UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER

FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA

DISEO DE LA MINI CENTRAL HIDROELCTRICA DE TABLACHACA

ASIGNATURA: TURBOMQUINAS. CATEDRTICO: ING. CASTAEDA QUINTE Manuel. ALUMNO: HIDALGO HILARIO Nilo K. SEMESTRE: IV.

HUANCAYO 2015

DEDICATORIA

Quiero dedicarle este trabajo a dios que me ha dado la vida y fortaleza para terminar este trabajo, a mis padres por estar ah cuando ms los necesito.NDICE

DEDICATORIA ............................................................................................................. 2

NDICE ............................................................................................................................ 3

INTRODUCCIN .......................................................................................................... 5

RESUMEN ...................................................................................................................... 6

CAPITULO I................................................................................................................... 7

1.1. REC URSO HDRICO ....................................................................................... 7

1.2. CAUDALES F IRMES MENSUALES RECURSO HDRICO ......................... 7

1.3. AVENIDAS ....................................................................................................... 8

1.4. OBSERVACIONES .......................................................................................... 9

1.5. CONCLUSIONES ............................................................................................. 9

CAPITULO II ............................................................................................................... 10

2.1. OBJETIVO ................................................................................................... 10

2.2. ESQUEMA DEL P ROYECTO .................................................................... 10

2.3. CONDICIONES GEOLGICAS GENERALES ........................................ 11

CAPITULO III.............................................................................................................. 16

CAPITULO IV .............................................................................................................. 25

CAPITULO V ............................................................................................................... 37

CAPITULO VI .............................................................................................................. 49

CONCLUS IN ............................................................................................................. 50RECOMENDACIONES .............................................................................................. 51

BIBLIOGR AFA. ......................................................................................................... 52INTRODUCCIN

El Per presenta mayor carencia de energa elctrica en pueblos alejados de las principales ciudades del pas, en especial en los que estn ubicados en zonas rurales y que en su mayora son las de menores recursos econmicos.

Si bien en algunos casos las lneas de transmisin estn tendidas cerca de dichos pueblos, el dficit energtico que presenta el pas no hace posible que puedan contar con el servicio elctrico de manera permanentemente, lo cual si bien es una ayuda no es la suficiente.

El Per slo ha venido utilizando el 5% de su potencial hdrico, el cual solo elevndolo al 25% se podra llegar a los 5 millones de MWh mensuales en promedio, es por tal razn que varios planes para la elaboracin de grandes centrales hidroelctricas se han venido desarrollando desde los aos 70, sin embarg por motivos socioeconmicos y polticos, estos se han dejado en stand by, relegando al pas a un atraso en lo que a produccin de energa se refiere.

Ante esta problemtica, el presente trabajo propone utilizar mtodos de generacin de energa elctrica renovable debido al potencial hdrico de la zona del rio Tablachaca, es decir una Mini Central Hidroelctrica.

En el presente trabajo se presenta el desarrollo de la adaptacin a una Mini central Hidroelectrica la Central Hidroelectrica de Tablachaca dicha adaptacin se hace para una capacidad de 442.8626 kW en el distrito de Santa Rosa, Provincia de Pallasca, Departamento de Ancash.RESUMEN

El presente trabajo trata sobre el diseo de la Mini Central Hidroelctrica de Tablacha, ubicada en Distrito de Santa Rosa, Provincia de Pallasca, Regin Ancash.

Como en todo proyecto energtico comenzamos haciendo un anlisis hidrolgico de la zona y vemos las alternativas para la construccin de la Mini Central Hidroelctrica.A continuacin hacemos los estudios geolgicos y geotcnicos del rea seleccionada para

la ejecucin del proyecto.

Proseguimos con el diseo hidrulico de las obras a nivel de ingeniera y su respectiva justificacin. En una Mini Central hidroelctrica se busca que la obra sea bien diseada, garantizando su buen funcionamiento y estabilidad de sus componentes ubicndonos en la zona del proyecto se ha calculado que se puede construir una Mini Central Hidroelctrica de 442.8626 kW de potencia.

Finalmente hacemos un estudio de impacto ambiental, ya que es muy imprtate a fin de no genera cambios extremos en la geomorfologa de la zona, en la construccin de la mini central hidroelctrica.

Por ltimo calculamos el presupuesto de inversin en total el proyecto.

Adicionalmente presentamos en los anexos las mediciones mensuales de los caudales.

CAPITULO I

ESTUDIO HIDROLGICO

1.1. RECURSO HDRICO

El recurso hdrico para este Proyecto es proveniente del ro Tablachaca y de los embalses de las Presas Pjaros, Chalhuacocha, Magullo Grande, Huachumachay y Oscura (ver "Estudio de vasos de almacenamiento en microcuencas del ro Tablachaca", elaborado por la firma JAPEVI S.A. INGENIEROS CONSULTORES en Setiembre de 1997).

1.2. CAUDALES FIRMES MENSUALES RECURSO HDRICO

Se ha evaluado la informacin de caudales diarios del ro Tablachaca registrada en la estacin hidrolgica de Chuquicara desde el ao 1991 hasta el mes de Marzo del ao1996.Los resultados de dicha evaluacin determinan los caudales firmes mensuales

(persistencia al 75% en la Curva de Duracin) que se sealan a continuacin:

MesCaudal (m3 /s)

Enero

Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio AgostoSetiembre Octubre Noviembre Diciembre15.00

30.00

52.00

37.00

16.50

07.20

05.40

05.20

08.00.

09.50

12.00

10.50

Para mayor informacin de la medicin de caudales se adjuntan las tablas y diagramas medidos en el anexo.

1.3. AVENIDAS

De los valores registrados en la Estacin de Chuquicara de caudales medios (aos 1954 -

1996) y de caudales diarios (aos 1991-1996) se puede afirmar que el mximo caudal se produjo el 25 de Marzo de 1993, con un valor de 524,84 m3 /s.

Estudio Integral para el Aprovechamiento de la Cuenca del ro Santa, elaborado por la firma consultora HIDROSERVICE Engenharia de Projetos Ltda. En el ao 1984, para elro Tablachaca en base a hidrogramas y reas de drenaje se estim picos de crecientes

(avenidas) con los valores siguientes:

Perodo de retorno251520501001Avenida ( /)2293735225596777661000

Para fines del diseo de la Bocatoma y teniendo en cuenta la envergadura del proyecto se tomar en cuenta la avenida para un periodo de retorno de 50 aos, es decir, el caudal demxima avenida ser de 677,00 m3 /s.1.4. OBSERVACIONES

Se ha asumido que dentro de los valores diarios registrados desde 1991 a 1996 (ao hidrolgico de la dcada de los 90) se ha producido un mes "seco" que no debe ser procesado porque distorsionara dentro de la curva de duracin el clculo del caudal firme mensual; este mes "seco" por lo general se ha dado dentro de los valores mensuales registrados en los aos 1991, 1992 o 1993.Los meses de estiaje se presentan desde Junio a Octubre de cada ao hidrolgico. Los meses de avenida se presenten desde Noviembre a Mayo de cada ao hidrolgico.

1.5. CONCLUSIONES

1. El caudal firme del ro Tablachaca mes a mes en un ao hidrolgico es muy variable, desde 5.20 m3 /s. en estiaje hasta 52.00 m3 /s. en poca de avenida.

2. Para el diseo de la infraestructura de la Mini Central hidroelctrica se tomara como caudal de diseo un caudal igual a 0.1 m3 /s o 100 lt/s.

CAPITULO II

ESTUDIO GEOLGICO-GEOTCNICO DEL PROYECTO MINI CENTRAL HIDROELCTRICA DE TABLACHACA

2.1. OBJETIVO

En funcin a la evaluacin in situ desarrollada desde el 18.07.98 al 23.07.98 se realiz un estudio preliminar geolgico-geotcnico de las zonas donde se ubicarn los diferentes componentes del proyecto Mini Central Hidroelctrica de Tablachaca.

2.2. ESQUEMA DEL PROYECTO

El proyecto bsicamente comprende de los siguientes componentes:

Obras de captacin (Bocatoma) sobre la margen derecha del ro Tablachaca, a una altitud aproximada de 1 225 m.s.n.m., a poca distancia aguas debajo de la confluencia de la quebrada Potrero Grande. Canal de enlace Bocatoma - Desarenador, desde el Km. 0+000 al Km. 0+500.

Desarenador, desde el Km. 0+500 al Km. 0+560.

Canal de enlace Desarenador .con funcionamiento hidrulico a pelo libre

(gravedad), desde el Km. 0+560 al 6+960. Tubera de presin.

Casa de Mquinas en caverna.

2.3. CONDICIONES GEOLGICAS GENERALES

2.3.1. Geomorfologa

Geomorfolgicamente el ro Tablachaca es afluente por la margen derecha del ro Santa; el recorrido del ro Tablachaca es mayormente Norte-Sur y es el colector principal del drenaje de este sector. El ro Tablachaca ha labrado su cauce en rocas sedimentarias, volcnicas e intrusivas de Edad Mesozoico, es un valle juvenil que se caracteriza por la presencia de rpidas y caones, su caracterstica principal es que presentan flancos de fuerte pendiente y fondo estrecho.

2.3.2. Geodinmica externa

Se han identificado procesos geodinmicas contemporneos que ocurrieron o que pudieran ocurrir dentro del rea de influencia del proyecto, evalundose la magnitud de sus efectos en relacin a las obras a proyectarse.El pronstico de ocurrencia as como sus efectos resultan difcil, solo es posible tratar el tema en trminos cualitativos por analoga de casos histricos registrados especialmente en este sector del territorio peruano, como son: Desprendimiento de bloques (zona del canal de aduccin y de la tubera forzada). Deslizamientos (depsitos cuaternarios relacionados al canal de aduccin).

Flujos de lodo e inundaciones; en este sector del pas es frecuente la ocurrencia de este tipo de fenmenos, como son: huaycos, desborde de lagunas, desprendimiento de masas de hielo relacionados a la accin de los sismos (aluvin del ao 1970) que podra afectar a la casa de mquinas sista se ubicase en superficie; tal como ocurri recientemente en el valle de Acobamba, donde un alud de lodo y piedras repres el ro Vilcanota inundando las instalaciones de la casa de fuerza de la Central Hidroelctrica de Machupicchu.

2.3.3. Estructuras geolgicas

La zona del presente estudio se puede dividir geolgicamente en dos (02) grandes sectores, como son:

Sector Norte

Con rea de influencia desde la quebrada Ancos hacia el Norte, donde se presentan las rocas sedimentarias, que regionalmente se muestran formando anticlinales y sinclinales, con presencia de fallas de carcter regional como la falla La Galgada y la falla Ancos.La falla La Galgada tiene orientacin SO-NE y cruzar diagonalmente al canal de aduccion frente a la quebrada El Carbn, esta falla pone en contacto rocas sedimentarias de las formaciones Santa-Carhuas del bloque superior, con rocas de ]as formaciones Chimu, Santa-Carhuas del bloque inferior.La falla Ancos, no tiene influencia en el proyecto por afectar nicamente la

margen izquierda del ro Tablachaca mientras que la totalidad del proyecto se desarrolla por la margen derecha del ro en mencin.El anticlinal La Galgada tiene orientacin NO-SE y cruza la quebrada de Marin, en esta estructura se ubica la boca de entrada del tnel de aduccion, estando el ncleo conformado por rocas areniscas de la formacin Chimu.

Sector SurCon rea de influencia desde la quebrada Ancos hacia aguas abajo, est conformado principalmente por rocas volcnicas e intrusivas; no presentan en superficie estructuras de importancia, solo el contacto discordante entre el intrusivo granodioritico y las rocas del volcnico Calipuy que se presentan onduladas.

2.3.4. Condicione s geolgicas de las Obras

2.3.4.1. Obras de Captacin

Esta estructura estar ubicada en un tramo donde el ro Tablachaca presenta dos curvas casi en ngulo recto, la obra de captacin est en la primera curva del ro ubicada entre las quebradas Potrero Grande y Las Chicheras, a una altitud aprox. de1 225.00 m.s.n.m.

En dicho sector afloran en ambas mrgenes rocas de la formacin Huaylas que estn conformadas por bancos de conglomerados, cuya caractersticas estratigrficas son azimut N 215 y buzamiento 45 NW, es decir, el azimut es sub-perpendicular a la direccin de la corriente del ro y el buzamiento hacia aguas arriba, lo que garantiza que se puede captar la mayor capacidad acufera del ro y por las buenas condiciones geo-mecnicas de las rocas que aforan en ambas mrgenes del ro Tablachaca la cimentacin del barraje, muros de encauzamiento, losas, etc. estn garantizadas.El ancho promedio del ro en este sector es de aprox. 40.00 m.

Estimativamente se asumen las siguientes propiedades geo-mecnicas para las rocas del conglomerado Huaylas:Densidad: 1.70 a 2.20 kg /cm3Resistencia a la compresin: 200 a 500 kg / cm32.3.4.2. Canal de enlace Bocatoma DesarenadorEste canal con longitud de 500.00 m, se desarrollar en su totalidad dentro de los conglomerados de la formacin Huaylas.

2.3.4.3. Desarenador

Esta estructura estar ubicada en la 2da. Curva, sobre una terraza en la margen derecha del ro Tablachaca, la roca bazal de esta terraza est conformada por los conglomerados de la formacin Huaylas cuyas caractersticas y propiedades geotcnicas estn mencionadas en el acpite anterior, por lo que consideramos que la cimentacin est garantizada.

2.3.4.4. Canal de enlace Desarenador-Boca

En una longitud de 6 400.00 m, se recorre los siguientes tipos de suelos y/o rocas: Del Km. 0+560 al Km. 0+840, depsitos coluviales poco cohesivos en superficie, el basamento est conformado por la formacin Huaylas, es decir, conglomerados en bancos gruesos, la posicin estratigrfica de estas rocas son diagonales al trazo del canal y el buzamiento de fuerte ngulo, lo que confiere cierta estabilidad, en este sector se recomienda canal tapado.Del Km. 0+840 al Km. 6+050, la cimentacin del canal estar mayormente sobre

depsitos coluviales y como basamento rocas compuestas por lutitas y calizas en capas delgadas de la formacin Santa-Carhuas; algunos sectores estn cubiertos por depsitos de naturaleza aluvial; es necesario mencionar que debern construirse algunos puentes-canales para cruzar quebradas, como por ejemplo: la quebrada Chuquicarita, los estribos de estas estructuras se cimentarn en rocas de la formacin Santa-Carhuas (ver fotos N 03 y 04). Del Km. 6+050 al 6+250, en este tramo el canal cruzar la falla La Galgada en forma diagonal; ser necesario realizar un estudio detallado de dicha falla.

2.3.4.5. Cmara de Carga, Tubera Forzada, Pique y Casa de Mquinas

Estas cuatro estructuras estn relacionadas directamente con la roca intrusiva que superficialmente se encuentra diaclazada pero en profundidad mejoran notoriamente en sus propiedades fsicas y geotcnicas, la roca fracturada estar en relacin con la tubera forzada. Para la correcta ubicacin de las estructuras: cmara de carga, pique y casa de mquinas, se deber programar la ejecucin de investigaciones geognsticas.La casa de mquinas se ha proyectado en caverna en vista de que en superficie no existen reas adecuadas y tendra que realizarse excesivo movimiento la roca.Las pequeas terrazas aluviales son zonas expuestas a inundacin por accin de

fenmenos de geodinmica como el ocurrido en mayo de 1970, cuyas marcas actualmente se muestran en el lecho del ro Santa.

CAPITULO III

DISEO HIDRULICO ESTRUCTURAL A NIVEL DE INGENIERA LOS DIFERENTES COMPONENTES DE LAS OBRAS CIVILES

3.1. DISEO HIDRULICO DEL CANAL DE ENLACECaudal del canal: Q = 100 lt/s = 0.1 m3 /sLongitud total del canal (L): = 500

Caudal del canal ( = 100 /

Longitud total del canal () = 500

Tipo de revestimiento: concreto(1)1 = 500

Canal de concreto relucido, el coeficiente de rugosidad es =0.0100Paso 1:Seleccionar velocidad: V = 0.8 m/s

Paso 2:

Coeficiente de rugosidad.n =0.0100

rea de seccin transversalA = Q/V.0.125 m2

Paso 3:

Altura H = A/2H = 0.25 m

Base B = 2 HB = 0.5 m

Base superior W = B = 2HW = 0.5 m

Borde libre0.10m

Permetro mojado P = BP = 0.5 m

Radio hidrulico R = A/PR = 0.25 m

Pendiente:n V 2S = ( )R2/ 3S = 0.00040637

Pendiente de cada o desnivelHL = L SHL1 = 0.203 m

Paso 4:

Desnivel Total en el canal HL1 = 0.203 m

Calculamos el desnivel total que es igual 0.203 < 10%Hb3.2. CLCULO HIDRULICO DEL DESAREN ADOR

Velocidad de decantacin de las partculas de arena

Tamao de partcula (/)

0.1

0.3

0.5

1.00.01

0.03

0.05

0.10

El agua captada del canal y conducida a la turbina transporta pequeas partculas de materia slida en suspensin compuesta de materiales abrasivos (como la arena) que ocasionan el rpido desgaste de los labes de la turbina. Para controlar el porcentaje de este material se usan los desarenadores.En ellos la velocidad del agua es reducida con el objeto de que las partculas de arena ocualquier otro compuesto slido, se decanten en el fondo, de donde podrn ser removidas oportunamente a travs de una compuerta o tubo ubicado en el fondo del desarenador.

QW =VH dd

(3.1)

L = VH d Vd

dd f (3.2)

Dnde:W: Ancho del desarenador (m).Ld: Longitud de desarenador (m).Q: Caudal de diseo (m3 /s).VH : Velocidad horizontal del agua en el desarenador (m/s).Vd: Velocidad de decantacin de la partcula (m/s).dd : Profundidad de decantacin (m).f: Factor de seguridad se recomienda de 2 a 3.

Los datos disponibles para realizar el clculo respectivo son los siguientes:

W: Ancho del desarenador (m).Q = 0.1m3 /sVH = 0.5 m/sVd = 0.1m/sdd = 0.2 mf = 2Reemplazando los parmetros conocidos en las ecuaciones (3.1) y (3.2) se tiene:Ld = 2.00 mW = 1.00 mPara clculo de la profundidad mnima de recoleccin dr con una inclinacinrecomendada para el diseo de desarenadores que oscila entre 2 a 6, a partir de la

longitud de entrada le en donde se recomienda una inclinacin de 12 a 30, tenemos:dr = Ld tan(6)Obteniendo:dr = 21.02 cm3.3. DISEO DE LA CMARA DE CARGA

La Cmara de Carga es una estructura hidrulica que estar ubicada al final del tnel de conduccin y que ser diseada para cumplir las siguientes funciones:Permitir el almacenamiento de agua.

Servir de transicin para el paso del caudal desde el tnel de conduccin hacia la tubera forzada.Dotar a la tubera forzada de un nivel mnimo de agua de forma que exista una carga

constante y poder controlar las variaciones de caudal hacia las turbinas.

Eliminar el agua no utilizada en las turbinas por medio de un vertedero y canal de demasas.Impedir la entrada a la tubera forzada de materiales slidos de arrastre y flotantes como piedras, arenas o basura.3.3.1. Clculo del volumen mnimo

Se aplicar la frmula de E. J. Low:Vmin = (0.693 A V0 2 ) (S g)Donde:Vmin: Volumen mnimo de la Cmara de CargaA: rea hidrulica en el tnel con el Q de 0.1 m3 /s (A = 0.125 m2 )S: Pendiente del tnel de conduccin S = 0,002g: Aceleracin de la gravedad g = 9,81 m/s 2 .V0: Velocidad del agua en el tnel de conduccin V0 = 0.8 m/s 2Luego se tendr que = . .A fin de evitar el ingreso de aire a la tubera forzada y posteriores remolinos, es que

se hace necesario mantener una carga (H) mnima de agua sobre el eje de dicha tubera, la misma que se calculara con la formula siguiente:Vtp 2H = K (

2 g

) (3.3)

Donde:Vtp: Velocidad en la tubera forzada (Vtp = 0.8 m/s)K : Factor de carga (K = 2.50)Luego se tendr que: H = 0.08 m H = 0.1 m.3.4. CLCULO HIDRULICO DE LA TUBERA FORZADA

La tubera forzada ser diseada para una velocidad de 0.8 m/s, luego para el caudal de0.3 m3 /s. Se requerir una tubera con dimetro de:

= (

14 Q 2) V

(3.4)

4 0.3( 0.8

1/ 2)

= 0.398 m

El espesor de la tubera forzada tipo PG-E35 desde el punto ITF hasta el A-6 ser variable desde 8.00 mm hasta 25.00 mm, con alturas (H), longitudes (L) y pesossiguientes:

e(mm)8.009.5012.5016.0020.0025.00Pes o total(kg)

D(m)0.390.390.390.390.390.39-

1,30*H(m)122.00152.00213.00284.00366.00425.00-

H(m)94.00117.00164.00219.00281.00327.00-

L(m)191.00238.00333.00445.00572.00665.00-

Pes o(kg)65.08496.69178.427305.129491.51717.251854,09

Cabe mencionar que para el clculo del tramo I se ha estimado un golpe de ariete del orden del 10% de la cada bruta.

3.3.1. Clculo del peso total de la tuberaSe emplear tubera con = 0.398 m. y espesor de 25 mm., con lo cual el peso de este tramo ser de 153 711,00 kg. Despus del punto de bifurcacin(PB) se emplearn dos (02) tuberas con = 0.398 m, y espesor de 25 mm, con locual el peso de ambas ser de 32 282,00 kg. y el peso total del tramo IV ser de

185 993,00 kg.

Es decir, que el peso total de la tubera ser de 2 040 084,00 kg.

Tabla 3.1

CLCULO DE LA LONGITUD DE LA TUBERA FORZADA

PROGRESIVADISTANCIA HORIZONTAL (m)COTA (m.s.n.m)DISTANCIA VERTICAL (m)LONGITUD (m)

0+000

0+030

0+184.35

0+284.35

0+384.35

0+484.35

0+580.99

30.00

154.35

100.00

100.00

100.00

96.641 174.65

1 174.65

1 077.00

1 023.50

966.00

913.00

859.00

0.00

97.65

53.50

57.50

53.00

54.00

30.00

182.65

113.41

115.35

113.18

110.70

LONGITUD TOTAL (m)665.29

Tabla 3.2

CLCULO DEL VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO NECESARIO PARA OPERAR EN HORAS BASE CON POTENCIA ES DE

466.1712 kW

MESCAUDAL FIRMEQ(m3 /s)CAUDAL NECESARIOEN HORAS BASECAUDAL NECESARIOEN HORAS PUNTAVOL. TOTAL NECESARIO ANUAL(m3 /H)

Q(m3 /s)(%)Q(m3 /s)(%)

ENEROFEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTOSEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE15.0030.0052.0037.0016.507.205.405.208.009.5012.0010.500.30.30.30.30.30.30.30.30.30.30.30.3100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.000.30.30.30.30.30.30.30.30.30.30.30.3100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00223.20201.60223.20216.00223.20216.00223.20223.20216.00223.20216.00223.20

2628.00

CAPITULO IV

DISEO ELECTROMECNICO

4.1. DISEO Y SELECCIN DEL EQUIPAMIENTO ELECTROMECNICO

4.1.1. Pique Vertical

Los dos (02) piques verticales sern los que permitirn el flujo del agua desde el Reservorio de Regulacin con direccin hacia las Turbinas Francis, ubicadas en la Casa de Mquinas.

4.1.1.1. Clculo del dimetro de los Piques y de las Tuberas Forzadas

Los dimetros de cada uno de los Piques y de las Tuberas Forzadas ser calculado considerando una velocidad mxima de 0.8 m/s, es decir, que eldimetro interior ser INT = 0.398 m.4.1.1.2. Espesores de la Tuberas Forzadas

Una vez determinado el dimetro del tubo y con la altura bruta conocida,obtendremos el espesor mximo de la pared de la tubera de presin aplicando la

siguiente ecuacin.

(e = 0.50 +

0.65 tw He D ) EFS

(4.1)

tw: Peso especfico del agua; tw = 1000 Kg/m3He: Altura esttica o bruta; He = 618,80 m: Esfuerzo de traccin plancha ASTM A-36; = 4100 104 Kg/m2FS: Factor de seguridad; FS = 3

E: eficiencia de la junta de soldadura a tope, juntas inspeccionadas por muestreo:E = 0.85Reemplazando valores obtenemos: emax = 51mm.4.1.1.3. Altura NetaHn = He h (4.2)Donde:

Hn: Altura neta en m

He: Altura bruta en m: He = 200 m h : Perdidas totales (se asume 4% de la altura bruta); h = 0.09mReemplazando se obtiene:

Hn = 594 m

4.1.1.4. Anclajes de la tuberaLos Anclajes son bloques de concreto que impiden el movimiento de la tubera y son colocados en cada cambio de direccin o donde existen cambios de seccin.4.1.1.5. Clculo de la estabilidad en las estructuras de anclaje.

Las condiciones de estabilidad del anclaje son las tres siguientes:

1. Ubicacin del punto de interseccin de la fuerza resultante con la base del anclaje. El punto de interseccin debe estar dentro del tercio central.

Me = V (4.3)

e : Excentricidad M : Momento total V : Fuerza vertical total2. Relacin de fuerzas horizontal y vertical, en el caso de la fundacin de roca, esta relacin debe ser menos de 0.5 y en el caso de tierra debe sermenos de 0.35.

Hf = V (4.4)f: Relacin de fuerzas horizontales y verticales H: Fuerza total horizontal V : Fuerza total vertical

3. Esfuerzo admisible de apoyo, en el caso de roca, el esfuerzo admisible debe ser menor de 100 ton/m2 y en el caso de tierra debe ser menor de15 ton/m2.

= (1 +

6 eL

) (4.5)

: Esfuerzo de compresinV : Fuerza total verticalL : Longitud del anclajeA : rea de la base del anclajeDatos:H = 200 mQ = 0.1 m3 /sD = 0.398 mDe = 1,286 mt = 0,026 mc = 7860 Kg f /m3a = 1000 Kg f /m3GRAFICA 4.1

Fuerzas que intervienen en el clculo de la estabilidad de los anclajes

1 = ngulo de la interseccin de la horizontal con la lnea del eje de tubo deaguas arriba del anclaje.

2= ngulo de la interseccin de la horizontal con la lnea del eje de tubo de aguas abajo del anclaje.

=

1 + 22

(4.6)

L1: Distancia del anclaje al punto medio del tramo.L2: Longitud de la tubera sujeto al movimiento.H: Presin esttica en la tubera a la altura del anclaje en m.D: Dimetro interno de la tubera en m.L4: Longitud de la tubera a considerar en cada tramo, generalmente es el tramoentre la junta de dilatacin y el anclaje.T: Espesor de la pared del tubo.a: Coeficiente de dilatacin lineal de la tubera.T: Mxima variacin de la temperatura ( C)E: Mdulo de elasticidad de Young (Kg f / cm2)C : Coeficiente de friccin en la junta de expansin por unidad de longitud decircunferencia (Kg f / m)Q : Caudal (m3 / s)A : Cambio de reas de las tuberas en m2 .4.1.1.6. Geometra del anclaje estndar

Ancho anclaje = 6.0 m.

4.1.2. Turbinas Hidrulicas

Las turbinas hidrulicas son mquinas que transforman la energa potencial y cintica del agua, en energa mecnica de rotacin.Se pueden clasificar bsicamente, atendiendo a su funcionamiento en turbinas de accin y reaccin.

El grupo generador contar una turbina FRANCIS por lo tanto se realizar el clculo de la turbina con la mitad del caudal de diseo Q = 0.1 m3 /

Altura total netaHtn = 594 m4.1.2.1. Clculo de las dimensiones de la Turbina

Calcularemos las dimensiones de la turbina de reaccin FRANCIS que utilizaremos en la mini central hidroelctrica el nmero de revoluciones de la turbina es 900RPM,

Dimensiones bsicas

abcdefghik

1.51.91.72.01.31.052.91.42.03.8

N Q 60D1e = (0.293 + 0.0081

H 3/ 4 ) N 2 g H [m] (4.7)

N: numero de revoluciones por minuto (rpm).Q: Caudal de entrada (m3 /s)H: Altura neta (m)

900 0.1 60D1e = (0.293 + 0.0081

5943/ 4 ) 900 2 9.81 594

D1e = 0.7151 m

Para obtener las dimensiones reales, multiplicaremos los valores de la tabla por el dimetro del rodete D1e = 0.7151 m

a = 1.5 0.7151 = 1.07 mb = 1.9 0.7151 = 1.35 mc = 1.7 0.7151 = 1.21 md = 2.0 0.7151 = 1.43 me = 1.3 0.7151 = 0.92 mf = 1.05 0.7151 = 0.75 mg = 2.9 0.7151 = 2.07 mh = 1.4 0.7151 = 1.00 mi = 2 0.7151 = 1.43 mk = 3.8 0.7151 = 2.71 m4.1.2.2. Clculo de la potencia nominal de cada Turbina

Pturbina = 9800. Q. Htn. tur (W)La eficiencia tur ser estimada en 80%.Reemplazando datos:Pturbina = 9810 (0.1)(594)(0.80) = . Para esto calcularemos el nmero especfico de revoluciones de potencia

mediante la siguiente formula:

ns = N

Pt1/ 2Hn5 /4

Donde:Pt: Potencia al eje de la turbina en HP.Hn: Altura neta en m.N : Velocidad del giro de la turbina.La velocidad angular est limitada por la fuerza centrfuga que solicita el

material a la periferia de la rueda (o del rotor del generador) al alcanzar la velocidad mxima posible.Esta velocidad mxima se llama velocidad de embalamiento, que es la velocidad de la turbina cuando el distribuidor (admisin) est abierto al mximo y la carga es nula. Si la central se quedase bruscamente sin carga , sin que los rganos de regulacin intervengan, la velocidad aumenta hasta un valor mximo llamado velocidad de embalamiento o de fuga.

4.1.3. Alternador

El alternador es una mquina electromecnica que transforma la energa mecnica de rotacin adquirida por la turbina, en energa elctrica disponible para su uso.

4.1.3.1. Clculo del nmero de polos

p = 120.f / N Donde:

p : Nmero de polos

f : frecuencia; f = 60 Hz

N : Velocidad de sincronismo; N = 900 RPM Reemplazando datos tenemos:p = 8 polos.4.1.3.2. Clculo de la eficiencia

Para esto necesitamos calcular antes la potencia aparente; mediante la siguiente formula:

PS =f. p

(4.8)

Donde:P: potencia total de la turbina (466.1712 kW)f.p: factor de potencia, se asume igual a 0.85

Reemplazando: S =548.43 kVACon los datos de S y el # polos tenemos:gen = 95 %4.1.3.3. Clculo de la Potencia del generadorPgenerador = Pturbina gen acopleDonde:Pturbina: Potencia total de las turbinas (466.1712 kW)gen : Eficiencia del generador al 100% de carga (95%)acople : eficiencia del acople directo (99%) Reemplazando datos: = . . = .

CAPITULO V

ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL

Principales Impactos Ambientales

Etapa 1: Construccin:

- Aporte de sedimentos

- Erosin anterior al vaso

- Disposicin de residuos slidos

- Contaminacin del aire

- Ruido

- Inestabilidad

- Alteracin de la vegetacin

- Alteracin de la fauna

- Alteracin del paisaje

-Etapa 2: Operacin

a) rea inundada

Impacto en el uso del suelo cercano al vaso

Prdida de la velocidad de la corriente

Prdida del suelo por inundacin

Impacto del suelo inundado sobre la calidad de agua

Deficiencias de oxgeno disuelto a causa de la descomposicin orgnica

Prdida del hbitat silvestre

Eutrofizacin

Sedimentacin en el embalse

Erosin en el borde del vaso

Cambio en el paisaje

Alteracin del nivel fretico

Alteracin de flora y fauna.

b) rea Agua Abajo

Impacto sobre los usos del agua

Impacto a la biota debido a la alteracin de la calidad del agua

5.1. DESCRIPCIN DE IMPACTOS

5.1.1. Sobre el Clima y la Atmsfera

La acumulacin de una masa de agua, puede disminuir la continentalidad del agua, es decir la disminucin de las temperaturas mximas y aumento de las mnimas, y originar la aparicin de brumas y neblinas.La contaminacin acstica generada por la explotacin de un embalse, se debe fundamentalmente al funcionamiento de turbinas y generadores. Esto producir un incremento en los niveles de ruido. Durante la fase de construccin, la utilizacin de maquinarias tanto en la construccin del embalse como en la explotacin de las canteras y trnsito de vehculos, podra afectar a poblaciones cercanas al lugar donde se realizan tales actividades.Por otra parte, el aumento de partculas slidas en suspensin, se deber a la explotacin de las canteras, lo cual tambin podra afectar a la salud de lo pobladores cercanos, as como a la flora y fauna del lugar.Otra fuente de contaminacin atmosfrica de menor importancia durante la etap a de construccin, es la producida por el trnsito de vehculos.

5.1.2. Sobre la Superficie Terrestre y el Suelo

Los impactos sobre la superficie terrestre podran darse sobre la geomorfologa y el suelo.

Geomorfologa

Se refiere a las repercusiones sufridas por la fisiografa, derivadas del ascenso del nivel de agua, que al inundar las tierras del vaso, producen una disminucin del rozamiento interno, lo que a su vez produce inestabilidad de laderas y aumenta la posibilidad de derrumbamientos. Esto, no slo reduce la vida del embalse, sino que puede reportar graves consecuencias para poblaciones ubicadas aguas abajo, si los volmenes deslizados fuesen importantes.Dado que el presente proyecto se encontrara ubicado en una zona ssmica, es importante considerar la previsin del riesgo de sismicidad inducida por elembalse. Este riesgo se hace significativo con presas de gran tamao, sobre si existen fallas activas.Tambin se deber considerar las repercusiones que sobre la forma del terreno, pueden producir la apertura de canteras y la creacin de vertederos de materiales sobrantes.

Suelo

El anegamiento donde se instalar el vaso, supondr una prdida de suelo frtil, el cual es escaso para la zona del proyecto. Por otra parte, contribuyen a la prdida del suelo, la construccin de las edificaciones auxiliares, la infraestructura y la construccin de las vas de acceso. Descripcin de Impactos.

Medidas Correctivas y Preventivas.

5.1.3. Sobre el agua y el curso fluvial

Las primeras repercusiones sobre la calidad del agua a consecuencia de la construccin de un embalse se concretan en la contaminacin de la corriente debido al incremento de partculas en suspensin, por ejemplo durante la limpieza de los desarenadores y por arrastres producidos por la lluvia.Tambin aunque en menor proporcin, es de esperar contaminacin producida por

aguas servidas de las instalaciones como oficinas, servicios higinicos, etc.

Aguas Superficiales

Los impactos producidos sobre el agua superficial pueden darse en los siguientes tramos:- Aguas arriba

- Volumen de agua embalsada

- Tramo aguas abajo

La respuesta del ro aguas arriba del embalse, suele ser de poca importancia. Sin embargo, habr que considerar que la presencia de la lmina de agua que origina el embalsamiento provocar una disminucin de la velocidad del flujo, lo que a su vez provocar una aumenta o inicio de la deposicin de sedimentos sobre algunas partes del lecho del ro.La realizacin de algn tipo de embalse, producir la retencin de la mayor parte de la carga slida transportada por el flujo. En embalses pequeos, como es el caso del presente proyecto, slo se depositarn un porcentaje del total de partculas, de modo que, las granulometras ms finas, suspendidas en la corriente, pueden contaminar aguas abajo.Si se considera que un embalse puede tener un impacto negativo sobre la calidad de las aguas por tres procesos que son: eutrofizacin, estratificacin y salinizacin se hace necesario determinar la posible magnitud del mismo para el presente proyecto.Para el primer caso, se refiere al ingreso de nutrientes al embalse, principalmente Fsforo y Nitrgeno de fuentes puntuales o difusas. Este enriquecimiento anormal de nutrientes transforma el equilibrio del ecosistema acutico, aumentando el fitoplancton, prdida de transparencia, etc.La estratificacin se refiere al gradiente trmico que se forme en el vaso, esto puede traer como consecuencias la inhibicin de transferencias de oxgeno entre la parte superior e inferior del embalse.Deber preverse la posible inundacin de terrenos salobres que podran producir una gran salinizacin de las aguas.Aguas debajo del embalse, ser necesario conservar el caudal mnimo o ecolgico para la conservacin de la flora, fauna y del paisaje presentes en el tramo siguiente del ro.As mismo, al disminuir el mayor o menor medida el contenido de slidos en

suspensin, a causa del periodo de sedimentacin a la que se somete el agua durante el embalsamiento, a la salida del embalse el agua ms clara presenta una mayor capacidad de arrastre, lo que puede originar fenmenos de erosin, tanto en el propio cause, como sobre los mrgenes.Otra forma de contaminacin fsica, es la modificacin de la temperatura del

agua, lo que puede repercutir sobre la biocenosis y a los cultivos a los que se destine el agua en cada caso.

Aguas Subterrneas

Se deber considerar las oscilaciones del nivel fretico debido a las filtraciones en el vaso del embalse que podra ocasionar modificaciones en el nivel del manto fretico en las zonas, ms bajas y llanas de la cuenca.

5.1.4. Sobre la Vegetacin

Tanto en la fase de construccin como en la de operacin, la escasa vegetacin de la zona sufrir consecuencias del desarrollo de la actividad. En la fase de construccin, las prdidas ms importantes se debern a la apertura de canteras, movimiento de maquinaria, construccin de accesos, construccin del embalse y reconstruccin vial.Durante la utilizacin del embalse la alteracin a la vegetacin se deber principalmente al cambio en la disponibilidad del agua, aguas abajo, la disminucin del nivel fretico causado por el encajonamiento del ro puede alejar del agua subterrnea a las races de las plantas que necesitan humedad fretica para vivir.

5.1.5. Sobre la Fauna

Esta puede corresponder tanto a la fauna terrestre afectada por las obras como a las especies acuticas que viven en los tramos fluviales afectados por el embalse. Entre los posibles impactos identificados se tienen los efectos directos al a fauna local por la destruccin del hbitat y por el efecto barrera. Se debe considerar tambin, la posible mortandad de aves por peligro de electrocucin y el ruido producido por el turbinadodel agua que puede afectar a comunidades prximas.

5.1.6. Sobre el Paisaje

La naturalidad del paisaje ser uno de los principales impactos ambientales producto del embalse y obras requeridas en el presente proyecto.

5.1.7. Sobre la Socio-economa

Entre las principales alteraciones podemos citar:

Sobre el sistema territorial

Modificacin del sistema de relaciones territoriales, alterndose los puntos y radios de influencia de diversos agentes por la creacin del embalse que acta como barrera fsica y sicolgica. Alteracin de los usos del suelo a. Sobre la poblacinPosible incremento de la poblacin debido a la instalacin de la central hidroelctrica.

b. Sobre el sistema econmico

Sobre el sector primario: perdida de la propiedad del suelo y revalorizacin de la zona.Sobre el sector secundario: rentas generadas por las empresas proveedoras, constructoras durante las etapas del proyecto.

5.2. MEDIDAS CORRECTIVAS Y PREVENTIVAS

Una vez identificados y evaluados los impactos ambientales, corresponde la proposicin de medidas correctoras que aminoren los efectos derivados de la actividad contemplada. La correccin de impactos puede consistir en: Reducir el impacto

Cambiar la condicin del impacto Compensar el impacto

A continuacin se incluye una lista de posibles medidas correctoras, diferenciando las que se pueden aplicarse en las fases de construccin y explotacin.

CAPITULO VI

INVERSIN ECONMICA DEL PROYECTO

Anlisis Econmico de l Proye cto

Para una potencia instalada de 80 MW la inversi n ser la siguie nte :

Tabla 6.1: Res umen econmico del proyecto

CONCLUSIN

1. La ejecucin de proyectos de este tipo contribuirn a frenar una serie de problemas socio econmico originado por uno de los principales fenmenos: las corrientes migratorias de las zonas rurales hacia las grandes urbes en busca de mejores estndares de vida.

2. La ejecucin de Obras como sta contribuye al desarrollo de la tecnologa nacional por cuanto crea condiciones atractivas favorables para la fabricacin de maquina rias y equipos hidroelctricos, as como la construccin y montaje de plantas. Durante la construccin se podran desarrollar nuevas tcnicas de procedimientos no convencionales y de tecnologa nacional con el fin de reducir los costos que normalmente tendra la realizacin de este proyecto.

3. La importancia del presente informe es el de mostrar la metodologa en el desarrollo de una Central, tanto de la parte Elctrica, as como con los conocimientosadquiridos poder desarrollar criterios generales en las O bras Civiles.RECOMENDACIONES

1. Como el Canal y el Caudal de agua utilizados tienen un doble objetivo, es necesario que deba existir una estrecha colaboracin entre el Ministerio de Agricultura y La Empresa Generadora para el uso del agua; no es conveniente por ejemplo que en las horas punta se utilice el agua para fines agrcolas o que si se presenta sequa se tenga que utilizar el agua si hay poca demanda de energa.

2. Una vez puesta en servicio la Central se deber controlar la variacin de la mxima demanda de potencia de cada una de las cargas, y a su vez su influencia en el comportamiento de la Central.

3. Una vez ejecutado este proyecto, dar a la poblacin charlas de orientacin sobre el uso y beneficios de la electricidad, a fin de motivar en las personas el deseo de mayor progreso y desarrollo de su localidad mediante el aprovechamiento adecuadode este nuevo recurso, asimismo prevenirlos de los peligros para la vida humana que significara como consecuencia de una mala manipulacin de elementos y equipos elctricos.

4. Se debe remarcar la necesidad de cumplir con un programa de mantenimiento preventivo, elaborado por personal experto, que permitan garantizar la continuidad del servicio y prolongar la vida til de los equipos.

5. Los diseos que en las Obras Civiles se precisan, deben ser reajustados, considerando mayores precisiones, como los estudios de suelo, etc.BIBLIOGRAFA.

1. Federico Coz, Teodoro Snchez, Bruno Viani, Jorge Segura, Luis Rodrguez, Homero Miranda, Eusebio Castromonte, Jaime Guerra, Luis Quiroz, Luis Gaitn, Luis Moreno e Ismael Muoz. MANUAL DE MINI Y MICRO CENTRALES HIDRULICAS, Lima, ITDG, 1995.

2. G. Zoppetti, CENTRALES HIDROELCTRICAS, Ed. G. Gili, Barcelona, 1979.

3. Nosaki Tsuguo, Gua para la elaboracin de Proyectos de Pequeas Centrales Hidroelctricas, destinadas a la Electrificacin Rural del Per, Ed. Japan International Cooperation Agency, Lima, 1985.