UNIVERSIDAD DE PIURA

MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL CON MENCION EN RECURSOS HIDRICOS

“Diseño de una mini central hidroeléctrica – Rio la Gallega”

Tesis para optar el título deIngeniero Civil.

Jesús Humberto Moreno Mantilla

Asesor: Dr. Ing. Daniel Marcelo Aldana

Piura Enero

2011

1. INTRODUCCION

2. OBJETIVO DEL PROYECTO

El objetivo del presente proyecto es dotar del recurso hidroenergetico a los centros poblados de Piedra del toro, La Unión y San Luis. Dichos centros poblados pertenecen a la provincia de Morropon.

Para lo cual se utilizaran las aguas del rio la Gallega a través de una captación de agua tipo fluyente ubicado aguas arriba del puente la Gallega.

3. UBICACIÓN DEL PROYECTO

El embalse será ubicado en Santo Domingo, Santa Catalina de Mosa y Provincia de Morropón. Sus coordenadas son: Latitud 5° 7'5.34"S y Longitud 79°53'43.66"O. Tal como se puede apreciar en la figura adjunta. Figura Nº 01 y Nº 02.

Figura Nº 01

Figura Nº 02

Así mismo se presenta a través de la figura Nº 03 y 04 un esquema de los posibles componentes de la mini central a diseñar.

Figura Nº03

Figura Nº 04

4. CALCULO DE LA DEMANDA DE LOS PUEBLOS A ELECTRIFICAR

El análisis de la demanda es un aspecto importante para el diseño o estudio de un micro o mini central hidroeléctrica. Sus resultados deben aportar el consumo actual de la población a la que se desea suministrar energía, y con estos, proyectar la demanda durante un periodo de tiempo según necesidad. Por tratarse de un análisis en zonas rurales aisladas, donde las poblaciones se encuentran alejadas de los grandes servicios interconectados y muchas veces aun sin servicio eléctrico alguno, no es posible aplicar los métodos tradicionales para la estimación de la demanda futura de un país como la extrapolación de la demanda anterior o modelos econométricos en base a indicadores nacionales o departamentales.

Cada región aislada tiene sus propias características de densidad, crecimiento poblacional, infraestructura, servicios existentes, recursos naturales y potenciales de producción. Por lo tanto, cada región aislada prevista para la electrificación necesita una evaluación particular de su potencial de desarrollo y su futura demanda de energía eléctrica, tanto en gabinete como en campo.

Para nuestro trabajo para el cálculo de la demanda se va a utilizar el método desarrollado por Ramiro Ortiz, en su libro, Pequeñas centrales hidroeléctricas (2001), metodología más rigurosa, que requiere mayor información acerca de las actividades de la comunidad o centro poblado:

• Actividades en el hogar: hora de acostarse, levantarse, preparar los alimentos, etc.

• Actividades industriales y comerciales: agricultura, industria maderera, pesca, ganadería, minería, bodegas, restaurantes, hoteles y otros

• Servicios públicos: colegios, escuelas, salud, comunicaciones, agua y saneamiento.

Con la información recabada se obtiene una visión de las necesidades de la comunidad y puede asignarse una demanda o potencia eléctrica a cada una de ellas, en lo que respecta a cada uno de los sectores:

• Demanda residencial: se debe tomar una vivienda representativa y proyectarla hacia el total de las viviendas. La información de la demanda residencial se dividirá en: iluminación; conservación y preparación de alimentos y; recreación y comodidades.

• Demanda industrial y comercial: se pueden prever casos individuales de acuerdo al tipo de industria y considerar, según sea el caso, una muestra representativa de una industria mayoritaria, si fuera necesario. Algunos datos de la demanda industrial se pueden ver en la tabla 3.

• Servicios públicos: la energía eléctrica aportara soluciones en materia de salud, educación, comunicaciones y alumbrado público.

5. DEMANDA POTENCIAL

Una vez que se ha identificado la demanda actual, independiente o no de que haya servicio de energía eléctrica, se requiere conocer el consumo durante el día representativo. Que proyectado refleje de la comunidad en la semana, mes u otro periodo.

De la encuesta se obtiene información característica de la comunidad en sus hábitos de consumo, distribuidos de acuerdo con el tipo de necesidad que ya se ha visto.

Entonces la demanda potencial será obtenida de la siguiente tabla:

TABLA Nº 01

POTENCIA MEDIA DE ALGUNOS EQUIPOS ELECTRICOS

ResidencialRefrigerador 250Televisor 100Radiograbadora 40Equipo de sonido 100Licuadora 200Ventilador 100Máquina de coser 100Plancha 1 000-1 500Radio, teléfono 100Cocina eléctrica (por boquilla) 1 000-1 500

AgroindustriaAserradero 30-60Carpintería 3-15Trapiche 10-20Telares 2-6Molino de granos 3-20Beneficiarios de café 5-30Molinos de canteras 6-30Fábricas de hielo 6-60Matadero o molino de pescado 5-10Cuarto frío o cámara de refrigeración 6-60Bombeo 2- 100

El horario de uso (24 horas), está dividido en periodos según la actividad de la comunidad. Esta división se obtiene de la información recogida en campo. En la tabla 5 se considero la siguiente distribución:

Tabla Nº 02

A continuación se procederá al cálculo de la demanda potencial para esto se realizo una encuesta para determinar la población a servir.

DATOS DE POBLACIONPOBLACION DE DISEÑO 1,572Tasa Crecimiento 2.07%N° HABITANTES POR VIVIENDA 6

Numero de Viviendas Poblacion Actual AÑO

2010

Poblacion Futura

AÑO 2030

Piedra del Toro 150 900.00 1,355.83

San Luis 71 426.00 641.76

262

Total 1,572.00 2,368.18

La Union41 246.00 370.59

ELECTRIFICACION EN LOS CENTROS POBLADOS DE PIEDRA DEL TORO, LA UNION Y SAN LUIS

Centros Poblados

Así mismo se procedió a la determinación de la demanda a partir de las siguientes tablas

Tabla Nº 03

0-5 5-7 7-11 11-13 13-17 17-19 19-21 21-24 DIA AÑO

ILUMINACION

Sala 100 262 0.5 13,100.00 13.10

Comedor 100 262 0.3 7,860.00 7,860.00 15.72

Dormitorio 1 100 262 0.3 7,860.00 7,860.00 15.72

Dormitorio 2 100 100 0.3 3,000.00 3,000.00 6.00

Dormitorio 3 100 150 0.3 4,500.00 4,500.00 9.00

Baño 100 262 0.1 2,620.00 2,620.00 5.24

Puerta de Entrada 100 262 1 26,200.00 26,200.00 26,200.00 78.60PREPARACION Y PRESERVACION DE ALIMENTOS 0.00

Nevera 250 155 0.2 7,750.00 7,750.00 7,750.00 7,750.00 7,750.00 7,750.00 7,750.00 7,750.00 62.00

Licuadora 100 100 0.1 1,000.00 1.00RECREACION 0.00

Televisor 100 180 0.8 14,400.00 14,400.00 28.80

Equipo de sonido 100 110 0.3 3,300.00 3.30

Gravadora 40 200 0.8 6,400.00 6,400.00 6,400.00 6,400.00 25.60

Ventilador 100 150 0.3 4,500.00 4,500.00 4,500.00 4,500.00 4,500.00 22.50OTROS 0.00

Maquina de Coser 100 100 0.2 2,000.00 2.00

Plancha 1200 185 0.2 44,400.00 44.40TOTAL

2,690.00 33,950.00 44,490.00 14,250.00 34,050.00 12,250.00 29,810.00 130,230.00 33,950.00 332.98 121,537.70

CANTIDAD CS % ENERGIA KW-HORAHORARIO DE USODEMANDA RESIDENCIAL

UTILIDAD DE USUARIO

REPRESENTATIVO

POTENCIA EN

VATIOS

Tabla Nº 04

0-5 5-7 7-11 11-13 13-17 17-19 19-21 21-24 DIA AÑO

INDUSTRIA Y COMERCIO

Apicultura 1500 2 0.6 1,800.00 1,800.00 1,800.00 1,800.00 1,800.00 1,800.00 1,800.00 1,800.00 14.40

Aserradero 5000 1 0.7 3,500.00 3,500.00 7.00TOTAL 1,800.00 1,800.00 5,300.00 1,800.00 5,300.00 1,800.00 1,800.00 1,800.00 21.40SERVICIOS PUBLICOS

Escuela 1500 3 0.3 1,350.00 1,350.00 1,215.00 0.00 3.92

Salud : Iluminacion 1000 1 0.4 400.00 400.00 400.00 400.00 400.00 2.00

Salud : Otros Equipos 1000 1 0.7 700 700 700 2.10

Alumbrado Publico 8000 1 1 8000 8000 8000 24.00

Iglesia 500 1 0.2 100 100 100 0.30

Comunicaciones 1000 1 0.6 600 600 600 600 2.40

Agua Potable 2000 1 1 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 14.00

Entidades Publicas 500 1 1 500 500 500 1.50

Casa Campesina 500 1 0.5 250 250 250 0.75

Junta de Accion comunal 300 1 0.5 150 150 150 0.45TOTAL 10,750.00 2,400.00 3,300.00 2,600.00 3,300.00 5,050.00 12,615.00 11,400.00 51.42 18,766.48

UTILIDAD DE USUARIO

REPRESENTATIVO

POTENCIA EN

VATIOS

CANTIDAD CS % HORARIO DE USO ENERGIA KW-HORA

DEMANDA INDUSTRIAL COMERCIAL Y POR SERVICIOS PUBLICOS

Tabla Nº 05

0-5 5-7 7-11 11-13 13-17 17-19 19-21 21-24 DIA AÑO

RESIDENCIAL 33,950.00 44,490.00 14,250.00 34,050.00 12,250.00 29,810.00 130,230.00 33,950.00 332.98 121,537.70INDUSTRIA Y COMERCIO 1,800.00 1,800.00 5,300.00 1,800.00 5,300.00 1,800.00 1,800.00 1,800.00 21.4 7,811.00SERVICIOS PUBLICOS 10,750.00 2,400.00 3,300.00 2,600.00 3,300.00 5,050.00 12,615.00 11,400.00 51.415 18,766.48

144,645.00 148,115.18

DEMANDA TOTAL

UTILIDAD POTENCIA EN

VATIOS

CANTIDAD CS % HORARIO DE USO ENERGIA KW-HORA

CRECIMIENTO DE LA DEMANDA

Tabla Nº 06

% Potencia en Vatios

%Energia Kwh-año

0.00 130,230.00 0 121,537.70

3.00 134,136.90 3 125,183.83

3.00 138,161.01 3 128,939.35

2.30 141,338.71 2.3 131,904.95

2.30 144,589.50 2.3 134,938.76

2.30 147,915.06 2.3 138,042.36

2.30 151,317.11 2.3 141,217.33

1.50 153,586.86 1.5 143,335.59

1.50 155,890.66 1.5 145,485.62

1.50 158,229.02 1.5 147,667.91

1.50 160,602.46 1.5 149,882.93

1.50 163,011.50 1.5 152,131.17

1.50 165,456.67 1.5 154,413.14

1.50 167,938.52 1.5 156,729.34

1.50 170,457.60 1.5 159,080.28

1.30 172,673.55 1.3 161,148.32

1.30 174,918.30 1.3 163,243.25

1.30 177,192.24 1.3 165,365.41

1.30 179,495.74 1.3 167,515.16

1.30 181,829.18 1.3 169,692.86

1.00 183,647.48 1 171,389.79

1.00 185,483.95 1 173,103.68

0.50 186,411.37 0.5 173,969.20

0.50 187,343.43 0.5 174,839.05

0.50 188,280.14 0.5 175,713.24

0.50 189,221.55 0.5 176,591.81

DEMANDA RESIDENCIAL

Tabla Nº 07

Año

%Potencia en Vatios %

Energia Kwh-año

0 0.00 1,800.00 0.00 7,811.00

1 3.00 1,854.00 3.00 8,045.33

2 3.00 1,909.62 3.00 8,286.69

3 2.30 1,953.54 2.30 8,477.28

4 2.30 1,998.47 2.30 8,672.26

5 2.30 2,044.44 2.30 8,871.72

6 2.30 2,091.46 2.30 9,075.77

7 1.50 2,122.83 1.50 9,211.91

8 1.50 2,154.67 1.50 9,350.09

9 1.50 2,186.99 1.50 9,490.34

10 1.50 2,219.80 1.50 9,632.69

11 1.50 2,253.10 1.50 9,777.19

12 1.50 2,286.89 1.50 9,923.84

13 1.50 2,321.20 1.50 10,072.70

14 1.50 2,356.01 1.50 10,223.79

15 1.30 2,386.64 1.30 10,356.70

16 1.30 2,417.67 1.30 10,491.34

17 1.30 2,449.10 1.30 10,627.72

18 1.30 2,480.94 1.30 10,765.89

19 1.30 2,513.19 1.30 10,905.84

20 1.00 2,538.32 1.00 11,014.90

21 1.00 2,563.70 1.00 11,125.05

22 0.50 2,576.52 0.50 11,180.67

23 0.50 2,589.40 0.50 11,236.58

24 0.50 2,602.35 0.50 11,292.76

25 0.50 2,615.36 0.50 11,349.22

DEMANDA INDUSTRIAL/COMERCIAL

Tabla Nº 08

Año

%Potencia en

Vatios %Energia Kwh-año

0 0.00 12,615.00 0.00 18,766.48

1 3.00 12,993.45 3.00 19,329.47

2 3.00 13,383.25 3.00 19,909.35

3 2.30 13,691.07 2.30 20,367.27

4 2.30 14,005.96 2.30 20,835.72

5 2.30 14,328.10 2.30 21,314.94

6 2.30 14,657.65 2.30 21,805.18

7 1.50 14,877.51 1.50 22,132.26

8 1.50 15,100.67 1.50 22,464.24

9 1.50 15,327.18 1.50 22,801.21

10 1.50 15,557.09 1.50 23,143.22

11 1.50 15,790.45 1.50 23,490.37

12 1.50 16,027.30 1.50 23,842.73

13 1.50 16,267.71 1.50 24,200.37

14 1.50 16,511.73 1.50 24,563.37

15 1.30 16,726.38 1.30 24,882.70

16 1.30 16,943.83 1.30 25,206.17

17 1.30 17,164.10 1.30 25,533.85

18 1.30 17,387.23 1.30 25,865.79

19 1.30 17,613.26 1.30 26,202.05

20 1.00 17,789.39 1.00 26,464.07

21 1.00 17,967.29 1.00 26,728.71

22 0.50 18,057.13 0.50 26,862.35

23 0.50 18,147.41 0.50 26,996.67

24 0.50 18,238.15 0.50 27,131.65

25 0.50 18,329.34 0.50 27,267.31

DEMANDA DE SERVICIOS PUBLICOS

Tabla Nº 09

POTENCIA EN

VATIOSEnergia Kwh-año

144,645.00 148,115.18

148,984.35 152,558.63

153,453.88 157,135.39

156,983.32 160,749.50

160,593.94 164,446.74

164,287.60 168,229.02

168,066.21 172,098.28

170,587.20 174,679.76

173,146.01 177,299.95

175,743.20 179,959.45

178,379.35 182,658.85

181,055.04 185,398.73

183,770.87 188,179.71

186,527.43 191,002.41

189,325.34 193,867.44

191,786.57 196,387.72

194,279.80 198,940.76

196,805.43 201,526.99

199,363.90 204,146.84

201,955.63 206,800.75

203,975.19 208,868.76

206,014.94 210,957.44

207,045.02 212,012.23

208,080.24 213,072.29

209,120.64 214,137.65

210,166.25 215,208.34

DEMANDA TOTAL

A partir de estos resultados se encontró que los centros poblados requieren para atender sus necesidades de energía eléctrica dentro los próximos 25 años, una planta hidroeléctrica con una potencia instalada de 210 kilovatios y una energía para el año 25 de 215,166.34 kw-h.

6. EVALUACION DE RECURSOS HIDROENERGETICOS

Una vez efectuado el cálculo de la demanda de energía para los centros poblados en mención, el siguiente paso es realizar la evaluación del potencial de generación de energía en la zona, es decir la oferta.

Esto es importante a fin de definir la viabilidad del proyecto y los próximos pasos a seguir (elaboración de estudios, gestión de financiamiento, ejecución, etc.).

Es evidente que al escoger el lugar de evaluación de los recursos, la ubicación de la futura casa de maquinas debe encontrarse lo más cerca posible al lugar de la carga a servir (poblado, servicios varios).

La capacidad de generación de energía mediante el empleo de agua está determinada por la altura o caída (energía potencial) que se pueda obtener y del caudal disponible.

La altura depende a la topografía del terreno y el caudal de las características del rio o arroyo que se va a utilizar.

A continuación se describen métodos prácticos para la evaluación de la altura y del caudal. La utilización de cualquiera de estos dependerá de los materiales y equipos que se pueda llevar o encontrar en el lugar de evaluación, nivel de estudio (perfil, pre factibilidad, factibilidad), así como el tamaño del proyecto (pico, micro o mini central hidráulica), también en algunos casos se tomara en cuenta el esquema de financiamiento del proyecto.

Para el presente proyecto contamos con los siguientes componentes de estructuras hidráulicas:

Barraje de derivación Toma de Ingreso. Compuerta de regulación. Aliviaderos. Canales de derivación Desarenador. Canal. Cámara de Carga Tubería a presión. Anclajes.

A continuación se presenta una figura de la posible ubicación de los componentes.

Figura Nº 05

6.1 MEDICION DEL SALTO HIDRAULICO

Como se puede apreciar que la diferencia de niveles desde la cámara de Cargas hasta la posible ubicación de las turbinas es de 35 metros aproximadamente.

A continuación se presenta un cuadro con los diferentes métodos para medir el salto hidráulico:

Figura Nº 06

Tabla Nº 10

6.2 MEDICION DEL CAUDAL

Para la medición del caudal existen varios métodos que a continuación se nombraran. Pero para nuestro caso contamos con mediciones de una estación de aforo.

De caudales promedios mensuales de 4 años que se muestran a continuación:

Caudales promedios frecuencias

Mes Caudales m3/seg

5 3.24 2.53 2.32 1.81 1.56 3.67 3.88 49 3.8

10 3.211 2.212 1.8

Tabla Nº 11 Tabla Nº 12

Rango de Caudales

Caudales m3/seg

Frecuencia Frecuencia Relativa

Frecuencia Acumulada

5-4 4 1 1.00 8.334-3 3 5 6.00 50.003-2 2 3 9.00 75.002-1 1 3 12.00 100.001-0 0 0 12.00 100.00

12

Tabla Nº 13

Mes Caudales

m3/segEnero 1.5

Febrero 1.8Marzo 2.3Abril 2.5Mayo 3.2Junio 3.6Julio 3.8

Agosto 4Septiembre 3.8

Octubre 3.2Noviembre 2.2Diciembre 1.8

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

4 3 2 1 0

Frecuencia Acumulada

Figura Nº 07

En conclusión tenemos que al 75 % del tiempo se producen caudales menores o iguales que 2.2 m3/seg.

Si tenemos una demanda de una potencia neta de 210 kw y un salto neto de 35 m. Entonces necesitamos un caudal de 1.2 m3/seg. Menor a la disponibilidad del recurso hídrico existente.

7.00 OBRAS CIVILES

Se puede diferenciar muchos tipos de modelos hidráulicos de Mini Centrales en nuestro estudio tenemos un sistema de mediana altura es decir de 35 metros de altura para lo cual tendremos es siguiente esquema:

Figura Nº 08

Componentes hidráulicos:

Barraje de derivación Toma de Ingreso. Compuerta de regulación. Aliviaderos. Canales de derivación Desarenador. Canal. Cámara de Carga Tubería a presión. Anclajes.

Ver algunos detalles:

A continuación se presentara la memoria de cálculo de los diseños de cada componente:

1. Barraje de derivación, Toma de Ingreso, Compuerta de regulación, Aliviaderos.

PROVINCIA: DISTRITO:

INGRESE DATOS:

COTA A = 538.00 m.s.n.m Gravedad 9.81 factor K1= 1COTA B = 537.00 m.s.n.mLong.=d = 60.00 mh1 = 0.20 mHT = y = 1.20 mAM = 20 mAm = b = 12.00 mZ = 1.00Hazud = 1.00 mFactor K = 20

CALCULO DEL AZUD

PROYECTO : PROYECTO HIDROENERGETICO LA GALLEGAUBICACIÓN

PLANTA DONDE SE DISEÑARA LA BOCATOMA CORTE DE RÍO A DISEÑAR BOCATOMA

DEPARTAMENTO: PIURA MORROPON MORROPON

M U R O SE N C A U S A M IE N T O

C o m p u er ta

A Z U D

C o ta A

C o ta B

d =

N iveles de A guas N orm ales

N iveles de A guas Extraord inarias

Am

AM

h1HTZ =

Am

AM

h1HTZ =

Factor K1: Varia de 0,95 a 0,85 con compuerta en barraje y de 1 a 0,90 sin compuerta en Barraje.

Factor K : Varia entre 18 a 25 en la sierra

TABLA DE VALORESDATOS PARA 1m. H DATOS CONJUGADOS

X Y 1.68 X Y

0.000 0.126 1.68 0.00 -0.212

0.100 0.036 1.68 0.17 -0.061

0.300 0.000 1.68 0.50 0.000

0.400 0.007 1.68 0.67 -0.012

0.600 0.060 1.68 1.01 -0.101

0.800 0.112 1.68 1.34 -0.188

1.000 0.257 1.68 1.68 -0.432

1.400 0.565 1.68 2.35 -0.950

2.000 1.220 1.68 3.36 -2.051

2.500 1.960 1.68 4.20 -3.295

3.000 2.860 1.68 5.04 -4.808

3.500 3.820 1.68 5.88 -6.422

4.000 4.930 1.68 6.72 -8.288

4.500 6.220 1.68 7.57 -10.457

DE ACUERDO AL GRÁFICO EL DISEÑO DEL AZUD SERA

H azud = 1.00L Azud = 1.05 Utilizar.

1,- PENDIENTE DEL RÍO 2,- AREA DEL RÍO

I = h *100/Long. A = by+zy2

I = 1.67 % A = 15.84 m2

3,- PERIMETRO MOJADO 4,- RADIO HIDRÁULICO

P = b + 2y(1+Z2)(1/2) R = A/P

P = 15.39 ml R = 1.03

5,- VELOCIDAD 6,- CAUDAL

V = K R2/3I1/2 Q = A * V

V = 2.63 m/sg Q = 41.68 m3/sg.

7,- CAUDAL Q2

Q2 = 1,5 *Q

Q2 = 62.53 m3/sg. Caudal de Diseño.

8,- COEFICIENTE M

KONOVALOFM= (0,407+(0,045H/H+y1))*(1+0,285(H/H+y2)2)*((2*9,81)1/2)

M = 2.05

BAZINM = (1,794+0,0133/H)(1+0,55(H/H+y1)2)

M = 2.05

DONDET =b = b + 2zy

T = b = 14.00 m

9,- HALLANDO H.

Q = M*b* H3/2H = 1.68

H = (Q/Mb)2/3H = 1.68H = 1.68 De Diseño.

PROVINCIA: DISTRITO:

Datos Calculados e Ingresados en el Diseño del Azud.T = b = 14.00 m

Z = 1.00

H = 1.68 De Diseño.

Q2 = 62.53 m3/sg.

Hazud = 1.00 mfactor K1= 1

Gravedad 9.81 m/sg

V = 2.63 m/sgAm = b = 12.00 m

DISEÑO DE LA POZA O COLCHON AMORTIGUADOR

PROYECTO : PROYECTO HIDROENERGETICO LA GALLEGAUBICACIÓN

DEPARTAMENTO: PIURA MORROPON MORROPON

POZA DE AMORTIGUACIÓNH

P

P f

P

h 1

H

h 2

c b ad

L= BARRAJE LONGITUD DE COLCHON

T=

Factor K1: Varia de 0,95 a 0,85 con compuerta en barraje y de 1 a 0,90 sin compuerta en Barraje.

EL DISEÑO DE LA CAPTACIÓN Y EL COLCHON SERÁ LA SIGUIENTE

H = 1.68         P = 1.00     h2 2.20 Pf = 0.58 0.47

L. BarrajeLongitud de

Colchon 1.05 9.30

PROVINCIA: DISTRITO:

DONDE :H = Carga de Agua Sobre la Cresta. del vertedero.

Y1 = Elevación de la Cresta Sobre el Fondo Aguas Arriba.

Y2 = Elevación de la Cresta Sobre el Fondo Aguas Abajo.

Z = Diferencia de elevación de la Superficie de Agua Arriba y Aguas Abajo(Perdida de Carga).

hn = Elevación del Agua bajo el Vertedero sobre la cresta Aguas abajo.

h = Tirante Normal del Canal Aduptor o Tirante del desripiador.

K = Coeficiente de Correccion a la contraccion lateral debido a la ubicación de loa barrotes.

Db = Distanciamiento de Barrotes, Como Minimo 0,20m.

Q = Caudal a captarce por la ventana. m3/sg.

Ab = Ancho de Barrotes del Mercado, Normal es de 0,10 m.

Vec = Velocidad de Entrada al canal. m/sg

DISEÑO DE LA VENTANA DE ENTRADA

PROYECTO : PROYECTO HIDROENERGETICO LA GALLEGAUBICACIÓN

DEPARTAMENTO: PIURA MORROPON MORROPON

REJA O VENTANA DE CAPTACIÓN

H

V. F ro n ta l

B

B

b

a

Y 1

Y YC o ta D

C o ta AC o ta B

C o ta C

C o ta E Y 2

h nY

PAR

ED

PAR

EDY 1

h

z

C O R T E B -B

H

INGRESE DATOS DE ACUERDO AL GRAFICO:

Cota A = 540.00 m Q = 1.20 m3/sg

Cota B = 539.00 m Db= 0.20 CUMPLE

Cota C = 538.00 m Ab = 0.10 m

Cota D = 537.50 m Vec = 1.00 m/sg

Cota E = 537.00 m Gravedad = 9.81 m/sg

K = 0.85Y1 = 0.50H = 2.00Z = 1.00

Y2 = 1.00hn = 1.00

h = 2.00 = 2.00 CONFORME

10,- Se puede Mejorar el Diseño.

Para Mejorar el diseño se tanteara

b = 3.30 Ingresa Valor

a = 0.36

Nota Importante.

Será de acuerdo a la Altura del Azud.

0.36

3.30

Área de Diseño Mejorado.

A = 1.20 m2 CONFORME

b=mejorado

a=Mejorado

Ingrese valor de la base de la ventana.Recuerde que a: no debe ser mayor que la altura del azud

Ancho de Ventana

Alto

PROVINCIA: DISTRITO:

CROQUIS DE ENTRADA

Vec79.95

VR90º

B

MORROPONMORRONMORROPONDEPARTAMENTO:UBICACIÓN

ÁNGULO DEL RÍO CON LA REJA O VENTANA DE CAPTACIÓN

PROYECTO HIDROENERGETICO LA GALLEGA

ÁNGULO DE INCLINACIÓN DE LA VENTANA Y EL RÍO

PROYECTO :

DIR

EC

CIO

N

DE

L R

IO

9 0ºC ana l

B a rra je

1,- Caudal Promedio Máximo del Río

Q = 4.72 m/sg.

2,- Velocidad del Río (VR).

VR = 0.175 m/sg

3,- Angulo de Entrada ala Ventana o Reja

VR/Vec = 0.175

∞ = 79.95 Ángulo de Diseño Sera = 80 º

PROVINCIA: DISTRITO:

DATOS :

Cota F = 537.70Cota G = 537.20Cota H = 538.00Cota E = 537.00Cota B = 539.00

Gravedad = 9.81Caudal Q = 1.20

Y1 = 1.00Y1a = 0.70H1 = 1.30Z1 = 1.00

Y2a = 0.50hn1 = 0.30

h1 = 0.80

DESRIPIADOR

PROYECTO HIDROENERGETICO LA GALLEGA

DISEÑO DEL DESRIPIADOR

PROYECTO :

DEPARTAMENTO:UBICACIÓN

MORROPONMORROPONPIURA

YC o ta D

C o ta AC o ta B

C o ta C

C o ta E Y 2

h nH

PAR

ED

PAR

EDY 1

h

z

L =

Y 1a

H 1

C o ta G

C o ta F

C o ta HZ 1

h n 1

Y 2ah 1

Datos:Ingresar Datos en los cuadros color ladrillo.

1,- Factor (M)KONOVALOF

M = 2.153

BAZIN

M = 2.127

2,- Para considerar sumergido el vertedero debe de cumplir las siguientes condiciones.A.- h > Y2

0.80 > 0.50 CUMPLE Y EXISTE SUMERSION

B,- Z/Y2 < 0.702.00 < 0.70 NO EXISTE SUMERSION

3,- Factor de Sumersión (S).

S = 0.847

4,- Ancho del Vertedero.

b = 0.45

b = 0.4 Base de Diseño.

E

E

d 1

L =E S e c a lcu la e n e ste p un to y e s ig ua l = 0

V IS TA E N C O R T E

V IS TA F R O N TA L

d 1

b = e

5,- Altura Conjugada.

DONDE :

E = Energía Total de la Sección..

E = Z + d1 +

V2/2g Z = Energia de Posición o o de Elevación.

d1 = Altura o Tirante Conjugado en la zona contraida del agua

V2/2g= Altura de Velocidades.

g = Gravedad.

               

1.10 .=d2

Y 1= 1.00 Y1a= 0.70 d1 = 0.72

L = 3.40

2. DISEÑO DEL CANAL DE DERIVACION

Para el diseño del canal de derivación de la toma al sedimentador será el siguiente:

Se puede observar que es un canal rectangular de longitud de 105 m. cuyos parámetros hidráulicos cumplen cabalmente.

Tenemos una velocidad aceptable de 2 m/seg. Un tirante de 0.74 m. y un flujo sub critico.

3. DISEÑO DEL SEDIMENTADOR

Se diseñara el sedimentador utilizando el diagrama de Camp:

Figura 3. Diagrama de eficiencia de Camp (Bogardi 1974).

Y con velocidades de decantación de:

VELOCIDADES DE DECANTACION

Tamaño de la partícula (mm)

V d ( m / seg )

0.10 0.01

0.30 0.03

0.50 0.05

1.00 0.10

DISEÑO DE DESARENADOR

1.- NOMBRE DEL PROYECTO : PROYECTO HIDROENERGETICO LA GALLEGA2.- NUMERO DEL EXPEDIENTE :3.- OFICINA ZONAL :4.- UBICACION DEL DESARENADOR : MORROPON

A.- CAUDAL : (Q) 1.200 m3/segB.- VELOCIDAD HORIZONTAL : (Vh =de 0.20 a 0.50 m/seg) 0.30 m/segC.- PROFUNDIDAD DE DECANTACION : (d d máximo 1.00 m.) 0.50 metros Se recomienda 0.50 m.

D.- VELOCIDAD DE DECANTACION : (Vd , ver cuadro) 0.03 m/segE.- FACTOR DE SEGURIDAD : ( f = de 2 a 3 ) 2.00F.- CANTIDAD DE SEDIMENTOS QUE

TRANSPORTA EL RIO EN UN AÑO : (CS) 0.05 Kg/m3.G.- FRECUENCIA DE VACIADO DEL DEPOSITO

VECES POR MES : (VT) 1.00 Condición mínima

H DENSIDAD DE LA ARENA : (d a) 1,800 Kg/m3.

I TIEMPO DE VACIADO : (T) 604,800 seg.

J .- CANTIDAD DE SEDIMENTOS ABSORVIDO

POR EL SEDIMENTADOR : (CaSe) 36,288 Kg.

K.- DENSIDAD DE LA ACUMULACION

DE LA ARENA : (d aa ) 900 Kg/m3.

L.- VOLUMEN DEL SEDIMENTO : (Vsedim.) 40.3 m3.

M.- LONGITUD DE DECANTACION : (Ld) 10.00 metrosDIMENSION A UTILIZAR 10.00 metros

N.- ANCHO DEL DESARENADOR : (W) 8.00 metrosDIMENSION A UTILIZAR 4.00 metros

O.- PROFUNDIDAD DE RECOLECCION : (d r) 1.008 metrosDIMENSION A UTILIZAR 1.000 metros

La figura que se muestra en la hoja n° 01 es de un diseño simple de un desarenador , el mismo que se puede

adaptar junto a una camara de carga. Tales estructuras deben cumplir los siguientes principios importantes:

1- Deben tener una longitud y ancho adecuados para que los sedimentos se depositen , sin

ser demasiado voluminosos o caros .

2- Deben permitir una fácil eliminacion de los depósitos

3- La eliminacion de sedimentos a travez de la compuerta debe hacerse cuidadosamente para evitar la erosión del suelo que rodea y soporta

la base de la tuberia y del deposito. Es mejor construir una superficie empedrada similar al canal de desague del aliviadero .

4- Se debe impedir la turbulencia del agua causada por los cambios de área o recodos que harian que los sedimentos

pasen hacia la tuberia de presión

5- Tener capacidad suficiente para permitir la acumulación de sedimentos

4. DISEÑO DEL CANAL RECOLECTOR HACIA CAMARA DE CARGADesde la salida del sedimentador hasta la cámara de carga existe un desarrollo de canal de 250 m. y una diferencia de nivel de 0.8 m. Revestido de concreto.

5. DISEÑO DE LA TUBERIA DE ALTA PRESION

La fórmula de Hazen-Williams, también denominada ecuación de Hazen-Williams, se utiliza particularmente para determinar la velocidad el agua en tuberías circulares llenas,o conductos cerrados es decir, que trabajan a presión.

Su formulación es: en función del radio hidráulico:

en función del diámetro

Q = 0,2785 * C * (Di)2,63 * S0,54

Donde:

Rh = Radio hidráulico = Área de flujo / Perímetro húmedo = Di / 4

V = Velocidad media del agua en el tubo en [m/s].

Q = Caudal ó flujo volumétrico en [m³/s].

C = Coeficiente que depende de la rugosidad del tubo.

130 para tubos de acero soldado.

100 para tubos de hierro fundido.

128 para tubos de fibrocemento.

150 para tubos de polietileno de alta densidad.

Di = Diámetro interior en [m]. (Nota: Di/4 = Radio hidráulico de una tubería

trabajando a sección llena)

S = [[Pendiente - Pérdida de carga por unidad de longitud del conducto] [m/m].

Esta ecuación se limita por usarse solamente para agua como fluido de estudio, mientras que encuentra ventaja por solo asociar su coeficiente a la rugosidad relativa de la tubería que lo conduce, o lo que es lo mismo al material de la misma y el tiempo que este lleva de uso.

A continuación se presentan los cálculos para la determinación del diámetro económico de la tubería:

Calculo de los parametros de diseño - linea de impulsion

a.- Datos de diseño

- Caudal de Bombeo lps. (Qb) 1200.00 lps - Cota de Turbina 497.00 mts, - Cota de Camara 532.00 mts. - Presion de servicio( Ps ) 1.00 mts. - Calidad de tuberia ( C ) 130 - Longitud de la tuberia ( L ) 43.50 mts.

b.- Calculo del diametro economico

D = K ( Qb )^0.5 k2.000 L<500 mts.1.500 L>500 y L<10001.000 L>1500 mts.

Qb = 1200.00 lpsD = 86 pulgadas 2.19

c.- Calculo de los parametros de diseño

BRESSER

40 35 32 30 - Perdidas de carga po friccion mts hf = 0.0731 0.1401 0.2168 0.2969 - Velocidad m/seg. V = 1.48014 1.93324 2.31272 2.63136 - Gradiente hidraulica So/oo = 0.0017 0.0032 0.0050 0.0068 - Altura dinamica total Hdt = 36.0731 36.1401 36.2168 36.2969 - Potencia de la TURBINA KW P = 216.4388 216.8408 217.3008 217.7812 - Potencia del motor KW Pm = 281.3704 281.8930 282.4911 283.1156

Diametro elegido ........................ 30 Pulgadas

Diametro

Hazen y williams

DIMENSIONAMIENTO DE LA LINEA DE ALTA PRESION

Teniendo la Potencia de la turbina, la altura neta se prosigue a la selección del tipo de turbina:

Uno de los principales criterios que se deben manejar a la hora de seleccionar el tipo de turbina a utilizar en una central, es la velocidad específica (Ns) cuyo valor exacto se obtiene a partir de la siguiente ecuación:

Donde:

ne son revoluciones por minuto, N es la potencia del eje o potencia al freno y h es

la altura neta o altura del salto. Estos son los valores para el rendimiento máximo.

La velocidad específica Ns es el número de revoluciones que daría una turbina semejante a la que se trata de buscar y que entrega una potencia de un caballo, al ser instalada en un salto de altura unitaria. Esta velocidad específica, rige el estudio comparativo de la velocidad de las turbinas, y es la base para su clasificación.

Se emplea en la elección de la turbina más adecuada, para un caudal y altura conocidos, en los anteproyectos de instalaciones hidráulicas, consiguiendo una normalización en la construcción de rodetes de turbinas. Los valores de esta velocidad específica para los actuales tipos de turbinas que hoy en día se construyen con mayor frecuencia (Pelton, Francis, Hélices y Kaplan) figuran en el siguiente cuadro:

Velocidad específica Ns Tipo de TurbinaDe 5 a 30 Pelton con un inyectorDe 30 a 50 Pelton con varios inyectores

De 50 a 100 Francis lentaDe 100 a 200 Francis normalDe 200 a 300 Francis rápidaDe 300 a 500 Francis doble gemela rápida o expressMás de 500 Kaplan o hélice

 Tal como se mencionó anteriormente Ns sirve para clasificar las turbinas según su tipo. De hecho, Ns se podría denominar más bien característica, tipo o algún nombre similar, puesto que indica el tipo de turbina.

Al analizar la ecuación 1 se comprueba que a grandes alturas, para una velocidad y una potencia de salida dadas, se requiere una máquina de velocidad específica baja como una rueda de impulso. En cambio, una turbina de flujo axial con una alta Ns, es la indicada para pequeñas alturas. Sin embargo, una turbina de impulso puede ser adecuada para una instalación de poca altura si el caudal (o la potencia requerida) es pequeño, pero, a menudo, en estas condiciones el tamaño necesario de la rueda de impulso llega a ser exagerado.

Además, de esta ecuación se observa que la velocidad específica de una turbina depende del número de revoluciones por minuto; cantidad que tiene un límite, y además debe tenerse en cuenta que para cada altura o salto existe un cierto número de revoluciones con el que el rendimiento es máximo. También depende de la potencia N a desarrollar, función a su vez del caudal Q de que pueda disponer, y de la altura h del salto. Fijada la potencia y el caudal aprovechable, el valor de la velocidad específica indica el tipo de turbina más adecuado.

Hasta el momento, las ruedas de impulso se han utilizado para alturas tan bajas como 50 pies cuando la capacidad es pequeña, pero es más frecuente que se utilicen para alturas mayores de 500 o 1.000 pies, pues normalmente operan con una economía máxima si la carga es mayor que 900 pies. La altura límite para turbinas Francis es cercana a 1.500 pies debido a la posibilidad de cavitación y a la dificultad para construir revestimientos con el fin de soportar altas presiones; pero por lo general, suelen alcanzarse cargas de 900 pies con este tipo de turbinas. Para cargas de menos de 100 pies suelen usarse turbinas de hélice.

La figura 1 ilustra los intervalos de aplicación de diversas turbinas hidráulicas.  

Diagrama de selección de turbinas hidráulicas caudal / altura

                                       

Se calculo la velocidad de rotación:

En la que:   n = número de revoluciones por minuto (r.p.m.).f = frecuencia del sistema 50 períodos por segundo (p.p.s ).P = número de pares de polos del alternador (Pe mayúscula).60 = segundos en un minuto.

Los valores de la velocidad de giro n, en las turbinas hidráulicas están comprendidos entre 75 r.p.m. y 1000 r.p.m., según se deduce de la Tabla 1. No obstante, todos los tipos de turbinas se proyectan para poder soportar, momentáneamente, velocidades muy superiores a las de funcionamiento normal, surgidas ante las variaciones de carga, según consideraremos en breve.

TABLA 1 - VELOCIDADES DE SINCRONISMO DE LOS GRUPOS ACCIONADOS POR TURBINAS HIDRÁULICAS.

Nº de pares de polos

Velocidad en rpm

Nº de pares de polos

Velocidad en rpm

Nº de pares de polos

Velocidad en rpm

Nº de pares de polos

Velocidad en rpm

40 75 28 107.1 18 166.7 8 37538 78.9 26 115.4 16 187.5 7 428.636 83.3 24 125 14 214.3 6 50034 88.2 23 130.4 13 230.8 5 60032 93.8 22 136.4 12 250 4 75030 100 20 150 10 300 3 1000

Para nuestro estudio el n equivale a 1,800 rpm con una frecuencia de 60 Hz. Y dos polos

en el generador.

Para el cálculo del ns

Con una potencia de 217 kw y una altura neta de 35 m. se tiene; un n s de 357.75 que

corresponde a las Turbinas Francis con Hélice.