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• Camilo Cardenas

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UMSS

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA CARRERA: ING. ELECTRICA

Proyecto centrales hidráulicas Elaborado por: Colque Atahuichi Rubén Duran Pozo Elvis Brayan

Docente:

COCHABAMBA – BOLIVIA

INDICE 1. MEMORIA DESCRIPTIVA

2.

3.

4.

5.

6.

7. 8.

1.1. INTRODUCCION 1.2. FINALIDAD DEL PROYECTO 1.3. AREA DEL PROYECTO 1.4. TIPO DE PROYECTO ESTUDIO HIDRICO 2.1. POTENCIAL HIDRAULICO 2.2. COEFICIOENTE DE ESCURRENTIA 2.3. ESTUDIO DE PERDIDAS CALCULO MECANICO 3.1. TIPO DE TUBERIAS 3.2. TIPO DE ESTRUCTURAS CALCULO ELECTRICO 4.1. DETERMINACION DE LA POTENCIA 4.2. TIPO DE TURBINA 4.3. DETERMINACION DE FACTOR DE CARGA MEMORIA DE CALCULOS 5.1. DETERMINACION DE POTENCIA 5.2. DETERMINACION DE CAUDAL 5.3. SELECCIÓN DE TUBERIA 5.4. SELECCIÓN DE TURBINA 5.5. VOLUMEN DE MATERIALES USADOS PRESUPUESTOS 6.1. COSTO MATERIALES 6.2. COSTO MANO DE OBRA 6.3. COSTO SUPERVICION 6.4. TABLA DE COSTOS ANALISIS ECONOMICO ANEXOS 8.1. ESPECIFICACIONES 8.2. RECOMENDACIONES

1.1. INTRODUCCION La función de una central hidroeléctrica es utilizar la energía potencial del agua almacenada y convertirla, primero en energía mecánica y luego en eléctrica. Un sistema de captación de agua provoca un desnivel que origina una cierta energía potencial acumulada. El paso del agua por la turbina desarrolla en la misma un movimiento giratorio que acciona el alternador y produce la corriente eléctrica en bornes no sin antes ser energizada por un sistema de excitación continua la cual ayuda a romper la inercia del generador. Las ventajas de las centrales hidroeléctricas son evidentes: No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía, constantemente repuesta por la naturaleza de manera gratuita. Es limpia, pues no contaminan ni el aire ni el agua con excepciones bastantes pequeñas en cuanto a contaminar se trata sin embargo si produce grandes cambios en la región y la sociedad. A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego, protección contra las inundaciones, suministro de agua, caminos, navegación y aún ornamentación del terreno y turismo. Los costos de mantenimiento y explotación son bajos. Las obras de ingeniería necesarias para aprovechar la energía hidráulica tienen una duración considerable. La turbina hidráulica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia siendo sus costos de mantenimiento, por lo general, reducidos. Contra estas ventajas deben señalarse ciertas desventajas: Los costos de capital por kilovatio instalado son con frecuencia muy altos.

1.2. FINALIDAD DEL PROYECTO Con la ejecución de este proyecto se pretende cumplir los siguientes objetivos:  Aprovechar las características de un rio significativamente caudaloso para conseguir energía limpia económica útil para el sistema interconectado de Bolivia (S.I.N.).  Dotar de energía eléctrica al poblado de Villa Tunari, al ser este una región de gran crecimiento necesita una seguridad energética y calidad en el servicio para lo cual la central estará siguiendo el paso de expansión de esta importante región.  Generar una fuente de trabajo útil para toda la región cercana.

1.3. AREA DEL PROYECTO La central hidroeléctrica será construida en los afluentes del rio San Mateo de la provincia de Chapare perteneciente a los poblados de Locotal-Aguada. Sector de Itirapampa ubicado en las coordenadas (17°04’35,84’’ ----65°27’25,67’’).

1.4. TIPO DE PROYECTO Por la disposición hídrica de la cuenca se situara una central con embalse En este tipo de proyecto se embalsa un volumen considerable de líquido agua arriba de las turbinas mediante la construcción de una o más presas que forman lagos artificiales. El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas evitando el exceso en las tuberías, turbinas y demás puesto que puede generar un mal funcionamiento o incluso destrozos. Del volumen embalsado depende la cantidad que puede hacerse pasar por las turbinas. Con embalse de reserva puede producirse energía eléctrica durante todo el año aunque el río se seque por completo durante algunos meses, cosa que sería imposible en un proyecto de pasada Las centrales con almacenamiento de reserva exigen por lo general una inversión de capital mayor que las de pasada, pero en la mayoría de los casos permiten usar toda la energía posible y producir kilovatios-hora más barato.

La construirá una presa de gravedad por la naturaleza arenosa del terreno, además de la necesidad soportar un gran volumen y peso de agua. También se requerirá realizar todos los trabajos de limpieza constante en el lecho del rio ya que al ser una zona bastante productiva vegetalmente hablando el rio traerá cantidad considerable de escombros y tierra. No contara con cámara de carga ni canal en un tramo considerable sino que se realizara toda la limpieza en la bocatoma y se dirigirá directo a la tubería forzada para así poder aprovechar el terreno y mayor altura 2. ESTUDIO HIDRICO 2.1. POTENCIAL HIDRICO El potencial hidráulico está dado por la siguiente ecuación: = ∗H∗g∗⍴ La potencia solo se puede apreciar por acción del agua que está en el rio, para esto se toma en cuenta la precipitación a partir de datos obtenidos por el servicio de meteorología e hidrología (SENAMHI). Este potencial es la cantidad de potencia mecánica generada por el movimiento del agua atraves del rio siendo este movimiento energía cinética aprovechando todas las precipitaciones en la cuenca seleccionada, aprovechando de la misma manera la caída o salto de agua la cual es energía potencial tomada desde el punto más alto hasta el punto de nivel final en nuestra central.

2.2. COEFICIOENTE DE ESCURRENTIA El coeficiente de escorrentía es el valor constante a tomar en cuenta para el cálculo del caudal con el cual se va a trabajar puesto que no toda el agua que cae por las precipitaciones llega al rio. Este coeficiente depende mucho del tipo de terreno puesto que el coeficiente varia bastante si la zona es vegetal boscosa o árida. La zona de Locotal próxima a Itirapampa es una zona boscosa con un porcentaje de 75% de tierra tipo arenoso-limoso y un 25% de tipo arcilla. La cual mediante el método adecuado nos proporciona el coeficiente de escorrentía de la zona en cuestión.

Método de prevert

Este método nos permite realizar una aproximación directa del valor de escorrentía del lugar con la usa de tablas: La cual nos arroja un valor de escorrentía de 0,3975. Tomando en cuenta el valor de escorrentía procedemos a levantar datos medios de precipitaciones de la zona de Locotal. Datos medios de precipitaciones durante todo el año A partir de estos datos obtenidos por las variaciones en cuanto a precipitación durante todo el año con el dato de 25 años nos dará una idea real de cuál es nuestra media de caudal mensual sobre el rio. Que este sobre el rio significara que es casi al 100% aprovechable. Mediante promedios este valor se reflejara en caudales y volúmenes mensuales.

AÑO

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

DIC

22,8 17,3 *** 16,0 12,0 9,6 21,3 14,9 12,7 19,8 24,0 *** 17,2 9,8 8,1 12,5 15,7 15,3 21,4 15,2 11,2 *** 28,6 26,4 23,3

13,4 11,9 8,5 16,6 12,0 11,8 18,9 17,6 17,5 14,0 10,2 *** 8,0 14,4 11,4 6,2 28,4 12,9 15,4 14,5 11,8 *** 18,7 28,9 22,3

10,1 17,6 23,2 7,8 15,3 23,6 23,1 10,9 17,1 8,3 **** **** 9,8 9,8 6,1 7,3 **** 10,4 8,2 7,9 15,1 **** 17,0 21,9 24,9

4,0 6,9 4,2 4,4 8,8 10,0 9,4 9,8 8,2 7,8 *** *** 11,2 10,3 8,7 8,2 *** 6,4 13,4 3,8 7,1 *** 21,0 20,2 22,2

2,9 3,5 3,8 2,5 2,4 11,3 1,4 3,1 13,8 3,8 **** 2,9 4,2 2,7 **** 2,9 **** 2,2 5,8 5,3 8,0 **** 7,1 14,6 18,8

2,4 1,5 4,1 1,2 3,2 2,6 2,9 4,4 6,6 2,6 *** 2,1 4,8 3,5 5,8 4,5 *** 1,4 13,6 3,6 8,7 26,6 11,5 11,6 9,3

7,2 3,5 3,7 1,8 5,5 7,4 1,7 2,7 8,2 3,4 *** 8,7 3,1 15,0 4,3 *** *** 2,1 23,7 4,1 2,6 4,3 6,3 10,0 9,3

4,7 3,8 8,9 4,2 10,3 3,1 3,6 12,6 3,0 5,4 *** 4,2 5,2 7,8 5,3 *** *** *** 11,2 4,4 5,1 11,7 6,6 30,9 6,0

3,5 8,0 3,7 5,3 6,2 5,8 8,6 13,3 18,6 29,8 *** 6,8 7,5 12,5 6,3 *** *** 16,5 4,9 10,5 6,8 9,8 14,8 18,8 8,2

6,8 11,3 7,4 10,9 19,0 7,8 12,0 12,4 18,1 14,8 *** 5,9 15,2 5,2 7,2 *** 8,0 18,9 8,0 16,1 6,9 11,1 18,6 19,3 14,3

9,2 17,4 12,6 14,1 5,1 7,4 11,2 12,6 12,3 14,4 12,7 8,4 10,7 10,1 8,9 *** 15,0 18,8 8,7 8,3 *** *** 7,6 10,7 13,0 13,6 14,6 8,9 10,7 15,2 20,6 29,2 9,8 13,3 28,1 9,3 13,8 14,3 13,1 7,8 18,3 *** 11,2 13,8 20,9 21,6 23,9 22,9 26,9 ****

AÑO

104,4 112,0 **** 94,5 121,4 114,1 123,7 **** 157,6 126,7 **** **** 112,8 114,5 **** **** **** **** 153,7 106,3 **** **** 192,7 249,4 ****

Valores promediados reales de la zona

PROMEDIO MINIMA MAXIMA CAUDAL PROMEDIO CAUDAL MINIMO CAUDAL MAXIMO

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP

OCT NOV DIC

17,1 8,1 28,6 28,2

15,0 6,2 28,9 24,9

14,1 6,1 24,9 23,3

9,8 3,8 22,2 16,2

5,9 1,4 18,8 9,7

6,0 1,2 26,6 10,0

6,3 1,7 23,7 10,4

12,0 5,2 19,3 19,8

14,1 5,1 28,1 23,4

13,9 7,4 29,2 23,0

13,4

10,3

10,1

6,3

2,3

2,0

2,8

5,8

8,6

8,4

12,3

47,4

47,9

41,2

36,8

31,1

44,1

39,3

51,2 49,4

32,0

46,5

48,4

7,5 10,3 3,0 3,5 30,9 29,8 12,5 17,0 5,0

Caudal de diseño Q=15m^3/s. Este caudal promedio seleccionado viene a ser el óptimo puesto que nuestra media de caudal mensual promediada todo el año y administrada por la presa nos asegura una cantidad constante en suministro de agua Caída bruta H=138m Será la atura aprovechable desde el punto más alto de agua hasta la casa de maquinas 2.3. ESTUDIO DE PERDIDAS Potencia hidráulica de la zona: = ∗H∗g∗⍴ P=20MW Durante toda la instalación hidráulica hasta la instalación eléctrica se producirán varias perdidas de altura que se reflejan en pérdidas de potencia para lo cual se acordó tomar en cuenta que desde la bocatoma se extraerá el agua atraves de una tubería de presión hasta llegar a la casa de máquinas y poder aprovechar al máximo la geografía de la zona Pero es de vital importancia tomar en cuenta las pérdidas por fricción al interior de las tuberías ya que serán las más significativas atraves de todas las etapas que atravesara el agua para generar energía.

Longitud de tuberías a) Tubería de bocatoma hasta cruzar el cerro con eje totalmente horizontal con una distancia de 431 m b) Tuberías inclinada a la casa de máquinas distancia de 346 m Perdidas por fricción en tuberías: Calculo de velocidad: =

∗

= ( ∗ )/ Q =caudal v=velocidad A=área

d=diámetro =viscosidad cinematica = (п ∗ ^2)/4 Calculo de perdidas: Siendo un flujo laminar el buscado f1 =

para perdidas principales ∆h=0,08* ∗ ∗ ^2/d^5

f2= (v^2/g)*(k1+k2+k3+…..+un) para perdidas secundarias por codos Se emplearan tuberías de 2 metros de diámetro para evitar las perdidas por fricción excesivas. El material de las tuberías se ve muy conveniente que sean de acero puesto que el espesor con PVC u otro similar se elevaría bastante y resulta contraproducente. Se procederá a la selección del diámetro tomando en cuenta lo antes dicho para realizar la selección adecuada y más prudente. 3. CALCULO MECANICO 3.1. TIPO DE TUBERIAS Para la tubería de bocatoma, por el gran caudal generado por la cuenca el diámetro será una bastante grande de ahí que para la salida se tomaran 3 que juntas tendrán el área proporcional de la principal bajo el criterio de selección de tubería. Las cuales atravesaran un cerro por un túnel de un total de 431 metros en la cual D1=D2=D3= 2 [m] ANCLAJES DE TUBERIAS: Atraves del túnel no se registrar ningún problema en cuanto al anclaje pero en la pendiente del cerro a la casa de máquinas será necesario incluir anclajes para poder sostener la tubería y evitar movimientos indeseados y vibraciones atraves de las tuberías que puedan traer problemas a futuro: Se incluirán anclajes cada 70 [m] poniendo un total de 5 anclajes de concreto.

3.2. TIPO DE ESTRUCTURAS Presa.Por las características del rio y la gran cantidad de agua que debe almacenarse se decidió por usar una presa de gravedad con cimientos hechos con piedra y concreto presa hecha de concreto pesado y alma de acero la cual soportara la gran cantidad de peso generado por el agua tendrá la siguiente disposición Altura de 60 [m] Largo en la parte superior de 293 [m] anclada en el cerro Ancho en la parte inferior de 85[m] Tendrá un área total de 17 km cuadrados de área de impacto frontal que soportara el agua. Una inclinación de 44°

Es importante recalcar que en la bocatoma que pertenece a la presa se realizaran todos los trabajos de limpieza y drenado puesto que se levara directamente a la casa de máquinas por las tuberías forzadas

Esto incluirá la rejilla en la puerta de las bocatomas revestida alrededor con concreto Al ser una región con aguas cristalinas no es necesario implementar cuidado con el transporte de piedras pero si con el paso de peces para lo cual se empleara el aliviadero en la parte superior de la presa con una inclinación de 44° la cual reducirá el impacto de bajada del agua una vez comiences las operaciones en la central. TUBERÍA FORZADA.Esta tubería se encarga de llevar el agua desde la presa hasta la turbina. La tubería es de acero. Debe estar preparada para soportar la presión que produce la columna de agua, además de la sobrepresión que provoca el golpe de ariete en caso de una parada brusca de la central. El túnel será perforado por maquinaria de excavación para un gran tramo del mismo y explosivos solo en zonas dificultosas La cual no se consigue en el mercado y será enviada a hacer con montaje y armado en la zona de proyecto además de tomar especial cuidado en la zona de pendiente del cerro la cual no presenta muchos desniveles pero estos serán regulador mediante la colocación de los anclajes que cuidaran la integridad de las tuberías.

El generador es una parte muy importante de una central hidroeléctrica. El proyecto dispone de un generador que tendrá las siguientes características: tendrá una potencia de, con un factor de potencia de 0,8 con un aislamiento de clase F y una velocidad nominal de 750 r.p.m. y 8 polos.

4. CALCULO ELECTRICO 4.1. DETERMINACION DE LA POTENCIA = ∗H∗g∗⍴*Η P=20MW * η * η G* η TR=18,42[MW]

4.2. TIPO DE TURBINA CASA DE MAQUINAS

Este edificio es el que tendrá el objetivo de resguardar todos los equipos de nuestra central como ser la turbina, generador, sistemas de protección y transformador Es de vital importancia hallar el tipo de turbina adecuado, mediante el método del valor específico tomamos un gran paso puesto que será calculada en precio por mega vatio generado el costo final Para nuestro caso tendremos que hallar una turbina para el valor de 250 de velocidad específica de turbina la cual nos lleva a escoger entre una Kaplan y una Francis.

Deberá cumplir las especificaciones para la central de itirapampa. Puesto que será de preferencia usar las 3 tuberías por separado La turbina a emplear será la siguiente:

Turbina hidráulica / Francis / cámara de caracol

Características 

Tipo de alimentación: Hidráulica



Tecnología: Francis



Aplicaciones:



Estructura:

Cámara de caracol 

Potencia (kW): Mín.: 0 kW (0 hp) Máx.: 20000 kW (26820.44 hp)    

Polos 8 Ns=250 rpm vel especifica N=750 Francis rápida

Descripción Características Selección y calibrado optimizado para alta eficiencia Como norma, se entregan con rodamientos de autolubricación de alta calidad que tienen rangos más altos y son ecológicos Suministradas en dos configuraciones El rotor de la turbina y el volante van directamente montados sobre el eje del generador La turbina y el generador tienen por separado sus propios ejes y rodamientos Usos Proyectos hidroeléctricos de pequeña envergadura: en la base del embalse, la boca del río, etc. Parámetros Horizontal o Vertical Unidad de salida hasta 10 MW GENERADOR.El generador necesariamente tendrá los siguientes componentes

a) Sistema de excitación El sistema de excitación proporciona corriente al rotor de la maquina sincrónica a través de anillos rozantes, para poder controlar la tensión en bornes del generador, que se conectara a un transformador de medida, tal como muestra la figura siguiente.

b) Gobernador El gobernador Que utilizara el micro central será un gobernador automático, este gobernador es aquel que pone en sincronismo al generador, controlando la frecuencia, la velocidad y la potencia eléctrica de salida según lo requerido por la potencia de la población. El tipo de gobernador usado es: va tech dtl 595. c) Protecciones y control de una central hidroeléctrica Los equipos eléctricos y mecánicos principales de una central hidroeléctrica requieren equipos auxiliares, estos son requeridos para llevar a cabo las diversas funciones que cumplen los diferentes componentes de esta central.

1.-Reguladores de velocidad La demanda de los consumidores es de naturaleza variable y requiere consecuentemente un equipo que controle la velocidad. Estos reguladores detectan las desviaciones de la frecuencia con respecto a un valor previamente

ajustado, usado como un valor de referencia, y actúan directamente sobre el sistema de admisión de la turbina, controlando directamente la válvula de ingreso de agua de la turbina. Tomando como referencia una tensión de 380/220 V. 2.-Reguladores de tensión Es la parte del sistema de excitación que proporciona los medios de control automático de salida del excitador. El modelo es un regulador SRA – 3 Silverstat de la Whestinghouse. Los valores de regulación son: - Nivel de tensión (entre el 85% y el 100% de la tensión nominal) - Nivel de frecuencia (entre 47.5 y 51 Hz.)

d) Banco de baterías Los bancos de baterías se utilizaran como alimentación de emergencia de las cargas y circuitos de los servicios auxiliares de corriente directa, cuando existen fallas en el sistema o cuando se hace un mantenimiento a los cargadores del banco de baterías. Características del banco de baterías: 420 A/ 48 Vdc. -

Tensión nominal del banco: 48 Vcc. Tipo: Plomo-acido. Tensión de cada elemento: 2 Vcc. Número de elementos: 23 Capacidad mínima: 420 A/Hr. Vida de diseño mínima: 15 Años. Electrolito: Liquido. Rango de operación: Entre 00 C y 550 C.

e) Sistemas de protección Los grupos turbina-generador de una central deben estar protegidos contra los daños mecánicos, eléctricos, hidráulicos y térmicos. Que pueden ocurrir como resultado de condiciones anormales en el sistema. 1. Relés de protección Su propósito es detectar los cortos circuitos o condiciones anormales de operación en un sistema de potencia y disparar los interruptores de protección, incorpora un balance de los siguientes conceptos: Confiabilidad; El sistema de relés debe funcionar apropiadamente (disparar) cuando exista un corto circuito o condición anormal de operación en la zona de protección. Seguridad; El sistema de relés debe disparar solo cuando exista una falla o condición anormal de operación en la zona de protección. Selectividad; El sistema de relés debe poner fuera de servicio la mínima cantidad de sistema para un corto circuito o condición anormal de operación. Velocidad; El sistema de relés debe ser lo más rápido posible sin sacrificar la selectividad o la seguridad. Simplicidad; El sistema de relés debe emplear una cantidad mínima de equipo para llevar a cabo la protección. Economía; El sistema de relés debe proporcionar protección adecuada a un costo razonable.

A continuación se muestra un arreglo típico de relés de protección.

Dispositivo Función Relé de distancia. Respaldo para fallas de fase en el sistema y en la zona 21 del generador. Dispositivo de comprobación de sincronismo. Para sobreexcitación del 24 generador. Relé de potencia inversa. Protección de anti motorización. 32 Relé de campo. Protección de pérdida de campo. 40 Relé de corriente inversa. Protección de desbalance de corriente de 46 secuencia negativa para el generador. Protección térmica del estator. 49 Relé de sobre corriente a tierra con tiempo. 51GN Respaldo para fallas a tierra. 51TN Relé de sobre corriente de tiempo con control de tensión o restricción de 51V tensión o de respaldo para fallas de fase en el sistema y en el generador. Relé de sobre voltaje. Protección de sobretensión. 59 Relé de sobretensión. Protección de falla a tierra en el estator para un 59GN generador. Relé de balance de tensión. Detección de fusibles fundidos de 60 transformadores de potencial. Relé de presión del transformador. 63 Relé de retardo de tiempo de falla de interruptor. 62B Relé detector de tierra. Protección de falla a tierra del campo. 64F Nivel de aceite o gas del transformador. 71 Protección de pérdida de sincronismo. 78 Relé de frecuencia. Protección de baja o sobre frecuencia. 81 Relé auxiliar de bloqueo y reposición manual. 86 Relé diferencial. Protección primaria de falla de fases del generador. 87G Protección diferencial de falla a tierra del estator. 87N Relé diferencial. Protección primaria para el transformador. 87T Relé diferencial para la protección total de generador-transformador. 87U

f) Puesta a tierra del generador Existen dos métodos usados en las industrias para aterrar los devanados del generador el de alta y baja impedancia. Utilizaremos la de baja impedancia porque al colocarse un resistor secundario con un transformador de distribución, este nos permitirá reducir las corrientes de falla a tierra a bajos niveles de amperaje en un rango de 5 a 25 Amperios, también estará protegido las corrientes transitorias.

g) Puente grúa Este puente grúa realizara los desplazamientos de grandes piezas de formas precisa (generador, turbina, etc.) dentro de la casa de máquinas, tendrá una capacidad de 20 Tn.

TRANSFORMADOR Se empleara un transformador de voltaje de para la transmisión desde la casa de máquinas hasta El cual tendrá un valor nominal de 25MVA Desde donde saldrán las 3 líneas que transmitirán 34.5KV

4.3. DETERMINACION DE FACTOR DE CARGA El factor de carga representara el valor al cual se deberá mantener los estándares de energía tomando en cuenta cuanta energía se consume y potencia siendo esta la relación existente entre el valor de energía y potencia por el tiempo de 24 Hrs.

5. MEMORIA DE CALCULOS 5.1. CALCULO DE POTENCIA La potencia está dada por la siguiente ecuación = ∗H∗g∗⍴ Dónde: Medio= 15m^3/s H=138[m] g=9, 81[m/s^2] ⍴Agua=1000 P =20[MW] 5.2. CALCULO DE CAUDAL Tabla de datos obtenidos por senamhi y el método de prevert

PRECIPITACIONES MEDIAS 20,0

17,1 15,0

15,0

14,1 13,9

14,1 10,3

9,8

10,0

12,0

7,5

5,9 6,0 6,3 5,0 0,0

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

Arena entre 15 y 45%, Limo entre 30 a 45% De arcilla entre 15 y 30%.

=( 1∗ 1 +

2 ∗ 2 + …….+

∗

)/

P: pendiente C: coeficiente del suelo U: coeficiente de escorrentía =

0,32 ∗ 270 + 063 ∗ 90 = 0,3975 360

Caudal medio

= (∑

)/ ∑ =

(

.

.

.

.

.

.

.

.

.

)

= 18.2 m3/s

CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO Q diseño = Q promedio – 3.2 m3/s Q diseño = 18.2 -3.2 = 15 m3/s

30,0 25,0 20,0 15,0 10,0

CAUDAL MEDIO

28,2 24,9

23,4 23,0

23,3 19,8 17,0

16,2 9,7 10,0 10,4

12,5

5,0 0,0 ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

5.3. SELECCIÓN DE TURBINA Turbina datos relevantes: Pp=4 =

=

∗ 60

∗√

= 750

= 250,57

En función a la velocidad específica, Hneta ubicamos nuestra turbina adecuada:

Siendo nuestros parámetros de caudal y caída factores importantes según la gráfica y el número de Reynolds se puede tomar una turbina Francis o una turbina Kaplan se puede usar dependiendo a la facilidad de adquisición.

5.4. CALCULO OPTIMO DE TUBERIAS Formula de hacen William para tuberías

S = hf / L ℎ (

)=

∗

.

.

∗ ∗

.

Qtub = Q / n hf = n* hf(tub)  

Q = Caudal o flujo volumétrico en [m³/s]. C = Coeficiente que depende de la rugosidad del tubo.  90 para tubos de acero soldado.

       

100 para tubos de hierro fundido. 140 para tubos de PVC. 128 para tubos de fibrocemento. 150 para tubos de polietileno de alta densidad.

S = Pendiente - Pérdida de carga por unidad de longitud del conducto [m/m]. L : longitud de la tubería n : Numero de tuberías Perdidas primarias Para acero Qtub = 15/3 = 5 m3/s C = 90 calculamos con el valor de acero diámetro y espesor

longitu d (m) 787.00 787.00 787.00 787.00 787.00 787.00 787.00 787.00

C 90.00 90.00 90.00 90.00 90.00 90.00 90.00 90.00

diámetro Qtub hf velocidad N de (M) (m3/s) tub(m) (m/s) reynold 1.00 5.00 39.76 1.83 5589.27 1.30 5.00 11.08 3.77 4299.44 1.70 5.00 3.00 2.20 3287.81 2.00 5.00 1.36 1.59 2794.64 2.30 5.00 0.69 1.20 2430.12 2.70 5.00 0.32 0.87 2070.10 3.00 5.00 0.19 0.71 1863.09 3.30 5.00 0.12 0.58 1693.72

D=2 hf tub = 1.36 m hf = 3* 1.36 hf = 4.08 m

viscosidad cinemática del agua a T=15 C 0.000001139 0.000001139 0.000001139 0.000001139 0.000001139 0.000001139 0.000001139 0.000001139

Para pvc trabajamos con el espesor y material de PVC

longitud perdidas (m) Shfm/m (m) C 787 1 0,00127 787 2 0,00254 787 3 0,00381 787 4 0,00508 787 5 0,00635 787 6 0,00762 787 7 0,00889 787 8 0,01017 longitud c(m) 787 787 787 787 787 787 787 787

140 140 140 140 140 140 140 140

caudal m3/s diametrovelocidad (M) hf(secundarias) (m/s) hf(total) 140 15 2,73444 2,55 ≈0 1 140 15 2,3717 3,40 ≈0 2 140 15 2,18225 4,01 ≈0 3 140 15 2,05708 4,51 ≈0 4 140 15 1,96496 4,95 ≈0 5 140 15 1,89276 5,33 ≈0 6 140 15 1,83379 5,68 ≈0 7 140 15 1,7842 6,00 ≈0 8

diametrocaudal (M) (m3/s) hf (m) velocidadN(m/s) de reynold viscosidad cinematica hf(secundarias) del agua t=15hf(total) C 1 5 17,55 2,55 5589,27 1,1E-06 ≈0 17,32 1,3 5 4,89 3,77 4299,44 1,1E-06 ≈0 4,83 1,7 5 1,32 2,20 3287,81 1,1E-06 ≈0 1,31 2 5 0,60 1,59 2794,64 1,1E-06 ≈0 0,59 2,3 5 0,30 1,20 2430,12 1,1E-06 ≈0 0,30 2,7 5 0,14 0,87 2070,1 1,1E-06 ≈0 0,14 3 5 0,08 0,71 1863,09 1,1E-06 ≈0 0,08 3,3 5 0,05 0,58 1693,72 1,1E-06 ≈0 0,05

Espesor de las tuberías = ∶

∗ 2∗ 400

1

g

+

1 2 2 + 1= + + 2+ℎ 2∗ g 2∗ = 1548400 [Pa]

=

1548400 ∗ 2 = 3.8635[ 2 ∗ 400

Fn: factor de seguridad de 1.3

]

= 3.8635 ∗ 1.3 = 5

Calculo de la presa = (2 ∗ g ∗ ℎ ∗ ) = 225792

Peso requerido x la presa Deslizamiento de la arena a 30 grados Sumatoria de fuerzas en x FR- cos30*W =0 W= FR/cos 30 W= 225792KN/cos30 W= 260722 toneladas Wrepresa = 225792 Toneladas

Vrepresa = Bh* L /2 Vrepresa = 195000 m3

DISEÑO DEL ALIVIADERO

Q max = 28.2 m3/s V = 1m /s b =10 h= 2 m Q = V*A A= Q/ V A = 28.2/1 = 28.2 Area del trapecio A = (B+b)*h/2 B= ( A*2)/h – b B = 18.2 m

CALCULO DEL GENERADOR SINCRONICO Potencia aparente (

=

∗ = 8.758

Potencia activa =

∅∗

= 0.9 ∗ 8.758 = 7.8822 MW

Potencia reactiva = √

−

=3.817 MVAr

Numero de alaves de una turbina francis Para n=250 ----- 10 alabes

5.5. VOLUMEN DE MATERIALES USADOS 60 % arena V= 195000*0.6= 117000m3 30% piedra V= 195000*0.3= 58500 m3 7 % concreto V=195000*0.07= 13650 m3 3 % acero V=195000*0.03= 5850 m3

)

=

6.7 0.9 ∗ 0.85

5.6 FACTOR DE CARGA Tipo residencial

Potencia (KW) 2225

industrial alumbrado publico Demanda comercial Demanda actual TOTAL diario Demanda actual TOTAL mes

Tiempo de consumo (Hr.)

Energía (KWh) 2225

61.7

12

740

20

12

240

62.5

2

125

503,3[KW] 15,1[MW]

3,33[MW] 100,024 [MW]

La tasa de crecimiento es un factor que se halla al hacer un estudio del crecimiento de la población. Tasa de crecimiento 6% Cálculo del factor de carga diario: 3,33 = = = 0,276 ∗ 24 503 ∗ 24 ≈ 0,28 Cálculo de la potencia requerida en el año 10 = ∗ (1 + ) = 181,2 ∗ (1 + 0,06) = 324,5 ( ) Cálculo de la energía requerida en el año 10 = ∗ (1 + ) = 1961692.5 ∗ (1 + 0,06) = 2149,553 ( ℎ) Cálculo de la potencia máxima usada en la micro central en el año 10 324,5 = = = 889,04 ( ) 365 365

Por lo tanto en el año 10 se puede comprobar que la potencia requerida no sobrepasa la potencia generada.

i.

Factor de planta .

=

∗

.

=

∗ 24

539 ∗ 17 = 0,76 503 ∗ 24

≈ 0,76 “Tomamos valores que consideramos serán utilizadas“

El peso del generador es: =7∗

7 750

.

= 37 ≈ 40 [

]

6. PRESUPUESTOS 6.1. COSTO MATERIALES DISEÑO PRESA

OBJETO CANTIDAD COSTO UNITARIO COSTO TOTALCOSTO $ ARENA 117000 43,06 5038020 726987,013 PIEDRA 58500 58,2 58558,2 8449,95671 LOSA DE CIMIENTO 13650 1700 15350 2215,007215 ACERO 45630 34600 80230 11577,20058

TOTAL SUS 749229,1775 DISEÑO

OBJETO

Excavación común (estructuras) CASA DE MAQ. Hormigón concreto elevaciones Hormigón concreto fundaciones Construcción del edificio

TOTAL SUS 38779,22078

CANTIDAD 20 20 16 380

COSTO UNITARIO 27 27 270 693

COSTO TOTALCOSTO $ 540 77,9220779 540 77,9220779 4320 623,376623 263340 38000

DISEÑO

OBJETO

NUMERO

TUBERIAS ANCLAJE

TUBERIAS FORZADA ARENA PIEDRA LOSA ACERO

CANTIDAD 3 5 5 5 5

24,72 3,6 1,8 0,42 0,18

COSTO UNITARIO COSTO TOTALCOSTO $ 5000 43,06 58,2 1700 34700

TOTAL SUS 23103,5007

COSTOS TURBINA-GENERADOR TURBINA

CANTIDAD 3

COSTO MW POTENCIA COSTO SUS 1000000 20 20000000

GENERADOR 2000000

18

36000000

TOTAL SUS 56000000

PERFORACION DESCRIPCION PERFORACION

COSTO m^3

TRAMO TOT COSTO TOTAL 2 1448 2896

COSTO MANO DE OBRA OPERARIO INTALACION CAMPAMENTO

COSTO UNITARIO CANTIDAD COSTO COSTO SUS 5580 1 5580 805,1948052 279 40 11160 1610,38961 13,95 150 2092,5 301,9480519 12 90 1046,25 150,974026 18,6 300 5580 805,1948052

TOTAL SUS 3673,701299 DESCRIPCION PUENTE GRUA

COSTO SUS 60000

123600 46,66 60 1700,42 34700,18

17835,49784 6,733044733 8,658008658 245,3708514 5007,240981

OPERARIO COSTO UNITARIO CANTIDAD MANPOSTERIA PIEDRA 232,5 30 PUETAS 16 22 Excavación en material suelto. 13 3700 Mampostería de piedra. 232,5 350 Hormigón sin terminar 2760 120 Excavación. 14 55 Hormigón armado. 2800 30 Dos compuertas. 20 66 Rejilla. 15 30 Peso 34850 31,249 Excavación común 13,95 50 Hormigón concreto 279 15 Excavación común (estructuras) 12 20 Hormigón concreto elevaciones 270 20 Hormigón para fundaciones 270 16 Construcción del edificio 700 344

COSTO

COSTO SUS 6975 1006,493506 358,05 51,66666667 48100 6940,836941 81375 11742,42424 331200 47792,20779 770 111,1111111 84000 12121,21212 1320 190,4761905 450 64,93506494 1089027,65 157146,847 697,5 100,6493506 4185 603,8961039 240 34,63203463 5400 779,2207792 4320 623,3766234 240800 34747,47475

TOTAL SUS 274057,4603

6.2. COSTO SUPERVICION Ingeniería y Supervisión (10%)

192467,695 27619,21375

6.3. TABLA DE COSTOS DESCRIPCION CANTIDAD PRESA CASA DE MAQ. TUBERIA TURBINA-GEN INSTA. CAMP MANO DE OBRA SUPERVICION PUENTE GRU TOT.

COSTO SUS 1 749229,1775 1 38779,22 3 69310,5 3 56000000 1 3673,7 1 274057,46 1 27619,2 1 60000 57222669,26

7. ANALISIS ECONOMICO descripcion coStos de inversion DESCRIPCION PRESA CASA DE MAQ. TUBERIA TURBINA-GEN PERFORACION PUENTE GRUA costos de O y M DESCRIPCION INSTA. CAMP MANO DE OBRA SUPERVICION OPERACIÓN Ingresos

año0

año1

año2

año3

año4

año5

-749229,178 -38779,22 -69310,5 -56000000 -2896 -60000

-3673,7 -274057,46 -27619,2

-57225565,3

-5000 6307200 6302200

-5000 3153600 3148600

-5000 3153600 3148600

-5000 3153600 3148600

-5000 3153600 3148600

flujo de caja neto actualizado -57225565,3 5577168,142 2465815,647 2182137,741 1931095,346 1708933,934

año6

año7

año8

año9

año10

año 11

año12

año13

-5000 3153600 3148600

-5000 3153600 3148600

-5000 3153600 3148600

-5000 3153600 3148600

-5000 3153600 3148600

-5000 3153600 3148600

-5000 3153600 3148600

-5000 3153600 3148600

1512330,915

1338345,943

1184376,941

1048121,186

927540,8729

820832,6309

726400,5583

642832,3525

año14

año15

-5000 3153600 3148600

-5000 3153600 3148600

568878,188

503432,0248

VAN

-34084426,8

Proyecto no rentable con referencia a la tasa de interés nacional que es del 13% Por razón de que el costo del sistema turbina-generador transformación es muy elevado por la gran potencia generada 8. ANEXOS 8.1. Impacto ambiental Toda realización de una obra civil en cualquier parte del planeta hace que se deforme o cambie de aspecto el lugar y existe efectos medioambientales que alteran su forma natural del sector en uso; ya sea al terreno, la fauna, la flora y otros. Debido a que será una pequeña central de embalse existirán daños ecológicos, como ser inundación de zonas cercanas rio arriba (creando una laguna artificial). Como también la construcción del canal, la cámara de carga, la tubería forzada y la casa de máquinas que afectarían la flora y fauna del lugar.

La represa alterara el flujo normal del cauce del río creando una laguna que inundara extensas áreas de cultivo y forestación, luego el agua será llevado hacia la casa de máquinas y de ahí es devuelta al río para su cauce natural. Ventajas medio Ambientales o El recurso hídrico es renovable. o Impacto ambiental reducido comparado con una central térmica. o No se consume, se toma el agua en un punto y se devuelve a otro a otro punto inferior. o Es completamente segura para personas animales. o No genera calor ni emisiones contaminantes (lluvia ácida, efecto invernadero, etc.) o Genera puestos de trabajo en su construcción, mantenimiento y funcionamiento. o Genera experiencia y tecnología fácilmente exportables a países en vías de desarrollo.

Desventajas medio Ambientales o Altera el normal desenvolvimiento en la vida biológica y el ecosistema circundante. o Las centrales de embalse tienen el problema de la evaporación de agua: En la zona donde se construye aumenta la humedad relativa del ambiente como consecuencia de la evaporación del agua contenida en el embalse. o En el caso de las centrales de embalse construidas en regiones tropicales, estudios realizados han demostrado que generan, como consecuencia del estancamiento de las aguas grandes focos infecciosos de bacterias y enfermedades. o Interrupción de la emigración de los peces.

8.2. ESPECIFICACIONES La central esta ubicada en zona Locotal , Itirapampa . Se aprovecha un caudal de agua de 15 m3/s , cuenta con una represa de 60 m de altura compuesto principalmente de arena y roca . El agua atraviesa un túnel atraves de 3 tuberías forzadas , 2 metros de diámetro cada uno. Estas tuberías están elaboradas de acero con un espesor de 5 mm y una longitud de 787 metros , llegan a la casa de maquina y ahí toda la energía potencial es transformada en energía electrica Tomar especial cuidado con el terreno próximo a la represa ya que esta se encuentra en una playa arenosa y en época lluviosa es peculiarmente impredecible. CONCLUSIONES El proyecto de central hidráulica de itirapampa resulta bastante interesante ya que se consigue un gran generación por la constancia de sus ríos y también por la naturaleza de su terreno, por la configuración de la cuenca hídrica con posibilidad de mayor generación pero con el inconveniente de que el consumo del pueblo más cercano a la central resulta ser bastante pequeño y este debe gestionarse para acoplarse al sistema interconectado, y así aprovechar toda la capacidad de producción de la central. Además de que por su elevado costo de sistema turbina generador transformación e incluida la tasa de interés en Bolivia lo cual dificulta crear una central que sea rentable en poco tiempo más al contrario resulta ser inviable. Pero una central hidráulica es de muchísima importancia puesto que presenta todas las ventajas ya mencionadas pero y pocas desventajas.