Segundo Examen

CENTRALES ELECTRICAS I

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En la naciente de un rio se encuentra una laguna de capacidad de 60 x 106 m3 y cuya cuenta tiene 240 km2 ; el pluviómetro normalizado instalado a arrojado de 5 lt en los 4 meses de lluvia, 8 mese de estiaje, el pluviómetro ha registrado los volúmenes de precipitación de 8lt y 5 lt, respectivamente. Un afluente alimenta al rio (Srio=800Km2) y en los aforos efectuados por el método de las disoluciones salinas se ha obtenido como promedio los siguientes valores:  Concentración natural de H2O= 5x10-3gr/lt y 5x10-4gr/lt en lluvia y estiaje respectivamente.  Concentración resultante de H2O= 0.105gr/lt y 0.5gr/lt en lluvia y estiaje respectivamente. En todos los casos se ha agregado 2 lt/s de solución salina, con una concentración de 500 gr/lt. a) Determinar el caudal que se obtendrá en el rio, después de r4ecibir el aporte del afluente, en los meses de lluvia y estiaje. b) Proponga un caudal de diseño aproximado, con este valor encuentre la potencia nominal que se obtendrá con H= 700 metros; así como la energía que se podría producir en un año. Se tiene un diagrama de carga con las siguientes características: Pmedia=55Mw; fc=55%; potencia de 0-6 hrs.: 50% de la potencia máxima; potencia de 6-12 hrs. Es 90% de la potencia máxima; potencia de 12-17hrs.= potencia de 20-24Hrs. Igual a X; potencia máxima carga constante de 17-20 hrs. Este diagrama de carga puede satisfacerse con una posible combinación de dos centrales: una hidráulica de base y otra térmica para el resto de la carga. Se sabe que toda el agua disponible regulada en forma total, solo corresponde a una anergia de 1020 MW-H por día, siendo el salto de 450 metros. La potencia de la central, se tiene que limitar a los siguientes valores, por consideraciones prácticas de 20-30-40-50 y 50 MW. Además, el costo por MW instalado de la central hidráulica es de $2000 y de la térmica $1000 por KW. Los gastos variables son de 1.5 centavos de dólar por KW-H, por concepto de combustible y lubricantes; si el porcentaje de amortización del capital es del 17% anual en ambos casos y el costo del posible reservorio de regulación diaria para la central hidráulica es de $220/m3 y se amortiza con el 10% anual; calcular la potencia hidráulica y térmica que se debe instalar para máxima economía. Considerar 360 días al año. Los caudales promedios de un rio durante los doce meses del año son: MESES E F M A M J J A S O N D Q(m3/s) 24

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a) Determinar el caudal promedio anual del rio presentando el diagrama cronológico de caudales, ¿que nos indica este diagrama? b) Dibujar la curva de concentración de caudales ¿Para qué nos sirve esta curva?

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c) Calcular la capacidad del reservorio para regular íntegramente el rio y comprobar el resultado por el método gráfico. d) Calcular la capacidad del reservorio para un caudal regulado de 14 m3/seg, y comprobar el resultado por el método gráfico. e) Trazar la curva de duración de caudales; ¿Qué nos representa esta curva? f) En el cauce del rio se construye una central hidroeléctrica con una caída de 800 metros, la cual tiene que producir 800 millones de KWH anuales. Analice las alternativas de 10,12,14,17 y 20 m3/seg., con y sin regulación en cada caso, para determinar cuál es la alternativa más conveniente para elegir el caudal nominal. g) Determinar el aumento de potencia que producirá la regulación total y parcial del rio. h) ¿Qué conclusiones pueden deducirse de los resultados? Tenemos un salto de 34 metros, L=80.5 metros; Q= 120 litros/seg,,  acero  7.8 g / cm3 ;   0.002;T  75%, H  20% , esfuerzo de tracción

  8kg / mm 2 ; coeficiente de union o punta de la tubería K=0.9; costo del material= $3/kg; la anualidad de amortización se efectuará con un interés compuesto anual del 10% por un periodo de 20 años; el costo de energía en horas del generador es 3 centavos de dólar/kwh; el factor de planta, fp=72%. Trabajo de mantenimiento, imprevistos, parada de grupo, totalizan 2.5% horas anuales. Se tiene una tubería de acero (E=2.4x106 Kg/cm2) que está conformada por 5 tramos, cuyas características (en orden descendente) son los siguientes: L1(m)=123 L2(m)=121.5 L3(m)=158.5 L4(m)=11 L5(m)=20 e1(mm)=10.5

e2(mm)=11.5

e3(mm)=12

e4(mm)=14

e5(mm)=12

D1(m)=21

D2(m)=2

D3(m)=1.9

D4(m)=1.9

D5(m)=1.3

El caudal nominal es de 21m3/seg y la presión estática en el final de la tubería es 170 metros. a) Si el dispositivo de cierre de la tubería se cerrara instantáneamente, ¿cuál sería la velocidad de la onda de sobrepresión y cuál sería la sobrepresión producida por el golpe de ariete? b) Determinar el tiempo mínimo de cierre para que la sobrepresión al final de la tubería no exceda del 30%. c) Determinar la máxima sobrepresión que se producirá en el final de la tubería, si el tiempo de cierre es 15 segundos.? Será permitido trabajar con ese ajuste? De no ser así, determinar el tiempo en el cual deberá actual el dispositivo de cierre de la tubería, para cumplir con las normas establecidas ara estos casos. d) ¿La tubería podrá trabajar al 25%,50% y75% de su carga, en caso de necesitar reducirla potencia para disminuir la concentración de arena que arrastra el rio en épocas de avenidas? De ser posible determinar la depresión que se obtendrá en cada caso cuando se abra el distribuidor en 10 segundos, ¿Qué conclusiones puede deducir de los resultados obtenidos?

06 Se tiene que instalar una tubería forzada la cual estará conformada por 3 tramos que tienen las siguientes longitudes en orden descendente: L1=212m, L2=208m y L3= 240m. Los cuales forman ángulos con la horizontal de 45˚, 60˚ y 30˚ respectivamente. La hidroeléctrica correspondiente tiene un caudal nominal de 15 m3/seg y deberá funcionar con estatismo mínimo. El material con que se construirá la tubería tiene las siguientes características: peso específico 8gr/cm3, esfuerzo de tracción=10 kg/mm2, coeficiente de trabajo=0.85, coeficiente de rozamiento=0.025, costo =$4/kg (en el mercado no se encuentra planchas de acero mayores de 1.6pulg). La anualidad de amortización se efectuará con interés compuesto anual de 15% por un periodo de 20 años. La central trabajará con un factor de planta del 80%, con un rendimiento total de 80%, la energía tendrá un valor de 5 centavos de dólar en bornes del generador. Los trabajos de mantenimiento e imprevistos totalizan 2.5% de las horas anuales. Encontrar el diámetro y espesor de cada tramo, así como la eficiencia de la tubería y la potencia de la central, considerando 365 días por año. 07 En un canal rectangular sin contracción lateral, el ancho es de 10 metros, el nivel de aguas arriba del vertedero con relación a la solera del canal es 1.5 metros; cuando el vertedero desagua un caudal de 4 m3/segundo. Calcular la altura del vertedero y la altura de la lámina del agua.