ALMENARAS Y GOLPE DE
ARIETE
GOLPE DE ARIETE
Es una fuerza
vibradora generada en una conducción cuando un fluido no compresible es parado
abruptamente. Cuando se tiene una desaceleración brusca en un fluido no compresible,
debido a un cierre rápido la energía cinética que traía el fluido choca contra una
barrera que puede ser una válvula, una compuerta y se convierte en energía elástica que
viaja en la dirección contraria al flujo hasta que encuentre otra barrera. Pero ahí no
para, sino que se devuelve en menor cantidad hasta que luego de unos ciclos se disipa. En
un sistema de tuberías, para disipar rápidamente la cantidad de movimiento, es necesario
colocar conductos que aguanten muy altas presiones. Para esto se puede usar una almenara o
chimenea de equilibrio que para evitar las presiones elevadas, si bien se tendrán
oscilaciones del flujo dentro de ella.
CONSECUENCIAS DEL GOLPE DE ARIETE
·
Falla
de turbinas y válvulas.
·
Ruptura
de tubería
Bolsas de aire que producen cavitación.
ALMENARAS
Es un conducto o tanque de oscilación que permite disipar las ondas
elásticas generadas por el flujo cuando hay un cierre rápido, puesta en marcha de
turbinas o presencia de aire. Tienen como función ,además de disminuir el golpe de
ariete, almacenar o distribuir caudal hasta que llegue la desaceleración y acortar el
período variable de las ondas. Para tal efecto hay diferentes tipos de almenaras:
Simple: Es un tubo que tiene una abertura sin restricciones, lo suficientemente largo para que el fluido no se derrame.
Con cámaras: Se usa si hay épocas en las que varía mucho el caudal. Consta de cámara de expansión, cámara de alimentación que suple el caudal necesario y un pozo de conexión.
Estrangulamiento inferior(orificio): tiene una reducción en la entrada al tanque amortiguador, que permite una mayor caída de presión y por lo tanto reduce las oscilaciones.
Diferencial: Es una combinación entre orificio y simple. Hay una parte central que esta comunicada por unos orificios a un tanque, y que en caso de abertura rápida la parte que esta en el tanque suple a la parte central. En caso de cerrado brusco es conveniente ya que el flujo entra por los orificios disipándose efectivamente.
En las presas se coloca una almenara aguas arriba de la casa de
máquinas a modo de protección de las turbinas. En algunas presas también se utiliza
aguas debajo de la casa de máquinas.
Otro método utilizado para disipar el golpe de ariete es el
colchón de aire, en el que se aprovecha la energía cinética para comprimir aire. Pero
es inefectivo, ya que después se devuelve, produciendo nuevas ondulaciones que se disipan
con rozamiento.
PROCESO DE CONSTRUCCION DE UNA ALMENARA DE ABAJO HACIA ARRIBA
1. Se
utiliza una plataforma elevadora, que por medio de un riel sube y realiza las operaciones
de barrenación y colocación de las cargas de explosivos, protegiendo a los operarios con
un techo especial.
2. Se
baja la plataforma y se procede a la voladura.
3. El
pozo es ventilado y rociado con agua.
4. Se
sube la plataforma y se raspa el techo y las paredes, para darle forma.
PROCESO DE REVESTIMIENTO DE UNA ALMENARA
1. Ensanchamiento
del túnel piloto y clavado de pernos en la roca para amarrar el acero de refuerzo.
2. Utilizando
formaleta en serie se coloca el concreto por medio de bombas. Tan bien puede utilizarse
formaleta deslizante y el concreto se baja en tolvas.
EJEMPLOS DE ALMENARAS EN PRESAS
1. PORCE
II
Es una almenara del tipo de orificio restringido, con un tanque
principal de 98,0m de altura y pozo elevador 58,0m. El eje de la almenara no está sobre
el eje de la conducción, sino que se ubica a un lado de esta. El nivel máximo de
oscilación del agua se determinó bajo la condición de un paro total de la central
operando a plena carga y el mínimo es cuando la central opera en su nivel mínimo y se
tienen altos coeficientes de rugosidad en la conducción. La almenara de aguas abajo se
localiza después de los tubos de aspiración de las turbinas, es simple y tiene sección
transversal rectangular.
2. GUADALUPE
IV
La almenara de aguas arriba es del tipo de orificio restringido. El
tanque amortiguador tiene una longitud de 112.6m y diámetro de 9.20m y el conducto
elevador es de 188.4m de longitud y 2.40m de diámetro. La construcción se ejecutó por
dos frentes: el tanque amortiguador se
realizó de arriba hacia abajo, a sección completa y el pozo elevador se realizó de
abajo hacia arriba por medio de un pozo piloto. Después que las dos excavaciones se
encontraron se realizó una ampliación de arriba hacia abajo. El concreto de
revestimiento tiene un f´c=245kg/cm2 y se ejecutó con formaleta deslizante.
3. TASAJERA
La central hidroeléctrica de La Tasajera tiene una almenara de
orificio restringido y al igual que Pórce II no está en el mismo eje de la conducción.
El tanque amortiguador tiene 103m de altura y 7,0m de diámetro. El orifico cuenta con un
diámetro de 1,50m en la parte inferior y 3,0m en la parte superior. Se diseñó esta
almenara para una oscilación máxima cuando la central estuviera operando al máximo y se
cerraran rápidamente las compuertas. La construcción se realizó de abajo hacia arriba
con el método descrito.
4. GUATAPÉ:
Recordando, que la represa del Peñol,
fue construida en 2 etapas, cabe anotar que consta de 2 captaciones, por lo cual, cada
conducción de estas a la central, lleva incluida su almenara.
ALMENARA primera etapa: Tipo: Orificio
Restringido. Situada a 196 metros aguas arriba de la cámara de válvulas. Su eje vertical
se desplazó 20 metros a la derecha del eje del túnel, y se une a este, por medio de un
codo que llega normal al eje del túnel de captación
Tanque superior:
Altura: 147,30 m
Diámetro
interno: 6,7 m
Pozo elevador:
Altura: 70 m
Diámetro
interno: 3,12 m
Orificio:
Diámetro: 1,80 m
Excavación de abajo hacia arriba con
equipo monorriel Alimak. Para su revestimiento se uso formaleta deslizante.
ALMENARA segunda etapa: Tipo: Orificio
Restringido. Diferencia de la anterior, en que su eje vertical se desplazo hacia la
izquierda, además, el tanque superior, tiene una medida de 151,30 m de altura, y un
diámetro de 6,0 m.
5. PLAYAS:
Esta consta de 2 almenaras, la primera
aguas arriba de la casa de máquinas, y la segunda aguas abajo, antes del túnel de
descarga.
ALMENARA aguas arriba: Tipo: Orificio
restringido. Situada a 188 metros aguas arriba de la casa de máquinas.
Tanque superior:
Altura: 78,20 m
Pozo elevador:
Altura: 133,70
Para su excavación, se trabajó por
los dos frentes: primero, en el superior, se trabajo a sección completa 39 metros hacia
abajo, pues se trataba de suelo residual y roca descompuesta y muy fracturada, el retiro
de este material se efectuó desde la superficie. Luego, por el extremo inferior, se
excavó un pozo piloto de 2 m de diámetro con la plataforma trepadora Alimak. Luego, se ensanchó el pozo, avanzando de arriba
hacia abajo, sacando la rezaga por la parte inferior. Revestimiento por medio de formaleta
deslizante (altura de 1,10 m).
ALMENARA aguas abajo: Tipo: Bóveda.
Las tres unidades de generación (Francis) descargan a través de sus correspondientes
túneles de aspiración a esta almenara, que consiste en una caverna de:
Ancho:
12 m
Largo:
45 m
Altura:
42 m
Esta caverna está ventilada mediante
un pozo de aireación de 161 m de altura y diámetro de 2 m. Esta almenara, contiene los
rieles, guías y equipos de alce para la operación de una compuerta deslizante, que
permite hacer el mantenimiento de una unidad cuando las otras están en operación. La
excavación se realizo primero con un túnel piloto, para luego ir ensanchando hasta
conformar la bóveda. Todo se realizó por medio de 2 túneles auxiliares de
construcción.
Este tipo de almenara se utilizó, para
garantizar el caudal en las turbinas, además, el túnel de descarga termina en
contrapendiente, por lo cual era conveniente ganar con esta almenara cabeza de presión y
evitar entradas de aire.
6. Río
Piedras:
Este proyecto consistió en la desviación del río Piedras (La Ceja) hacia el río Pantanillo, con fines de abastecimiento de aguas. La desviación se realiza por medio de una planta de bombeo que por una tubería de impulsión lleva el agua hasta una conducción que luego se conecta con un canal cerrado y luego abierto, que finalmente cae por las obras de descarga al río pantanillo.