito puede ser minimizado dimensionando la transición de modo que los puntos e, el coincidan con los puntos O, DI, respectivamente. Divergencias.- De todas las transiciones, las divergentes en régimen supercrítico son las de más difícil tratamiento debido a la tendencia del flujo a separarse de 1 as paredes y a la formación del disturbio de ondas usadas. En los canales importantes se sugiere el estudio de la transición en modelo, pudiendo servir para un dimensionamiento preliminar las pautas siguientes, fruto del análisis y la experimentación. Las transiciones son estructuras que empalman tramos de canales que tienen secciones transversales diferentes en forma o en dimensión. Por ejemplo un tramo de sección rectangular con uno de sección trapezoidal, o un tramo de sección rectangular de ancho b1 con otro rectangular de ancho b2, etc. Las transiciones funcionan mejor cuando los tramos que se van a empalmar son de baja pendiente, con régimen subcrítico; en este caso las pérdidas hidráulicas por cambio de sección son relativamente pequeñas. El manejo clásico de las transiciones en régimen subcrítico está explicado con ejemplos en los textos de Hidráulica de Canales. Cuando la transición se coloca en tramos de alta pendiente, en régimen supercritico, las pérdidas hidráulicas son altas y no son cuantificables con buena precisión, lo cual hace que los cálculos hidráulicos no resulten aceptables. En esta circunstancia es recomendable diseñar la transición con ayuda de un modelo hidráulico.
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