Central Hidroelectrica
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Proyecto de Termofluidos__________________________________________________ INTRODUCCIÓN La energía es un insumo esencial para el bienestar de cualquier sociedad. Ella está presente en todos los bienes y servicios producidos, así como es, por sí misma, un importante ítem de consumo. La búsqueda de formas alternativas de energía en países en desarrollo, oscila de acuerdo con la coyuntura del país, más en específico en relación con el precio internacional del petróleo. La generación de energía eléctrica en zonas aisladas, es una labor de ingeniería que cada vez se hace más común en todas partes del mundo y más aun en Chile que es rico en recursos energéticos renovables. La principal fuente energética para este objetivo es la proporcionada por las caídas de agua en un río o una quebrada. Gracias a la fuerza de la gravedad ejercida sobre estas corrientes de agua, se puede generar energía eléctrica. Por lo general, en épocas de sequía, cuando esta generación no es suficiente para cubrir la demanda, se recurre a la instalación de plantas diesel, como un sistema híbrido en el que interviene una fuente renovable de energía y una no renovable. Pero la cuestión no es solamente nacional, también "zonal". En zonas remotas la generación descentralizada con recursos energéticos localmente disponibles resulta casi siempre más indicada que el transporte de energía desde lugares lejanos. Diseño y Cálculo de una Microcentral Hidroeléctrica__________________________ 1
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trabajo que ilustra,como se genera una mini central hidroelectrica, parametros fisicos, etc..
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Proyecto de Termofluidos__________________________________________________
INTRODUCCIÓN
La energía es un insumo esencial para el bienestar de cualquier sociedad. Ella
está presente en todos los bienes y servicios producidos, así como es, por sí misma, un
importante ítem de consumo.
La búsqueda de formas alternativas de energía en países en desarrollo, oscila de
acuerdo con la coyuntura del país, más en específico en relación con el precio
internacional del petróleo.
La generación de energía eléctrica en zonas aisladas, es una labor de ingeniería
que cada vez se hace más común en todas partes del mundo y más aun en Chile que es
rico en recursos energéticos renovables. La principal fuente energética para este objetivo
es la proporcionada por las caídas de agua en un río o una quebrada. Gracias a la fuerza
de la gravedad ejercida sobre estas corrientes de agua, se puede generar energía
eléctrica. Por lo general, en épocas de sequía, cuando esta generación no es suficiente
para cubrir la demanda, se recurre a la instalación de plantas diesel, como un sistema
híbrido en el que interviene una fuente renovable de energía y una no renovable.
Pero la cuestión no es solamente nacional, también "zonal". En zonas remotas la
generación descentralizada con recursos energéticos localmente disponibles resulta casi
siempre más indicada que el transporte de energía desde lugares lejanos.
En tal sentido la generación de energía con pequeñas centrales hidroeléctricas
(PCH) ha recibido una atención importante en las últimas dos décadas.
Diseño y Cálculo de una Microcentral Hidroeléctrica__________________________ 1
Proyecto de Termofluidos__________________________________________________
ESTADO DEL ARTE
Los antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban
ruedas hidráulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y
animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII. Durante la edad
media, las grandes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima de
cincuenta caballos.
La hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolución Industrial.
Impulsó las industrias textiles y del cuero y los talleres de construcción de máquinas a
principios del siglo XIX. Aunque las máquinas de vapor ya estaban perfeccionadas, el
carbón era escaso y la madera poco satisfactoria como combustible. La energía hidráulica
ayudó al crecimiento de las nuevas ciudades industriales que se crearon en Europa y
América hasta la construcción de canales a mediados del siglo XIX, que proporcionaron
carbón a bajo precio.
Las presas y los canales eran necesarios para la instalación de ruedas hidráulicas
sucesivas cuando el desnivel era mayor de cinco metros. La construcción de grandes
presas de contención todavía no era posible; el bajo caudal de agua durante el verano y el
otoño, unido a las heladas en invierno, obligaron a sustituir las ruedas hidráulicas por
máquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbón.
¿Qué es una central Hidroeléctrica?
Son aquellas centrales que obtienen la energía eléctrica o la electricidad a partir de
la energía potencial del agua que está retenida en una represa.
En Chile existen varias centrales hidroeléctricas que abastecen de energía eléctrica al
país.
A continuación le entregamos algunos antecedentes en relación a las centrales.
En 1897 se puso en servicio la central de Chivilingo, ubicada a 10 kilómetros al sur
de Lota.
En 1909 se inauguró la central Florida; también ese año entró en función la central
El Sauce en Valparaíso.
Diseño y Cálculo de una Microcentral Hidroeléctrica__________________________ 2
Proyecto de Termofluidos__________________________________________________
En 1928 se inauguró la central Los Queltehues en el Cajón del Maipo.
En 1944 comenzó a funcionar la central El Volcán, en el sector del Cajón del
Maipo.
En 1955 se puso en marcha la central Cipreses, en la hoya del río Maule.
A fines de la década del 50 se amplió la central Abanico y se puso al servicio la
central Sauzalito.
En 1962 se inauguró Pullinque
En 1968 comenzaron a funcionar dos grandes turbinas de la central Rapel, a estas
se unirían dos más en 1969 y una más en 1970.
En 1985 se pusieron en servicio las centrales de Colbún Machicura.
En la actualidad existen un gran número de centrales hidroeléctricas, algunas de ellas
son:
Chapiquiña
Los Molles
El Sauce
Los Quilos
La Florida
Los Maitenes
Queltehues
El Volcán
Coya
Rapel
Pangal
Sauzalito
Sauzal
Colbún Machicura
Los Cipreses
El Toro
Abanico
Pullinque
Pilmaiquén
Ralco
Diseño y Cálculo de una Microcentral Hidroeléctrica__________________________ 3
OBJETIVOS
Diseñar una Microcentral Hidráulica
Explicar los pasos principales a seguir, para la implementación de esta
Microcentral
Diseñar los elementos constitutivos de la Microcentral hidráulica, si es que no
se encuentra comercialmente.
Determinar los costos de esta central
2. ENERGIAS ALTERNATIVAS
Los recursos naturales son los materiales de la naturaleza que los seres
humanos pueden aprovechar para satisfacer sus necesidades (alimentos, vivienda,
educación, cultura, recreación, etc.) y a su vez son la fuente de materias primas
(madera, minerales, petróleo, gas, carbón, etc.) que transformadas sirven para
producir bienes muy diversos.
Entre los recursos naturales encontramos algunos, que tienen propiedades
particulares de producir energía, a esto los llamamos recursos energéticos.
Los recursos energéticos se los clasifica en dos clases:
Recursos energéticos renovables
Recursos energéticos no renovables
En los últimos años, organismos como la Asamblea General de la Naciones
Unidas, se han preocupado mucho por los aspectos ambientales de nuestro planeta
con fines en un desarrollo sostenible de la producción para el mejoramiento de la
calidad de vida. Estos temas han sido tratados en escenarios como la Conferencia
sobre ambiente y desarrollo de Río de Janeiro de 1992 y en la cumbre de
Johannesburgo, en la cual se enfatizó sobre la indiscutible necesidad de sustituir el
consumo de energía procedente de combustibles fósiles por fuentes de energía
alternativas, como la mejor solución a los múltiples problemas ambientales, sociales y
económicos causados por los combustibles de origen fósil.
“En materia de energías sostenibles, la reunión de Johannesburgo generó una serie
de iniciativas nacionales, regionales y planetarias con diferentes propuesta con un
objetivo en común: el incremento sustancial de la participación y contribución de las
fuentes renovables de la oferta de la energía mundial.”1
Hoy existen numerosas iniciativas internacionales y regionales en apoyo a la
penetración de las fuentes renovables. Entre otras tenemos:
1 Coviello Manlio. Entorno internacional y oportunidades para el desarrollo de las fuentes renovables de energía en los países de América Latina y el Caribe. Serie: Recursos naturales e infraestructura. Naciones Unidas CEPAL. Santiago de Chile, 2003. p.7.
Iniciativa Latinoamericana y Caribeña para el Desarrollo Sostenible:
esta declaración para el desarrollo sostenible plantea: “…exigir el cumplimiento
por los países desarrollados del compromiso de destinar 0.7% del PIB a la
asistencia oficial para el desarrollo… fortalecer o ajustar los sistemas de
indicadores de sostenibilidad…y entre otras metas orientadoras, implementar el
uso en la región de al menos un 10% de energía renovable del porcentaje total
energético de la región para el año 2010.”2.
Conferencia Mundial sobre Energías Renovables, 2004: El Ministro del
Medio Ambiente de Alemania, con ocasión de la Conferencia preparatoria de
Bruselas (Junio 2003), señaló que: “…necesitamos trabajar sobre un número
concreto de metas nacionales y regionales… invito a todos los miembros de la
coalición a presentar objetivos nacionales y regionales, de ser posible no sólo
para el 2010, sino también para el 2020 y más allá… las principales prioridades
de esta Conferencia serán resaltar el importante papel de las energías
renovables en el contexto del desarrollo sostenible… para llamar la atención
sobre el concepto del establecimiento de objetivos nacionales, regionales y
sobre la participación global de las energías renovables… generando un
acuerdo internacional sobre un Plan de Acción Global para la implementación
exitosa de las energías renovables…”3
Unión Europea: El 4 de Julio de 2001, el Parlamento Europeo aprobó la
Directiva 2001, sobre la “Promoción de Electricidad producida por medio de
Fuente de Energía renovables en el Mercado Interno de la Unión Europea”.4
Estados Unidos: En julio 2002, la oficina de Eficiencia Energética y
Energías renovables (EERE) del Departamento de Energía de los Estados
Unidos ha sido reestructurado, logística y estratégicamente, tanto como en
términos logísticos como estratégicos.5 En la tabla 2.1, se muestran algunos de
los programas con que cuenta el EERE.
2 Idem p.8.3 Idem p.8.4 Idem p.95 Idem p.10.
Esto son algunos ejemplos de cómo las autoridades a nivel internacional se
han preocupado, por dar un nuevo rumbo a las energías renovables.
Tabla 2.1. Programas de EERE. Covellio Manlio. Entorno internacional y
oportunidades para el desarrollo de las fuentes renovables de energía en los países de
América Latina y el Caribe. Serie: Recursos naturales e infraestructura. Naciones
Unidas CEPAL. Santiago de Chile, 2003. p.10.
PROGRAMAS PRESUPUESTO(Miles de US$)
Biomasa 109.000
Energía Solar 79.000
Eólico e Hidráulico 51.000
Geotermia 26.000
Banco Interamericanos de Desarrollo (BID): Entre 1983 y finales de 2003 el
BID financió 268 millones de dólares en proyectos renovables en América
Latina. La mayoría para Centro América, en especial, El Salvador (211 millones
de dólares).6
Las principales razones para que las energías alternativas se posesionen en el
mercado mundial de la energía son:
Población: Existe una considerable población en el mundo que carece de
energía eléctrica, alrededor de 2.000 millones de personas y otros 1.000 tienen
acceso, pero unas pocas horas diarias. Para solucionar este problema los
países en desarrollo destinaran alrededor de 700.000 millones de dólares.7
Tecnología: Los adelantos tecnológicos se enfocan cada vez mas a la
utilización de energías alternativas que a los combustibles tradicionales, ya sea
por costos o porque las tecnologías de la energía están en proceso de
miniaturización y modularización, siendo más apropiadas para la utilización
social.8
6 Idem p.11.7 Opazo Mario. Energías Alternativas. Revista Javeriana. Vol.140 Nº702 Bogotá, marzo de 2004, p.64.8 Idem p.64.
Competencia: Se ofrece una gran oportunidad a este tipo de energía en los
países en desarrollo ya que son los encargados de la formulación de políticas,
especialmente en los países en desarrollo, tratan de encontrar medios
alternativos a los grandes servicios públicos centralizados y monopolísticos.9
Medio Ambiente: Este argumento es cada día más fuerte dado el
preocupante cambio climático mundial y la aceptación cada vez mayor de
reemplazar los combustibles fósiles por las energías alternativas en los países
en desarrollo. Este cambio permitirá disminuir las emisiones aéreas y la
contaminación atmosférica y los ayudara a cumplir las obligaciones
internacionales de reducir los niveles de dióxido de carbono. 10
El Consejo Mundial de la Energía pronostica que los costos de las energías
alternativas, continuarán descendiendo a medida que su tecnología mejore y produzca
mejores volúmenes, mientras que el costo de los combustibles fósiles aumentara a
causa de los controles de emisiones y la escasez creciente de los mismos.11
Esta tendencia hará que la viabilidad financiera de los proyectos se vea afectada; se
afectara la exportación de carbón y petróleo; se favorecerá el desarrollo de las fuentes
de energía alternativas y las renovables; exigencia del consumidor por energías
“verdes” o eco-amigables; e incentivo para las energías renovables y alternativas. Lo
anterior requerirá apropiarnos, mas rápidamente de los nuevos sistemas de
producción y conversión de energía; aprovechar las oportunidades de mercados
energéticos regionales, aprender a ser competitivos en el ambiente internacional;
formación del capital humano y fomento a la investigación y desarrollo;
transformaciones a las políticas generales del sector, cambios en los modelos
regulatorios; mayores impuestos a la contaminación; nuevas políticas de precios e
impulso al aprovechamiento de fuentes nuevas y renovables de energía.12
9 Idem p.64.10 Idem p.64.11 Idem p.65.12 Idem p.65
3. RECURSOS ENERGÉTICOS RENOVABLES
Son los que tienen la capacidad de regenerarse, si se les aprovecha bien, sin
destruirlos ni exterminarlos, pero que no están en cantidades infinitas. Estos pueden
pasar a constituirse en no renovables cuando la velocidad de utilización es mayor que
la tasa de renovación.
Podemos clasificarlos de la siguiente manera:
a) Fijos y auto-renovables: como lo son:
El clima: básicamente la atmósfera.
El agua: de carácter cíclico.
b) Variables:
La vegetación: conformada por las plantas. Puede ser natural o silvestre
(forestales, pastos, plantas de uso diverso) y cultivada (plantas alimenticias,
industriales, pasturas cultivadas, bosques cultivados, etc.).
La fauna o los animales: puede ser natural (terrestre, acuática y aérea),
doméstica (los animales domésticos, o sea, la ganadería) y la pesquera.
“Entre los recursos renovables potenciales de energías alternativas, están el viento y
el agua, la energía eólica, el gas de vertedero y los biocombustibles, los cuales se han
venido utilizando en el mundo entero”.13
A continuación se expondrán algunos conceptos básicos de los diferentes tipos de
energía renovable:
4. MICROCENTRALES HIDROELÉCTRICAS
Las microcentrales hidroeléctricas son centrales de generación hidroeléctrica,
con una potencia de generación media. En su mayoría se construyen en zonas
aisladas y no representan gran importancia para el sistema de interconexión nacional
ya que su área de influencia es muy reducida. Se pueden definir como el conjunto de
obras civiles y estructuras hidráulicas generales y específicas que, complementadas,
13 Idem p.63.
con su correspondiente equipo electromecánico, aprovechan las energías potencial y
cinética del agua para producir energía eléctrica. Esta energía es conducida por
diferentes líneas de transmisión a los centros de consumo, en donde se utiliza en
alumbrado público y residencial, operación de aparatos electrodomésticos y demás
necesidades eléctricas de la zona en donde se llevar a cabo el proyecto.
Estas microcentrales hidroeléctricas tienen la desventaja de proporcionar una
corriente eléctrica variable, puesto que los cambios climáticos y metereológicos
pueden hacer variar el flujo de agua, y por tanto la cantidad de agua disponible.
El aprovechamiento hidroenergético tendrá que cubrir una demanda de
energía eléctrica, la cual puede estar conectada al sistema nacional de interconexión,
a un sistema híbrido o estar totalmente aislada. La demanda requerida por la MCH
debe ser cubierta durante la totalidad de la vida útil del proyecto. En caso de estar
interconectada, la demanda de la MCH puede ser cubierta temporalmente, y esta a su
vez puede transmitir sus excedentes de potencia y energía al sistema.
La Organización Latinoamericana de energía OLADE clasifica las MCH de
acuerdo a la potencia instalada como de muestra en la tabla 4.1.
Tabla 4.1. Clasificación de MCH según potencia instalada.
POTENCIA (kW) TIPO
0 – 50 Pequeña Central
50 – 500 Minicentral
500 – 5000 Micro central
Según la caída las clasifica como se muestra en la tabla 4.2.
Tabla 4.2. Clasificación de MCH según caída.
BAJA (m) MEDIA (m) ALTA (m)
Micro H < 15 15 < H < 50 H >50
Mini H < 20 20 < H < 100 H >100
Pequeña H < 25 25 < H < 130 H >130
El ISA clasifica las centrales hidroeléctricas de acuerdo a su potencia instalada de la
siguiente forma.
Tabla 4.3. Clasificación de MCH según potencia instalada ISA.
TIPOS POTENCIA ( MW)
Pequeña central hidroeléctrica menores a 0.1
Minicentrales de 0.1 a 1
Micro centrales de 1 a 10
4.1 TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
El aprovechamiento hidroenergético se puede realizar construyendo una presa
para crear un embalse, esta forma requiere de gran profundidad en su diseño y gran
tecnología. Este tipo de obra no es recomendable para las microcentrales, por cuanto
son obras costosas que en la mayoría de los casos encarecen el costo de kW
instalado. La otra forma es por medio de la derivación del caudal; este caso tiene un
fácil diseño y bajos costos, en comparación con los beneficios que esta entrega.
4.1.2 MICROCENTRAL HIDROELÉCTRICA DE PASADA
Este tipo de planta es de filo de agua, en la que no se usa un embalse para
almacenar agua, sino que el caudal se toma del recurso hídrico directamente por
medio de una bocatoma que dirige el caudal a un canal en el que se alcanza la caída
necesaria para obtener la potencia requerida; después se encuentra un tanque de
presión y un desarenador que conducen el caudal a una tubería a presión por la cual
se lleva a la turbina de generación. Su impacto ambiental es mínimo comparado con
el causado por un proyecto de autorregulación o que usa una presa.
A continuación se hará una breve descripción de los principales elementos que
componen una MCH de pasada, cabe señalar que se detallarán estos conceptos y sus
cálculos de diseño, en capítulos más adelante:
Bocatoma: Es la obra en la que se toma el caudal necesario para obtener la potencia
de diseño.
Azudes: Son muros dispuestos transversalmente al curso del agua de los ríos y
sirven para desviar parte del caudal hacia la toma.
Obra de conducción: Es la encargada de conducir el caudal de la bocatoma al
tanque de presión, tiene una pendiente leve, la mas usada puede ser un canal, pero
también son usados túneles o tuberías.
Desarenador: Es un tanque de mayor dimensión a la obra de conducción en el que
las partículas en suspensión pierden velocidad y son decantadas, cayendo al fondo.
Tanque de presión: Es un tanque en el que la velocidad del agua es cercana a cero,
empalma con la tubería a presión, y debe evitar el ingreso de sólidos y de burbujas de
aire a la tubería de presión, y amortiguar el golpe de ariete; además, debe garantizar
el fácil arranque del grupo turbina-generador y tiene un volumen de reserva en caso
de que las turbinas lo soliciten.
Aliviadero: Se usa para eliminar el caudal de exceso en la bocatoma y el tanque de
carga regresándolo al curso natural.
Tubería de presión: Es la tubería que transporta el caudal de diseño a la turbina; se
apoya en anclajes que soportan la presión de agua y la dilatación por los cambios de
temperatura.
Casa de máquinas: Es el sitio donde se encuentra la turbina, los generadores, los
equipos auxiliares, las válvulas de admisión y los aparatos de maniobra, regulación y
protección; allí se transforma la energía hidráulica en mecánica, y ésta en eléctrica; en
la casa de máquinas está la conexión al sistema de transmisión.
Turbinas hidráulicas: Son máquinas que transforman la energía potencial, cinética y
de presión del agua, en energía mecánica de rotación. Se clasifican según su
funcionamiento, en turbinas de acción, las cuales utilizan solo la velocidad del agua
para poder girar; y en turbinas de reacción que emplean, tanto la velocidad como la
presión, para desempeñar el trabajo de rotación.
Reguladores de velocidad: Son servomecanismos que sirven para mantener
constante la velocidad de giro de la turbina y la frecuencia de la energía eléctrica
generada, manteniendo constante la velocidad sincrónica del generador.
Generador: Es una máquina acoplada a la turbina, que convierte la energía mecánica
de rotación en energía eléctrica, en su circuito de salida.
5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
El problema consiste en diseñar y calcular una central hidroeléctrica
aprovechando dos lagunas que están a diferentes cotas de altura y distancia entre si,
para luego juntar los dos caudales, para posteriormente sumar los caudales y llevarlos
a la casa máquina. Esta central generará energía eléctrica para llevar a cabo el
proceso de secado de frutas, así como también proveerá de energía a las casas de los
trabajadores que se ubicaran a muy poca distancia de la industria. Para poder llevar a
cabo el proceso industrial y también para efectos de calefacción, se debe transformar
la energía eléctrica en calor (en forma de vapor).
Los datos que se tienen para el diseño y cálculo son los siguientes:
Altura Bruta 1= 120 [mt].
Altura Bruta 2= 98 [mt].
Caudal firme 1 = 0.380 [m3/s]
Caudal firme 2 = 0.090 [m3/s]
Caudal total firme = 0.470 [m3/s]
Para calcular la potencia de nuestra Microcentral se utiliza la siguiente formula:
**
Donde: ρ = densidad del agua (1000 Kg./m3)
= aceleración de gravedad (9.8 m/s2)
Q = caudal (m3/s)
H = altura neta (m)
** Apuntes de clases de turbo máquinas profesor Rene Cifuentes
Reemplazando los valores se tiene que
Este es la potencia que entrega la turbina con un rendimiento de un 100%,
pero a continuación obtendremos la potencia disponible real:
6. PÉRDIDAS, POTENCIAS Y RENDIMIENTOS
Las pérdidas en las turbinas se clasifican en tres grupos: pérdidas hidráulicas, pérdidas
volumétricas y pérdidas mecánicas:
Las pérdidas hidráulicas tienen lugar desde la sección de entrada que se
encuentra inmediatamente detrás de la válvula de admisión (compuerta, de
mariposa, de rodillos, etc.) hasta el distribuidor.14
Las pérdidas volumétricas o intersticiales se dividen en pérdidas exteriores y
pérdidas interiores. Las pérdidas interiores, se producen dado que el caudal no
retrocede (como en las bombas, por el juego entre el rodete y la carcaza) sino
que sigue en dirección del caudal principal, siempre que la presión a la entrada
del rodete sea mayor que a la salida del rodete.15
Las pérdidas mecánicas, son producidas principalmente por el rozamiento
entre las partes mecánicas del sistema.16
Las perdidas van asociadas directamente con los rendimientos y es así como las
pérdidas hidráulicas determinan los rendimientos hidráulicos, las pérdidas volumétricas
determinan el rendimiento volumétrico y las pérdidas mecánicas determinan el
rendimiento mecánico.
Todo este conjunto, determina finalmente las potencias, como se muestra en la figura
6.3, donde:
14 Claudio Mataix. Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas. p. 492.15 Ídem. p.493.16 Ídem. p.493.
Na = potencia de accionamiento
Ni = potencia interna
Nu = potencia útil
Figura 6.1. Gráfico de pérdidas, potencias y rendimientos.
Además, se debe tomar en cuenta el rendimiento del generador eléctrico que
será la última pérdida de importancia a considerar. Estos rendimientos son del orden
de:
Al tener los rendimientos ya determinados, es necesario recalcular la potencia
útil para obtener la potencia sobre la cual trabajar. Esto es:
Por lo tanto, se tendrá que trabajar sobre una potencia de 0.26 MW.
Finalmente, se establece que se tendrá que trabajar sobre un caudal de
0.47 m3/s, este caudal es el necesario, dado los rendimientos, para obtener la potencia
determinada.
7. SELECCIÓN DE LA TURBINA
La selección de la turbina se realizará mediante el método de Buckingham17
(número de grupos adimensionales independientes que puede emplearse para
describir un fenómeno en el que intervienen “n” variables, es igual al número n-r,
donde r usualmente es el número de dimensiones básicas necesarias para expresar
las variables dimensionalmente), y se efectúa de la siguiente manera:
Se utilizan los siguientes números característicos:
1. = Caudal (m3/s)
2. = Altura de Presión (94.31 metros 9.431 bar.)
3. n = Revoluciones por segundo
4. Y = Número de presión y es igual a:
= 1/ densidad
d = presión
P = 105
5. σym = Número de giro o específico de revoluciones y es igual a:
6. D = Diámetro de rotor y es igual a:
7. = Diámetro especifico, que se obtiene del gráfico (figura 5), que se muestra a
continuación.
17 René Cifuentes, Apuntes de cátedra de Plantas de Fuerzas
Como ya tenemos las fórmulas para determinar la turbina que se seleccionará
para el sistema hidráulico a diseñar, se tomarán los datos anteriormente mencionados,
y se procederá de la siguiente forma:
Caudal = 0.47 m3/s
Altura = 94.31 m
n = se seleccionarán varios números de revoluciones y se determinara uno
arbitrariamente.
Ejemplo N 1 : n = 1000RPM (16.67 rps)
Esto es igual para todos los “n”.
Tipo de turbina = Pelton
Diámetro especifico δe = 5.4 m
Ejemplo N 2 : n = 2000 RPM (33.3 rps)
Tipo de turbina = Pelton
Diámetro especifico δe = 4.8 m
Figura 7.1. Gráfico método Buckingham para seleccionar turbomaquinas
Según el gráfico criterio se escogió una turbina de las siguientes características:
Turbina Pelton (rápida)
2000 RPM
Diámetro rotor= 1.20 m
Nº pares de polo (z)=
f = frecuencia (Hz)
8. OBRAS CIVILES
A continuación, se mencionan y se profundiza, en las obras civiles necesarias
para la construcción de este sistema hidráulico de generación de energía.
8.1 DIMENSIONAMIENTO DEL CANAL
En la obra de conducción el agua captada en la toma es conducida hasta el
sitio donde empieza la caída, es decir el canal une la bocatoma con el tanque de
presión.
La conducción se realiza por lo general a través de un canal, que bien puede
ser a cielo abierto o recubierto (box-culvert); en ella el agua fluye en contacto con la
superficie libre. El trazado de la obra de conducción se realiza en función de conseguir
una mayor eficiencia y seguridad de las obras a menor costo, manteniendo una
pendiente longitudinal positiva menor que la del río y haciendo algunas variaciones,
solo dentro de ciertos límites. La pendiente de la conducción se establece con un
criterio técnico económico, estudiando varias alternativas.
En los canales se recomienda que la velocidad oscile entre 0.6 m/s y 2.0 m/s,
para evitar la sedimentación en el canal y la erosión, por tal motivo el área mojada es
función de la velocidad
Este canal era diseñado para un caudal constante y teórico de 2.58 m3/s, y
debe tener una longitud de 300 metros.
8.1.1 CONSTRUCCIÓN
Los canales trapezoidales se recomiendan para conducciones en tierra. Pero
hay de distintas formas: rectangulares, triangulares, escalonados, semicirculares, etc.
Figura 8.1. Forma y parámetros de un canal trapezoidal.
Según la figura 7.1, hay una serie de variables que permiten dividir el canal en
distintas fracciones para calcular cada una en forma separada y con una mayor
exactitud. Estas variables de se definen;18
1. Área de flujo;
2. Perímetro mojado;
3. Radio hidráulico;
Para una geometría óptima del canal se tiene;
4. Geometría optima
5. Profundidad normal;
18 Robert Fox. Introducción a la mecánica de fluidos.
6. Área de la sección;
7. Ancho de fondo;
Donde;
, para tierra;
8.1.2 CORRELACIÓN DE MANNING PARA LA VELOCIDAD
8. Velocidad;
9. Caudal;
Figura 8.2. Diagrama del problema a resolver
8.1.3 DIMENSIONAMIENTO DE LA PARTE B
Para el dimensionamiento se utilizaron los siguientes datos;
Caudal; 0.38 m3/s
Rugosidad;
Pendiente = 0,00042
Talud = 0,577
Cálculos;
Ahora bien, se determina el ancho superficial (T); ç
Por lo tanto, el canal contará con las siguientes dimensiones:
Figura 8.3. Canal dimensionado
Tabla 8.1. Resumen del canal dimensionado
Largo 300 m
Ancho Superficial 1.885m
Ancho Fondo 0.959m
Profundidad Hidráulica 0.830m
Pendiente 0.42 %
Perímetro Mojado 4.72m
Radio Hidráulico 0.174 m
Velocidad (Manning) 0.318 m/s
8.1.4 DIMENSIONAMIENTO DE LA PARTE A
Para el dimensionamiento se utilizaron los siguientes datos;
Caudal; 0.09 m3/s
Rugosidad; 5
Pendiente = 0,0004
Talud = 0,577
Cálculos;
Ahora bien, se determina el ancho superficial (T); ç
Por lo tanto, el canal contará con las siguientes dimensiones:
Figura. 8.4 Canal dimensionado
Tabla 8.2. Resumen del canal dimensionado
Largo 300 m
Ancho Superficial 1.916m
Ancho Fondo 0.558m
Profundidad Hidráulica 0.484m
Pendiente 0.42 %
Perímetro Mojado 2.79m
Radio Hidráulico 0.173m
Velocidad (Manning) 0.179m/s
8.2 DIMENSIONAMIENTO DEL DESARENADOR Y LA CÁMARA DE CARGA
8.2.1 DESARENADOR
El desarenador es una obra hidráulica, que sirve para sedimentar partículas de
un determinado diámetro, de material sólido suspendidas en el agua. Las partículas
se mantienen en suspensión debido a que la velocidad de entrada a la bocatoma es
elevada y suficiente para arrastrarlas. Esto ocurre especialmente en tiempo de
crecidas cuando entran a las conducciones grandes cantidades de sedimentos.
Durante las crecientes, la cantidad de sólidos en los ríos de montaña puede llegar a
ser del 4% al 6% en volumen del caudal, y del 0.2% al 1,0% en los ríos de llanura.
El propósito del desarenador es el de eliminar partículas de material sólido
suspendidas en el agua. Para que estas se decanten se debe disminuir la velocidad
de entrada mediante la variación de la pendiente anterior del canal. La velocidad de la
corriente en el desarenador no debe ser superior a 0.5 m/s, dado que en velocidades
superiores las partículas no se decantan.
El agua afluente al desarenador es retardada por una ampliación de la sección
transversal del embalse de tal manera, que las partículas en suspensión dejan de
flotar y se depositan. Las partículas en las aguas entrantes con la materia en
suspensión transportada por las mismas en dirección horizontal con velocidad
constante deben llegar al fin de la cámara recién, cuando el proceso de sedimentación
esté concluido, es decir el tiempo de sedimentación debe ser más corto que el tiempo
requerido para el transcurso de agua por todo el largo de la cámara (tiempo de
desplazamiento).
Figura 8.5. Movimiento de las partículas
8.2.2 DIMENSIONAMIENTO DEL DESARENADOR
Las dimensiones del desarenado restan determinadas por las distintas
velocidades de la partícula, como velocidad de sedimentación, velocidad de
decantación, etc.
Para determinar la velocidad de sedimentación se utilizara la Ley de Allen, cuya
fórmula es:
Donde: velocidad de sedimentación
Ps = peso especifico de la partícula
P = peso especifico del agua
g = gravedad
μ = viscosidad cinemática del fluido
De donde dependiendo del diámetro se tiene las siguientes velocidades de
sedimentación:
Tabla 8.3. Velocidades de sedimentación
Para dimensionar el desarenador, se toma un diámetro arbitrario, en este caso
0.1mm, cuya velocidad de sedimentación es 0.692 m/2.
Obteniendo la velocidad de sedimentación, una de las formas de diseñar el
desarenador es la siguiente (secuencialmente):
VELOCIDAD DE EMPUJE ASCENSORIAL
LONGITUD DEL DESARENADOR(La profundidad del desarenador se estipula criteriosamente, en este caso será de 2
metros)
La velocidad crítica se determina de la siguiente formula:
; Donde
d= diámetro de la partícula
= coeficiente de dependencia del diámetro de la partícula.
TIEMPO DE DECANTACIÓN
TIEMPO DE SEDIMENTACIÓN
Nota importante:
Cabe señalar que se debe cumplir que Td debe ser mayor que Ts. Por lo que estos cálculos están correctos.
ANCHO DEL DESARENADOR
Donde; B = ancho del desarenador
B´= ancho del canal
α = ángulo de divergencia (debe ser menor de 30º, en
este caso 12º)
Donde; B=ancho
Q= caudal
Td= tiempo de desplazamiento
Para el caso del primer ancho del desarenador se tiene que:
Q= 0.38 ; td= 27.52 ; L= longitud
Este es el ancho para un caudal de 0.38
De forma análoga se calcula el otro ancho para un caudal de 0.09 ,
,
En este proyecto se deja la misma longitud para ambas cámaras de decantación.
LONGITUD DE TRANSICIÓN
Para el caudal de 0.38
Para el caudal de 0.09
PANTALLA DE SALIDA
→
8.2.3 CÁMARA DE CARGA
Se diseña principalmente por seguridad, para evitar que entre aire a la tubería
de presión o en el caso de que ocurra algo imprevisto en el abastecimiento de agua
quede una reserva de agua alimentando a la turbina. Se debe garantizar la
funcionalidad de la cámara de carga.
ESQUEMA DESARENADOR Y CÁMARA DE CARGA19
Figura 8.6. Desarenador y Cámara de Carga
8.2.4 REJILLA DEL DESARENADOR
Esta se calcula de la siguiente forma:
Superficie Total de la Rejilla
19 ESHA. Manual de la pequeña hidráulicas
Para Q=0.38
Para Q= 0.09
Superficie Total de la Rejilla Sumergida
Donde: Q = Caudal nominal
V0= Velocidad del agua delante de la reja
b = Anchura del barrote
a = Espacio libre entre barrotes
k1= Coef. Para prever la colmatacion parcial de la reja en cond. Normales
α = Angulo que forma la reja con la horizontal
Cálculos
Datos: Q = 0.38
V0= 1.5 m/s (se explica mas adelante)
b = 2 cm.
a = 2 cm.
k1= 0.3 (para platina)
α = 26.5º
De igual forma para la otra
rejilla de una caudal de 0.09 , se tiene que:
Tabla 8.4. Resumen rejilla para Q= 0.38
LONGITUD MEDIDA
Ancho barrotes 2 cm.
Dist. Entre barrotes 4 cm.
Ancho rejilla 4.19 m
Largo rejilla 12.11 m
Angulo rejilla con la horizontal 26.5º
Tabla 8.5 Resumen rejilla para Q= 0.09
LONGITUD MEDIDA
Ancho barrotes 2 cm.
Dist. Entre barrotes 4 cm.
Ancho rejilla 4.26 m
Largo rejilla 12.11 m
Angulo rejilla con la horizontal 26.5º
8.3 TUBERIA FORZADA
Son tuberías que transportan el agua bajo presión hasta la turbina.
Debido a que el costo de esta tubería puede representar gran parte del
presupuesto de toda la pequeña central, es prioritario, que su deseo sea óptimo para
reducir tanto inversión final como costos.
Para que los costos de mantenimiento sean bajos se deben colocar soportes y
anclajes de la tubería, con buenos cimientos y en pendientes estables.
Cuando se hace la proyección de costos de la tubería se pueden subvalorar los
costos de operaciones secundarias como pintura y uniones. Los costos dependen en
gran medida de la elección del material para la tubería20.
Hay consideraciones a tomar, para obtener una óptima tubería forzada, entre
estas consideraciones están:
1. Considerar las diferentes clases de material para uniones
2. Comparar costos de mantenimiento
3. Tomar diámetros de tubería y espesores de pared disponibles
4. Calcular la posible sobre presión ocasionada por el golpe de ariete en caso de
cierre brusco del paso de agua, y sumarla con la presión estática.
5. Calcular espesores de pared adecuados para determinados tamaños de
tubería.
6. Diseñar soportes, anclajes y uniones.
7. Preparar tabla de opciones calculando el costos de cada una de las opciones
y ver su disponibilidad en el mercado
8. Seleccionar diámetro en función del menor costo y menores pérdidas de
energía.
8.3.1 DIMENSIONAMIENTO
Para el dimensionamiento de la tubería se asume la velocidad y trabajamos
con el caudal de esa tubería,
Datos
20 Libro Diseño de Acueductos y alcantarillados.
DIÁMETRO
La velocidad en la
tubería debe mantenerse entre: 0 ≤ v ≤2 m/s, dado que hay que recordar que las
perdidas están en función de las velocidades al cuadrado; ( )
EMPUJE DE LA TUBERÍA FORZADA
Donde: E = esfuerzo estático (empuje)
= peso especifico del agua
H = altura de la columna de agua
A = área de sección del tubo
ESPESOR DE LA TUBERÍA DE DIÁMETRO 4”
Donde: Pnom = presión nominal (bar.)
dnom = diámetro nominal (cm.)
z = coeficiente de debilitamiento
Kr = esfuerzo de tensión permisible en el tubo
Tabla 8.6. Kr de distintos aceros comerciales.
ACERO Kr
Colado 600
Al carbón de alta calidad 950 – 1100
Al carbón media calidad 1200
Al carbón de buena calidad 1600
Al carbón de calidad superior 1800
Tabla 8.7. Coeficiente de debilitamiento de distintos aceros
SITUACION DEL TUBO Z
Sin costura 1
Soldados a tope 0.6 – 0.8
Soldados a lo largo 0.5 - 0.7
→ Diámetro comercial = 4”
Tabla 8.8 . Característica de la tubería seleccionada. Catálogo VEMACERO
PÉRDIDAS POR CAMBIO DE DIRECCIÓN
Codos donde n= Nº de codos
Perdidas por longitud, se calcula por la ecuación de Darcy:
; Donde
F= coeficiente de fricción para tuberías de agua
L= largo de la tubería
D= diámetro de la tubería
V= velocidad del agua en la tubería
G= aceleración gravitacional
Por ende se tiene una pérdida de:
Luego súmanos las perdidas de carga para posterior calcular la presión en
punto de conexión con la otra entrada de agua al circuito
Por la tanto la presión en el punto de conexión es:
Para el cálculo de la otra tubería de diámetro 30” se tiene que:
Longitud del 1º tramo,
Con estos datos calculamos la velocidad en la tubería:
; Donde
Q= caudal
D= diámetro de la tubería
Las pérdidas en este tramo de cañería se calculan de la siguiente forma:
EMPUJE DE LA TUBERÍA FORZADA DE DIÁMETRO 30”
Donde: E = esfuerzo estático (empuje)
= peso especifico del agua
H = altura de la columna de agua
A = área de sección del tubo
, para este tramo tomamos solo el diámetro
mayor, o sea 0.762 de diámetro.
ESPESOR DE LA TUBERÍA DE DIÁMETRO 30”
Diámetro comercial= 30”
Para el otro tramo de la cañería de diámetro 14” se tiene que:
Datos del segundo tramo de la tubería
Las pérdidas en este tramo de tubería se calculan de la siguiente forma:
Se debe considerar las pérdidas por cambio se sección, la cual se calcula de la
siguiente forma:
Figura 8.7 cambio de sección de tubería forzada
En la cual utilizamos el teorema del seno par calcular el ángulo de cambio de sección:
Figura 8.8 sección de cambio de dirección
Datos:
Para calcular debemos obtener el valor de K, para utilizar la tabla de contracciones y
ensanchamientos***
De la formula****
PÉRDIDAS POR CAMBIO DE DIRECCIÓN
Codos donde n= Nº de codos
La pérdida total de la tubería es de:
Luego obtenemos la presión en el punto de conexión la cual esta dada por:
Al comparar las presiones en punto C se puede observar que ambas presiones son
casi iguales donde hay una diferencia de 0.18 m. para este caso no de mayor
relevancia debido ala poca diferencia que hay entre ambas, por ende se dan por
aprobado los cálculos de las cañerías de nuestro micro central.
EMPUJE DE LA TUBERÍA FORZADA DE DIÁMETRO 14”
Donde: E = esfuerzo estático (empuje)
= peso especifico del agua
H = altura de la columna de agua
A = área de sección del tubo
*** Libro Mecánica de lo fluidos serie Schaum, tabla 5, Pág. 397
**** Libro Mecánica de los Fluidos serie Schaum, tabla 4, Pág. 396
, para este tramo tomamos solo el diámetro
mayor, o sea 0.762 de diámetro.
ESPESOR DE LA TUBERÍA DE DIÁMETRO 14”
Diámetro comercial= 14”
Tabla de datos para la tubería de 14” de diámetro catalogo VEMACERO.
En el punto de conexión se tiene un caudal mayor debido a que se suman
ambos caudales procedentes de la tuberías de 4” y 14”, lo que nos da una caudal de
Q= 0.41 , los datos en punto c son:
Datos:
CALCULO DE LA VELOCIDAD DE TUBERÍA DE 20” DE DIÁMETRO
LAS PÉRDIDAS EN ESTE TRAMO DE TUBERÍA, SE CALCULAN DE LA SIGUIENTE FORMA:
PÉRDIDAS POR CAMBIO DE DIRECCIÓN
Codos donde n= Nº de codos
PÉRDIDAS POR ACCESORIOS (TE)****
; Donde K va desde 1.50 a 2)
V= velocidad del fluido en el punto
PÉRDIDAS POR ACCESORIOS (VÁLVULAS DE CONTROL, ABIERTA), CON UN K=3
Total de pérdidas en el sistema:
En el punto de entrada a la casa de máquinas se tiene una presión de:
**** Libro Mecánica de los Fluidos serie Schaum, Pág. 396, tabla 4
9.1 GOLPE DE ARIETE
Es un cambio brusco (transformación) de energía; de energía cinética a
energía estática. Son ondas que se originan en el instante en que se cierra la directriz
de la turbina. El agua que circula se detiene y la energía cinética que trae se convierte
en presión. Como resultado del aumento de presión, el líquido se comprime y las
paredes del tubo se expanden, lo que permite que entre al tramo una cantidad de agua
adicional antes de que se detengan. Luego sucede lo mismo en el tramo situado
inmediatamente más arriba, y el aumento de presión se prolonga hasta el reservorio
en donde el proceso se detiene. Al no haber movimiento de agua, está empieza ahora
a dilatarse y la tubería a contraerse. Este proceso es inverso que el anterior y
comienza en el reservorio y termina en la válvula. De esto resulta una reducción en la
presión que es teóricamente igual al aumento en la presión que tuvo antes pero de
signo contrario. El valor de la velocidad de propagación de la onda será21;
Donde C = velocidad de la onda (m/s) (celeridad)
D = Diámetro del tubo (m)
e = Espesor de la pared del tubo (m)
k = Relación entre el modulo de elasticidad del agua
y el material de la tubería.
Tabla 9.1. Tipos de K, para distintos materiales
21 Idem.
MATERIAL DE LA TUBERÍA K
Acero 0,5
Hierro fundido 1,0
Concreto 5,0
Asbesto – cemento 4,4
Plástico 18,0
9.1.1PARA LA TUBERÍA DE 4” DE DIÁMETRO
Tiempo de Cierre (tiempo de maniobra) = t; para un diámetro de 4”
Si la maniobra es rápida, la válvula quedara completamente cerrada antes de
comenzar a actuar la onda de presión.
Maniobra rápida
Si el tiempo de cierre es lento, la onda de depresión llagará a la válvula antes
de que de halle completamente cerrada.
CÁLCULO DE LA SOBRE PRESIÓN PARA LA CAÑERÍA DE 4”
En el caso de una maniobra rápida (T< 2L/C), la sobre presión máxima será;
Siendo; h = sobre presión en m.c.a
v = velocidad en m/s
En el caso de una maniobra lenta (T> 2L/C), la sobre presión será;
9.1.2 PARA LA TUBERÍA DE 30” DE DIÁMETRO
Tiempo de Cierre (tiempo de maniobra) = t; para un diámetro de 30”
Si la maniobra es rápida, la válvula quedara completamente cerrada antes de
comenzar a actuar la onda de presión.
Maniobra rápida
Si el tiempo de cierre es lento, la onda de depresión llagará a la válvula antes
de que de halle completamente cerrada.
CÁLCULO DE LA SOBRE PRESIÓN PARA LA CAÑERIA DE 30”
En el caso de una maniobra rápida (T< 2L/C), la sobre presión máxima será;
Siendo; h = sobre presión en m.c.a
v = velocidad en m/s
En el caso de una maniobra lenta (T> 2L/C), la sobre presión será;
9.1.3 PARA LA TUBERÍA DE 14” DE DIÁMETRO
Tiempo de Cierre (tiempo de maniobra) = t; para un diámetro de 14”
Si la maniobra es rápida, la válvula quedara completamente cerrada antes de
comenzar a actuar la onda de presión.
Maniobra rápida
Si el tiempo de cierre es lento, la onda de depresión llagará a la válvula antes
de que de halle completamente cerrada.
CÁLCULO DE LA SOBRE PRESIÓN PARA LA CAÑERIA DE 14”
En el caso de una maniobra rápida (T< 2L/C), la sobre presión máxima será;
Siendo; h = sobre presión en m.c.a
v = velocidad en m/s
En el caso de una maniobra lenta (T> 2L/C), la sobre presión será;
9.1.4 PARA LA TUBERÍA DE 20” DE DIÁMETRO
Tiempo de Cierre (tiempo de maniobra) = t; para un diámetro de 20”
Si la maniobra es rápida, la válvula quedara completamente cerrada antes de
comenzar a actuar la onda de presión.
Maniobra rápida
Si el tiempo de cierre es lento, la onda de depresión llagará a la válvula antes
de que de halle completamente cerrada.
Cálculo De La Sobre Presión para la tubería de 20”
En el caso de una maniobra rápida (T< 2L/C), la sobre presión máxima será;
Siendo; h = sobre presión en m.c.a
v = velocidad en m/s
En el caso de una maniobra lenta (T> 2L/C), la sobre presión será;
La válvula deberá ser cerrada en un tiempo superior a 623.03 seg. Con el fin de
evitar que la presión sobrepase la presión de trabajo en la tubería.
Un buen método para evitar que la sobre presión destruya alguna parte del
sistema es instalando una chimenea de equilibrio.
10.1 CHIMENEA DE EQUILIBRIO
Las variaciones en la demanda de energía eléctrica en una pequeña central
hidroeléctrica obliga a una reducción en el caudal que pasa por la turbina.131”
La regulación del caudal para reducir o aumentar la potencia genera ondas de
oscilación en la tubería de presión que son amortiguadas en la chimenea de equilibrio,
como también los efectos que produce el golpe de ariete.
La condición más general para determinar la instalación de la chimenea de
equilibrio, es que si el tiempo de cierre de la directriz es menor de 3 segundos se
requiere chimenea de equilibrio.
Otra forma de evitar la instalación de chimeneas de equilibrio es colocar
válvulas de alivio próximas a la turbina o difusores como en el caso de la turbina
Pelton.
Diámetro Chimenea para tubería de 30” de diámetro
Figura 10.1 Esquema de una chimenea de equilibrio
Diámetro Chimenea para tubería de 4” de diámetro
11.1 ANCLAJES
Los anclajes son estructuras generalmente de concreto que sirven para
soportar los esfuerzos originados en las curvas, en las piezas de derivación, tapas, y
en los tramos de gran inclinación22.
22 Azavedo Neto, Manual de Hidraulica
En palabras sencillas los anclajes, deben soportar el esfuerzo que produce el
agua sobre la tubería. Además, existen los sillines que sirven para evitar
deformaciones de la tubería forzada por su peso más el del agua que transporta.
Figura 11.1. Esquema de apoyos y fijaciones
Esfuerzo o empuje
Donde: R = F = esfuerzo o empuje (Kg.)
A = sección del tubo (m2)
γ = peso especifico del liquido (Kg./m3)
h = presión interna (m.c.a.)
α = ángulo de curva
Es recomendable que los bloques, tanto anclajes como sillines estén anclados
más de 60 cm de profundidad. En la tubería forzada encontramos 2 codos; un codo de
45º saltante hacia adentro y un codo de 45º saltante hacia adentro y obviamente,
encontramos los 127.3 metros de longitud.
Tabla 11.1. Fatiga admisible de acuerdo a diferentes terrenos
FATIGA ADMISIBLE EN LA VERTICAL.
Roca, conforme a su naturaleza y estado. 20
Roca alterada, que necesita martinete neumático o dinamita para
disgregación.
10
Roca alterada, que necesita cuando mocho, pico para excavación. 3
Cantera o arena gruesa compacta, que necesita pica para excavación. 4
Arcilla rígida, que no puede ser modelada con los dedos. 4
Arcilla dura, difícilmente modelada con los dedos. 2
Arena gruesa medianamente compacta. 2
Arena fina compacta. 2
Arena fofa o arcilla blanda, excavación con pala. <1
CODOS PARA DIAMETRO DE 30”
CODOS PARA DIAMETRO DE 4”
Ahora se determina la fatiga admisible para el terreno en el cual se instalaran
los anclajes, este es cantera o arena gruesa compacta, cuya fatiga admisible es de
4 Kg. /cm2
Se determina que la base del apoyo es: 63.88 cm por lado. Y finalmente se
debe tener en consideración que el codo debe estar completamente cubierto por el
apoyo.
11.1.2 SILLINESSon más sencillos de elaborar y menos costosos, solo deben resistir el peso de la
tubería y el agua, se diseñan de la siguiente manera:
Figura 11.2 Diagrama de sillines
PARA LA TUBERIA DE 30”
PARA LA TUBERIA DE 14”
PARA LA TUBERIA DE 4”
PARA LA TUBERIA DE 20”
11.1.3 UNIONES DE LAS TUBERIASLas tuberías por lo general, vienen en longitudes estándar y deben ser unidas
entre sí. Los tipos de uniones de tuberías pueden clasificarse en varias categorías,
entre ellas encontramos:
1. Uniones con bridas: Cuando se fabrica la tubería, individualmente se
colocan bridas en sus extremos, las cuales durante la instalación son empernadas
unas a otras. Se debe colocar un empaque de caucho entra cada par de bridas.
Estas uniones por lo general se utilizan en tuberías de acero, y ocasionalmente en
hierro dúctil.
2. Espiga y Campana: Estas son uniones preparadas en fábrica, de manera
que el diámetro interno de una tubería es igual al diámetro interno de la siguiente. El
extremo de cada tubería puede ser empatado con la campana de otra. Se debe sellar
cada sección de tubería empleando un buen sello de caucho o un pegamento
especial.
Hay que tomar algunas precauciones cuando se realiza esta tipo de unión:
El sello debe estar limpio al momento de la unión.
Evitar unir con lluvia
Utilizar un lubricante especial. No aceite a base de grasa. Si no lo hay se
puede utilizar jabón.
Para tuberías de gran diámetro se requiere un templador tipo “ratchet”
Antes del acoplamiento final, verificar la alineación de la unión.
Los gases del pegamento disolvente son altamente tóxicos.
3. Uniones mecánicas: Son costosas y poco usadas. Su principal función es
unir tuberías de diferentes materiales, o cuando se necesita una ligera deflexión en la
tubería que no necesita de un codo. Algunos tipos de unión mecánica no pueden
tolerar fuerzas en la dirección de la tubería y tienen que ser fijados con bloques de
anclaje.
4. Uniones soldadas: Se emplean en tuberías de acero y en técnicas
especiales con polietileno. Es relativamente barato, pero requiere personal
especializado. Es imprescindible contar con una persona capacitada para realizar la
soldadura para asegurar una buena unión. Con este tipo de uniones se pueden hacer
pequeñas desalineaciones.
“Los dos extremos de la tubería que serán unidos son fijados en una plantilla especial,
colocando luego moldes calientes en ambos extremos. La temperatura del molde y el
tiempo en que se aplica son decisivos para lograr una buena unión. Cuando el
material del extremo está casi líquido, se juntan son fuerza los dos extremos para que
se fusionen. Este proceso se llama soldadura por fusión.
5. Juntas de expansión: En las tuberías de presión de acero tiene que haber juntas
de expansión. Generalmente existe una debajo de la cámara de carga o del anclaje
superior.
Para el ejemplo se ocuparan estas últimas, que tienen la particularidad de cumplir 2
funciones: unir, y darle un cierto grado de movilidad (expansión) a la tubería.
12.1 BOCATOMA
Las obras de toma o bocatomas son las estructuras hidráulicas construidas sobre un
río o canal con el objeto de captar, es decir extraer, una parte o la totalidad del caudal
de la corriente principal. Las bocatomas suelen caracterizarse principalmente por el
Caudal de Captación, el que se define como el gasto máximo que una obra de toma
puede admitir.
Es necesario tener presente que la bocatoma es una estructura muy importante para
el éxito de un proyecto. Si por una razón u otra se produce una falla importante en la
obra de toma, esto significaría la posibilidad del fracaso de todo el Proyecto de
Aprovechamiento Hidráulico. En consecuencia, tanto el diseño como la construcción,
la operación y el mantenimiento de una obra de toma deben ofrecer el máximo de
seguridad.
Para la construcción de las obras de captación es necesario considerar:
El levante de una presa de forma perpendicular al cause del río
La distancia entre el canal derivación (aguas arriba) y la presa
La entrada al canal debe ser, en lo posible, perpendicular al cauce
La sección de entrada del canal de conducción, será el doble que la del canal
propiamente tal.
Se debe disponer de una rejilla y además de una compuerta principal de
entrada.
Sección del canal de conducción = 3.8 m, por lo tanto;
Sección de entrada de la bocatoma = 7.6 m
Distancia entre la presa y la bocatoma = 20 m
CALCULO DE LA COMPUERTA PRINCIPAL
Las compuertas son mecanismos mecánicos que sirven para controlar el volumen de
agua que ingresa al canal de derivación, para ello cuentan con un mecanismo de
cierre puede ser manual o automático. Existen numerosos materiales para se
fabricación, los mas usados son madera y acero.
Aquí se va a ocupara una compuerta de uso habitual en depuración de aguas.
Instalación en canales para regulación de fluidos. Debido a que la compuerta es
estanca en 3 lados la altura máxima del fluido siempre será la propia altura del canal.
7.11.2 Presión que se ejerce sobre la compuerta:
Donde: h = altura hidráulica
b = ancho superficial
12.1.1 ESPECIFICACION
Compuerta para canal abierto.
Estanqueidad en el fondo y los dos laterales (3
lados). Cierres mediante elastómero de EPDM
o bronce +EPDM. La construcción de la
compuerta es mecano soldada, siendo los
materiales estándar de fabricación acero al
carbono y acero inoxidable. Compuerta totalmente adaptable a los requerimientos del
cliente. Debido a su construcción puede ser diseñada para diferentes cargas de agua y
diferentes alturas mediante el uso de múltiples tipos de alargamiento.
Accionamientos: volante, reductor, neumático doble efecto y simple efecto,
accionamiento eléctrico, hidráulico.
Las compuertas entre el canal principal y el desarenador, será de igual modelo a la
compuerta principal.
Las medidas se ajustan a las medidas del canal.
Figura 12.1 Tipo de compuerta
13.1 CASA DE MAQUINAS
Es la estructura que aloja todo el equipo electromecánico, en los que se
transforma la energía cinética del agua en energía mecánica y posteriormente en
eléctrica. Una normalización del diseño de la casa de máquinas se puede obtener en
función de la posición del eje del grupo turbina generador. Este puede ser horizontal o
vertical23.
23 ESHA. Manual de la pequeña hidráulica
En proyectos para pequeñas centrales hidroeléctricas, el grupo de eje
horizontal ofrece más facilidades para su montaje y mantenimiento, por tal motivo es el
más usado.
La transformación de la energía cinética en mecánica, y de mecánica en
eléctrica requiere como mínimo dentro de la casa de máquinas de los siguientes
equipos:
Empalme entre la tubería de presión y la entrada a la válvula: Esta
reducción empalma la tubería de presión con las dimensiones de la válvula.
Válvula: Es un elemento que está ubicado entre la tubería de presión y la
turbina, permite el paso o el cierre total del flujo del caudal.
Turbina: Permite la transformación de la energía cinética en mecánica.
Dispone de un regulador de velocidad que permite ajustar el caudal a la demanda de
energía eléctrica.
Generador: Permite la transformación de energía mecánica en energía
eléctrica.
Voltaje de inercia: Se encarga de compensar el momento de inercia del grupo
turbina-generador.
Puente grúa: Es un elemento conveniente para facilitar la reparación y el
montaje de la turbina.
Canal de salida de las aguas turbinadas: El agua procedente de la turbina
sale al río por medio de un tubo difusor; también lo puede hacer a través de una
galería que se une con una canal.
En general será diseñada para las dimensiones de la turbina y el generador,
mas un espacio amplio para el mantenimiento y la operación de las personas a cargo.
Figura 13.1. Esquema frontal de una casa de maquinas
Las dimensiones de la casa de máquinas, para el problema presentado serán de:
Ancho = 8 metros
Largo = 8 metros
Alto = 6 metros (deberá llevar un puente grúa)
14.1 DEFINICIÓN DEL SISTEMA DE TRANSFORMACIÓN A CALOR. (ELECTRICIDAD A CALOR)
El sistema que se utilizará para transformar la Energía Eléctrica en Calor será
el de Calderas de Vapor Eléctricas e intercambiadores de calor.
La energía hidráulica del salto bruto será transformada en energía eléctrica a
través de una central hidroeléctrica de potencia media, esta energía eléctrica será
utilizada en los hogares de los trabajadores y en la industria de secado de frutas,
también se utilizará para obtener iluminación para los hogares, para la industria y los
exteriores del sector.
En los hogares la energía eléctrica servirá para activar todos sus
electrodomésticos y la caldera para la calefacción, mientras que en la industria para la
operación de las calderas, los ventiladores y algunos artefactos eléctricos.
Para complementar la explicación anterior, se adjunta el siguiente diagrama
explicativo (figura 2.11).
Figura 14.1 Diagrama explicativo de las transformaciones de energía.
14.1.1 DISEÑO DE LOS HORNOS SECADORES DE FRUTAS Y SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS TÉRMICOS.
La fruta que se desea secar o deshidratar son manzanas, esta es una fruta
muy consumida en nuestro país, esto mismo se traduce en un alto nivel productivo de
esta.
Desde el punto de vista de la conservación, las manzanas deshidratadas no
deben contener más de un 10% a un 20% de agua, ya que las experiencias
demuestran que con estos niveles de humedad no existe peligro de destrucción del
producto. También los consumidores nacionales e internacionales establecen
márgenes de humedad similares al indicado anteriormente.
La fruta a secar debe estar en óptimas condiciones, no presentar daño
mecánico ni descomposición alguna. El producto una vez deshidratado oscurece su
coloración, siendo este más o menos intenso, según las características del secado.
El proceso de secado se desarrollará en un secador industrial. Además contará
con carros sobre los que se aplicarán las bandejas cargadas con la fruta preparada.
Caída de Agua
Turbina
Generador (electricidad)
Caldera de Vapor Eléctri.
Eléctrica
Intercambiadores de Calor a Vapor
Industria
Hogares
Calefacción Secado de Frutas
Iluminación
14.1.2 PROCESO DE ELABORACIÓN.
El proceso consta de las siguientes etapas:
Selección de las manzanas a secar.
Limpiar las manzanas.
Pelar y descorazonar las manzanas.
Cortar en rodaja.
Sulfatado (previene el pardeamiento, perdida de color y Vitamina c).
Cámara de acopio.
Secado.
Empaque, almacenamiento y distribución.
14.1.3 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO.
Luego de preparado el material (manzanas sulfatadas), se cargarán las
bandejas. El material a secar se dispondrá en una capa en la que los trozos no se
superpongan y serán almacenados en el centro de acopio hasta que se alcance la
cantidad de fruta necesaria y esté desocupado al menos uno de los hornos.
Una vez se alcance la cantidad de frutas y se encuentre el horno vacío, este se
cargará con las bandejas llenas de fruta preparada. Una vez cargado el horno este
comenzará el proceso de secado, durante el cual las manzanas estarán sometidas a
un flujo de aire caliente (aproximadamente 40°C), durante un periodo de 8 hrs.
Tomando en cuanta el tiempo que demora el secado y la elevada cantidad de
manzanas a secar se realizará un secado por día, ya que gran parte del tiempo se
ocupará en la preparación de toda la fruta antes del secado.
14.1.4 DISEÑO DE LOS HORNOS SECADORES DE FRUTAS.(37)
El aire que deseca las manzanas se saturará primero, de humedad y luego,
recalentado convenientemente, se encontrará en condiciones de absorber nueva
cantidad de vapor acuoso. El aire debe llevar consigo el número de calorías
necesarias: para evaporar la humedad de las manzanas, para calentar éstas y los
bastidores, soportes o elementos en que se tienden; para compensar el calor perdido
por las paredes, techos, suelos, puertas y ventanas del secador.
A continuación se muestra el procedimiento para calcular uno de los hornos
secadores de frutas:
Datos:
Dimensiones Secador Largo = 10[mt]; Ancho = 5[mt]; Alto = 3
[mt]
Cantidad de Fruta 5850[Kg.] de fruta con 90% de humedad.
Se desea dejar con un 10% de humedad.
Humedad a extraer 80%.
Temperatura para secar 40° C.
Temperatura a la salida del secador 25° C.
Tiempo de secado 8 hrs.
Cantidad de agua a evaporarse en 8 hrs.: de 5850kg de manzanas húmedas
(90% de humedad), se obtendrán 1170kg de manzanas secas, es decir, se deberán
eliminar 4680lts. de agua en 8hrs., o sea, 585kg de agua en 1 hora.
5850kg de manzanas 90% humedad.
1170kg de fruta seca 10% de humedad.
Evaporar 4680 lts. de agua en 8 horas.
Evaporar 585 lts/h.
Volumen de aire del ventilador: un kg. de aire seco a 25° C (temperatura del
aire a la salida del secador), contiene 20.77gr de vapor acuoso y a la temperatura de
entrada fijada en 13° lleva consigo 9.64gr
Por lo tanto, la evaporación de los 15 [kg/h] de agua de manzanas, será:
En condiciones normales (10.33 [bar.] y 13°C) el peso especifico del aire es
1.234 [Kg./m3]. Por lo tanto el volumen de aire necesario para secar es:
Como casi nunca se alcanza la saturación perfecta, conviene aumentar un 20%
el flujo de aire ya calculado, es decir:
Por lo tanto la potencia del ventilador es:
Donde:
HP = Potencia del ventilador.
Q = caudal de aire.
P = diferencia de presión total (presión estática + presión dinámica).
= Rendimiento del ventilador, 0.6 aporx.
75 = constante definida.
Considerando una diferencia de presión de 10 se tiene:
Figura 14.2 esquema básico de secador
Cantidad de Calor: La cantidad de calor que contiene un kilogramo de aire
saturado de humedad es 12.85 [Kcal./Kg.] a 13°C y 22.5 [Kcal./Kg.] a 25°C , la cual se
obtiene de la siguiente tabla:
Figura 14.3 tabla Psicometría
De manera que el número de calorías que pasa de un estado a otro, será:
Es decir:
Calor necesario para calentar las manzanas a 40°C: siendo el peso de las
manzanas secas 1170kgy su calor específico de 1 Kcal./Kg. (se considera igual a la
del agua), el número de calorías necesarias para elevar su temperatura de 13°C a
40°C, está dado por:
Luego:
Es decir:
Pérdidas de calor: recordando las dimensiones del secador, largo=10mt,
ancho=5mt y alto=3mt, las pérdidas de calor serán:
a) piso de pavimento :
b) Cielo : considerando un aislante térmico de bajo costo, cuyo nombre comercial
es AISLAN, se tiene:
Figura 14.4 transferencia de calor
Luego:
Conductividad Térmica.
Entonces las pérdidas en el cielo serán:
c) Paredes: teniendo en cuenta el mismo material que en el caso anterior, se
tiene:
Figura 14.5 transferencia de calor por las paredes
luego:
Resistencia Térmica.
Entonces las pérdidas en las paredes serán:
15.1 SELECCIÓN DE LA CALDERA
Para la selección de la caldera hay que considerar la potencia necesaria para
secar las manzanas, en el cálculo del secador se dedujo que la potencia que debe
tener la caldera para que se pueda hacer el proceso de secado correcto es de Q=
3948.75 , por lo tanto la selección de la caldera será:
Modelo : NGP-430/4
Marca : ETE
Potencia : 200 Kw./172.000kcal/h
Dimensiones : 1.800mm x 1.800mm x 2.040mm
Producción : 264 Kg./vapor/hora
16.1 DISTRIBUCIÓN DE LA ELECTRICIDAD
16.1.1. Consumos de la Planta de Secado y Cálculo de las TMConsumo de Secadores:
Cada secador constará con una caldera y dos ventiladores siendo sus
consumos los siguientes.
Tabla 16.1 consuma de calderas y ventilador
Artefacto Unidad Potencia Potencia Total
Caldera 1 200(Kw.) 200 (Kw.)
Ventilador 2 3.15 (Kw.) 6.3 (Kw.)
Potencia total =206.3 (Kw.)
Consumo Cabañas:La cabaña albergara a 15 personas. El número de trabajadores que tendrá la
empresa es de 15 personas, los 3 turnos de trabajo.
Tabla 16.2 consumo de las cabañas
Si se considera un factor de simultaneidad de 0.6, se tendrá un consumo de 0.408
Kw.
Consumo cocinaTabla 16.3 consumo de electricidad en la cocina
Si se considera un factor de simultaneidad de 0.6, se tendrá un consumo de 22.39
Kw.
Consumo en la Oficina:
La planta constara con una oficia administrativa que constara con los siguientes
componentes:
Tabla 16.4 consumo de electricidad en la oficina
EQUIPO CANTIDAD POTENCIA [W]POTENCIA
[KW]CALEFACCIÓN 1 2200 2,2
MULTIFUNCIONAL 1 800 0,8
CAFETERA ELECTRICA 1 280 0,28
EQUIPO DE MUSICA 1 200 0,2
FRIGOBAR 1 250 0,25
ILUMINACIÓN 5 60 0,3
TELEVISOR Y DVD 1 350 0,35
POTENCIA NOMINAL [KW] 4,14
TOTAL OFICINAS 2 4140 8,28
Si se considera un factor de simultaneidad de 0.6, se tendrá un consumo de
2.48kW.
Consumo Iluminación Exterior:Tabla 16.5 electricidad alumbrado exterior
EQUIPO CANTIDAD POTENCIA [W]POTENCIA
[KW]ILUMINACIÓN EXTERIOR 6 500 3
CASA DE MAQUINAS 2 60 0,12
ESTACIONAMIENTO 2 500 1
SECTOR SECADOR 2 200 0,4
OTROS 6 150 1,2
POTENCIA NOMINAL [KW] 5.72
Si se considera un factor de simultaneidad de 0.6, se tendrá un consumo de 9.14 kW.
16.1.2 ANÁLISIS DE LA DEMANDA ENERGÉTICA Y CÁLCULO DE LAS TM.
Para calcular las TM se hace necesario conocer las horas de uso que tendrán
los procesos, las que tendrán que ser calculadas. A continuación se determinaran las
horas de consumo de cada uno de los puntos que se definieron anteriormente.
Las cámaras de secado estarán en funcionamiento durante 24 horas diarias, y 6 días
a la semana, el séptimo día será parara la plata por descanso de personal.
Las oficinas estarán funcionando durante 8 horas diarias y 6 días a la semana.
El casino funcionara durante 5 horas diarias y 6 días a la semana.
Se considerara que estarán en funcionamiento unas 12 hrs. al día, y no se encuentran
afectados por días domingos y festivos.
Para el alumbrado exterior, se considerara que se encuentran en funcionamiento unas
16 hrs. al día, y no se encuentran afectados por días domingos y festivos.
16.1.3 CÁLCULO DE LA TM
SecadoresEn un día los secadores trabajan durante 24 horas, siendo la potencia máxima
de 259 Kw. y la potencia del secador de 207.5 Kw, obtenemos las siguientes TM;
CALCULO DE TM ANUALES
Estas horas calculadas corresponde al día de trabajo, si los secadores
trabajaran durante 6 días, y siendo 52 semanas anuales, se puede obtener las TM.
Oficina En un día la oficina trabajan durante 8 horas, siendo la potencia máxima de
259kW y la potencia de la oficina de 8.28 Kw., obtenemos las siguientes TM
Estas horas calculadas corresponde al día de trabajo, se menciono
anteriormente que la oficina trabajara durante 6 días, y siendo 52 semanas anuales, se
puede obtener las TM.
CocinasComo se menciono anteriormente las casas estarán en funcionamiento los 365
días del año, donde la potencia máxima es 259 Kw. y la potencia de los domicilios de
37.328kW, obtenemos las siguientes TM;
Estas horas calculadas corresponde al día de trabajo, se menciono
anteriormente que las estarán e funcionamiento los 365 días del año, se puede
obtener las TM.
Alumbrado El alumbrado público estará en funcionamiento, durante 16 horas diarias y los
365 días del año, donde la potencia máxima es 259 Kw. y la potencia del alumbrado
es de 5.72 Kw., obtenemos las siguientes TM;
Estas horas calculadas corresponde al día de trabajo, se menciono
anteriormente que las estarán e funcionamiento los 365 días del año, se puede
obtener las TM.
CabañasEl los artefactos de aseo estará en funcionamiento, durante 12 horas diarias y
los 365 días del año, donde la potencia máxima es 259 Kw. y la potencia del
alumbrado es de 0.68 Kw., obtenemos las siguientes TM;
Estas horas calculadas corresponde al día de trabajo, se menciono
anteriormente que las estarán e funcionamiento los 365 días del año, se puede
obtener las TM.
16.1.4 MANTENIMIENTO DE LA PLANTA Y DÍAS FERIADOS.
Para el cálculo de las TM, también hay que considerar los feriados y días de
mantenimiento ya que son días en los cuales la plata de secado de algas no trabajara.
Días para Mantenimiento;
Para el mantenimiento completo de la planta se considerara una semana por
año, en la cual se detendrá la central hidroeléctrica y además la plata de secado. La
semana de mantenimiento es equivalente a 168 hrs./año. Por lo que tenemos 384
horas/ año sin trabajar la planta.
Días feriados;
1 de Enero
2 días por Semana Santa
1 y 21 de Mayo
18 y 19 de Septiembre
1 de Noviembre
25 de Diciembre
Los días feriados mencionados anteriormente, suman un total de 9 días, que
son equivalentes a 214 hrs./año.
Calculo de las TM;
Con las TM de cada uno de los procesos, con las de los días feriados y los días
de mantenimiento se puede obtener las TM de la planta de fuerza;
Secado = 4992 hrs./año
Oficina = 79.79 hrs./año
Cabañas =9.82 hrs./año
Cocina =631.26 hrs./año
Alumbrado Publico = 110.24 hrs./año
Subtotal = 5823.11 hrs./año
Mant. y Feriados = 382 hrs./año
Total= 5823.11 hrs./año - 382 hrs./año
Total = 5441.11 hrs./año
Por lo tanto las TM totales de la planta de fuerza de 6205.11hrs./año.
16.1.5 FACTOR DE CARGA DE LA PLANTA DE FUERZA.
Con las TM ya definidas se puede obtener el factor de carga de la planta de
fuerza. Siendo las TM anuales de 8760 y las TM anuales de la planta de 6808.
De donde el factor de carga esta dado por la siguiente formula;
Apuntes de la Asignatura Plantas de Fuerzas .; Profesor: Rene Cifuentes B.;
Universidad de la Frontera
17.1 COMPARACIÓN CON UN EQUIPO ELECTRÓGENO.
La comparación entre la central hidroeléctrica y la central diesel se basará
en el costo del Kw. producido (ki).
Formulas a utilizar
Tabla 2.4
Costos Anuales (6.0)
Costos Fijos (6.1)
Factor anualidad del capital (6.2)
Costos Variables (6.3)
Costos de generación (6.4)
17.1.1 CÁLCULOS DEL COSTO DE GENERACIÓN PARA CENTRAL HIDROELÉCTRICA.
Costos Fijos:Son aquellos independientes de la generación entre los cuales se
encuentran costos de amortización, costo de personal, impuestos, etc.
Donde:
= Costos de instalación, referidos a la potencia máxima instalada. Para
este caso utilizaremos un costo de instalación de 1800 (US$/kW-int)
= Factor anualidad del capital.
N = Vida útil en este caso son 30 años
i = interés (11%).
TM = 5441.11(12)Apuntes de la Asignatura Plantas de Fuerzas .; Profesor: Rene Cifuentes B.;
Universidad de la Frontera
Remplazando los valores en la formula 6.1 obtenemos los costos fijos de la
central. Cabe mencionar que los costos varios son insignificantes por lo que tienden a
cero. A demás los costos de la red es de 5000 (US$/ por Km.).
===
US$
Costos de generación:
=
17.1.2 CÁLCULOS DEL COSTO DE GENERACIÓN PARA CENTRAL DIESEL.
Costos Fijos:Son aquellos independientes de la generación entre los cuales se
encuentran costos de amortización, costo de personal, impuestos, etc.
Donde:
= Costos de instalación, referidos a la potencia máxima instalada. Para
este caso utilizaremos un costo de instalación de 200 (US$/kW-int)
= Factor anualidad del capital.
N = Vida útil en este caso son 7 años
i = interés (11%).
Consumo motor = 0,25 L/kW-hr
Precio petróleo = 530 $/l = 1,029 US$/l + 5 % de lubricante =1,080 US$/l.
TM = 5681
Remplazando los valores en la formula 6.1 obtenemos los costos fijos de la
Central Diesel.
===
US$
Costos Variables:
Se refiere a aquel costo que tienen que ver, con las funciones de la
operación de la central, Combustible, lubricantes, Reparación y mantenimiento.
$
Costos de generación:
= ($/Kw.-h)
17.1.3 CURVA COMPARATIVA DE LOS COSTOS DE GENERACIÓN DE LAS DOS CENTRALES.
Central Diesel
TM kv*N kv kf ka ki pot
500 347,76 173880 59420 233300 0,333285714 259
1000 347,76 347760 59420 407180 0,290842857 259
1500 347,76 521640 59420 581060 0,276695238 259
2000 347,76 695520 59420 754940 0,269621429 259
2500 347,76 869400 59420 928820 0,265377143 259
3000 347,76 1043280 59420 1102700 0,262547619 259
3500 347,76 1217160 59420 1276580 0,260526531 259
4000 347,76 1391040 59420 1450460 0,259010714 259
4500 347,76 1564920 59420 1624340 0,257831746 259
5000 347,76 1738800 59420 1798220 0,256888571 259
5500 347,76 1912680 59420 1972100 0,256116883 259
6000 347,76 2086560 59420 2145980 0,25547381 259
6500 347,76 2260440 59420 2319860 0,25492967 259
7000 347,76 2434320 59420 2493740 0,254463265 259
7500 347,76 2608200 59420 2667620 0,254059048 259
8000 347,76 2782080 59420 2841500 0,253705357 259
Central Hidráulica
TM ka ki
500 1200 229955 0,383258333
1000 1200 229955 0,191629167
1500 1200 229955 0,127752778
2000 1200 229955 0,095814583
2500 1200 229955 0,076651667
3000 1200 229955 0,063876389
3500 1200 229955 0,05475119
4000 1200 229955 0,047907292
4500 1200 229955 0,042584259
5000 1200 229955 0,038325833
5500 1200 229955 0,034841667
6000 1200 229955 0,031938194
6500 1200 229955 0,02948141
7000 1200 229955 0,027375595
7500 1200 229955 0,025550556
8000 1200 229955 0,023953646
Grafica ki
00,050,1
0,150,2
0,250,3
0,350,4
0,45
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
TM
ki(U
S$/k
W-h
)
Motor Diesel
Central Hidraulica
18.1 EVALUACIÓN ECONÓMICA DEL PROYECTO.
El costo del equipo electromecánico para generar 0.259 MW, tiene un costo de
US$ 660.000, para el cálculo de costo del proyecto se utilizaran los porcentajes visto
en el curso de plantas de fuerzas. Siendo estos los siguientes.
Equipamiento Electromecánico = 30 % = US$ 750.000
Obras Civiles = 28 % = US$ 700.000
Puesta en Marcha = 0,5 % = US$ 12.500
Ingeniería = 6 % = US$ 150.000
Componentes Varios = 5.5 % = US$ 137.500
Seguros = 0.5 % = US$ 12.500
Gastos Generales = 4.5 % = US$ 112.500
Utilidad Contratista = 12 % = US$ 300.000
Servicios Varios = 1 % = US$ 25.000
Imprevistos = 6 % = US$ 150.000
Perdidas = 1 % = US$ 25.000
Costo total del proyecto US$ 2.500.000
19. CONCLUSIONES.
Durante el diseño y cálculo de la mini central hidráulica
Durante el diseño y cálculo de la cámara de secado, este va a depender de la
cantidad de agua a evaporar durante el proceso de secado de las manzanas.
La instalación de una central Hidráulica para este tipo de proceso se hace
notoriamente mas económica si se ve desde el punto de vista de las TM.
Diseñar y calcular una Pequeña Central Hidroeléctrica, para entregar
electricidad a una plata de secado de manzanas, y electrificación domiciliaria
rural.
Realizar el diseño de la cámara de secado de las manzanas.
Hacer la comparación económica entre la Pequeña Central Hidroeléctrica y un
Grupo Electrógeno diesel
Obtener grafico ki, y comparar entre la Pequeña Central Hidroeléctrica y un
Grupo Electrógeno diesel
Determinar la producción anual que se obtendrá con la planta de secado.
BIBLIOGRAFIA
.Manual para M.C. Hidráulicas de Hasta 2.5 kW.; Autor: Eduardo Mieres S.;
Universidad de la Frontera; Departamento de Ing. Mecánica; Año 2005 Págs.: -29.
Libro: Introducción a la Mecánica de Fluidos.; Autores: Robert W. Fox; Alan T
MacDonald; Editorial: Mc Graw Hill; Edición: 4ª; Págs.: 561,566.
Libro: Hidráulica.; Autor: George E. Russell; Editorial: Continental S.A.; Edición: 1ª
1968; Págs.: 213,214.
Paper: Inventario de Oferta y Demanda.; Autor: Helmut Lauterjung; Págs.: 39-44.
Manual para M.C. Hidráulicas de Hasta 2.5 kW.; Autor: Eduardo Mieres S.;
Universidad de la Frontera; Pág.: -71.
Libro: Redes Industriales de Tubería.; Autor: Antoni Kuszczewski; Editorial: Reverté;
Edición: 1ª; Págs.: 91,92-94,95.
Paper: Manual de Pequeña Hidráulica; Editor: Celso Penche; Año 1998; Págs.: 150-
158.
Libro: Manual de Hidráulica; Autor: J.M. de Azevedo Netto, Guillermo Acosta A.
Editorial: Edgarol TEC-CIEN; Edición: 6ª, año 1975; Págs.: 231-235.
Apuntes de la Asignatura Plantas de Fuerzas .; Profesor: Rene Cifuentes B.;
Universidad de la Frontera
Tesis: Implementación de un Sistema Eólico Eléctrico de Bajo Costo para el Secado
de Algas .; Autor: Héctor A. Matus, Gastón U. Vásquez .; Universidad de la Frontera;
Departamento de Ing. Eléctrica; Año 1986; .
Apuntes de la Asignatura Plantas de Fuerzas .; Profesor: Rene Cifuentes B.;
Universidad de la Frontera.
PLANO GENERAL DE LA MICROCENTRAL HIDROELÉCTRICA
BOSQUEJO DEL DESARENADOR
