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Proyecto sistema de generación hidráulica. M.Sc. César Yobany Acevedo Arenas. 15 de Marzo de 2013.
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
ESCUELA DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y DE TELECOMUNICACIONES
Perfecta Combinación entre Energía e Intelecto
1
Resumen— El siguiente documento es un informe detallado
donde se muestran todos los aspectos necesarios a tener en cuenta
en el proceso de dimensionamiento y diseño de un sistema de
generación hidráulica a pequeña escala,con el cual se abastecerá
una demanda de energía de una pequeña población bajo una
ubicación geográfica definida. Se comenzará con una breve
descripción del proyecto:el número de usuarios, la ubicación y
características geográficas del lugar asignado para la central
además de todos los parámetros relevantes de la interconexión
eléctrica de la central conel sistema eléctrico existente (distancias
de la bocatoma a la cámara de carga, alturas disponibles,
inclinación y distancia de la cámara de carga a la casa de
máquinas, etc.). Luego se hará un análisis de los requerimientos
de la demanda de energía y agua seguido de la estimación del
potencial hidráulico este último en base al modelo RETScreen
International. Una vez hecho este análisis se procederá a diseñar
las principales obras civiles de la central (Bocatoma,
Desarenador, Canal de derivación, Cámara de carga, Tubería de
presión) además del cálculo y selección del equipo
electromecánico necesario en la central (Turbinas, Generadores,
Transformadores, Cajas multiplicadoras, etc.)
Palabras Clave- Caudal, Potencia, Altura, Demanda, Carga,
Bomba, Turbina, Área, velocidad, frecuencia, tensión.
I. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
NTRE las fases de un proyecto de construcción de
viviendas de interés social (Estratos 1 y 2) gestionado por
la gobernación de Santander con el fin del suministro de
viviendas a personas damnificadas por desastres naturales o de
escasos recursosy debido a que se trata de tan solo 20 casas la
Electrificadora de Santander (ESSA) planea diseñar una
pequeña central hidráulicainterconectada con el sistema por
medio de la subestación de subtransmisión Palenque
(115/34.5/13.2 KV) ubicada a aproximadamente 1.5 Km al
punto de captación de agua, con el fin de abastecer esta
demanda y las necesidades básicas de energía eléctrica de
estos 20 usuarios.
La ubicación de este proyecto hidroeléctrico será en el Rio de
Oro en el municipio de Girón (Santander)ya que este pasa
cerca de la zona a abastecer, este rio nace en la Quebrada
Santa Rita vereda Cristales en el alto del picacho a 3.400
m.s.n.m. en jurisdicción del Municipio de Piedecuesta. El río
de Oro termina al unirse con el Rio Surata para conformar el
Rio Lebrija a la altura del puente de la vía Férrea del barrio de
invasión el Suiche ubicado entre la vereda Bocas del
municipio de Girón y Café Madrid del municipio de
Bucaramanga. Tiene las siguientes microcuencas; Rio frio.
Quebradas: Llano Grande, Montes, Ruitoque, Aranzaque,
Palogordo, Loro, San Pedro, La Iglesia, Las Nieves, La Rosita,
Padre Jesus. Caños: Garrapero, Los Mango, Linderos, Raya,
etc [3].
Figura 1. Localización del proyecto [1].
Para la ubicación de la cámara de carga y la casa de máquinas
se debe tener en cuenta que geográficamente se dispone de
una altura máxima de salto neta de 82 m y que el caudal
promedio del rio en el punto de la bocatoma (punto de
captación) es de 11.56 (m3/s).
La transmisión de la energía de la central al sistema se hará
mediante una línea de 13.2 KV hacia la subestación palenque.
La distancia entre la bocatoma y la cámara de carga puede
variar entre 300-500 m.
DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE
GENERACIÓN HIDRÁULICA A PEQUEÑA
ESCALA
Gonzalo A. Franklin González 2071915, Lady Johana Ortiz Lizcano 2071923, Mayra Alejandra
Salcedo Gómez 2060837, Juan Moisés Reales Ospino 2080489
E
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Figura 2. Ubicación Geográfica del punto de captación [2].
Figura 3. Ubicación Geográfica de la Subestación de
interconexión de la central [2].
II. DETERMINACIÓN DE REQUERIMIENTOS DE LA DEMANDA
Para este análisis es necesario tener en cuenta que al ser un
sistema interconectadoa la red existente se trabaja con un
factor de planta del 70% para deducir el caudal disponible
base de diseño además de que se debe tener en cuenta los
siguientes requerimientos.
REQUERIMIENTOS Caudal Necesario (m3/s)
Requerimiento de riego
diario en temporada seca
con bombeo 8h diarias.
0.610972
Caudal ecológico de
reserva.
4
Consumo mensual por casa
Acueducto veredal con
tanque elevado bombeo 2h
diarias.
0.00278
Total. 4.61375
Grafica 1. Curva de Caudal de Cuenca, Disponible y de
reserva en función del tiempo.
Grafica 2. Curva de promedio mensual de Caudal.
Para los cálculos de la demanda máxima con el fin del diseño
de la acometida y selección del transformador se usara el
método descrito en el numeral 2.3 de la norma de la
Electrificadora de Santander (ESSA) [4]. Lo primero es el
cálculo del factor de diversidad de la carga (Tabla 2.16 Norma
ESSA).
Donde se debe tener en cuenta que es carga residencial
estratos 1 y 2 y que son 20 usuarios conectados a la red.
En la ecuación (2) se enuncia que la demanda máxima es la
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suma de la demanda por usuario (Dpu) más la demanda de
áreas comunes (Dac). Para el cálculo de demanda por usuario
se debe tener en cuenta que cada usuario consume un
valormáximo hora de 3250 W.
Para el cálculo de la demanda de áreas comunes se debe tener
en cuenta el consumo de alumbrado público y el consumo de
las bombas de riego y acueducto veredal. Además de los
factores de demanda para este tipo de carga (Tabla 2.15
Norma ESSA). Se usaran 15 lámparas de alumbrado
público de 100W c/u (las especificaciones se muestran en
sección IV F) y el cálculo de las bombas es como se muestra a
continuación.Para el requerimiento de riego diario:
Teniendo en cuenta que se necesita un caudal de 0.610972
m3/s con una altura de 6 m se supone una densidad del agua de
1000 kg/m3
y un valor de gravedad de 9.8 m/s2
entonces la
potencia de la bomba 1 será de 36 KW aproximadamente 48
HP por esta razón se selecciona una bomba de 50HP (las
especificaciones se muestran en sección IV F).
(
) (
)
Para el bombeo elevado de 2 horas al acueducto veredal con
un caudal de 0.00277 m3/s y una altura de 8 m del tanque de
almacenamiento manteniendo los valores de densidad y
gravedad supuestos se tiene una potencia de 235.2 W lo cual
es menos de 1 HP. Sin embargo para efectos de caudal
máximo se debe seleccionar una bomba de mínimo 4 HP (las
especificaciones se muestran en sección IV F) ya que bombas
de menor potencia si entregan la energía pero no tienen la
suficiente rigidez mecánica para el paso de agua.
(
) (
)
Los catálogos de estas bombas se anexan y sus características
se mostraran en la parte de selección de equipo
electromecánico.Una vez teniendo calculados estos valores se
procede a calcular la demanda de área común.
Según (2), (3) y (5) entonces,
Tabla 1. Parámetros característicos de la demanda.
Número de casas 20
Demanda por casa (KW)
3250
Demanda diversificada (KW)
15,19
Factor de diversidad 4,28
Energía Consumida Anual (MWh/año)
354451,50
Potencia Luminaria (W)
100
Número de Luminarias
15
Consumo Alumbrado Público (KW)
1,5
Bombas de riego (KW)
35,9251536
Bombas de acueducto veredal (KW)
0,217168
consumo de potencia total (KW)
52,23
Altura máxima Disponible (m)
82
Densidad (kg/m3) 1000
Gravedad (m/s2) 9,81
caudal al 70% de probabilidad (m3/s)
6,2
Eficiencias
Turbinas 0,9
Acople turbina-caja m. 0,985
Caja multiplicadora 0,99
Acople caja m.-generador 0,985
Generador 0,95
Transformadores
Máquina-MT
0,95
MT-BT 0,95
Líneas 0,97
potencia de entrada a las turbinas (KW)
72,654
potencia individual por turbina (KW)
24,218
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III. ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL HIDRÁULICO
Figura 4. Clasificación de centrales hidráulicas Modelo
RETScreen [5].
Para este análisis es necesario tener en cuenta que se dispone
una altura de salto máxima de 82 m que para efectos de la
estimación del potencial restándole las perdidas por tubería se
ha asumido una altura de salto neta de 70 m esto para un
sistema de generación interconectado por lo tanto se tomara un
factor de planta del 70%al momento de calcular el caudal base
de diseño 6.2 m3/s el cual se muestra en la gráfica 2.
De (4)
(
) (
)
=> Potencial hidráulico disponible
Según el modelo RETScreen clasificaría esta central como una
pequeña central hidráulica. Sin embargo se debe calcular el
potencial máximo disponible al paso de cada una de las 3
turbinas que se utilizaran el cual sería de:
=> Por cada turbina
Con este valor además de los 70 m de altura y los 2.067 m3/s
de caudal se puede seleccionar las turbinas como se muestra
en la gráfica para este caso se necesitarían 3 turbinas Francis
(las especificaciones se muestran en sección IV F) y después
se procede a calcular el caudal necesario para atender la
demanda de las 20 casas, alumbrado público, bombas y un
adicional del 3,23% para servicios auxiliares de la central.
=>=> Potencia para demanda total.
=> Por turbina
Una vez inscrita la central generadora en el Sistema
Interconectado Nacionalaun así no sea despachada
centralmente esta podrá ofertar un excedente de 4178.2 KWa
comercializadoras que atiendan mercado regulado ya sea en
transacciones contractuales oal precio de bolsa. En cuanto a
los 25 KW por turbina este valor se utiliza para el cálculo del
caudal mínimo requerido a la entrada de cada turbina para
atender la demanda.
(
) (
)
=> Caudal mínimo requerido a
la entrada de cada turbina para cubrir la demanda
total.
IV. DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA Y MEMORIAS DE
CÁLCULOS
Figura 5. Obras civiles de una pequeña central hidráulica.
A. BOCATOMA.
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1) Calculo Altura de Carga.
(5)
Q=Caudal máximo del rio = 15.28m3/s
μ = Coeficiente del vertedero según la forma de la cresta.
(Para caso perfil de creager μ = 0.75)
h= Altura de carga hidráulica o tirante de agua sobre la cresta
del vertedero.
v= velocidad de acercamiento del rio (en este caso: 2m/s).
b = Ancho del rio (10 m)
√
(
)
2) Calculo velocidad del agua sobre la cresta.
3) Calculo de la carga energética y cálculo de las
coordenadas del azud.
(6)
Para calcular las coordenadas del azud se multiplica los
valores de la tabla Creager por 0,8 m.
Y= 0.8*0.257=0.206 [m]
Figura 6. Coordenadas del Azud.
4) Diseño del resalto o colchón amortiguador
Formula aproximada h2=0,45 Q /√h1
Q= Caudal del agua sobre el azud, por metro lineal
h2 = Profundidad de aguas abajo
h1 = Profundidad o espesor de la lámina vertiente al pie del
azud.
Efectuando tanteo y suponiendo un Δh aproximado.
Para Δh = 1.80 m
√ √
Altura total del agua He sobre el lecho del rio aguas arriba.
Profundidad de la cuenca o colchón de agua:
Por lo tanto, la profundidad del agua será
De acuerdo a la fórmula de Merriam
√
√
Por lo tanto:
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5) Calculo de la longitud de la cuenca
Figura 7. Bosquejo cuenca [6].
6) Calculo de la longitud del bocal y vertedero de
entrada.
Cota a la cresta del vertedero de ingreso: 0.3[m]
Cota de la cresta del azud: 0.5[m]
Carga hidráulica: 0.20 [m]
Tirante de agua mínimas sobre el azud: Aproximadamente
cero
√
Donde μ= 0.5 y h=0.3 m,
√
Se aproxima
Para poder captar 1116.7 (lt/s) se necesita un vertedero de 5 m.
7) Ventana reguladora
Se dispondrá de un orificio de 0.8 X 0.4 por el que pasaran
1116.7 [lt/seg] sin remanso, en épocas de sequía.
Figura 8. Dimensiones Ventana reguladora [6].
8) Canal entre la ventana reguladora y el desarenador
Calculando por tanteo, al final se obtiene, Q=1116.7 [lt/s],
A=0.32 m2 y V=1.25 m/s
El canal tendrá un área de sección transversal trapezoidal
regular, por el que pasará un caudal a una velocidad alta, con
la finalidad de evitar la sedimentación.
Figura 9. Modelo Canal ventana reguladora [6].
9) Caudal en condiciones de máxima avenida
Por medio de la formula se realiza el cálculo por tanteo,
obteniendo valores para Q y h:
√
μ = 0.7
tu =Altura canal de salida de la ventana reguladora
to=Altura canal de limpieza
to =0.5+0.65=1.15[m] Condición en máxima avenida
h= to-tu =1.15 -tu
Para tu = 0.51 el caudal es de Q=1400[Lt/s], y el excedente
seria de 283.3 [lt/s]
10) Vertedero lateral
De (7)
√
√
Por seguridad
Figura 10. Vista lateral vertedero [6].
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11) Aliviadero
Tomando un canal de sección rectangular de1 m * 1 m por el
que pasan 1.11167 m3/s a una velocidad de 2m/s en estiaje con
un aumento de seguridad por avenida de 10%. Se toma la
longitud del aliviadero como:
Donde Cw: 1.6 => coeficiente de descarga.
Figura 11. Dimensiones aliviadero.
Figura 12. Aliviadero [6].
B. DESARENADOR Y CÁMARA DE CARGA
El desarenador y la cámara de carga tienen la función de
decantar los sólidos en suspensión para evitar que ingresen a
la tubería de presión y causen desgaste innecesario en la
turbina. También ofrece una reserva mínima de agua para el
trabajo de la misma. Su forma es por lo general rectangular y
en su extremo se coloca una rejilla en diagonal de trama fina
para retener los sólidos suspendidos y livianos como hojas y
ramas. La tubería de conducción, generalmente en tubería de
PVC presión, se conecta en este extremo para desalojar el
caudal por la parte inferior hacia la casa de máquinas.
Por lo anteriormente mencionado se requiere un análisis
minucioso para realizar un diseño de dichos elementos que
harán parte fundamental de la operación de la hidroeléctrica.
Ancho y longitud del desarenador El ancho del desarenador (W) esta descrito por la siguiente
ecuación:
Donde: Q= Caudal [m3/s]; VH= Velocidad horizontal del agua;
dd= Profundidad de decantación.
Para lo cual se elige una velocidad de agua (VH) con un valor
de 0,2 [m/s] y un valor de profundidad de decantación (dd) de
0,9 [m] y caudal (Q) de 0.9987 [m3/s] se obtiene:
La longitud del desarenador se divide en 3 partes: entrada (Le),
decantación (Ld) y salida (Ls) para lo cual se tiene:
Longitud de Decantación: Se expresa en función de la
siguiente ecuación.
Donde: Vd = Velocidad de decantación [m/s]; f = factor de
seguridad.
Para lo cual se elige una velocidad de decantación (Vd) de
0.05 [m/s] esto debido a que se estipula eliminar partículas que
tengan más de 0.5 [mm] de diámetro las cuales tienen
velocidades de decantación mayores a 0.05 [m/s] y una factor
de seguridad que puede estar en el rango de 2 a 3. Para lo cual
se obtiene:
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Longitud de entrada y salida: La longitud de entrada y salida
(Le y Ls) debe ser 2.5 veces el ancho de la zona de decantación
si se desea evitar la turbulencia en el agua.
Figura 13. Dimensiones Desarenador.
Profundidad del desarenador La profundidad del desarenador se divide en dos partes:
decantación (dd) y de recolección (dr). Es importante
establecer adecuadamente las dimensiones de la profundidad
del desarenador debido a que es aquí donde no se debe
permitir que la sedimentación que se va formando no exceda
el borde del área de recolección.
Suponiendo que el rio que abastece nuestra PCH transporta
sedimentos (S) en una cantidad aproximada de 0.07 [Kg/m3]
con una frecuencia de vaciado razonable (T horas). La
bocatoma absorberá aproximadamente cierta cantidad en
función del caudal y de la cantidad de sedimento en una
semana:
Donde Q= Caudal; T=frecuencia de vaciado y S= cantidad de
sedimento. Se obtiene:
La densidad de la arena se establece en 2600[Kg/m3] partiendo
de este dato se obtiene el volumen del sedimento de la
siguiente manera:
Teniendo en cuenta el volumen del sedimento obtenido, se
debe prever que la capacidad requerida del tanque colector
este por encima de este valor para evitar que los sedimentos no
excedan el borde del área de recolección. Por lo anterior se
realiza el diseño para que el volumen del tanque colector sea
dos veces el volumen del sedimento:
Teniendo ya los datos de ancho, longitud de decantación,
capacidad del tanque colector se puede obtener la profundidad
de recolección, esto es:
Figura 14. Desarenador vista de perfil.
Cámara de carga El objetivo de la cámara de carga es servir de enlace entre el
escurrimiento libre del canal de aducción y el escurrimiento a
presión en la tubería de presión. En la entrada de la tubería se
dispone de una reja fina con el objeto de evitar la entrada de
elementos extraños arrastrados por el agua, los que podrían
obstruir los orificios de las toberas o dañar los rodetes de las
turbinas.
El ancho de la cámara de carga será igual al del desarenador.
La profundidad de recolección disminuirá debido a que la
cantidad de sedimentación se ve reducida al pasar por el
desarenador.
Cantidad de sedimentación en la cámara de carga:
Y el volumen del sedimento que llega a la cámara de carga
será:
Al igual que con el desarenador se tiene que prever que el
volumen del tanque colector de la cámara de carga sea mayo
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al del volumen obtenido por los sedimentos para lo cual se
estipula un volumen de 15 [m3]
En teoría, la cámara de carga deberá tener una capacidad
menor que el desarenador ya que la carga del sedimento debe
ser baja lo cual resulta verificable.
C. CANAL DE DERIVACIÓN
La construcción del canal de derivación se decidió utilizar
concreto como material de revestimiento ya que el terreno por
donde va a pasar es bastante arenoso y húmedo, por lo cual el
material escogido nos proporcionará rigidez a la obra tanto
para la erosión como frente algún suceso desfavorable; a su
vez, este se construye de forma trapezoidal para obtener
mayor eficiencia. A continuación se indicarán los pasos que se
tuvieron en cuenta para el dimensionamiento del canal,
partiendo de datos ya establecidos como el caudal y la
velocidad del rio. Cabe mencionar que los datos, como el
método a aplicar son obtenidos por el manual de micro central
hidroeléctricos.
La forma y las medidas del caudal son las siguientes:
Figura 15. Modelo del Canal [6].
Material: Concreto con superficie suave.
Talud Z: 0.58
Rugosidad n: 0.0161
1) Velocidad
La velocidad es aproximadamente 1,5 m/s por lo cual entra
entre los límites de velocidad máxima y velocidad mínima
recomendada para evitar sedimente en el canal.
2) Determinación de la sección transversal.
3) Calculo de altura.
√
√
4) Calculo de la base.
( √ )
( √ )
5) Calculo base superior.
6) Calculo sección trapezoidal.
√ √
7) Radio hidráulico
8) Calculo pendiente canal.
Figura 16. Dimensiones del canal.
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D. TUBERIA DE PRESIÓN
Para obtener la tubería y todos los accesorios de esta que se
utilizó en el proyecto se siguieron una serie criterios de
selección, como el tipo de material, tipo de unión, perdidas por
fricción, presión, costos entre otros.
Para seleccionar el material de la tubería se tuvo en cuenta los
materiales utilizados para tubería de presión mostrados en la
siguiente tabla donde se muestran los aspectos más
importantes de cada tipo:
Tabla 2. Material Tubería.
Se observa que los dos materiales sombreados tienen más
opciones de ser utilizados, pero debido a su tipo de unión se
seleccionó el PVC, este utiliza uniones de espigo y campana,
empleando un sello de caucho o un pegamento, haciendo
menos complicada su instalación y uniones entre tramos de
tuberías. Además se seleccionó una válvula tipo compuerta
debido a su fácil maniobra para determinadas presiones y por
perdidas de turbulencia, esta se encuentra en el catalogo
anexo.
Para hallar perdidas de altura por fricción se tienen en cuenta
algunos diámetros comerciales de tubería, algunos parámetros
se encuentran en la siguiente tabla:
Dn Dext Dϕ Din K/d 1.27Q/d F hf
8” 219 7.9 203.2 1.476 2.18 .011 6.2
10” 273 9.9 253.2 1.185 1.75 .012 2.2
12” 323 11.7 299.6 1.001 1.48 .012 0.9
Tabla 3. Diámetros tubería.
No se tienen en cuenta las tuberías de menor diámetro, ya que
las pérdidas por fricción se incrementan enormemente a
medida que se disminuye el diámetro.
Para el cálculo de pérdidas por fricción se supone una
distancia de la cámara de carga a la casa de máquinas de 50m
y una altura neta de 70 m, también se selecciona una tubería
de 0.5 m de diámetro aproximadamente, utilizando la
siguiente formula:
Para hallar el porcentaje de pérdidas se hace a través de la
siguiente formula:
En este caso despreciamos la perdidas por turbulencia debido
a que son pequeñas comparadas con las perdidas por fricción.
Para el cálculo de espesor de pared se tiene en cuenta el efecto
de presión en la tubería por golpe de ariete, este efecto se ve
reflejado en la altura de la tubería de una forma transitoria a
través de la siguiente formula:
Donde
Para una tubería en PVC una (velocidad de propagación de la
onda de presión dentro de la tubería), por tanto hallamos el
espesor T de la siguiente manera:
Lo cual nos llevó a seleccionar una tubería de PVC C-7.5
(108m) RDE-27.7 (Espigo y Campana) de 12 pulgadas
ASTM. Se usara una tubería en PVC como tubería de presión para
llevar el flujo de agua de la cámara de carga a la casa de
máquinas en tres unidades, para su mayor eficiencia según
estudios realizados, esta va enterrada para evitar los problemas
con los rayos ultravioleta emitidos por el sol, también nos
reduce costos de apoyos y anclajes y sus estudios para dicha
selección.
E. EQUIPO ELECTROMECÁNICO.
1) Lámparas Alumbrado público.
Para el alumbrado público de las demanda de las 20 casas se
utilizaran 15 lámparas de 100W VINTER de la gamma
Luminova a base de vapor de sodio de alta presión y mercurio.
(Se adjunta el catalogo).
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Figura 17. Lámparas para alumbrado público [9].
2) BOMBAS.
a) 50 HP Bombeo Riego Diario 8 horas.
Motobomba centrifuga marca mejorada de caracol con succión
frontal radialmente partida de un solo paso, impulsor de fierro
gris tipo cerrado, sello mecánico tipo 21 de 1 3/8” D.I. con
asiento de cerámica, resorte y casquillo en acero inoxidable,
empaques de buna, voluta de fierro gris con succión roscada
de 4" nptf y descarga roscada de 3" nptf, válvula de purga de
1/8” npt de latón. Acoplada directamente a motor eléctrico de
corriente alterna, trifásico 220/440 volts 60 ciclos 2 polos
3500 r.p.m., con brida “C”, flecha “JM”(Se adjunta el
catalogo).
Figura 18. Bomba de riego diario 8 horas 50 HP [9].
b) 4 HP Bombeo acueducto veredal 2 horas.
Figura 19. Bomba 4 HP acueducto veredal [9].
Características Técnicas (Ver catalogo adjunto).
Aislación: IP54.
Alimentación: 380 VCA - 60 Hz.
Altura Máxima: 46,5 m.
Altura Máxima De Succión: 8 m.
Caudal Máximo: 400 L/min - 24000 L/hora.
Motor: 4 HP - 3 kW.
Protector Térmico: Si.
Servicio: S1.
Temperatura Máx. Del Agua: 60º C.
Usos: Elevación y extracción de agua.
Velocidad En Vacío: 2900 min -1.
3) TURBINAS
Según los parámetros calculados en la sección III de potencia,
altura y caudal se seleccionaron 3 turbinas de reacción
Francis la siguiente grafica demuestra el criterio de selección.
=> Por cada turbina
Grafica 3. Selección tipo de turbina.
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Si bien una turbina Francis podría servir para esta central en
términos prácticos la Turbina OSSBERGER (Flujo cruzado)
también trabaja en los mismos rangos de aplicación y trae
consigo más ventajas operativas (mejor rendimiento) y de
mantenimiento es por esto que se seleccionaron 3 turbinas
OSSBERGER.
Campo de Aplicación Turbina OSSBERGER
caídas: A = 2,5 - 200 m
caudales: Q = 0,04 a 13 m³/s.
potencias: P = 15 - 3000 kW
De la anterior tabla se puede ver que estas turbinas cumplen
con todos los requerimientos del sistema (Ver catalogo
adjunto).
Figura 20. Turbina OSSBERGER [9].
4) Variador de velocidad.
Debido a la necesidad de controlar las fluctuaciones de
frecuencia que se pueden generar por el funcionamiento de las
turbinas, motores y los generadores usados en la central se
selecciona un variador de frecuencia que permita garantizar la
calidad de la señal que se está entregando a la red.
Mitsubishi Electric presenta con la serie FR-E700 la última
generación de variadores de frecuencia compactos. Con sus
nuevas características, la nueva serie no sólo supera el modelo
anterior en lo relativo a potencia y facilidad de empleo, sino
que ofrece además dimensiones más reducidas y una mayor
facilidad de instalación.
La serie ofrece mejores funciones y sus propiedades, como por
ejemplo el puerto USB integrado, el “dial digital” integrado
con display, un mejor rendimiento a bajas velocidades, y un
slot de expansión compatible con las múltiples tarjetas
opcionales de la serie 700. Todo ello hace del FR-E700 una
solución económica y extremadamente versátil para un amplio
rango de aplicaciones, tales como máquinas textiles,
accionamientos y automatismos para puertas y sistemas de
manipulación de materiales.
Soluciones inteligentes para todas las tareas
Regulación vectorial sin sensores
Ajuste automático del motor
Capacidad de sobrecarga aumentada a 200% durante
3 segundos
Transistor de frenado integrado
Limitación de par de giro
Control de un freno mecánico externo
Unidad de mando integrada
Software avanzado
Interface USB
El autodiagnóstico previene los fallos
Es posible el montaje directamente lado a lado
igura
Figura 21. Variador de Frecuencia Mitsubishi FR-E700 [9].
Proyecto sistema de generación hidráulica. M.Sc. César Yobany Acevedo Arenas. 15 de Marzo de 2013.
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
ESCUELA DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y DE TELECOMUNICACIONES
Perfecta Combinación entre Energía e Intelecto
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5) Generadores
Para la elección del generador se busca una potencia aparente
comercial por encima de la potencia activa a generar por que
no se a tomado el efecto reactivo de las líneas y esto
contribuye a que la potencia aparente sea mayor a la potencia
demandada en watts, por los cual escogemos 3 generadores de
25 kVAlo cual seria lo mas viable. (Ver catalogo adjunto).
Figura 22. Alternador trifásico 23 a 53 KVA [9].
6) Transformadores
Dado que comercialmente se encuentran capacidades
estandarizadas de potencia para transformadores se decide
usar 2 transformadores de 112.5 kVA, uno en la elevación de
tensión para su respectiva transmisión y otro que me reduzca
la tensión para su respectiva distribución en el caserío.
(ver catalogo adjunto)
Figura 23. Transformador trifásico 112.5 KVA [9].
REFERENCIAS
[1] www.google.com/maps [2] Google Earth.
[3] http://giron-santander.gov.co/sitio.shtml?apc=mTxx-1-&m=f
[4] Norma para calculo y diseño de sistemas de distribución ESSA (Electrificadora de Santander S.A) 2005.
[5] RETScreen Engineering & Cases Textbook Clean Energy Project
Analysis (Small Hydro project chapter) 2004. [6] Manual de mini y micro centrales hidráulicas “Una guía para el
desarrollo de proyectos” Intermediate Technology Development Group
ITDG –Perú. 1995. [7] http://www.gama-me.com/maquinas-herramientas/bombas-de-
agua/bomba-centrifuga-gamma-xst32-20030-4-hp-trifasica-normalizada
[8] http://www.sistemasdebombeo.com/component/content/article/9-baja-media-presion/97-bomba-3p.html
[9] Catálogos Adjuntos.