Cálculo Y Diseño De Una Mini Central Hidroelectrica Utilizando Una Turbina Michell Banki Para Generación Eléctrica En El Sector De Mijami - Putina..pdf

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

Indice: CAPITULO I: 1.1.- ANTECEDENTES 1.2.- JUSTIFICACION 1.2.1.- JUSTIFICACIÓN TÉCNICA 1.2.2.- JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA 1.2.3- JUSTIFICACIÓN SOCIAL 1.2.4.- JUSTIFICACIÓN ECOLÓGICA 1.3.- OBJETIVOS 1.3.1.- OBJETIVO GENEALE 1.3.2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS

4 4 5 5 5 5 6 6 6

CAPITULO II: 2.- MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL 2.1.- CUENCA HIDROGRAFICA 2.2.- ENERGIA HIDRAULICA 2.3.- CENTRALES ELECTRICAS 2.4.- TIPOS DE CENTRALES 2.5.- CENTRALES HIDROELECTRICAS 2.6.- TIPOS DE MINICENTRALES HIDROELECTRICAS 2.6.1.- SEGÚN EL TIPO DE EMBALSE 2.6.2.- SEGÚN LA POTENCIA 2.6.3.- SEGÚN A SU POTENCIA INSTALADA 2.6.4.- SEGÚN LA ALTURA DE SALTO APROVECHABLE 2.7.- CLASIFICACION DE LAS MINI CENTRALES POR LA PRESA 2.7.1.- CENTRALES DE AGUA FLUYENTE 2.8.- ELEMENTOS DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 2.8.1.- OBRAS CIVILES 2.8.1.1.- OBRAS DE CAPTACION 2.8.1.2.- BOCATOMAS 2.8.1.3.- PRESA DE DERIVACION 2.8.1.4.- CANALES DE CONDUCCION 2.8.1.5.- ALIVIADERO 2.8.1.6.- DESARENADOR 2.8.1.7.- TANQUE DE PRESION 2.8.1.8.- TUBERIA DE PRESION 2.8.1.9.- CASA DE MAQUINAS 2.8.1.10.- ORGANO DE CIERRE DE LA TURBINA 2.9.- TURBINA MICHELL BANKI 2.9.1.- CARACTERISTICAS PRINCIPALES 2.9.2.- CAMPO DE APLICACIÓN 2.9.3.- PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 2.9.4.- DESCRIPCION DE UNA TURBINA MICHELL BANKI 2.10.- DESCRIPCION

7 7 7 7 8 8 8 8 9 9 9 10 10 11 11 11 11 11 11 12 12 12 12 12 12 13 13 14 14 15 17

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 2.10.1.- INTRODUCCION 2.10.2.- DATOS GENERALES 2.10.3.- POBLACION 2.10.4.- UBICACIÓN GEOGRAFICA 2.10.5.-CARACTERÍSTICA DEL PROYECTO

17 17 17 17 19

CAPITULO III: 3.- ESTUDIO DE LA DEMANDA 3.1.- DEMANDA ACTUAL 3.3.- DEMANDA SERVICIOS PÚBLICOS 3.3.-DEMANDA POTENCIAL 3.4.-DEMANDA FUTURA

20 20 20 21 21

CAPITULO IV: 4.-ESTUDIO DE MERCADO 4.1.- ESTIMACION DE LA DEMANDA ACTUAL 4.1.1.- LOCALIZACIÓN DE LA DEMANDA 4.1.2.- UBICACIÓN DE LA DEMANDA 4.1.3.- INFORMACIÓN BÁSICA: CALCULO DE LA DEMANDA 4.1.3.1. CÁLCULO DE LA DEMANDA CON EL MÉTODO REA

23 23 23 23 23 23

CAPITULO V: 5.- ESTUDIO HIDROLOGICO 5.1.- CALCULO DEL CAUDAL 5.1.1.- medición de caudal con flotador 5.1.2.-Calculo de las áreas 5.1.3.-Calculo de las velocidades 5.1.4.-Calculo del caudal 5.1.5.-Calculo de la potencia hidráulica aproximada sin pérdidas

26 26 26 27 28 28 28

CAPITULO VI 6.- ESTUDIO GEOLÓGICO 6.1.-GEOLOGÍA Y GEOMORFOLOGÍA 6.1.1.- SUELOS 6.1.2.- DESCRIPCIÓN DEL MEDIO BIÓTICO 6.1.3.- COBERTURA VEGETAL 6.1.4.- FAUNA TERRESTRE Y RECURSOS ACUÁTICOS 6.1.5.- ÁREAS NATURALES PROTEGIDAS 6.2.- ESTUDIO TOPOGRAFICO Y CARTOGRAFICO 6.3.- ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL 6.3.1.- ALCANCE 6.3.2.- OBJETIVOS 6.3.3.- VEGETACIÓN (FLORA 6.3.3.1.- VEGETACIÓN DEL PISO DE PUTINA

29 29 29 29 29 29 30 30 32 32 32 32 32

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 6.3.3.2.- FAUNA 6.3.4.- EVALUACIÓN DE IMPACTOS 6.3.4.1.- Aire 6.3.4.2.- Suelo 6.3.4.3.- Compactación 6.3.4.4.- Erosión 6.3.4.5.- Vegetación 6.3.4.6.- Paisajismo 6.3.4.7.- Socio Económico 6.3.4.8.- Desarrollo Inducido

34 35 35 35 35 35 36 36 36 36

CAPITULO VII 7.- OBRAS CIVILES 7.1.- OBRAS DE CAPTACIÓN 7.1.1.- BOCATOMA 7.1.2.- OBRAS DE CONDUCCIÓN 7.1.2.1.- SISTEMA DE CONDUCCIÓN 7.1.2.2.- EL VERTEDERO LATERAL 7.1.2.3.- DESARENADOR 7.1.2.4.- CAMARA DE PRESION 7.1.2.5.- CONDUCCION A PRESION 7.1.2.5.1.- TUBERÍA DE PRESIÓN 7.1.2.6.- CASA DE MAQUINAS 7.2.- CÁLCULOS ELECTROMECÁNICOS 7.2.1.- SELECCIÓN DE LA TURBINA 7.2.1.1.- DISEÑO DE LA TURBINA MICHELL BANKI 7.2.1.2.- RENDIMIENTO DE LA TURBINA 7.3.- DISEÑO DE CARCASA 7.4.- SELECCIÓN DEL GENERADOR 7.5.- ANÁLISIS ECONÓMICO 7.5.1.- COSTOS 7.5.2.- COSTOS DIRECTOS E INDIRECTOS 7.5.3.- PORCENTAJES DEL COSTO TOTAL DE LA OBRA

37 37 37 39 39 44 45 48 51 51 53 54 54 56 57 58 58 59 59 59 62

CAPITULO VIII 8.- BIBLIOGRAFÍA

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

CAPITULO I: 1.1.- ANTECEDENTES: En la actualidad el uso de la energía obtenida a base de la combustión de hidrocarburos está generando grandes problemas al medio ambiente debido a las emisiones de gases de efecto invernadero, y los efectos que esto genera en el clima, es por esto de la necesidad de buscar y reemplazar la energía basada en la combustión de hidrocarburos por energías renovables que sean amigables con el medio ambiente una de las alternativas que tenemos es la energía eléctrica obtenida a partir de la energía cinética del agua comúnmente conocida como energía hidroeléctrica. Además de buscar nuevas fuentes de energía también hay que optimizar el uso de los recursos disponibles. La energía hidráulica tiene como fuente la energía potencial del agua que está a cierta altura. Esta se transforma en energía mecánica al pasar por una turbina y posteriormente en energía eléctrica por medio de un generador. La energía hidráulica se ha usado durante años para la obtención tanto de energía mecánica, como para uso directo en energía eléctrica. Las ventajas que presenta este tipo de aprovechamiento energético son, su bajo costo de generación, bajo costo de manutención, no requiere abastecimiento de combustibles, no presenta problemas de contaminación, puede compatibilizarse con el uso del agua para otros fines, y una larga vida útil. Tiene limitaciones en cuanto a la disponibilidad de los recursos hidráulicos, dependencia de factores meteorológicos y estacionales. Todos estos factores al ser analizados para un proyecto en particular, determinan la factibilidad técnica y económica de la instalación de una Mini- central.

1.2.- JUSTIFICACION: Las fuentes de energía no renovables y la mala utilización de la energía, está generando cambios climáticos y degenerando el medio ambiente, por eso es necesario buscar fuentes de energía renovables como la energía hidroeléctrica ya que es un recurso sumamente abundante en nuestro país. Partiendo de los distintos referentes se concluye en la necesidad de impulsar el diseño y construcción de una Mini central de generación eléctrica para beneficiar a mayores segmentos de la población de la comunidad de Mijani – Putina en beneficio de la población así como propiciar el desarrollo sostenible de la zona, mejorando las condiciones de vida de los habitantes mediante el uso adecuado de la energía eléctrica, haciendo que la tecnología de la demanda eléctrica y electrónica llegue a esta como: TV, radio, comunicación y otros, el presente proyecto contribuye a tal impulso. Mediante este trabajo se adapta los paramentos necesarios como son: Caudal constante y una altura considerable del salto para el diseño, construcción e instalación de una Mini central hidroeléctrica, así obteniendo la factibilidad y poner en marcha el proyecto.

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 1.2.1.- JUSTIFICACIÓN TÉCNICA El diseño de una mini central hidroeléctrica se ve justificado por la gran demanda de energía que aqueja el país, prueba de ello es que todavía en algunos sectores rurales no se dispone de energía eléctrica. Para lo cual, la ejecución del proyecto de la mini central Hidroeléctrico de Mijani permitirá aportar a la comunidad de Mijani con una fuente de energía eléctrica alterna y muy económica para suplir las necesidades energéticas que demandará el futuro proyecto industrial que se instalará en dicha zona. La implantación del presente proyecto nos permitirá poner en práctica nuestro nivel académico y al mismo tiempo consolidar nuestros conocimientos en el campo práctico, para de esta forma dar a conocer a la comunidad una alternativa muy importante para su desarrollo. 1.2.2.- JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA. Este proyecto nos garantiza una inversión relativamente baja económicamente hablando, en relación al tendido eléctrico del sistema interconectado, en todas sus etapas previas a su funcionamiento en si. En la etapa de construcción los costos por mano de obra estarán a cargo de la empresa ejecutora. Los beneficios serán muchos, una vez puesto en funcionamiento el proyecto, existiendo solo los costos de mantenimiento. 1.2.3- JUSTIFICACIÓN SOCIAL. El proyecto de mini central hidroeléctrica de Mijani es el precursor para un subsiguiente beneficio social que se prevé lograr es muy favorable. La implementación de este tipo de proyectos en zonas rurales, genera un aspecto positivo en los habitantes de las mismas, permitiéndoles solucionar problemas que a diario se genera en sus comunidades. 1.2.4.- JUSTIFICACIÓN ECOLÓGICA. El proyecto de la mini central hidroeléctrica de Mijani producirá un bajo impacto ambiental en la zona, pues se tiene previsto que las construcciones civiles necesarias, no causen daños en el canal principal de conducción del agua, ni en la naturaleza. El agua utilizada para la generación eléctrica retornará sin cambio alguno en su constitución para ser utilizado en tareas agrícolas como es común en esta zona, por lo que podemos decir que la contaminación ambiental es casi nula. Las ventajas que presenta una mini central hidroeléctrica son muchas, entre las cuales se citan: - Producen energía eléctrica cerca del usuario. - Ocupan poco espacio y, gracias a su estructura compacta, son relativamente fáciles de transportar incluso en lugares inaccesibles

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 1.3.- OBJETIVOS: 1.3.1.- OBJETIVO GENEALE: 

Diseñar una Mini Central de generación eléctrica utilizando una Turbina Michell Banki para el suministro de energía eléctrica para la comunidad de Mijani – Putina.

1.3.2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS: 

Realizar los cálculos de Obras Civiles.



Realizar los cálculos electromecánicos de dimensionamiento de la turbina hidráulica.



Obtener los parámetros necesarios para la construcción de una Mini central de energía hidroeléctrica.

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CAPITULO II: 2.- MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL: 2.1.- CUENCA HIDROGRAFICA: Se entiende por cuenca hidrográfica, hoya hidrográfica, cuenca inbrifera el territorio drenado por un único sistema de drenaje natural, es decir que drena sus aguas al mar atreves de un único rio. Una cuenca hidrográfica es delimitada por la línea de las cumbres, también llamada divisoria de aguas. El uso de los recursos naturales se regula administrativamente separando el territorio por cuencas hidrográficas, con miras al futuro; las cuencas hidrográficas se perfilan como las unidades de división funcionales con más coherencia, permitiendo una verdadera integración social y territorial por medio del agua. 2.2.- ENERGIA HIDRAULICA: La energía hidráulica se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La energía potencial durante la caída, se convierte en energía cinética; el agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente, se transforma en energía eléctrica por medio de los generadores. Es un recurso natural disponible en zonas que presentan suficiente cantidad de agua, y una vez utilizadas, es devuelta rio abajo. Su desarrollo requiere construir presas, canales de derivación, y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversión de grandes sumas de dinero, por lo que no resulta competitivo en regiones donde el carbón o el petróleo son baratos. Sin embargo, el peso de las consideraciones medio ambientales y el bajo mantenimiento que precisan una vez estén en funcionamiento central la atención en esta fuente de energía. 2.3.- CENTRALES ELECTRICAS: Una central productora de energía es cualquier función transformar energía potencia en trabajo.

instalación que tenga como

Las centrales eléctricas son las diferentes plantas encargadas de la producción de energía eléctrica y se sitúan, generalmente, en las cercanías de fuentes de energía básicas (ríos, yacimientos de carbón. etc). También pueden ubicarse próximas a las grandes ciudades y zonas industriales, donde el consumo de energía es elevado. Loa generadores o alternadores son las maquinas encargadas de la obtención de la electricidad. Estas maquinarias son accionadas por motores primarios. El motor primario junto con el generador forma un conjunto denominado GRUPO.

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 2.4.- TIPOS DE CENTRALES: Los diferentes tipos de centrales eléctricas dependen de las distintas materias primas empleadas para obtener la energía eléctrica. Se diferencian en la energía potencia primaria que origina la transformación, tales como:       

Nucleares. Mareomotrices. Geotérmicas. Eólicas. Solares o Heliotermias. Hidrotermicas. Térmicas.

2.5.- CENTRALES HIDROELECTRICAS: El costo de construcción de estas centrales es elevado pero se compensa con los bajos gastos de explotación y mantenimiento luego la puesta en marcha de las mismas. Como consecuencia de esto, las centrales hidroeléctricas son las más rentables en comparación con los restantes tipos. Estas centrales suelen ubicarse lejos de los grandes centros de consumo y el lugar de asentamiento de las mismas está condicionado por las características del terreno. Las turbinas hidráulicas son accionadas por el agua como consecuencia de la energía cinética o a la depresión que ha desarrollado en su descenso. Anteriormente, el agua es retenida, encausada y controlada. Los modelos más relevantes de estas máquinas motrices son las turbinas Pelton, Francis, Kaplan, de hélice y últimamente más utilizadas de fácil instalación es la turbina Michell Banki. 2.6.- TIPOS DE MINICENTRALES HIDROELECTRICAS: Las centrales hidroeléctricas, dentro de ellas las mini centrales hidroeléctricas, están muy condicionadas por las peculiaridades y características que presente l lugar donde son ubicadas. Cuando se pone en marcha una instalacion de este tipo hay que tener encuenta que la topografía del terreno influye tanto en la obra civil como en la selección de maquinaria. Según el emplazamiento de la central hidroeléctrica se realiza la siguiente clasificación general. 2.6.1.- SEGÚN EL TIPO DE EMBALSE:    

Central de agua fluyente. Central de pie de presa. Central hidroeléctrica en canal de riego. Central de bombeo o central de acumulación.

2.6.2.- SEGÚN LA POTENCIA: 

Centrales de pequeña potencia.

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Centrales de potencia mediana. Centrales de gran potencia.

En el cuadro siguiente se presenta la clasificación de las centrales generadoras por el rango de potencia. POTENCIA Kw (KILOVATIOS) 0 – 50 50 – 500 500 - 5000

TIPO Micro central Mini central Pequeña central

Clasificación de PCH según su potencia instalada – según OLADE. 2.6.3.- SEGÚN A SU POTENCIA INSTALADA: TIPOS Micro central Mini central Pequeña central hidroeléctrica

POTENCIA (MW) Menores a 0.1 De 0.1 a 1 De 1 a 10

2.6.4.- SEGÚN LA ALTURA DE SALTO APROVECHABLE: La clasificación según las alturas de salto es más importante porque es el salto neto más que ninguna otra característica el que determina tanto la obra civil (canal de derivación, presa, conducto forzado, central), cuanto el tipo de turbina, así como la velocidad del grupo y el tipo del alternador. También aquí los límites de saltos que se indican son convencionales en mini centrales hidroeléctricas.

Micro Mini Pequeña

BAJA (m) H 15 H 20 H 25

MEDIA 15 H 20 H 25 H

(m) 50 100 130

ALTA (m) H 50 H 100 H 130

Clasificación de PCH según su caída – según OLADE.

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 2.7.- CLASIFICACION DE LAS MINI CENTRALES POR LA PRESA: Existen dos tipos básicos de mini centrales hidroeléctricas:  

Centrales de agua fluyente. Centrales a pie de presa.

2.7.1.- CENTRALES DE AGUA FLUYENTE: En estas centrales, el agua a turbinar se capta del cauce del rio por medio de una obra de toma, y una vez turbinada, se devuelve al rio en un punto distinto al de captación.

Esquema de una central de agua fluyente. Los elementos principales de esta instalación son: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Azud. Toma de agua. Canal de derivación. Cámara de carga. Tubería forzada. Edificio con su equipamiento electromecánico. Canal de salida.

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 2.8.- ELEMENTOS DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA: Una mini central está constituida por diversos componentes y equipos que pueden clasificarse en tres grandes grupos:  Obras civiles.  Equipamiento electromecánico.  Equipos auxiliares. 2.8.1.- OBRAS CIVILES: 2.8.1.1.- OBRAS DE CAPTACION: Las obras de captación del agua son las que están relacionadas con la desviación del caudal de agua hacia la mini central, además de asegurar la confiabilidad del servicio y de la calidad del agua. Cuando se hace referencia a la calidad de agua de hace referencia a que las obras de captación de agua deben tener obras de filtración de solidos que puedan afectar la vida útil de la turbina y todos las partes electromecánicas de la central de generación.        

Bocatomas. Presa de derivación. Canales de conducción. Aliviadero. Desarenador. Tanque de presión. Tubería de presión. Casa de máquinas.

2.8.1.2.- BOCATOMAS: Es la infraestructura ubicada en la entrada del canal de captación su misión será el de tomar una parte del caudal de una corriente de agua, aparte de la captación de agua otro de los objetivos de la bocatoma será el proveer de un caudal con la menor cantidad de sedimentos para minimizar los costos de operación y mantenimiento. 2.8.1.3.- PRESA DE DERIVACION: Tiene por objetivo captar una parte del caudal del rio para facilitar su ingreso a la bocatoma para su conducción hacia la mini central. 2.8.1.4.- CANALES DE CONDUCCION: Son los encargados de transportar el caudal hacia la ubicación de la casa de máquinas donde estarán ubicadas las turbinas. Depende del material de que sea construido el canal depende la velocidad de conducción del agua hacia la turbina.

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 2.8.1.5.- ALIVIADERO: El objeto principal de construir un aliviadero es la de brindar seguridad a la mini central, este debe ir ubicado en un sitio estratégico ya que este está destinado a verter el exceso de caudal cuando este propase la capacidad del canal, asa evitaremos la posibilidad de desbordes del canal cuando varíen las condiciones normales de funcionamiento del canal. 2.8.1.6.- DESARENADOR: La función que cumple el desarenador dentro de la mini central es fundamental ya que este tiene como misión eliminar las partículas sólidas que se encuentran suspendidas en el caudal de agua mediante la disminución de la velocidad del caudal a 0.5 m/s. 2.8.1.7.- TANQUE DE PRESION: Es la estructura destinada a combinar un sistema de baja presión con un sistema de alta presión, además está destinado a: o o o o

Mantener un nivel de reserva de carga para cambios bruscos de carga. Evitar la llegada a la turbina de elementos sólidos. Sirve como un control de caudal en condiciones atmosféricas adversas. Evita la entrada de aire a la turbina.

2.8.1.8.- TUBERIA DE PRESION: La tubería de presión es la última etapa del transporte del caudal hacia la turbina criterios para la elección de la turbina de presión: o o o

Considerar los materiales para las uniones. Comparar los costos de mantenimiento y vida útil de los diferentes materiales. Considerar los diámetros de la tubería disponibles en el mercado.

2.8.1.9.- CASA DE MAQUINAS: Es la estructura que aloja los equipos electromecánicos que transforman la energía cinética del agua en energía eléctrica entre los equipos que están ubicados en la casa de máquinas:  Empalme entre la tubería de presión y la válvula de entrada.  Válvula dedicada a controlar el flujo de agua hacia la turbina.  Turbina es la que transforma la energía cinética del agua en energía mecánica.  Generador transforma la energía mecánica en energía eléctrica.  Canal de salida en la estructura que conduce las aguas turbinadas hacia el rio o canal de rio. 2.8.1.10.- ORGANO DE CIERRE DE LA TURBINA: Son válvulas o compuertas que aíslan la turbina en caso de parada y permiten el vaciado de la turbina y las labores de reparación y mantenimiento.

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 2.9.- TURBINA MICHELL BANKI: La turbina Michell Banki es una turbina de acción de flujo transversal y de admisión parcial, que se utiliza en aquellos proyectos de Pequeñas centrales Hidroeléctricas donde se aprovecha un salto y un caudal medio para satisfacer la demanda de un sistema eléctrico, cuyo diagrama de carga diaria posee un factor de carga inferior a 0,5 su rango de aplicación está comprendido dentro del rango de aplicación de la Turbina Francis, superándola en eficiencia cuando la turbina opera la mayor parte del tiempo a carga parcial. El inventor de la turbina de flujo transversal también conocida como turbina Banki (o Michell- Banki) fue el ingeniero Australiano A.G.M. Michell, quien obtuvo una patente para esta máquina en 1903. La turbina fue basada en la teoría de Poncelet, ingeniero francés (1788-1867) quien desarrolló la clásica rueda hidráulica de eje horizontal. El profesor húngaro Donat Banki en la ex Alemania Occidental hizo un trabajo extensivo sobre esta máquina entre 1912 y 1918. A través de una serie de publicaciones especificó que, para obtener la máxima eficiencia, el ángulo con el cual el chorro golpea al álabe debe ser tan pequeño como sea posible. Basado en esta suposición calculó los ángulos de entrada y salida del rotor, ancho del mismo, la forma del flujo a través de éste, curvatura del álabe, etc. Consideró todas las pérdidas posibles que ocurren en el inyector y el rotor y expresó el rendimiento máximo posible como:

En el cual D es el diámetro de la turbina y H la altura total. Sonnek (1923) modificó la teoría de Banki asumiendo un ángulo del álabe constante e igual a 30º, con lo que la expresión del rendimiento máximo resultó en:

Desde esa época fueron muchas las investigaciones realizadas sobre esta turbina a través del tiempo, las cuales han introducido mejoras sustanciales en la eficiencia de la misma. 2.9.1.- CARACTERISTICAS PRINCIPALES: La turbina de Flujo Transversal o turbina Michell-Banki es una máquina utilizada principalmente para pequeños aprovechamientos hidroeléctricos. Basa sus ventajas fundamentalmente en un sencillo diseño y fácil construcción lo que la hace especialmente atractiva en el balance económico de un aprovechamiento en pequeña escala. No obstante esta turbina puede ser utilizada en grandes instalaciones.

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA Las principales características de esta máquina son las siguientes: 

La velocidad de giro puede ser seleccionada en un amplio rango.



El diámetro de la turbina no depende del caudal.



Se alcanza un aceptable nivel de rendimiento con pequeñas turbinas.



Se puede regular el caudal y la potencia por medio de un álabe ajustable.

2.9.2.- CAMPO DE APLICACION: Fundamentalmente su aplicación se destina a la producción de energía en pequeña escala como se ve en la figura 1.3, en otros casos, su eje se acopla por correa a otros dispositivos mecánicos y la energía mecánica obtenida se utiliza directamente en trabajos de taller.

2.9.3.- PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: La turbina consta de dos elementos principales: un inyector y un rotor. El agua es restituida mediante una descarga a presión atmosférica. El rotor está compuesto por dos discos paralelos a los cuales van unidos los álabes curvados en forma de sector circular. El inyector posee una sección transversal rectangular que va unida a la tubería por una transición rectangular – circular. Este inyector es el que dirige el agua hacia el rotor a través de una sección que toma una determinada cantidad de álabes del mismo, y guía el agua para que entre al rotor con un ángulo determinado obteniendo el mayor aprovechamiento.

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA La energía del agua es transferida al rotor en dos etapas (ver figura 1.4), lo que también da a esta máquina el nombre de turbina de doble efecto, y de las cuales la primera etapa entrega un promedio del 70% de la energía total transferida al rotor y la segunda alrededor del 30 % restante.

2.9.4.- DESCRIPCION DE UNA TURBINA MICHELL BANKI: Una vez que el agua hace su entrada, la pala directriz móvil, o distribuidor, regula la cantidad de fluido que penetra en el interior, según gire sobre su eje, habilitando una entrada mayor o menor. Además se encarga de direccionar el flujo para el agua incida sobre el rodete, sobre los primeros álabes o “paletas” que encuentra en su camino, propiciando así el giro del mismo. Una vez atravesados estos álabes, el fluido continúa su camino en el interior y reincide sobre los álabes inferiores, ayudando al giro. El rodete consta de dos o más discos paralelos , entre los que se montan, cerca del borde, unas láminas curvadas que hacen el papel de álabes, por lo que su construcción artesanal es factible, aunque naturalmente nunca alcanzarán los rendimientos de las unidades construidas con los medios técnicos adecuados.

Un aspecto muy atractivo derivado de la constitución de la máquina y su forma de funcionamiento consiste en que el follaje, hierbas, lodos, etc. que durante la entrada del agua se quedan entre los álabes, vuelven a ser expulsados después de medio giro del rodete con el agua de salida por el efecto de la fuerza centrífuga. De este modo

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA el rodete tiene un funcionamiento poco sensible a elementos no deseados, que es una de las ventajas que posee respecto a otras turbinas. Es importante que a la hora de diseñar la carcasa se tenga muy en cuenta el aspecto de aislamiento de los rodamientos respecto al paso del agua. Por ello la carcasa está preparada con alojamientos y un sistema de prensaestopas que evita las fugas de forma eficiente. Excepto el cambio anual de grasa, los cojinetes no requieren ningún trabajo de conservación. Obsérvese que la simplicidad de este diseño permite una realización apropiada del mismo. El elemento principal, el rodete, consta de un par (o más) de discos en los que se sueldan los álabes, que son de curvatura lineal. Tanto el rodete como el ingreso de agua se pueden fabricar con láminas de acero soldadas requiriendo herramientas y técnicas de armado simples, con lo que cualquier taller podría hacer frente a su construcción. La forma de instalación como se puede ver en la figura puede adoptar dos disposiciones: Entrada horizontal de agua o entrada vertical del agua:

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 2.10.- DESCRIPCION: 2.10.1.- INTRODUCCION: El rio Mijani se encuentra en la comunidad de Mijani, distrito de Putina, Provincia de San Antonio de Putina, departamento de Puno, situado a una altitud que varía entre los 3861m.s.n.m que es el punto de caída de la cascada del rio Mijami, y 3881 m.s.n.m en el punto más alto de la caída del agua, teniendo como coordenadas geográficas de 14°54’01” de latitud Sur y 69°51’43” longitud Oeste. En la zona prevista existen escases de viviendas con pobladores la mayoría de ellos se dedican a la agricultura, en pequeñas parcelas de tierra, asimismo desarrolla ganadería pero muy mínimamente, no cuentan con tecnología para desarrollar su ganadería y agricultura. El acceso de la zona del proyecto se puede realizar desde la ciudad de Putina. Se consigue utilizando la via Putina -Quilcapuncu, el viaje dura aproximadamente 8min tiene una distancia desde la ciudad de Putina de 4Km, hasta el lugar de la cascada, la vía de acceso es vía asfaltada. 2.10.2.- DATOS GENERALES: Ubicación geográfica:

Departamento Puno

Zona de estudio: Provincia San Antonio de Putina.

Distrito Putina

Altitud media 3871 m.s.n.m.

Ubicación geografica. 

Latitud sur : 14°54’01”



Longitud oeste : 69°51’43”



Altitud de la toma de agua: 3882 m.s.n.m.



Altitud en la caída de la cascada: 3881 m.s.n.m.

2.10.3.- POBLACION: La comunidad de MIJANI según el censo realizado en 2014 los habitantes son:

CENSO 2014: Población Total 100 N◦ de Familias 25 Población-Fuente INEI 2.10.4.- UBICACIÓN GEOGRAFICA: UBICACIÓN: LOCALIDAD: Comunidad Mijani. DISTRITO: Putina PROVINCIA: San Antonio de Putina. DEPARTAMENTO: Puno

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA La catarata de Mijani se encuentra al Oeste de lo que es la ciudad, está ubicado a 4Km de la ciudad de Putina.

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 2.10.5.-CARACTERÍSTICA DEL PROYECTO: Para la formulación del presente proyecto se requerirá de una turbina Michell Banki, y de un generador síncrono. Para la instalación del proyecto se necesita realizar el diseño y construcción de las obras civiles, tales como: bocatoma, desarenador y tanque de presión, casa de máquinas, y de seleccionar el diámetro adecuado para la tubería de conducción y presión, seleccionar el tipo de banda para la transmisión, y realizar un análisis verificativo de algunos elementos mecánicos de la turbina, entre otros parámetros.

Forma de la PCH a instalarse Estos parámetros a determinar nos permitirán cubrir con la demanda energética una vez que entre en funcionamiento el sistema.

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CAPITULO III: 3.- ESTUDIO DE LA DEMANDA. 3.1.- DEMANDA ACTUAL De acuerdo a los censos realizados se tienen los siguientes datos: DATOS 100 25 170 -

Número de habitantes Número de familias Número de casas Industrias Agrícolas 3.3.- DEMANDA SERVICIOS PÚBLICOS:

Los pobladores no cuentan con completo servicio de alumbrado público, debido a que las viviendas están alejadas. Tiene una escuela en donde ofrece educación inicial primaria y secundaria de poco alumnado. El lugar cuenta con un centro de salud urbana.

UTILIDAD unidades

Nº 1 2 3 5

POTENCIA CS Vatios %

Nº

SERVICIOS PÚBLICOS Alumbrado public Educación tabla Nº … evaluacion de la demanda potencial Salud HORARIO DE USO (horas) Otros 0a5 5a7 7 a 11 11 a 13 13 a 17 17 a

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19 a 21

Energia Kwh Dia Año

21 a 24

RESIDENCIAL (usuario representativo) 3.3.-DEMANDA POTENCIAL: Iluminacion 800 0 300 0 0 0 300 200 0 Consevacion y preparacion de alimentos 0 0 0 0 0 0 0 0 el consumo de energía eléctrica un200 día representativo, que recreacion y comodidades Se considerara 1500 400 200 100 durante 0 0 300 300 Otros usos 100 la demanda energética 0 0 de la0 comunidad 0 0 la semana, 0 100mes. 0 proyectado refleje en Total Reresidencial * numero familias 48000 8000 10000 2000 0 4000 6000 12000 6000 Lo cual nos facilitara para tal cálculo la siguiente Tabla. INDUSTRIAS Y COMERCIALES Motores 2000 0 0 1500 0 500 0 0 0 Refrigeradores 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Hornos 0 0 0 0 0 0 0 0 0 tabla Nº … evaluacion de la demanda potencial Iluninacion 1000 0 0 800 0 200 0 0 0 UTILIDAD POTENCIA (horas) Otros usos 200 CS 0 0 HORARIO0 DE USO 200 0 0 0 0 unidades Vatios Nº 0 a 5 0 5 a 7 0 7 a2300 11 11 a 13 Total industrias / comerciales 3200 % 200 13 a 17 700 17 a 190 19 a 21 0 21 a 24 0 SERVICIOS PUBLICOS RESIDENCIAL Salud 1300 0 0 500 100 200 200 200 100 (usuario representativo) Educacion 500 0 0 400 100 0 0 0 0 Iluminacion 8000 0 3000 0 0 0 3000 2000 00 Comunicaciones 0 0 0 0 Consevacionpublico y preparacion de alimentos 0 Alumbrado 30000 00 00 0 00 00 10000 10000 1000 recreacion y comodidades 15000 4000 2000 1000 2000 0 3000 3000 Otros serviciios publicos 0 Total 4800 00 00 9000 2000 2000 12000 1200 1100 Otrosservicios usos publicos 100 100 0 TOTAL 56000 8000 10000 5200 400 4900 7200 13200 7100

Total Reresidencial * numero familias INDUSTRIAS Y COMERCIALES Motores Refrigeradores Hornos Iluninacion Otros usos Total industrias / comerciales SERVICIOS PUBLICOS Salud Educacion Comunicaciones Alumbrado publico

800 0 1500 100 48000

291200 0 546000 36400 17472000

2000 728000 0 0 0 0 0 0 Energia 0 Kwh 0 Dia2000 Año 728000 1300 500 8000 0 3000 15000 4800 100 54800

473200 182000 2912000 0 1092000 5460000 1747200 36400 19947200

48000

8000

10000

2000

0

4000

6000

12000

6000

48000

17472000

2000 0 0 1000 200 3200

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

1500 0 0 800 0 2300

0 0 0 0 200 200

500 0 0 200 0 700

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

2000 0 0 0 0 2000

728000 0 0 0 0 728000

1300 500 0 3000

0 0 0 0

0 0 0 0

500 400 0 0

100 100 0 0

200 0 0 0

200 0 0 1000

200 0 0 1000

100 0 0 1000

1300 500 0 3000

473200 182000 0 1092000

20

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 3.4.-DEMANDA FUTURA: En esta parte del estudio de la demanda futura se hizo un estudio en cuando a la natalidad en donde se determinó que la tasa de natalidad está aumentando poco a poco. Su fórmula es:

Donde: b: Tasa bruta de nacimiento B: Número total de nacimientos en un año P: Población total

Esta variable da el número promedio anual de nacimientos durante un año por cada 1000 habitantes, también conocida como tasa bruta de natalidad. La tasa de natalidad suele ser el factor decisivo para determinar la tasa de crecimiento de la población. Depende tanto del nivel de fertilidad y de la estructura por edades de la población. Para la demanda se estima que pueda aumentar la tasa de natalidad debido a la mejor calidad de vida, de alguna manera con la energía eléctrica pueda bajar o aumentar en todo caso los ingresos de los habitantes. Lo que implica que la demanda pueda ir en aumento. En cuando a la mortalidad si comparamos y hacemos un balance entre la tasa de natalidad y mortalidad; la mortalidad es cada vez menor que la natalidad. La tasa de mortalidad es el indicador demográfico que señala el número de defunciones de una población por cada 1.000 habitantes, durante un período determinado (generalmente un año). Usualmente es denominada mortalidad. Fórmula:



m: tasa de mortalidad media



F: cantidad de fallecimientos (en un período)



P: población total

21

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA La emigración de los habitantes de la comunidad de Mijani está aumentando, debido a que se están emigrando a otros pueblos que tienen más desarrollo, de cada 5 hijos de los pobladores están emigrando 3, y los demás también están pensando en ello pero que no tienen las condiciones apropiadas. Si hablamos de la migración a la comunidad de Mijani es nulo, lo que se espera para la demanda futura de la energía eléctrica son las inversiones que puedan hacer las personas que han emigrado a otro lugares. Las perspectivas de desarrollo de este pueblo estarán en aumento, ya que la energía eléctrica siempre cambia a un pueblo. Finalmente concluimos que lo que se estima para la demanda futuro sea de 10% a 20% de la potencia de la demanda actual a la cual deberá abastecer la mini central de Mijani. Lo más expectante de 35% de la potencia actual.

(

)

Final mente la potencia proyectada: ( (

) )

22

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

CAPITULO IV: 4.-ESTUDIO DE MERCADO 4.1.- ESTIMACION DE LA DEMANDA ACTUAL 4.1.1.- LOCALIZACIÓN DE LA DEMANDA: La comunidad de Mijani se encuentra sobre los 3861 m.s.n.m a 4km a partir de la ciudad de putina, a una latitud sur de 14°54’01” y longitud oeste de 69°51’43” y cuyo accesibilidad es en vehículo en un tiempo estimado de 8 minutos. Además de que la demanda de energía eléctrica traería más desarrollo a la zona. 4.1.2.- UBICACIÓN DE LA DEMANDA:

4.1.3.- INFORMACIÓN BÁSICA: CALCULO DE LA DEMANDA: Con el fin de identificar la demanda actual del centro poblado al que se planea suministrar energía, se debe conocer información que refleje el consumo energético: Datos de la población Población:

100 familias

Tasa de crecimiento por año:

0.11

Número de usuarios:

25

23

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 4.1.3.1.- CÁLCULO DE LA DEMANDA CON EL MÉTODO REA: evaluación de la demanda actual descripción

Cantidad Pot.nom.(w) Pot.tot.(w) Tiempo de uso(h)

Energía(kwh/dia)

iluminación

4

30

240

4

0.96

Tv

1

100

100

3

0.3

DVD

1

8

8

0.5

0.004

Radio grabadora

1

50

50

5

0.25

vivienda

Total vivienda

1.71

 el consumo especifico se determina de la siguiente manera:

Energía total a consumir:

 el factor de demanda del total de familia beneficiadas

(

(

)

)

Donde N: número de familias

 Energía total a consumir:

(

(

)

)

24

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA  El factor de consumo especifico (

)

Energía total a consumir: (

)

 Demanda de potencia máxima (

)

Energía total a consumir:

Consumo total de energía actual es:

1.1.1. Calculo de la demanda futura:

(

)

: potencia proyectada al año n (kw) : Potencia estimada para el año 0 (kw) : Índice o tasa de crecimiento considerado por año n : número de años de proyección (25 años)

Potencia proyectado para 8 años:

(

)

25

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

CAPITULO V: 5.- ESTUDIO HIDROLOGICO: Para el mejor aprovechamiento del recurso hidrológico se analizó los siguientes puntos:    

Observación de los caudales, lo cual se hizo un estudio de un año Medición de la velocidad de la corriente Determinación e caudales se calculó con el método con flotador Establecimiento de las relaciones entre los niveles y los caudales.

No existen estudios fluviograficos, pero se estima que los caudales en el rio se multiplican hasta 3 veces del caudal habitual que se tomo como referencia que sea constante 0.658 m3/s. Teniendo en cuenta que cuando llueve el caudal de los ríos son turbulentas superando hasta 2 m3/s en tan solo en uno cuantos minutos lo cual no se considera en este estudio ya que no son frecuentes y nos daría muchos errores en nuestros cálculos hidráulicos, lo se puede rescatar del estudio hidráulico se hace un resumen de datos confiables con los cuales podemos trabajar están especificados el diagrama de caudales (hidrograma). 5.1.- CALCULO DEL CAUDAL: 5.1.1.- medición de caudal con flotador:

26

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA Cálculo del área de la sección transversal: Para calcular el área de la sección transversal, se recomienda descomponerla en una serie de trapecios como muestra en la figura:

seccion trasversal del cause Midiendo sus lados con ayuda de unas reglas graduadas, colocadas en la forma que indica la figura, se halla el área de la sección transversal del cauce. Vendrá dada por la ecuación:

S  b* 5.1.2.-Calculo de las áreas:

h1  h2  h3  .....  hn n

0  9  12  14  18  15  10  7  5  1  0.774 m2 10 0  9  17  14.5  13  9.5  9  5  1 S2  7.7*  0.669 m2 9 0  10  16  14.5  13  14  6.7  1 S3  6.7*  0.629 m2 8 0  9.5  15  14.9  16.7  9  0 S4  6*  0.558 m 2 7 0  10  14  18.4  17.5  9  0 S5  5.3*  0.522 m2 7 0  7  18  16  15  5 S6  4.8*  0.488 m2 6

S1  8.5*

27

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

0  6.5  19  17  10  0  0.394 m2 6 0  11  21  19.4  4.75  0 S8  4.2*  0.395 m2 6 0.5  9  20  27.5  3  0 S9  4.1*  0.41 m2 6 1  10  23  18  0.5 S10  4*  0.42 m2 5 0  13  24  18  0.5 S11  3.85*  0.427 m2 5 S1  S12  S3  S4  S5  S6  S7  S8  S9  S10  S11 Stotal   0.517 m2 11

S7  4.5*

5.1.3.-Calculo de las velocidades:

23.3  7.767 seg 3 23.9 t2  7.10  7.93  7.87  23.9   7.967 seg 3 23.66 t3  7.92  7.87  7.87  23.66   7.887 seg 3 23.41 t4  7.70  7.86  7.25  23.41   7.803 seg 3 23.75 t5  7.60  7.54  7.61  23.75   7.587 seg 3 24.53 t6  7.80  7.70  7.03  23.53   8.177 seg 3 t t t t t t ttotal  1 2 3 4 5 6  7.864 seg 6 e 10m V promedio    1.272 m seg t total 7.864seg t1  7.81  7.80  7.69  23.3 

5.1.4.-Calculo del caudal: 3 Q  V promedio * Atotal  1.272*0.517  0.658 m

seg

5.1.5.-Calculo de la potencia hidráulica aproximada sin pérdidas:

P   agua * g * Q * H bruta  1000*9.81*0.658* 20  129.10 KW

28

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

CAPITULO VI 6.- ESTUDIO GEOLÓGICO: 6.1.-GEOLOGÍA Y GEOMORFOLOGÍA El sitio donde se ha proyectado ubicar la presa es bastante favorable desde el punto de vista topográfico y geológico. Las rocas que afloran en el sitio son de origen ígneo, dentro de las cuales se pueden mencionar principalmente basaltos y/o andesitas conjuntamente con filitas. Los basaltos se encuentran sanos y presentan excelentes condiciones mecánicas para la cimentación de la presa. El grado de fracturación es moderado. La casa de máquinas estará situada sobre una terraza fluvial en la margen izquierda del Río mijani y/o catarata mijani. Las laderas son bastante estables y consistentes, ante lo cual el peligro de derrumbes y/o deslizamientos podrá estar minimizado. Por su parte, los riesgos de erosión o inestabilidad de tierras con relación a los cortes y rellenos que sean necesarios para la construcción de la PCH y demás obras, son prácticamente inexistentes. 6.1.1.- SUELOS: La zona de aprovechamiento hidroeléctrico tiene suelos de la serie Bucul de origen aluvial, a este corresponden las arcillas neutras de color café rojizo; además existen los suelos de textura franco arenosa que son de buena productividad agrícola y puede ser intensamente trabajados con cultivos limpios, especialmente con el cultivos de papas. 6.1.2.- DESCRIPCIÓN DEL MEDIO BIÓTICO: En este apartado se hace una descripción de los recursos ecológicos o biológicos naturales, fuera de la acción del ser humano, derivado de los recursos físicos. Principalmente se ha tomado en cuenta la cobertura vegetal, la fauna terrestre, los recursos acuáticos. 6.1.3.- COBERTURA VEGETAL: En la zona se identificó como zona de agricultura, así como papa, avena y otros, las cuales tienen un importante valor económico. En el área directamente afectada por la construcción de las obras civiles, las tierras tienen una sobre utilización productiva, en la que sobresale la agricultura 6.1.4.- FAUNA TERRESTRE Y RECURSOS ACUÁTICOS: La fauna natural de la zona de aprovechamiento hidroeléctrico comprende la presencia de comunidades de especies de mamíferos pequeños como conejos, crianza de ovejas, y dentro de la avifauna se tiene las pajaritos y otros que migran; también hay comunidades de invertebrados como los lagartos entre otros, característicos de la región. Asimismo se pudo establecer la existencia de pequeños animales que habitan en rio, los cuales no serán afectados por el cambio de régimen de la corriente de agua, dado que se ha

29

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA establecido obligatoriamente un caudal ecológico necesario para el mantenimiento de la fauna acuática y el paisaje rural. 6.1.5.- ÁREAS NATURALES PROTEGIDAS: Existe un área natural en el ámbito del estudio la cual es el catarata de 20 metro de altura, el cual no será afectado por la construcción

6.2.- ESTUDIO TOPOGRAFICO Y CARTOGRAFICO:

30

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

31

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 6.3.- ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL: En concordancia con el Artículo 28° del Reglamento de Prevención y Control Ambiental, la evaluación global en el contexto del presente Estudio de Evaluación de Impacto Ambiental (EEIA) considera el efecto total integral que el Proyecto causa sobre el ambiente, es decir, superpone y suma los efectos particulares para establecer un efecto global. Para este propósito, él diagnostico considera la descripción de las unidades de vegetación que se presentan a lo largo del área de influencia del proyecto, y la fauna, particularmente aves y mamíferos. Las plantas, por su desarrollo y estabilidad, son por lo general los integrantes más conspicuos de la asociación entre plantas y animales. En general las plantas forman el marco dentro del cual viven los animales y la complejidad de estas asociaciones depende de la formación vegetal de una determinada región.

6.3.1.- ALCANCE: El estudio de evaluación de impacto ambiental en lo referente al componente biótico se centra en dos componentes, la vegetación y la fauna.

6.3.2.- OBJETIVOS:   

 

Área de flora y vegetación. Identificación de las especies y las formaciones vegetales. Conocer el estado de conservación del ecosistema natural que rodea a la zona de estudio Identificación y evaluación de impactos ambientales en el ámbito de las formaciones vegetales. Área de fauna. Identificación de las especies. Identificación y evaluación de impactos ambientales en el ámbito faunístico.

6.3.3.- VEGETACIÓN (FLORA): 6.3.3.1.- VEGETACIÓN DEL PISO DE PUTINA: La vegetación del piso ecológico puneño se desarrolla desde los 3100 hasta 400 m de altitud, este pueblo tiene un clima seco, en la actualidad la zona ha sido sustituida por un conjunto de viviendas. Esta comunidad de Mijani está compuesto por icho (chilligua), las cuales alcanzan por la zonas tal predominio en el paisaje que pareciera imposible que alguna vez se hubieran asentado la vegetación. En el área de estudio se encuentran estos restos de vegetación del piso. Esta zona no posee de mayor Vegetación ya que es una zona seca, donde mayormente se puede observar paja y algunas yerbas, plantas y escasos árboles, que cada uno de estos son un medio por el cual se alimentan algunos animales de la zona.

32

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA PAJONAL:

RECTOS DE VEGETACIÓN DEL PISO:

33

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 6.3.3.2.- FAUNA: La Fauna de la comunidad de MIjani, presenta pocas especies, pero también bastantes especies restringidas a la provincia o distrito biogeográfico. Particularmente en grupos como aves, roedores, anfibios, saurios y mariposas, por ejemplo: Insectos, como Mariposas, entre otras. Reptiles, como lagartijas. Anfibios, como sapos. Mamíferos, es más reducida, sobre todo a mayor altura. Cabe mencionar la presencia de numerosos roedores de campo, como Conejos, Cuyes, Mofetas entre otras, así como especies de carnívoros como el zorro andino. Aves que visitan los pocos árboles que hay, entre ellos son los Pájaros como también aves que a vitan en las pajas como es el caso del Perdiz y entre otras aves. DESCRIPCIÓN DE FAUNA ESPECÍFICA Lagartija, pequeña y esbelta con tres líneas longitudinales que atraviesan la espalda. Las dimensiones del adulto son de unos 50 mm del hocico a la cloaca. Es activa y de actividad diurna. Su alimentación parece ser exclusivamente de artrópodos, aunque se cita como omnívora. Presenta dimorfismo sexual. Perdiz, es un miembro de la familia Tinamidae, tiene entre 25,5 y 30 cm de tamaño. Esta especie se encuentra en América de Sur occidental, Cordillera de los Andes. Habita laderas herbáceas, y prados de altura

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 6.3.4.- EVALUACIÓN DE IMPACTOS: Los factores más afectados negativamente (‐), son:

6.3.4.1.- Aire: En la Fase de Operación, la emisión de ruido será más elevada y continua. La contaminación atmosférica del área del Proyecto, por las actividades que se desarrollan principalmente en la Fase de Construcción, se valoraran por la calidad del aire a través de las concentraciones de gases de combustión (CO, S0x y N0x), y de material particulado (PTS). En la Fase de Construcción, la emisión de material particulado (polvo) se genera en las actividades de excavaciones, relleno y compactación principalmente (fuentes fijas), y a estas se añaden las emisiones de los vehículos de transporte (de materiales, ferretería etc.), fuentes móviles. La emisión de ruidos, por el uso de herramientas, movimiento de personal y vehículos de transporte, durante las Fases de Ejecución, Mantenimiento y Abandono. La generación y difusión de gases de combustión como el C0.; N0x.; y S0x, debido al funcionamiento de maquinaria, vehículos de transporte, en las Fases de Construcción, Mantenimiento y Abandono.

6.3.4.2.- Suelo: Los atributos del factor suelo más afectados negativamente (‐) son: Erosión, compactación y estabilidad, relacionados entre si y producto de acciones en la Fase de Construcción como ser excavaciones, relleno y compactación. Principalmente en el caso de una disposición final inadecuada de material excedentario en los buzones, u otras áreas previamente identificados. Por el tránsito de equipos pesados, vehículos y materiales en áreas frágiles. En la Fase de Mantenimiento, causaran impacto sobre el suelo todas las actividades de mantenimiento (excavaciones, reparaciones); de igual manera en la Fase de Abandono. La disposición de residuos sólidos industriales (restos de ferretería, envases, embalajes, cartones, etc.) durante la Fase de Construcción y Mantenimiento Por otra parte, en la Fase de Mantenimiento, el suelo, es objeto de un impacto temporal, de corta duración y reversible. Estos impactos negativos se los califica como localizados, directos y en algunos casos permanentes (erosión, compactación y estabilidad del suelo).

6.3.4.3.- Compactación:

Se producirá una compactación del suelo debido al movimiento de equipos y trabajadores, (sobrecargas de los equipos y trabajadores) en el predio de la Central, el derecho de vía de la tubería forzada, etc. produciendo una disminución de la permeabilidad del suelo y dificultando la regeneración de la vegetación. El mayor impacto se genera en la Fase de Ejecución (Construcción) y en la Fase de Mantenimiento; tomando en su conjunto el impacto se considera de mediana magnitud por el mínimo espacio de tiempo y la superficie afectada.

6.3.4.4.- Erosión:

Bajo el término de erosión (erosión hídrica y erosión eólica) englobamos todos los variados procesos de destrucción de rocas y arrastre del suelo, realizado por agentes naturales móviles e inmóviles, los elementos que la originan son el clima (acción del viento y la lluvia principalmente) y los elementos que la regulan son; el tipo de suelo (textura, estructura, litología), la geomorfología(forma y textura del

35

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA relieve, configuración de pendientes), la vegetación (clase, calidad, cantidad, capacidad de re vegetación) y entre otros la hidrología, etc.

6.3.4.5.- Vegetación: El despeje de vegetación, a su vez presenta sinergismo al potenciar efectos erosivos. Este impacto se puede clasificar como de intensidad media y sinérgico pero en un área de influencia lineal y recuperable (a lo largo de la tubería forzada). Los procesos de compactación y erosión del suelo; se presentan como un efecto secundario y terciario de la perdida de vegetación, escorrentía superficial y finalmente pérdida de suelo (uso de suelo agrícola y/o ganadero) entre otros. Con relación al desbroce selectivo se utilizarán medios manuales y por tanto no se precisan de prácticas protectoras o correctoras (re vegetación inducida); solo se adoptaran medidas de prevención especificas a fin de favorecer la recuperación de la vegetación a las condiciones iníciales en forma natural. El impacto es de carácter irreversible e irrecuperable, en lo que se refiere a las modificaciones de hábitat (refugios y nidos) para los pequeños mamíferos, reptiles y aves.

6.3.4.6.- Paisajismo: El principal impacto visual que se observa es la presencia de la tubería forzada, este impacto presenta un grado de intensidad medio, es irreversible, permanente en el tiempo y no presenta ningún tipo de sinergismo ni de acumulación.

6.3.4.7.- Socio Económico: El factor más afectado positivamente (+), es el socio económico. El Proyecto tendrá un impacto positivo en los aspectos socioeconómicos, como ser la generación de empleo directo e indirecto, un incremento en el ingreso del sector publico por concepto de impuestos, una mejor calidad de vida de la población (estilo de vida), al utilizarse un recurso energético. Se satisfacerla una necesidad nacional de contar con una fuente de generación eléctrica renovable que permitirá darle mayor confiabilidad a todo el SIN. 6.3.4.8.- Desarrollo Inducido: Considerando la ubicación de la Central Hidroeléctrica de MIJAMI, las posibilidades de que el Proyecto puede ocasionar actividades propias de un desarrollo inducido, son limitadas. VALORACIÓN GLOBAL DE LOS IMPACTOS FACTOR AMBIENTAL EVALUACION RELATIVA (%) AFECTADO Vegetación 40 Ruido 45 Paisaje 50 Calidad de aire 55 Suelo(erosión) 60 Actividad socio económica 65

SIGNO Negativo Negativo Negativo Negativo Negativo Positivo

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CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

CAPITULO VII 7.- OBRAS CIVILES: 7.1.- OBRAS DE CAPTACIÓN: Se denomina obras de captación o bocatomas a toda estructura hidráulica construida sobre el cauce de un rio. Cuya función es regular y captar un determinado caudal del agua. Principalmente existen dos tipos de obras de captación  Por derivación directa  Con almacenamiento de agua Para nuestro proyecto se utiliza la captación con derivación directa 7.1.1.- BOCATOMA: Se elige barrotes rectangulares para la construcción de la rejilla Considerando los siguientes datos Caudal Q=0.658 Nivel mínimo de las aguas en el rio h0=0.13m Coeficiente de derrame µ=0.70 Angulo de inclinación β=20o Coeficiente de captación X=0.837

Para la construcción de la reja se seleccionan barrotes de las siguientes medidas Donde a=4 cm d=6 cm e=2 cm

d

e

a

Coeficiente de contracción de la reja:

a 4 c  0.6* *cos(  )1.5  0.6* *cos(20)1.5  0.364 d 6 Altura inicial del agua:

2 2 hi  * X * h0  *0.837*0.13  0.072 m 3 3 Longitud de la rejilla

Q  c *  * b * l * 2* g * hi m3 / seg

37

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

Considerando el ancho del vertedero b=1.8m

0.658  0.3644*0.7 *1.8* l * 2*9.81*0.072  l  1.2 m Numero de espacio entre barrotes

n

b 1.8   45 cm a 4

Numero de barrotes

N  n  1  45  1  46 Ancho total de la toma de agua incluido la rejilla

b'  b  N * e  1.8  46*0.02  2.72 m l '  1.2* l  1.2*1.2  1.24 m Canal colector

B  l ' cos(  )  1.24*cos(20)  1.17 m Profundidad critica del canal 1/ 3

 Q2  hc   2 g*B 

1/ 3

 0.6582   2   9.81*1.17 

 0.32 m

Velocidad critica del agua

vc  g * hc  9.81*0.32  1.77 m/seg Altura del agua en el final del canal h f  1.1* hi  1.1*0.32  0.352 m La velocidad final del agua en el canal es

vf 

Q 0.658   1.59 m/seg h f * B 0.352*1.17

38

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 7.1.2.- OBRAS DE CONDUCCIÓN: 7.1.2.1.- SISTEMA DE CONDUCCIÓN: Diseño del canal y vertedero lateral: El diseño del canal se hará para un: Caudal de 0.658

, con el talud más eficiente, se cumple que:

√ √

Elementos de la sección de un canal trapezoidal.

De la fig. Tenemos elementos geométricos de la sección transversal de un canal Dónde: Y=d= tirante de agua, altura que el agua adquiere en la sección transversal. b= base del canal o ancho de la solera T= espejo de agua o superficie libre de agua H= profundidad total del canal H-Y= borde libre C= ancho de corona = Angulo de inclinación de las paredes laterales con la horizontal Z:1= talud, horizontal: vertical A= (b+zy) y, área hidráulica P= b+2Y*√ El caudal de dimensionamiento será: Q '  1.2* Q  1.2*0.658  0.789 m3 / seg La tabla te proporciona el rango de velocidades máximas recomendadas, en función de las características del material en el cual están alojados.

39

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA Tabla velocidades máximas recomendadas en función de las características de los suelos características de los suelos

velocidades máximas (m/s)

canales en tierra franca

0.6

canales en tierra arcillosa

0.9

canales revestidos con piedra y mescla simple

1

canales con mampostería de piedra y concreto

2

canales revestidos con concreto

3

canales en roca Pizarra

1.25

areniscas consolidadas

1.5

rocas duras, granito,etc.

3a5

Se elige la velocidad de conducción igual a V=1.0 m/seg Se utilizara canal revestido con concreto cuya velocidad máxima es 3m/s, lo que nuestra velocidad está dentro del rango recomendado. La sección requerida para estas condiciones es de: A

Q ' 0.789   0.789 m 2 V 1

Primeramente calcularemos para un canal trapezoidal: El ancho b y el tirante del canal d son iguales a: b  0.87 * A  0.87 * 0.789  0.773 m y  d  0.75984* A  0.75984* 0.789  0.675 m

40

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA Bordo libre (B.L) En la determinación de la sección transversal de los canales, resulta siempre necesario, dejar ciertos niveles entre la superficie libre del agua, para el tirante normal y la corona de los bordes, como margen de seguridad. Una práctica corriente para canales revestidos, el bordo libre puede ser la quinta parte del tirante:

Profundidad total (H):

Espejo de agua (T). √ ( )(

( )( )

)

Ancho de corona (C): El ancho de corona, de los bordos de los canales en su parte superior, depende esencialmente del servicio que estos habrán de prestar. En canales más pequeños, el ancho superior de la corona puede diseñarse aproximadamente igual al tirante del canal.

Perímetro mojado será igual: 2

2

 1   1  p  b  2d * 1     0.773  2*0.675* 1     2.33 m  3  3

Radio hidráulico:

R  A / P  0.789/ 2.33  0.338 m

41

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA Tabla Valores de (n) dados por horton para ser usados en las fórmulas de kutter y de mannig. Superficie

condiciones de las paredes perfectas buenas medianas malas

tubería forjado negro comercial

0.012

0.013

0.014

0.015

tubería fierro forjado galvanizado comercial

0.013

0.014

0.025

0.017

tubería de latón o vidrio

0.009

0.01

0.011

0.013

tubería de acero remachado en espiral

0.013

0.015*

0.017*

Labrado

0.01

0.012*

0.013

0.014

sin labrar

0.011

0.013*

0.014

0.015

canales revestidos con concreto

0.012

0.014*

0.016*

0.018

superficie de mampostería con cemento

0.017

0.02

0.025

0.03

acueducto semicircular metálicos, lisos

0.011

0.012

0.013

0.015

acueducto semicircular metálicos, corrugados

0.0225

0.025

0.0275

0.03

Valores de uso común en proyectos.

Se selecciona un gradiente para el canal j=0.018 Luego tendremos la velocidad real en el canal

1 1 V  * R 2/ 3 * j1/ 2  *0.3382/ 3 *0.0181/ 2  1.709 m/seg n 0.014

42

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA Cuyo resultado del diseño es:

Cuya longitud del canal será L2=100m Canal rectangular: El ancho b y el tirante del canal d son iguales a: A 0.789 d   0.628 m 2 2 b  2* d  2*628  1.256 m Perímetro mojado será igual: p  b  2* d  1.256  1.256  2.512 m Radio hidráulico:

R  A / P  0.786/ 2.512  0.314 m

Bordo libre (B.L): En la determinación de la sección transversal de los canales, resulta siempre necesario, dejar ciertos niveles entre la superficie libre del agua, para el tirante normal y la corona de los bordes, como margen de seguridad.

Una práctica corriente para canales revestidos, el bordo libre puede ser la quinta parte del tirante:

43

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA Profundidad total (H):

Este canal se dimensionara recubierto en hormigón y tendrá una velocidad máxima permitida de 3 m/seg Eligiendo n=0.014 Se selecciona el gradiente para el canal

j=0.0026

Luego tendremos la velocidad real en el canal

1 1 V  * R 2/ 3 * j1/ 2  *0.3142/ 3 *0.00261/ 2  1.683 m/seg n 0.014

7.1.2.2.- EL VERTEDERO LATERAL: El vertedero lateral, es una estructura de protección que permite evacuar los excedentes de caudal la cual está destinada a la catarata, como se muestra en la siguiente figura:

Flujo tuberitico, el tirante se incrementa hacia aguas abajo, del vertedero.

44

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

Los cálculos del vertedero lo diseñaremos de la misma forma que del canal 7.1.2.3.- DESARENADOR: TENIENDO EN CUENTA: Q = 0.658 m3/s H =20m Ve=1.683 m/seg Para pequeñas centrales hidroeléctricas el diámetro máximos de partículas admitidas según su caída es: Dm lim = (0.2 – 0.5mm) ; h<10m caída baja. Dm lim = (0.1 – 0.2mm) ; h<100m caída media. Dm lim = (0.01 – 0.05mm) ; h>200m caída alta. El canal que empalma con el desarenador es el rectangular. Para esta condición de altura se requiere captar un grano límite del siguiente diámetro: (

)

Se elige un diámetro de:

La velocidad de sedimentación para este diámetro de partícula se escoge de la tabla:

45

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

De donde se obtiene:

La velocidad horizontal oscila entre: (

)

Se elige una velocidad igual a:

La profundidad media del desarenador puede ser: (

)

Se elige una altura para el desarenador de:

El empuje ascensional es igual a:

La longitud del desarenador es igual a: (

)

(

)

El tiempo de decantación de la partícula es de:

46

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

El tiempo de sedimentación de la partícula es igual a:

Dado que la condición de tiempo de cumple, las partículas se decantaran en el desarenador. Se halla el ancho del desarenador:

Al observar estas medidas se encuentra en el canal es ligeramente más ancho que el desarenador, lo que se debe a la magnitud del caudal. Por consiguiente se opta por tomar el ancho del canal que es 1.256 m como ancho del desarenador. En este caso la transmisión tendrá en el plano una pendiente negativa, con el fin de evitar turbulencia en las aguas.

Desarenador

Canal

2.62 m 0.628 m

1.5 m

1.256 m

47

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 7.1.2.4.- CAMARA DE PRESION: Se requiere un tanque de presión, el cual se conectara al canal rectangular, para su dimensionamiento se tiene la siguiente información:  El caudal de diseño es:



Altura total de la mini central hidroeléctrica es :



La altura de conducción es :



El ancho de conducción es:



La longitud de la tubería de presión:

Con base a esta información se puede calcular de la siguiente manera.  Calculo del diámetro de la tubería de presión:

(

)

(

)

Donde: Q: caudal de diseño HB: altura bruta de MCH (m) hs: es la altura por defecto del golpe de ariete (m) se toma a 30% de la altura bruta. Reemplazando los valores respectivos se obtiene:  Se fija un valor de altura que evite el ingreso de posibles sedimentos a la tubería de presión:

 Se toma un valor de altura equivalente al diámetro de la tubería de presión:

 Para que el torbellino creado por el flujo del caudal no genere cavitación debe dejarse un nivel mínimo a:

48

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

 Por efecto del golpe de ariete se crea una elevación del nivel del agua en el tanque de presión, como seguridad se toma el siguiente valor:

 En función del canal h1, de la topografía local, de la calidad del agua, de la ubicación del canal y de los conductos forzados, del tamaño de las compuertas, se toma un valor para la altura de la cámara de presión h2 (m).

 Se fija los valores posibles para la velocidad media de la cámara de presión:

 Se determina el ancho del tanque de presión:

Dado que este valor hallado es menor que el ancho del canal se toma el mayor

 Se determina la altura del volumen del agua en el tanque para el tanque:

√

√

 Se determina: Lo cual cumple con la condición:

 La longitud de la cámara de presión es: √

√

 Se calcula la altura del nivel máximo:

√ √  El ancho del vertedero se determina con la base en la condición más crítica, que ocurre cuando se debe rebosar todo el caudal captado, el cual es igual al 20% del caudal de diseño:

49

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA El aliviadero tendrá una cresta gruesa de cantos redondeados, lo cual indica que el coeficiente M es igual a:

Se toma un valor de:

Debido a que no se tiene las condiciones del terreno para el dimensionamiento del vertedero del vertedero se toma en cuenta lo recomendado:

 Se determina la altura de la cámara de presión:

50

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

7.1.2.5.- CONDUCCION A PRESION: 7.1.2.5.1.- TUBERÍA DE PRESIÓN: Dimensionamiento:  Calculo del diámetro de la tubería forzada:

(

)

(

)

 Calculo del espesor de la tubería. El espesor de la tubería se determina con la siguiente expresión: ( ) Dónde: La caída bruta H es igual a 20 m La sobrepresión ejercida por el golpe de ariete hs es igual a 0.3*H La tensión de tracción del material &t para el acero es de 1200kg/cm2 La eficiencia de las uniones Kf se toma igual a 0.8 El espesor adicional es es igual a 3mm Remplazando los valores respectivos: (

)

51

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

 Perdidas en la tubería. Previo a determinar las perdidas en la tubería se debe conocerse la velocidad del caudal que fluye en ella, la cual es igual:



Perdidas en la rejilla: se toma un coeficiente de pérdidas por rejilla



Perdidas en el tipo de entrada: se toma un coeficiente de pérdidas bajo



Perdidas en los codos

Considerando 8 codos:



Perdidas por fricción

Donde: la constante k para el acero es de 1.15 ( )



(

)

Perdidas en las válvulas

PERDIAS TOTALES:

52

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 7.1.2.6.- CASA DE MAQUINAS: Esquema del empalme de la tubería de presión y la entrada a la turbina.

53

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 7.2. CÁLCULOS ELECTROMECÁNICOS: 7.2.1.- SELECCIÓN DE LA TURBINA:  Criterios para la selección de la turbina. El tipo, geometría y dimensiones de la turbina están condicionados, fundamentalmente, por los siguientes criterios:  Altura de salto neta 

Horquilla de caudales a turbinar



Velocidad de rotación



Problemas de cavitación



Velocidad de embalsamiento



Costo

En muestro caso se tiene los siguientes datos: ⁄

Potencia de la turbina:

De acuerdo a la tabla anterior podemos intuir que las posibles turbinas estaría entre Kaplan; Kaplan y Michel Banki.

54

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

Con los datos de la altura y el caudal se selecciona en la siguiente tabla:

 De los dos tipos disponibles en el mercado nos quedamos con la turbina Michell Banki.

55

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 7.2.1.1.- DISEÑO DE LA TURBINA MICHELL BANKI:

Calculo nde las RPM de la turbina:

38.3* H 3/ 4 38.3*203/ 4 N   446.54 rpm Q 0.658 Para nuestro caso consideraremos N=450 rpm Velocidad tangencial: . Vtan g 

c 2*cos( ) α=20o c  4.43* H * n  4.43* 20 *1  19.81

Considerando Entonces

Vtan g 

19.81  10.54 m / seg 2*cos(20)

Calculo del diámetro exterior del rodete

D  14.08*

Vtan g N

 14.08*

10.54  0.33 m 450

Diamerto interior del rodete

d  0.58* D  0.58*0.33  0.19 m Recalculando las RPM

kc  1  N

h 0.3* 20  1  0.837 H 20

40.62* K c * H 40.62*0.837 * 20   460.75rpm D 0.33

Numero de alabes:

D  0.33  z  0.10*  *    0.10*  *    20.73  es   0.005 

56

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA Consideraremos 20 albes Paso entre alabes:

p

 *D z



 *0.33 20

 0.052 m

Boquilla del inyector

B

0.96* Q 0.96*0.658   0.428 m H *D 20 *0.33

C1

ht B1 To

0º

R

7.2.1.2.- RENDIMIENTO DE LA TURBINA: Rendimiento óptimo del presente proyecto

√ Número de Velocidades Específicas en Función a la Turbina TIPODE TURBINA Nq Ns Turbina Pelton de 1 tobera Hasta9 Hasta30 Turbina Pelton de 2 toberas 4-13 14–42 Turbina Pelton de 3 o más toberas 5-22 17–73 Turbina Michell Banki (Flujo Cruzado) 18-60 20–200 Turbina Francis Lenta 18-38 69–125 Turbina Francis Normal 38-68 125–225 Turbina Francis Rápida 68-135 225–450 Turbina Axial 105-300 350-1000 Por criterio y fiabilidad de ingresos económicos y de hallar con un margen de error la potencia elegimos:

57

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA Ns = 20 Reemplazando valores tales como: N = 450 Rpm H = 20 Se obtiene: P = Kw

7.3.- DISEÑO DE CARCASA: La carcasa fue diseñada de acuerdo al criterio y encaje de la turbina y el inyector. Esto con la finalidad de que el chorro de agua no pueda mojar los equipos que están dentro de la casa de máquinas, para ello se utilizó plancha de acero inoxidable más conocido en el mercado como plancha inox de 3 mm de espesor.

7.4.- SELECCIÓN DEL GENERADOR: Se seleccionará un generador síncrono trifásico cuya potencia es de 140 KW y una tensión nominal es de 280 V con N = 450 rpm con una frecuencia de 60 Hz, lo cual el número de polos es 16 según la siguiente tabla:

58

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

7.5.- ANÁLISIS ECONÓMICO: 7.5.1.- COSTOS: El análisis económico de un proyecto de generación de energía eléctrica es muy importante para orienta a la toma de decisiones en torno a ejecutarlo o no. 7.5.2.- COSTOS DIRECTOS E INDIRECTOS: Descripción

Unidad

Pr. Cantidad Unitario S/.

Subtotal S/.

A1

Cuadro 6.A: Materiales para Obras Civiles. Arena m3 50

15.00

750.00

A2

Piedra

m3

150

10.00

1500.00

A3

Cemento

U

200

27.00

5400.00

A4

Fierro 3/8 "

U

20

21.00

420.00

A5

Ladrillos

U

500

0.30

150.00

A6

Bloquetas

U

300

5.00

1500.00

A7

Calamina

U

6

11.00

66.00

A8

Viga de madera

U

5

2.00

10.00

A9

Malla fina

m2

1

80.00

80.00

A10 Clavos

Kg.

2

7.00

14.00

A11 Alambre galvanizado

Kg.

20

7.00

140.00

A12 Tablas de construcción

U 30 8.00 Fuente: Elaboración Propia.

Total S/.

10190.00

240.00

59

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

Descripción

Unidad

Pr. Cantidad Unitario S/.

Subtotal S/.

Total S/.

Materiales para Instalaciones Hidráulicas. B1

Tubo de acero de 16"

U

5

340.00

1700.00

B2

Codos y uniones 16"

U

8

50.00

400.00

B3

Compuerta metálica para canal U

1

600.00

600.00

B4

Rejilla para tanque de presión

m2

1

180.00

180.00

B5

Válvula tipo mariposa 16"

U

2

240.00

480.00

B6

Contra pesa

U

1

300.00

300.00

B7

Pernos

U

20

3.00

60.00

B8

Acoplamiento

U

1

200.00

200.00

B9

Grasa para Rodamientos

gal

1

20.00

20.00

U

1

150.00

150.00

B10 Armazón de fierro

Fuente: Elaboración Propia. Pr. Cantid Unidad Unitario ad S/.

Descripción

Materiales para Instalaciones Eléctricas. U 1 8000.00

Subtotal S/.

C1

Turbina

C2

U

1

20000.00

30000.00

U

1

1500.00

1500.00

C4

Generador Regulador de Tensión 0-400 volt. Conductor de alta

m

10

20.00

200.00

C5

Voltímetro AC/DC 0-600

U

1

40.00

40.00

C6

Amperímetro 0-300A

U

1

100.00

100.00

C7

Alambres de amarre

Kg.

1

8.00

8.00

C8

Cinta aislante 3M.

U

1

5.00

5.00

C3

4090.00

Total S/.

8000.00

29853.00

60

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA Tabla: Costo y presupuesto por mano de obra Tipo de Personal

Cant.

Días trabajo

S/. / día

Sub. Total

CUADRO 6.D: Personal Empleado en la Instalación y Montaje. D1

PEÓN

8

10

40.00

3200.00

D2

TÉCNICO HIDRÁULICO

2

5

50.00

500.00

D3

ALBAÑIL

4

10

50.00

2000.00

D4

TÉCNICO

1

1

50.00

50.00

D5

ELECTRICISTA

1

1

70.00

70.00

D6

MECÁNICO

1

1

60.00

60.00

D7

SOLDADOR

1

5

70.00

70.00

TOTAL

5950.00 Fuente: Elaboración Propia.

Costos Directos. E1

MATERIALES Y/O EQUIPOS

E2

TRANSPORTE

44133.00 10%

4413.30

TOTAL COSTO DIRECTOS Fuente: Elaboración Propia.

49546.3

Costos Indirectos. 4413.30

F2

10% GASTOS ESTUDIOS E INGENIERÍA PERSONAL EMPLEADO EN LA INSTALACIÓN Y MONTAJE

F3

GASTOS GENERALES

2206.65

F1

TOTAL COSTO INDIRECTO Fuente: Elaboración Propia.

COSTO TOTAL (6.E+6.F)

5%

5950.00 12529.96

62116.25

61

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA 7.5.3.- PORCENTAJES DEL COSTO TOTAL DE LA OBRA:

Fraccionamiento de costos Fuente: Elaboración Propia.

62

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MINI CENTRAL HIDROELECTRICA

CAPITULO VIII 8.- BIBLIOGRAFÍA: 

TESIS – REFORMULACION DE PRINCIPIOS Y SUPUESTOS PARA EL DISEÑO DE LA TURBINA HIDRAULICA DE FLUJO CRUZADO – Juan Silva Fur – 2007.



TESIS – DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA MICRO CENTRAL DE GENERACION ELECTRICA DE 40 KW, UTILIZANDO UNA TURBINA MICHELL BANKI EN EL CENTRO POBLADO DE TINGURI DEL DISTRITO DE LIMBANI – SANDIA DE LA REGION DE PUNO – Oswaldo Callata Huaman – 2012.



Pequeñas centrales hidroeléctricas – Ramiro Ortiz flores



Mini central hidroeléctrica – Néstor Gutiérrez i Fernández.



Guía para el desarrollo de una pequeña central hidroeléctrica -ESHA en 1998.



Micro Centrales Hidroeléctricas - Ing. Daniel Muguerza.



1995, INTERMEDIATE TECHNOLOGY DEVELOPMET GROUP, ITDGPERU ; Manual De Mini Y Microcentrales Hidráulicas.



1996, POTES MAURICIO, GARCES GUSTAVO ; evaluación económica de la construcción de una pequeña central hidroeléctrica. GUSTAVO GILL ; centrales eléctricas.



NÉSTOR GUTIÉRREZ FERNADEZ ; Minicentral hidroeléctrica .



TURBINAS HIDRAULICAS – CLAUDIO MATAIX – 2da EDICION.



TUBERIA INDUSTRIAL – Charles T. Littlenton – 2da EDICION TRADUCIDA DE INGLES.

63