INDICE1. INTRODUCCION....................................................................................................................3

2. OBJETIVOS.............................................................................................................................5

OBJETIVO GENERAL...............................................................................................................5

OBJETIVOS ESPECIFICOS.......................................................................................................5

3. DESCRIPCIÓN GENERAL....................................................................................................6

4. DESCRIPCIÓN DE LA OBRA...............................................................................................6

PRESA Y TÚNELES...................................................................................................................7

6. CARACTERÍSTICA DE LA PRESA...................................................................................8

CARACTERÍSTICAS DE LOS VERTEDEROS........................................................................9

CARACTERÍSTICA DEL DESAGÜE DE FONDO..................................................................9

CARACTERÍSTICAS DE LA COMPUERTA DE TOMA I......................................................9

CARACTERÍSTICAS DE LA COMPUERTA DE MANTENIMIENTO..................................9

7. TÚNEL DE CARGA...........................................................................................................10

Chimenea de Equilibrio..............................................................................................................10

Tubería de Presión y Múltiple Distribuidor................................................................................10

Túnel de Desfogue......................................................................................................................11

FRICCION DE TUBERIA RECTAS POR HAZEN WILLIAMS............................................13

EVALUACIÓN ECONÓMICA.................................................................................................14

COSTOS.....................................................................................................................................15

COSTOS DE INVERSIÓN....................................................................................................15

11. COCLUSIONES..................................................................................................................16

12. RECOMENDACIONES.....................................................................................................16

13. BIBLIOGRAFIA.................................................................................................................16

ANEXOS........................................................................................................................................17

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1. INTRODUCCION.Con el fin de tener un conocimiento más amplio y de manera técnica el funcionamiento de una central hidroeléctrica es necesario conocer algunos aspectos y componentes que forman parte del funcionamiento de este sistema y su correcto funcionamiento.

Una central hidroeléctrica usa la energía potencial del agua como fuente principal de energía, esta a su vez dependerá principalmente del caudal existente y de la altura a la cual este sometida, estas plantas se localizan principalmente en zonas de grandes caídas o pendientes pronunciadas ya que por motivo de ganar altura como ya se había explicado anteriormente lograra ganar la capacidad necesaria para accionar las turbinas conducidas en por una tubería a presión.

La tubería de presión son aquellos elementos que se encargan de conducir el agua hacia las turbinas, cuando el salto de agua sobrepasa los 15m de altura el objetivo de la tubería es transformar la energía potencial de posición que tiene el agua, en energía potencial de presión, por lo general se las fabrica de materiales altamente resistentes, como de palastro de hierro, palastro de acero, uralita, hormigón armado o hormigón pre comprimido.

Existen dos disposiciones para las tuberías de presión, la primera consta de un solo tramo hasta la sala de turbinas, la segunda en cambio cuenta con dos tramos de tubería en medio de las cuales se encuentra una chimenea de equilibrio la cual sirve para variar la pendiente de este tramo para lograr más pronunciamiento antes de llegar a las turbinas.

La Central Hidroeléctrica Paute, está ubicada aproximadamente a 130 km. al noreste de la ciudad de Cuenca hacia la región amazónica, en la vía Cuenca- Guarumales -Méndez, en la Provincia del Azuay, cantón Sevilla de Oro, Parroquia Amaluza; es la de mayor capacidad de generación en el Ecuador, con una capacidad de 1.075 Megavatios que equivale aproximadamente a un 40% de la generación total de nuestro país. Está conformada por diez unidades, divididas en dos grupos; la fase AB, tiene las unidades de la uno a la cinco, las cuales entraron en funcionamiento en el año 1983, y la fase C, tiene las unidades de la seis a la diez, que entraron en funcionamiento en 1991.

La Central Paute, es parte de un gran proyecto hidroeléctrico conformado además por el proyecto Mazar y el de Sopladora.

El Proyecto hidroeléctrico Paute fue concebido por el Ingeniero Daniel Palacios Izquierdo, visionario profesional en cuyo honor lleva su nombre la presa de Amaluza que permite la regulación y conducción de las aguas para la Central Molino.

El Ingeniero Palacios como Superintendente de Campo de la Compañía Inglesa Shell, tenía bajo su control los estudios Geofísicos y Geológicos, y su centro de operaciones era el oriente ecuatoriano, posteriormente, como funcionario del Centro de Reconversión Económica del Azuay Cañar y Morona Santiago CREA; durante sus recorridos descubrió el accidente geográfico que por sus características consistía en un recurso aprovechable para la generación Hidroeléctrica. El río Paute portador de un gran caudal en el sitio denominado Cola de San Pablo, en corta distancia medida en línea recta, presenta una gran diferencia de niveles,

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haciéndose aprovechable esa energía potencial; esta condición favorable fue expuesta en su informe ante las autoridades superiores y de la provincia, sin embargo para esa época, esta idea no fue fácilmente entendida, resultaba una propuesta de una persona ilusa, por la magnitud de las obras de Ingeniería y sus costos.

La Central Paute Molino, se encuentra aguas abajo de la Central Mazar, tiene una potencia instalada de 1100MW y una producción anual de 4900GWh. Una presa de arco de gravedad con un embalse de ciento veinte millones de metros cúbicos, cuenta con diez unidades de generación con turbinas tipo Pelton.

La tubería de presión que conecta a los generadores puede funcionar de distintas manera formas, las más comunes desde la captación hasta la central de máquinas metros aguas abajo o en el mejor de los caso dentro de la misma presa, para nuestro trabajo se realizara el estudio técnico y económico de una tubería que conecta a los generadores con la presa, de esta manera se tiene como propósito conocer los proceso realizar para la obtención de dichos resultados.

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2. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Realizar el análisis técnico económico de una tubería a presión que conecte una represa con los generadores.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Estudiar la factibilidad de una sección de tubería que cumpa con las exigencias que esta lo requiere

Conocer los elementos que contribuyen al funcionamiento de la central hidroeléctrica Definir criterios de diseño de una tubería existente en el proyecto estudiado.

3. DESCRIPCIÓN GENERALEl proyecto hidroeléctrico Paute tiene la mayor capacidad de generación de todas las centrales de generación de energía eléctrica por medio de la energía hidráulica, lo cual lo convierte en el más grande e importante del país. Este proyecto consta de tres etapas. El embalse del Proyecto hidroeléctrico Paute consta de tres presas las cuales son: Mazar, Amaluza Marcayacu.

De las tres presas la de mayor capacidad es la de Mazar, con una capacidad de almacenamiento de cuatro veces más que la presa de Amaluza.

4. DESCRIPCIÓN DE LA OBRADentro del Proyecto hidroeléctrico Paute, la primer etapa esta la Central Paute-Molino, en esta etapa es donde se desarrolla el sistema de control térmico. De aquí radica la importancia de conocer los detalles más relevantes de esta Central Hidroeléctrica. El embalse de Amaluza tiene una capacidad de almacenamiento de ciento veinte millones de metros cúbicos con un volumen útil de cien millones de metros cúbicos. El vertedero de excesos tiene una capacidad de descarga de 7724 m³/s.

La presa Amaluza fue construida con hormigón, tipo Arco-gravedad de 170m de altura y una longitud en la coronación de 400m, constituyéndose de esta forma en una de las presas más altas de América en su tipo. Y en una de las más complejas a nivel de construcción por su ubicación geográfica, ya que se la construyo en las faldas de la cordillera de los Andes. La coronación de la presa se encuentra en la cota 1994 m.s.n.m. La Presa consta de tres vertederos con 6 compuertas radiales de 12m de ancho. Además dos tomas de carga están incorporadas a la presa en el lado izquierdo, una sirve para la Fase AB y la otra para la Fase C, esta presa está provista dedos desagües de fondo, estos son de tipo válvula de compuerta y disipadora de cono hueco. Cada uno de estos desagües maneja un caudal máximo de 112.5m³/seg.

La represa por un lado, debido al alto grado de erosión de la cuenca del río Paute y por otro lado, la ausencia de la presa Mazar durante casi dos décadas, no ha sido construida y cuya

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finalidad es retener sedimentos evitando que finalmente se depositen en el embalse Amaluza ya construido, tiene una tasa anual de sedimentos de 2.252 Hm³.El alto volumen de sedimentos representa la amenaza para el funcionamiento de la Central Molino de Hidropaute S.A., por lo que se realiza semestralmente batimetrías a lo largo del embalse, lo cual permite mantener la información continuamente actualizada. El túnel de carga es de sección circular revestido con concreto de 5 metros de diámetro interno para la Fase AB y 6.9 metros de diámetro interno para la Fase C, y 6070m de longitud para la Fase AB y 6024m de longitud para la Fase C.

Están diseñados para conducir un caudal máximo de 100 m³/seg Para la Fase AB y 105 m³/seg. Para la C desde el Embalse hasta la Chimenea de equilibrio, donde se inicia la tubería de presión. Los túneles se encuentran ubicados en la cota 1920 m.s.n.m. La longitud del tramo blindado de la Fase AB es de 40.36m y de 128m para la Fase C.

Las Chimeneas de Equilibrio son del tipo “orificio restringido” tienen un diámetro de 7m para las dos Fase y una altura de 170m para la Fase AB y 130m para la C. Son revestidas en hormigón y sirven para amortiguar las sobrepresiones producidas por las maniobras de operación. Está localizada totalmente en roca en la unión del túnel de carga con la tubería de presión.

La Casa de Máquinas de la Central Molino es una caverna subterránea de 23.4m de ancho, 184m de longitud y 42.5m de altura que acomodan los grupos turbina generador así como los transformadores.

Par el acceso principal a Casa de máquinas existe un túnel de 190m de longitud, con una sección tipo herradura de 7m de ancho y 7.5m de altura. Todo el acceso se encuentra revestido de hormigón lanzado y pernos de anclaje.

El agua utilizada en la Central molino es devuelta al río Paute a través de túneles de descarga, el piso está revestido con concreto con una altura de 8m y de 400mde longitud para la Fase AB y 405m para la Fase C. El túnel está diseñado para una descarga máxima de 100 m3/seg para la Fase AB y 105 m³/seg para la C. La pendiente de los túneles es de 0.3%.

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5. DATOS TECNICOS PROYECTO PAUTE MOLINO

PRESA Y TÚNELES

El embalse de Amaluza es creado por la presa Daniel Palacios, construida de hormigón tipo Arco-gravedad de 170m de altura y una longitud en la coronación de 420m, constituyéndose de esta forma en una de las presas más altas de América en su tipo.La coronación de la presa se encuentra en la cota 1994 m.s.n.m.La Presa consta de tres vertederos con 6 compuertas radiales de 12m de ancho. El volumen total de hormigón en la presa es de 1´188.215m3. Para la construcción se necesitaron 5´600.000 sacos de cemento (Portland tipo II) de 50 kilos.El vertedero se diseñó para una descarga de 7724 m3/seg. La fundación de la presa está enteramente en granodiorita sana.Dos tomas de carga están incorporadas en la presa en el lado izquierdo, una sirve para la fase AB y la otra para la Fase C, además la presa está provista de dos desagües de fondo, estos son de tipo válvula de compuerta y disipadora de cono hueco. Cada uno de estos desagües maneja un caudal máximo de 112.5 m3/seg.El esquema para el desvío del río paute durante la construcción de la presa consistió de un túnel parcialmente revestido de hormigón de 12m de diámetro y 585m de longitud, combinado con una ataguía de 30 metros de altura situada aguas arriba y una ataguía de 10 metros aguas abajo. El esquema se ha diseñado para una descarga de 1600m3/seg. Sin rebosar las ataguíasLa toma de agua en el Embalse Amaluza se realiza mediante una estructura de hormigón, localizada en la cara aguas arriba de la presa, provista con rejillas y compuertas de acero sobre ruedas fijas. Las compuertas son de 3.5m e ancho por 7.5m de alto. Se usó una tubería de acero para llevar el agua desde la toma al túnel de carga.En la Presa la temperatura media anual calculada es de 13.7 grados centígrados, la máxima de 20.0 grados centígrados y la mínima de 8.0 grados centígrados. La humedad relativa es del 84.1% y la evaporación media anual en el evaporímetro es de 1.025mm.

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6. CARACTERÍSTICA DE LA PRESA

Tipo En arco-gravedad

Altura 170 m

Longitud de coronación 420 m

Volumen de hormigón 1'188.219 m3

CARACTERÍSTICAS DE LOS VERTEDEROS

Caudal de diseño 7.724 m3/s

Número de compuertas 6 u

Ancho cada compuerta 11,7 m

Altura de cada compuerta 12 m

CARACTERÍSTICA DEL DESAGÜE DE FONDO

Tipo Válvula de compuerta y disipadora de cono hueco

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Número de válvulas 2

Caudal máximo total 250 m3/s

CARACTERÍSTICAS DE LA COMPUERTA DE TOMA I

Tipo Ruedas fijas

Altura 6,15 m

Ancho 3,60 m

CARACTERÍSTICAS DE LA COMPUERTA DE MANTENIMIENTO

Numero 1

Altura total 6,83 m

Ancho de sello 3,64 m

Uso En las 2 Tomas de Carga

Objetivo Vaciado y llenado de túnel de carga

Material Bronce

Guías Acero embebido en hormigón de la presa.

Extensión de las guías 1993.93 a 1920 msnm

Nivel de descanso 1986.7 msnm

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7. TÚNEL DE CARGA

Los túneles de carga de sección circular revestido de concreto de 5 metros para la fase AB y y 6.9 metros de diámetro interno para la fase C, y 6070m de longitud para la fase AB y 6024m para la fase C, están diseñados para conducir un caudal máximo de 100m3/seg. Para la fase AB y 105m3/seg. Para la C desde el Embalse hasta la Chimenea de equilibrio, donde se inicia la tubería de presión. La excavación total del túnel para la fase AB fue de unos 178.000 m3 de los cuales aproximadamente el 80% fue granodiorita masiva y el resto esquistos de cuarzo y mica.Los túneles se encuentran ubicados en la cota 1920 m.s.n.m. La longitud del tramo blindado de la fase AB es de 40.36m y de 128m para la fase C.Chimenea de Equilibrio

Las Chimeneas de Equilibrio del tipo "orificio restringido" tienen un diámetro de 7m y una altura de 170m para la fase AB y 130m para la C, revestidas en hormigón y sirven para amortiguar las sobrepresiones producidas por las maniobras de operación. Está localizada totalmente en roca en la unión del túnel de carga con la tubería de presión.Tubería de Presión y Múltiple Distribuidor

El último tramo de la conducción lo constituyen las tuberías de presión en pozo y los múltiples distribuidores que conectan la tubería de presión con cada una de las turbinas. La tubería tiene 850m de longitud y 3.75m de diámetro interno para la fase AB y 950.58m de longitud y 4.4m para el tramo superior y 4.2m de diámetro interno para el tramo inferior de la fase C, con espesores que varían de 25 a 45 milímetros. Los ejes de la tubería tienen una inclinación de 43 grados con respecto de la horizontal.Túnel de Desfogue

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El agua utilizada en la Central molino es devuelta al río Paute a través de túneles de descarga con el piso revestido de concreto de 8m de alto y de 400m de longitud para la fase AB y 405m para la fase C. El túnel está diseñado para una descarga máxima de 100m3/seg. Para la fase AB y 105m3/seg. Para la C. La pendiente de los túneles es de 0.3%.

8. CALCULO TECNICO DE LA TUBERIA

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ELEMENTOS Y DETALLES TECNICOS MAZAR MOLINOTUBERIA A PRESION

CANTIDAD 1 tuboLONGITUD 850 m

CAUDAL 100 m3/sDIAMETRO 3,75 mMATERIAL ACERO

INCLINACION 43% CAIDA 360 m

CHIMENEA DE CONTROLALTURA 170 m

DIAMETRO 7 m

9. PERDIDAS DE CARGA

Fricción de tuberías rectas (hf) Entrada a la tubería (he) Ensanchamiento repentino (hse) Contracción brusca Cambios de dirección y obstrucción parcial (ha)

H=hf +he+hse+hc+ha+hv

hv= v2

2 g

V=√2 gh

FRICCION DE TUBERIA RECTAS POR HAZEN WILLIAMS

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hf=

10.679

C1.852∗L

D4.87 ∗Q1.852

DATOS

Hf=360

L=850

C=110

D=3.75

hf=

10.679

1101.852∗850

3.754.87 ∗1001.852

hf=12.18m

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La atura piezométrica para cálculos consiguientes será de 347.2m

Presión calculada para esta altura será

P=Υ∗h

P=1000∗347.2=347200=3.472Mpa

Una vez calculada la presión con la cual va a trabajar nuestra tubería podemos decir que la sección de la misma de un material adecuado para resistir no solo la presión nominal sino también el golpe de ariete y posibles sobre presiones producidas en esta sección, es por esta razón que se deberá tomar una material que cumpla con lo requerido.

Para este caso tomamos tubería de acero de un espesor de 45mm en la parte más crítica y de 25mm en la parte de menor carga de presión.

De esta manera se los primeros 200m tienen diámetro de 25mm de espesor de tubería y los siguientes 640m de longitud se componen de tubería de 45mm de espesor. De esta manera se ahorra en tubería y se cubre con la sección más segura en el tramo más crítico.

Esta medida de sección de tubería no es una medida comercial por lo cual se diseñara u construirá una tubería con esta capacidad para resistir la presión de esta sección.

10. ANALISIS ECONOMICO DE LA SECCIONES DE TUBERIA

Como una evaluación financiera. La primera supone que todas las compras y ventas son al contado riguroso y que todo el capital es propio. La segunda incluye a todos los flujos financieros del proyecto, haciendo la distinción entre capital propio y capital prestado.

El objetivo del proyecto consiste en sustituir el Sistema de Enfriamiento actual de las Unidades de Generación por el sistema propuesto, es decir el proyecto no genera ingresos, por lo que su análisis económico se sustentará únicamente en la evaluación económica.

EVALUACIÓN ECONÓMICA

La decisión en torno a la ejecución o no del proyecto se basa en identificar los costos y beneficios atribuidos al mismo y valorarlos con el objetivo de determinar si es conveniente o no su ejecución.

La evaluación económica utiliza el método costo/beneficio, para lo cual se requiere definir cuáles son los costos, los beneficios y cuantificarlos con la mayor precisión posible.

Para el caso específico del proyecto, sus costos están dados por el costo de inversión y por el costo de mantenimiento, mientras que el valor de costos de operación y mantenimiento del

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actual sistema de enfriamiento y el costo de recambio de equipos se consideran como ingresos en la evaluación económica del sistema de enfriamiento propuesto

COSTOS

COSTOS DE INVERSIÓN

Representados por costos de instalación, materiales, mano de obra, transporte, los que se detallan a continuación.

CIMENTACION DE UBERIAS DE PERSIONMATERIAL UNIDAD CANTIDAD P UNITARIO P TOTAL

APOYOSHORMIGON f¨c 300kg/cm2 m3 80 200 16000ENCOFRADO m2 450 9,36 4212MALLA ELECTROSOLDADA m2 450 3,92 1764

TOTAL 21976ANCLAJES

HORMIGON f¨c 300kg/cm2 m3 80 200 16000encofrado m2 250 9,36 2340MALLA ELECTROSOLDADA m2 250 3,92 980

TOTAL 19320SECCION TUBERIA

MATERIAL UNIDAD CANTIDAD P UNITARIO P TOTAL USD USD

TUBERIA ACERO 3750mm m 200 700 140000TUBERIA ACERO 3750mm m 640 850 544000ACCESORIOS UNIDAD 10 400 4000

TOTAL 688000MANO DE OBRA

MATERIAL UNIDAD CANTIDAD P UNITARIO P TOTALMANO DE OBRA hora 15800 4 63200

TRANSPORTE 55000ALQUILER DE MAQUINARIA dia 30 2350 70500

OTROS MAS MANENIMIENTO 55000TOTAL 233700

El costo total de instalación y mantenimiento es de 972996 dólares americanos

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Este es el valor a considerar en el tramo de acero que transporta el agua hasta las turbinas, este caudal se repartirá en lis generadores en la casa de máquinas.

11. COCLUSIONES

La empresa Hidro Paute es una empresa bajo el control de CELEC la cual ha tomado la cuenda y recursos hídricos de la cuenca del rio paute y produce energía en tres puntos como son SOPLADORA-MOLINO-MAZAR estas en conjunto brindaran alrededor de 1600MV al sistema interconectado del país

De la captación se derivan dos tuberías que conducen a los proyectos A-B y hacia el proyecto de los cuales cada uno conduce un caudal de 100m3/s.

La tubería de presión es una tubería que cesta ubicada el final de la conducción hacia la caja de máquinas.

La longitud de la tubería A-B es de 840m de longitud inclinada, esta a su vez cuenta con un material metálico específicamente de acero de 25 y 45mm de espesor y de un diámetro interno de 3.75m con lo que se propone conducir este caudal.

Las pérdidas de energía en la tubería se producen únicamente por fricción en las paredes de la tubería, es por esta razón que tomamos el criterio de cálculo de HAZENN WILLIAMS que define las perdidas energéticas en función del diámetro, caudal y tipo de material a usar.

Las pérdidas por fricción obligan a que la altura piezométrica disminuya en 12m lo cual nos da una altura máxima de 347.2 metros para trabajar con la presión final existente.

Los acoples de seguridad que obligan a que la estructura se mantenga firme están cada 20m de longitud y por condiciones ambientales se encuentran dentro de la tierra.

12. RECOMENDACIONES

Se recomienda tomar datos del sitio y revisar de manera visual las condiciones de trabajo.

Tomar proyectos de todas magnitudes ya que todos se manejan bajo un mismo criterio de cálculo.

Realizar un proyecto completo de una central hidroeléctrica en clase para tener idea de modelo de cálculo.

Generar conocimientos en base a información y potencial hidráulico de nuestro país.

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13. BIBLIOGRAFIA

http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/7165/1/T-ESPE-047397.pdf https://www.celec.gob.ec/hidropaute/index.php/centrales/casa-de-maquinas-molino http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/931/6/Capitulo_2.pdf http://astec.com.ec/index.php?idSeccion=34

14. ANEXOS

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