proyecto totorani henry

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

1

MINICENTRAL HIDROELECTRICA DE TOTORANI

I. DESCRIPCIN GENERAL

1. INTRODCCION:

El rio totorani se encuentra en el centro poblado de totorani en el distrito de puno, provincia de

puno departamento de puno, situado a una altitud que vara entre los 3915m.s.n.m que es el

punto de cada de la cascada del rio totorani, y 3948 m.s.n.m en el punto ms alto de la cada del

agua, teniendo como coordenadas geogrficas de 151859.99 de latitud Sur y 700659.99

longitud Oeste. En la zona prevista existen escasas viviendas con pobladores la mayora de ellos se

dedican a la agricultura, en pequeas parcelas de tierra, asimismo desarrolla ganadera pero muy

mnimamente, no cuentan con tecnologa para desarrollar su ganadera y agricultura. El acceso de

la zona del proyecto se puede realizar desde la ciudad de puno. Se consigue utilizando la carretera

Puno -Tikillaca, el viaje dura aproximadamente 45min tiene una distancia desde la ciudad de puno

de 13Km, hasta el lugar de la cascada, la va de acceso es pura trocha y no cuenta con

mantenimiento.

El objetivo del proyecto es energizar el centro poblado rural de HUERTA HUARAYA, que se

encuentra aproximadamente a 3Km de la ciudad de puno.

2. DATOS GENERALES

2.1. Ubicacin Geogrfica

ZONA DE ESTUDIO

DEPARTAMENTO PROVINCIA DISTRITO ALTITUD MEDIA

PUNO PUNO PUNO 3929 m.s.n.m.

Cuadro 1.1 ubicacin geogrfica

Latitud sur : 151859.99

Longitud oeste: 700659.99

Altitud de la toma de agua: 3948 m.s.n.m.

Altitud en la cada de la cascada: 3909 m.s.n.m.


2

2.2. Poblacin

En el centro poblado de HUERTA HUARAYA segn el censo realizado en 2007 los

habitantes son:

CENSO 2007

POBLACION TOTAL 149

NUMERO DE FAMILIAS 122


3

Cuadro 1.2 poblacin fuente INEI

2.3. caracterstica del proyecto

Para la formulacin del presente proyecto se requerir de una turbina pelton, y de un

generador sncrono.

Para la instalacin del proyecto se necesita realizar el diseo y construccin de las obras civiles,

tales como: bocatoma, desarenador y tanque de presin, casa de mquinas, y de seleccionar el

dimetro adecuado para la tubera de conduccin y presin, seleccionar el tipo de banda para la

transmisin, y realizar un anlisis verificativo de algunos elementos mecnicos de la turbina, entre

otros parmetros.

Estos parmetros a determinar nos permitirn cubrir con la demanda energtica una vez que

entre en funcionamiento el sistema.

Datos tcnicos:

RIO TOTORANI

CAUDAL DE DISEO 0.3

ALTURA BRUTA 39 m

POTENCIA DISPONIBLE

TURBINA

TIPO PELTON HORIZONTAL

POTENCIA 150 KW

VELOCIDAD 500 RPM

GENERADOR

TIPO SINCRONO HORIZONTAL

POTENCIA 150 KW

COS() 0.8

VELOCIDAD 1000 RPM

II. ESTUDIO DE MERCADO


4

1.-ESTIMACION DE LA DEMANDA ACTUAL

1.1.-localizacin de la demanda

Ciudad la humanidad totorani se encuentra sobre los 4067m.s.n.m, 154914.13S

700310.31O a 10km desde la ciudad de puno y cuya accesibilidad es en vehculo en un

tiempo estimado de 25minutos.

Ubicacin de la demanda.

1.2.- informacin bsica calculo de la demanda

Con el fin de identificar la demanda actual del centro poblado al que se planea suministrar

energa, se debe conocer informacin que refleje el consumo energtico:


5

Tabla 1 datos de la poblacin

Poblacin: 120 familias

Tasa de crecimiento por ao: 0.0005

Nmero de viviendas o usuarios: 120

clculo de la demanda con el mtodo REA

Tabla 2 evaluacin de la demanda actual

descripcin cantidad Pot.nom.(w) Pot.tot.(w) Tiempo de uso(h)

Energa(kwh/dia)

residencial

iluminacin 8 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

Total residencial 1.71

Servicios pblicos

Posta de salud

1 1.13

I.E.I 1 1.2

I.E.P 1 1

Iglesia 1 0.81

alumbrado publico

1 150 150 10 1.5

Total de servicios pblicos 5.64

Energa total a consumir 7.35

el consumo especifico se determina de la siguiente manera:

Energa total a consumir: = 7.35 kwh/dia*30dias =220.5

el factor de demanda del total de familia beneficiadas

FacA = N*(1-0.4N+0.4 ) donde N: nmero de familia

Energa total a consumir: FacA = 120*(1-0.4*120+0.4 ) = 127.99


6

el factor de consumo especifico

FacB =0.005925*

Energa total a consumir: FacB =0.005925* =0.71

demanda de potencia mxima Pot max = FacA* FacB (kw)

Energa total a consumir l: Pot max = FacA* FacB = 127.99*0.71 = 90.9

Entonces total de consumo es: 90.9 kw

1.3.-Estimacin de la demanda futura:

= dnde:

: potencia proyectada al ao n (kw)

: Potencia estimada para el ao 0 (kw)

: ndice o tasa de crecimiento considerado por ao

n : nmero de aos de proyeccin (5 a 7 aos)

Potencia proyectado para 5 aos:

= = 145 kw

III. ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL

3.1.-ANTECEDENTES

Esta zona no posee de mayor Vegetacin ya que es una zona seca, donde mayormente se puede

observar paja y algunas yerbas, plantas y escasos rboles, que cada uno de estos son un medio por

el cual se alimentan algunos animales de la zona.

Las Cataratas de Totorani se encuentran al norte de lo que es la ciudad de Puno y se trata de una

regin totalmente natural con poca variedad de flora y fauna. Se caracteriza por contar con la


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presencia de pequeos roedores llamadas vizcachas, que vers escondidas y rondando entre las

rocas, las cuales a su vez se formaron de forma natural hace ya miles de aos.

Las cataratas, de unos 39 metros de altura, forman parte de lo que es el corredor cultural

Quechua, que muchas agencias de turismo optan por diferenciar para as organizar salidas

apuntando a diferentes culturas. De esta manera, en lo que es el Departamento de Puno tendrs

dos sectores culturales divididos, cada uno apuntando a diferentes grupos tnicos.

3.2.-OBJETIVOS DEL ESTUDIO DEL IMPACTO AMBIENTAL

La Evaluacin de Impacto Ambiental constituye una herramienta fundamental para la deteccin de

aquellas acciones de las actividades propuestas que puedan interferir en el medio ambiente.

El objetivo prioritario del presente Estudio de Impacto Ambiental es identificar y valorar los

efectos que previsiblemente puede generar el proyecto de Central Hidroelctrica heroluz y

proponer las medidas protectoras y correctoras que se han de considerar para evitar o reducir

dichos efectos.

Entre los objetivos del Estudio cabe destacar los siguientes:

Cumplir la normativa ambiental vigente.

Definir, analizar y valorar, desde el punto de vista ambiental, el entorno del proyecto,

entendindose el mismo como el espacio fsico, biolgico y socioeconmico en el que

se ubica la obra proyectada y que es susceptible de sufrir alguna alteracin.


8

Identificar la naturaleza y magnitud de los efectos originados por la instalacin de la

Mini central hidroelctrica y su puesta en funcionamiento.

Establecer las medidas cautelares y correctoras que permitan evitar o reducir los

impactos ambientales negativos generados.

Disear Un Programa de Vigilancia Ambiental que permita realizar un seguimiento y

Control de la componente ambiental.

3.3.-PROCESO METODOLGICO DE DESARROLLO DEL ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL

Alcance del estudio ambiental

Vegetacin

La vegetacin del piso ecolgico puneo se desarrolla desde los 3100 hasta 4000 m de altitud, este

pueblo tiene un clima seco, en la actualidad en las cercanas no existen viviendas. Este pueblo de

TOTORANI es principalmente pajonal, las cuales alcanzan por la zonas tal predominio en el paisaje

que pareciera imposible que alguna vez se hubieran asentado la vegetacin. En el rea de estudio

se encuentran estos restos de vegetacin del piso.

Esta zona no posee de mayor Vegetacin ya que es una zona seca, donde mayormente se puede

observar paja y algunas yerbas, plantas y escasos rboles, que cada uno de estos son un medio por

el cual se alimentan algunos animales de la zona.

Fauna

La Fauna del pueblo de TOTORANI, presenta pocas especies, pero tambin bastantes especies

restringidas a la provincia o distrito biogeogrfico. Particularmente en grupos como aves,

roedores, anfibios y mariposas, por ejemplo:

Insectos, como Mariposas, Abejas, entre otras.

Reptiles, como lagartijas.

Anfibios, como sapos.

Estado de conservacin:

El estado de conservacin se tratara de mantener tanto la fauna como la vegetacin para no

afectar el pastoreo, principalmente ovino presiona fuertemente la vegetacin y por tanto a la


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fauna asociada, asimismo, algunos rboles como plantas, estn muy reducidos por ser las nicas

fuentes naturales.

Otras especies de ven afectadas por la cacera, como las lagartijas que son empleadas para la

medicina tradicional, varias aves son perseguidas por su alto valor, mientras que la cacera

deportiva afecta, aunque en menor medida a especies de perdices. La mayor amenaza para la

fauna en esta zona es la destruccin del hbitat a causa del uso sin reposicin de las especies

vegetales, la ampliacin de la frontera agrcola y el crecimiento demogrfico.

3.4.-EVALUACIN DE IMPACTOS

Los factores del perjudicaran medio ambiente rio Totorani que son los siguientes:

Aire

La contaminacin atmosfrica del rea del Proyecto, por las actividades que se desarrollan

principalmente en la Fase de Construccin, se valoraran por la calidad del aire a travs de las

concentraciones de gases de combustin (CO, S0xy N 0x), y de material particulado (PTS). En la

Fase de Construccin, la emisin de material particulado (polvo) se genera en las actividades de

excavaciones, relleno y compactacin principalmente (fuentes fijas), y a estas se aaden las

emisiones de los vehculos de transporte (de materiales, ferretera etc.), fuentes mviles. La

emisin de ruidos, por el uso de herramientas, movimiento de personal y vehculos de transporte,

durante las Fases de Ejecucin, Mantenimiento y Abandono. La generacin y difusin de gases de

combustin como el C0.; N0x.; y S0x, debido al funcionamiento de maquinaria, vehculos de

transporte, en las Fases de Construccin, Mantenimiento y Abandono.

Suelo

Los atributos del factor suelo ms afectados negativamente son:

Erosin, compactacin y estabilidad, relacionados entre s y producto de acciones en la

Fase de Construccin como ser excavaciones, relleno y compactacin. Principalmente en el caso

de una disposicin final inadecuada de material excedentario en los buzones, u otras reas

previamente identificados. Por el trnsito de equipos pesados, vehculos y materiales en reas

frgiles.

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

disposicin de residuos slidos industriales (restos de ferretera, envases, embalajes, cartones,

etc.) durante la Fase de Construccin y Mantenimiento Por otra parte, en la


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Fase de Mantenimiento, el suelo, es objeto de un impacto temporal, de corta duracin y

reversible.

Estos impactos negativos se los califica como localizados, directos y en algunos casos permanentes

(erosin, compactacin y estabilidad del suelo).

Agua

El impacto sobre el agua ser mnimo por que solamente se utilizara una tubera de desvi

3.5.-MEDIDAS A TOMAR PARA DISMINUIR LOS IMPACTOS AMBIENTALES

Se deber disear El Programa de Vigilancia Ambiental tiene como funcin bsica

establecer un sistema que garantice el cumplimiento de las indicaciones y medidas

cautelares y correctoras propuestas.

En la fase de construccin aislar las especies animales de la zona.

IV. ESTUDIO HIDROLOGICO

4.1.-INTRODUCCIN:

Un aprovechamiento hidrulico necesita, para generar electricidad un determinado caudal y un

cierto desnivel. Se entiende por caudal la masa que pasa, en un tiempo determinado, por una

seccin del cauce y por un desnivel, o salto bruto la distancia medida en vertical que recorre la

masa.

Para aprovechar de manera ptima el recurso hidroenergetico en las zonas aisladas se requiere de

informacin hidrolgica de la regin de estudio, que por lo general es escasa, asociada con

cuencas relativamente pequeas, donde la informacin es an menor. De todas formas, el

estudio hidrolgico para estos casos puede simplificarse sin tener un elevado margen de error. En

este sentido, el estudio hidrolgico debe realizar los siguientes trabajos:

Observaciones de los caudales de agua (caudal mximo, caudal mnimo, caudal medio y

caudal de mayor permanencia).

Medicin de las velocidades de la corriente.

Determinacin de los caudales

Establecimiento de las relaciones entre niveles y los caudales.

Observaciones sobre los cuerpos solidos (sedimentos) que son arrastrados por las

corrientes.


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Con base a esta informacin se construye la curva de duracin de caudales la curva de frecuencia y

se determina el volumen de sedimentos.

4.2.-TRABAJOS DE CAMPO

4.2.1.-AFORO DE LOS RECURSOS HDRICOS

4.2.1.-GENERALIDADES

Los aforos son mediciones del Caudal de un ro en los cuales deben hacerse durante todo el ao,

especialmente en poca de sequa cuando no llueve y en poca de avenidas, as de esta manera

obtener el Caudal mnimo y mximo respectivamente.

El mtodo utilizado para encontrar el Caudal del rio es el mtodo del AREA Y VELOCIDAD

UTILIZADO UN OBJETO FLOTANTE.

La potencia Generada de la MCH mencionada anteriormente se puede calcular con bastante

aproximacin utilizando la siguiente expresin.

P = 0.006 * Q * H (Kw)

Dnde:

P : Potencia Generada (KW).

Q : Caudal que llega a la turbina (lt/s).

H : Cada total (m).

4.2.2.-MTODO DEL AREA Y VELOCIDAD UTILIZANDO UN OBJETO FLOTANTE

Este mtodo consiste primero en medir la velocidad de la superficie del agua en el centro del

ro o riachuelo usando un objeto flotante una botella pequea de plstico.

La zona del ro para encontrar la velocidad superficial debe ser una parte del ro, que tenga un

ancho aproximadamente uniforme y recto, donde el agua fluya sin mayores turbulencias y

donde no existan piedras grandes o rboles.

4.2.3.-CLCULO DE LA VELOCIDAD SUPERFICIAL, VELOCIDAD SUPERFICIAL PROMEDIO Y

VELOCIDAD MEDIA PROMEDIO DEL RO.

La velocidad superficial del ro se halla con la siguiente formula

smT

DV

AB

ABSUP /...............


12

Dnde:

Vsup. : Velocidad superficial de ro (m/s).

DAB : Longitud de recorrido del objeto flotante (Botella pequea de plstico).

TAB : Tiempo de recorrido del objeto flotante.

Para tener un resultado muy prximo a la verdad se debe hacer varias mediciones o pruebas

para una misma longitud, luego se define la velocidad superficial promedio de la siguiente

forma:

Dnde:

Vsup.prom. : Velocidad superficial promedio (m/s).

Vi : V1, V2, V3,.... Vn, Resultado de las velocidades superficiales

Para cada una de las mediciones.

n : Nmero de velocidades calculadas para cada uno de los Tiempos

de recorrido (Nmero de mediciones).

Adems de lo anterior, se debe calcular la Velocidad Media Promedio del ro, para el cual se

debe asignar un factor de correccin de acuerdo al tipo de canal, arroyo o ro. La tabla

siguiente de algunos valores promedios. (tabla 1).

TABLA N 1

TIPO DE CANAL O ARROYO FACTOR DE CORRECCION

Canal de concreto, profundidad de agua

mayor a 15cm. 0.8

Canal de tierra, profundidad de agua mayor

a 15cm. 0.7

Arroyo, ros, riachuelos o canales de tierra

con profundidad de agua mayor a 15cm. 0.5

Arroyos, ros, riachuelos, con profundidades 0.5 a 0.25

smn

VV iPROMSUP /............


13

menores a 15cm.

FACTORES DE CORRECCIN PARA ENCONTRAR VELOCIDAD MEDIA.

Luego, para encontrar la Velocidad Media Promedio se utiliza la siguiente expresin:

Vmed.prom. = f * Vsup.prom. (m/s)

Dnde:

Vmed.prom. : Velocidad Media Promedio (m/s).

f : Factor de correccin, para nuestro caso se utilizar f = 0.5 de

La tabla 3.3.3.

Vsup.prom. : Velocidad Superficial Promedio (m/s).

4.2.4.-CLCULO DEL REA DE SECCIN TRANSVERSAL DE LA CORRIENTE, ARROYO O

CANAL.

Una vez obtenida la Velocidad Media Promedio del agua de un arroyo o ro se procede a

calcular el rea total de la seccin transversal de este ro.

Para esto, se mide la profundidad en varios puntos a lo ancho del arroyo, ro o canal;

asignando un valor Ho = 0 como altura inicial y Hn = 0 como altura final tal como se puede

apreciar en la figura siguiente:

FIGURA 1.- Clculo de la seccin transversal promedio.

Para medir las profundidades y ancho del ro o arroyo se puede utilizar una regla graduada en

cm, una cinta graduada en cm.


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Una vez que se tiene las profundidades Hi y las longitudes Li se puede obtener el rea de la

seccin transversal utilizando la siguiente formula:

Dnde:

AT : rea total de la seccin transversal del ro (m).

Li : Longitudes de ancho, para i = 1,2,3,.......n (m).

Hi : Alturas del punto, para i = 1,2,3, .......n (m).

4.3.-CLCULO DEL CAUDAL

Para obtener el Caudal se usa la siguiente frmula matemtica:

Q = AT * Vmed.prom. (m3 / s)

Este Caudal obtenido ser el Caudal de diseo de las Obras Civiles de la MCH de totorani

4.3.1.-AFORO DEL RO TOTORANI

La figura 2. Muestra el ro totorani, en este ro se han realizado los aforos correspondientes

mediante el mtodo del flotador.

Las dimensiones consideradas para el aforo del mes de (diciembre) son de 2.90, 4.0, 3.0, 2.65,

1.70 m. de ancho por 4.10 m de largo donde se han tomado 5 puntos a lo ancho del ro y sus

correspondientes alturas.

).........(*2

.......................*2

*2

212

211

1 mLHH

LHH

LHH

A nnnO

T


15

Las medidas estn en centmetros


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4.3.2.-RESUMEN DE DATOS OBTENIDOS DE AFORO DEL TOTORANI

TABLA N2

N

Tiempo de recorrido de:4.10 m de

largo(segundos)

Velocidad calculada

t1 22.00 0.1863

t2 22.60 0.1814

t3 28.00 0.1464

t4 24.00 0.1708

t5 22.48 0.1823

t6 22.94 0.1787

t7 22.44 0.1827

t8 21.00 0.1952

t9 21.44 0.1934

t10 21.19 0.1934

PROMEDIO 22.81 0.1811

TABLA N3

SECCION 1

N DISTANCIA(m) PROFUNDIDAD(m) AREA( m2)

01 0.1 0.09 0.0045

02 0.3 0.12 0.021

03 0.6 0.18 0.045

04 0.9 0.14 0.048


17

05 1.2 0.113 0.03795

06 1.4 0.195 0.0308

07 1.9 0.125 0.08

08 2.0 0.135 0.013

09 2.5 0.16 0.07375

10 2.8 0.11 0.0405

11 2.9 0.115 0.01125

SECCION 2


01 0.0 0.115 0.0

02 0.5 0.08 0.04875

03 1.1 0.25 0.099

04 1.5 0.15 0.08

05 1.95 0.165 0.07087

06 2.5 0.115 0.77

07 3.0 0.09 0.05125

08 3.5 0.075 0.04125

09 4.0 0.07 0.3625

SECCION 3


01 0.0 0.095 0.0

02 1.0 0.175 0.135

03 1.5 0.13 0.07625

04 2.0 0.14 0.0675

05 2.5 0.11 0.625

06 3.0 0.01 0.03

SECCION 4


18

TABLA N 4

N rea(m2)

Seccin 1 0.40575

Seccin 2 0.504375

Seccin 3 0.37125

Seccin 4 0.239225

Seccin 5 0.365975

Promedio: rea total 0.377315

Calculando la velocidad superficial promedio del agua

Como el canal principal es de concreto Asignamos el factor de correccin que para nuestro caso

es:

f = 0.8

Vmed.prom. = f * Vsup.prom. (m/s)


01 0.0 0.05 0.0

02 0.5 0.085 0.03375

03 1.0 0.158 0.6075

04 1.5 0.135 0.07325

05 2.0 0.046 0.04525

06 2.5 0.043 0.02225

07 2.65 0.01 0.003975

SECCION 5


01 0.0 0.06 0.0

02 0.5 0.097 0.0395

03 1.0 0.089 0.0465

04 1.5 0.045 0.0335

05 1.7 0.03 0.0075


19

Vmed.prom. = 0.8 * 0.1811m/s.

Vmed.prom. = 0.1448 m/s.

CLCULO DEL CAUDAL (Q)

Aplicando la frmula siguiente se tiene:

Q = AT * Vmed.Prom. (m3/s)

Q = 0.377315*0.1448 m3/s.

Q= 0.0546 m3/s. (es el caudal de mes de diciembre)

4.3.3.-CALCULO DE SALTO

LA MEDICIN DEL SALTO BRUTO TOTAL (HbT). (Utilizando instrumento de medicin wincha)

El mtodo utilizado para estimar el salto neto, fue mediante una vincha, en la parte ms

Alta de la cada del agua, el GPS marco 3948 msnm y de ah se midi con la wincha con un

pequeo peso descendiendo hasta la parte inferior en la cual se obtuvo una medicin de 39 m

ltimo vendra a ser el salto neto.

4.3.4.-CLCULO DE LA POTENCIA PARA EL DISEO DE LAS OBRAS CIVILES

Finalmente se puede calcular la Potencia que tendr la MCH de la Localidad de totorani con la

frmula planteado anteriormente:

PMCH = 6*Q*Hn (Kw).

Para:

Q = 0.04587 m3/s.

Hn = 39 m.

PMCH = 6*0.04587 *39 (Kw)

PMCH = 10.7335 (Kw)

4.3.5.-CALCULO DEL CAUDAL DE DISEO


20

El presente proyecto tiene como finalidad de dotar de conocimientos al estudiante para poder

desenvolverse, y tener la idea de lo que constituye una construccin de una mini central

hidroelctrica.

En este sentido los valores de la curva de caudales (hidrograma) fueron asumidos por el autor de

este proyecto, segn el comportamiento de la zona.

El diseo de la microcentral hidroelectrica ser con un reservorio, normalmente se construye una

represa, usando un caudal promedio equivalente al 50 %, pero en este caso la zona no permite la

construccin de una represa. Por lo que se opt por la construccin de un reservorio con una

capacidad de almacenaje de 300 mil m3 usando un caudal con una frecuencia del 75 %.


21

Segn la figura 4.3 el caudal de diseo con una frecuencia del 75 % para una toma directa sin Presa seria:

Q=0.3

En la figura 4.4 se puede observar que, tomado como caudal de diseo 0.43 dejaramos una gran parte de ao sin agua al cauce del rio por lo cual se opt por usar el caudal con una frecuencia del 75 %, y optando por la construccin de un reservorio, con una capacidad de 300 mil m3.


22

V. OBRAS CIVILES

5.1.-PARAMETROS DE DISEO

La altura neta es el resultado de restar a la altura bruta las prdidas de carga o friccin debidas al

rozamiento del agua, con las paredes de la tubera de presin y accesorios necesarios instalados

para el control del agua.

5.2.-DISEO DE LA PRESA

geologa del rio :afloramiento rocoso

caudal del rio:

caudal mximo(avenida)= 0.5133 m3 / s

caudal minimo(estiaje)=0.0546 m3 / s

pendiente local del rio 1.5 %

ancho local del rio: 10m

caudal de diseo(a captar):Q=0.30 m3 / s

5.3.-DISEO DEL AZUD

H=0.50m

b=10m


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CALCULO DE LA ALTURA DE CARGA (h)

Emplearemos la siguiente formula:

[

(

)

]

Dnde:

Q=caudal mximo del rio=0.5133 m3 / s

u=coeficiente del vertedero segn la frmula de la cresta para el caso u=0.75

h=altura de carga hidrulica o tirante de la cresta del vertedero (en metros).

V=velocidad de acercamiento del rio en (en este caso: 2m/s)

b=ancho del rio (10m)

Reemplazando valores:

[

(

)

]

Dnde: h= 0.095m

5.3.1.-Calculo de la velocidad del agua sobre la cresta del azud

Conocemos

Q=0.5133 m3 / s

A=0.095*10=0.95


24

Luego:

5.3.2.-Calculo de la carga energtica y clculo de las coordenadas de azud

la carga energtica sobre el vertedero viene a ser la suma del tirante de agua ms altura

alcanzada por la velocidad d paso del agua.

Con este valor calculamos las coordenadas del azud multiplicando las coordenadas de perfil

Creager por 0.11

X Y

0.0000 0.0150

0.0110 0.0040

0.0330 0.0000

0.0440 0.0008

0.0660 0.0007

0.0880 0.0123

0.1100 0.0283

0.1540 0.0622

0.2200 0.1342

0.2750 0.2156

0.3300 0.2750


25

5.4.-Diseo del resalto o colchn amortiguador

Formula aproximada

Q= caudal de agua del azud por metro lineal = m3 / s/m

= profundidad aguas abajo

=profundidad o espesor de la lmina vertiente al pie del azud

Para este clculo efectuamos tanteos suponiendo un aproximado; en este caso suponemos

La velocidad de cada ser:

La altura total del agua He sobre el lecho del rio aguas arriba es igual a he+0.50, o de la energa

arriba es de:


26

Por lo tanto, la profundidad de la cuenca o colchn ser :

La profundidad de aguas abajo ser:

5.5.-Calculo de la longitud de la cuenca

5.6.-DIMENSIONAMIENTO DE CANAL

Diseo del canal y vertedero lateral

El diseo del canal se har para un caudal de 0.3 , bajo el criterio de una seccin de mxima

eficiencia hidrulica (M.E.H) la mejor seccin es un semicrculo, pero implica un costo de

construccin mayor que las secciones trapezoidales de M.E.H, con el talud ms eficiente, se

cumple que: Z =

Elementos de la seccin de un canal trapezoidal.


27

De la fig. Tenemos elementos geomtricos de la seccin transversal de un canal

Dnde:

Y= tirante de agua, altura que el agua adquiere en la seccin 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 inclinacin de las paredes laterales con la horizontal

Z:1= talud, horizontal: vertical

A= (b+zy) y, rea hidrulica

P= b+2Y*

El bureau of reclamention, recomienda elegir el tirante de canales revestidos en funcin del

caudal, para lo cual presenta el nomograma que se muestra en la fig.

Fig. Ancho de las soleras y tirantes recomendados para canales revestidos.

Para: Q= 0.3 , segn el nomograma el tirante es Y=0.5m, con Z=


28

a). SECCIN DE MXIMA EFICIENCIA HIDRULICA.

b= 2Y

b= 2(0.5) (

)

b= 0.58m

b). rea hidrulica (A).

A= (b +ZY) Y

A= (0.58+

(0.5)(0.5)

A=0.43

c). velocidad media (V).

Q=V*A

V=

La tabla te proporciona el rango de velocidades mximas recomendadas, en funcin de las

caractersticas del material en el cual estn alojados.

tabla 13

velocidades mximas recomendadas en funcin de las caractersticas de los suelos

caractersticas de los suelos velocidades mximas (m/s)

canales en tierra franca 0.6

canales en tierra arcillosa 0.9

canales revestidos con piedra y mescla simple 1

canales con mampostera 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


29

Se utilizara canal revestido con concreto cuya velocidad mxima es 3m/s, lo que nuestra velocidad

est dentro del rango recomendado.

d). pendiente del canal (s).

Utilizando la frmula de Manning:

Q=

(

Dnde:

Q= caudal

n= coeficiente de rugosidad

A= rea hidrulica

R= radio hidrulico, m

S= pendiente del canal, m

Para hallar el valor de n, usamos:

tabla 14

Valores de (n) dados por horton para ser usados en las frmulas de kutter y de mannig.

Superficie condiciones de las paredes

perfectas buenas medianas malas

tubera forjado negro comercial 0.012 0.013 0.014 0.015

tubera fierro forjado galvanizado comercial 0.013 0.014 0.025 0.017

tubera de latn o vidrio 0.009 0.01 0.011 0.013

tubera 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 mampostera con cemento 0.017 0.02 0.025 0.03

acueducto semicircular metlicos, lisos 0.011 0.012 0.013 0.015

acueducto semicircular metlicos, corrugados 0.0225 0.025 0.0275 0.03

Valores de uso comn en proyectos.

n= 0.014

Radio hidrulico:


30

R=

R= (

)

=0.25m

Ahora despejado ( :

S=

Dnde:

Q= 0.3

n= 0.014

R= 0.25m

A= 0.43

S=

= 6.05* = 0.000605 m/m

e). bordo libre (B.L).- en la determinacin de la seccin 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 bordos, como margen de seguridad.

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

B.L=

f). profundidad total (H):

H= Y+B.L

H=0.5+0.1=0.6m

g). espejo de agua (T).

T= b+2(Z)(Y)

T= 0.58+2(

)

h). ancho de corona (C): el ancho de corona, de los bordos de los canales en su parte superior,

depende esencialmente del servicio que estos habrn de prestar.


31

En canales ms pequeos, el ancho superior de la corona puede disearse aproximadamente igual

al tirante del canal.

C= 0.5m

Cuyo resultado del diseo es:

f). hallando el tipo de flujo y el parmetro que se utiliza para su clasificacin en el nmero de

froude.

F=

Dnde:

F= nmero de Froude

V=velocidad media, en m/s

A= rea hidrulica en m2

T= espejo de agua, en m

F=

Si: F 1 entonces flujo subcritico.


32

5.7.-CALCULO DEL DIAMETRO INTERIOR DE LA TUBERIA DE PRESION

Para la optimizacin, bajo mnimo costo del dimetro del dimetro de acuerdo a la funcin del

caudal es:

=

dnde:

Q = 0.3 /s. caudal de diseo

: Dimetro interior.

Entonces: =

= 0.2815m = 28.15cm = 11.086 in como el dimetro calculado no es

comercial seleccionamos un dimetro de tubera de 12 in. De acuerdo a la siguiente tabla


33

Para una tubera de acero al carbono de un dimetro n0minal de 12in, se obtendr los siguientes

datos de la tabla anterior.


34

Caractersticas de tubera de acero al carbono

Dimetro

exterior

(mm)

Dimetro interior

(mm)

Espesor(mm) Peso del tubo

(Kg/m)

323.85 318.69 5.16 40.55

DETERMINACIN DE LA VELOCIDAD:

Se determinara la velocidad del agua en la tubera mediante la ecuacin de continuidad.

Q = VA

Donde rea de la tubera de seccin transversal es: A=

Entonces despejando la velocidad V =

Dnde:

Q =0.3 /s caudal de diseo

Di=dimetro interior de tubera (m)

V=velocidad de circulacin del agua (m/s)

Entonces V =

= 3.760 m/s.

DETERMINACIN DE LA RUGOSIDAD RELATIVA (S).

Para determinar la rugosidad relativa (s) es: S=

Dnde:

S= rugosidad relativa

= rugosidad absoluta del material (mm)

De acuerdo a la siguiente tabla se determina la rugosidad absoluta. Para tubera acero al carbn es

= 0.045 mm


35

valores de rugosidad equivalente para tuberas comerciales nuevas

Materiales Rugosidad

vidrio plstico 0(liso)

Concreto 0.9

tubera de cobre o latn 0.0015

hierro fundido 0.26

hierro forjado 0.046

acero inoxidable 0.002

acero comercial 0.045

Entonces: S=

Determinacin del nmero de Reynolds, el nmero de Reynolds es un parmetro interno en una

tubera circular como:

Dnde: = nmero de Reynolds

=viscosidad cinemtica del agua (

V= velocidad (m/s)

La viscosidad cinemtica del agua para una temperatura de 10c se detalla en la siguiente tabla:

propiedades del agua

temperatura (C)

peso especfico (KN/m3)

densidad (Kg/m3)

viscosidad dinmica (N-S/m2)

viscosidad cinemtica (m2/S)

0 9.8 1000 1.75* 1.75*

5 9.8 1000 1.52* 1.52*

10 9.8 1000 1.308* 1.308*

15 9.8 1000 1.15* 1.15*

9.8 1000

Reemplazando a la frmula:

=

= 0.916*

Determinacin del factor de friccin (f):


36

Se determinara con la frmula de Miller:

f=

(

)

Tal que:

5000

Entonces aplicando:

f=

(

)

= 0.023

Determinacin de las perdidas primarias ( .

Las prdidas primarias son las prdidas de superficie en el contacto del fluido con la tubera,

generalmente para tramos de tubera de seccin cte. y flujo uniforme, utilizaremos la frmula de

DARCY- WEISBACH.

;

Dnde:

= perdidas primarias (m)

L= 50 m, longitud de la tubera de presin

G= 9.8 m/ ; aceleracin de la gravedad

Ahora reemplazamos en la frmula:

. Determinacin de prdidas primarias, secundarias. ( .

Las prdidas secundarias son las prdidas de forma, que tienen lugar en las transiciones, como se

puede ver en estrechamiento o expansiones de la corriente, codos, vlvulas y en toda clase de

accesorios de tuberas.

Las perdidas secundarias se determinan por la frmula:


37

Dnde:

= perdidas secundarias (m)

K= factor asociado a cada accesorio a utilizar

En este proyecto se utilizara los siguientes accesorios

conexin de la tubera de presin con la cmara de carga de K1

en la vlvula K2

acoplamientos de la tubera de presin K3

reduccin de tubera K4

en la rejilla K5

Perdidas de accesorios:

. Perdidas por conexin, cmara de carga con tubera de presin:

a) ingreso a tubera de presin:

Dnde: K1=0.04

b). perdidas en la vlvula de compuerta, donde: K2=0.1

c). perdidas por acoplamientos de la tubera de presin: donde: K3=0.04

d). perdidas en la reduccin es de: 0.3493

Relacin de presiones, a=


38

Perdidas de energa en una contraccin brusca

Dnde: K4= 0.15

e). perdidas en la rejilla.

Perdidas en la rejilla por friccin, donde: Ks=1.8

Aplicando la frmula de prdidas secundarias:

= (0.04+0.1+0.04+0.015+1.8)

Una vez determinado los valores de la altura bruta, perdidas primarias y secundarias encontramos

la altura neta mediante la ecuacin:

Reemplazando: 39.5-2.6-1.44

35.46m

Conociendo la altura neta determinamos la potencia hidrulica la cual se calcula con la formula.

Para determinar la potencia a generar en el sistema utilizamos la formula.


39

P=

Dnde:

= rendimiento de la turbina

= rendimiento del generador

= rendimiento de la transmisin

De la tabla mostrada se elige la eficiencia del grupo de generacin:

eficiencia del grupo de generacin ( )

tipo de turbina rendimiento

PELTON 65%

P= 0.65 (104.2524)

P=67.764KW

Se obtuvo la potencia que no es favorable con el dimetro optimizado 0.31869m en ese entonces

se realizara un nuevo clculo con un mayor dimetro de tubera comercial de un dimetro de

0.45720m

Caractersticas de tubera de acero al carbono

Dimetro

exterior

(mm)

Dimetro interior

(mm)

Espesor(mm) Peso del tubo

(Kg/m)

457.20 468.85 6.35 70.60

Calculo de perdidas primarias, secundarias y potencia generada.

La velocidad es: V=

La rugosidad es: S=


40

El nmero de Reynolds es:

La friccin es: f=

(

)

=

(

)

= 0.014

La prdida primaria es:

La prdida secundaria es:

Con: ,

(Se detall los accesorios anteriormente).

La altura neta es:

= 39.5-0.18-0.33=38.99m

La potencia a generar es:

P= (Kw)

P= 0.65 (9.8) (0.3) (38.99)=74.50Kw

Esta potencia si satisfice a la demanda de la poblacin.

5.8.-DISEO DEL BOCATOMA

(avenidas) 2.00

Pendiente local del rio 1.00%

Ancho local del rio 9 m

Caudal de diseo(a captar)Q

TOMA DE AGUA

Es captada por la toma de agua arriba del azud en el muro que separa el desripiador del rio a una

distancia suficiente que permita durante la construccin de la ubicacin de la atagua, y aguas

abajo se prolonga hasta conectarse con la compuerta de purga.

Entonces el caudal que pasara por el vertedero sumergido se determinara la siguiente ecuacin.

/s)

Donde:

S: es el coeficiente de correccin de sumersin


41

M: es un coeficiente

L: es el ancho del vertedero (longitud de cresta)

H: es la carga sobre la cresta

Calculo de s por bazin

( (

))

Calculo de M por conovalov esta dado por

(

) (

)

Dnde:

Z: es la diferencia de elevacin de la superficie de agua arriba y debajo de la cresta.

es la elevacin de agua

es la elevacin de la cresta sobre el fondo, aguas abajo.

Para el dimensionamiento de toma de aguas se elegir los siguientes datos:

Altura sobre el umbral 0.8m

Altura de agua H 0.3m

Desnivel entre las superficies de agua Z 0.1m

Altura del desripiador 1.2m

Ancho de los barrotes 0.1m

Velocidad de entrada a los barrotes 0.8m/s

Separacin entre barrotes 0.2m

Altura de la ventana de toma de agua 1.0m

Calculo de la elevacin del agua bajo el vertedero sobre la cresta es:

La altura del agua en el desripiador es:

=1.4m

el valor de s

( (

))

=0.752

Luego calculando M

(

) (

) =2.026

El ancho de la toma de agua es:

Tomando el coeficiente adicional por perdida en los abarrotes es igual a 0.9

0.3=0.9*0.752*2.026*L*


42

L = 1.33m

Determinando el nmero de espacios:

El nmero de barrotes es:

N=n-1=6 barrotes

El ancho total de la reja de la toma de agua es igual a:

Se toma como velocidad media anual, la velocidad calculado en el aforo con este

valor se determinara el ngulo:

Es decir que la toma de agua debe tener un ngulo de 4.7 con la direccin del rio.

La altura del azud ser igual:

1.1m

5.9.-DISEO DEL DESRIPIADOR

Segn el dimensionamiento se elegir los siguientes datos:

m

H = 0.2m

Z = 0.1m

El caudal que se debe verter a travs del rebosadero ubicado en el desripiador, debe tener un

ancho igual a:

Segn bazin s es igual:;

( (

))

S =0.85

Segn konovalov, M es igual:

(

) (

)

M = 2.88


43

=1.37m

La longitud del desripiador es aproximadamente igual a la longitud de una transicin y equivale a:

Ld = ((L b2)/2)tag(11,55) = 0,29m

5.10.-CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO DEL DESARENADOR QUE SE UBICARA EN LA CASCADA DE

TOTORANI

ALCANCE:

Los resultados presentados estn dirigidos al dimensionamiento de un DESARENADOR

RECTANGULAR

CALCULOS NUMERICOS EN EL DIMENSIONAMIENTOC DEL DIAMETRO DE LA PARTICULA A

ELIMINARSE

El dimetro de las partculas solidas que deben ser eliminadas en el desordenador estn en

funcin del salto de agua disponible.

Es necesario tener en cuenta la composicin mineralgica de algunos solidos de menor dimetro

que no son retenidos en el desarenador , pues al ingresar a las tuberas de presin y golpear

posteriormente las partes de las turbinas pueden producir una abracin rpida de estas.

Si se dispone de un caudal, una altura de cada, en la turbina el desgaste por los slidos para cada

altura de cada ser uniforme, entonces: se cumple

Por otro lado sabemos:

Combinando estas ecuaciones llegamos a la siguiente conclusin:


44

Dnde:

H: altura de la cada en m.

d: dimetro de la partcula a eliminarse en mm.

Hallando para una altura de 100m se tolerara un grano de 0.1 mm. De dimetro, entonces

reemplazando se tendr.

C=1.

Entonces por formula se tiene el dimetro de la partcula.

Para una altura de 42m. el dimetro de granos a eliminarse segn la formula .

NOTA: el valor de la constante c es muy variable segn la composicin mineralgica de las arenas,

tomndose:

C=5 para sedimentos comunes.

5 en presencia de cuarzos abundantes u otro material altamente abrasivo.

CALCULOS NUMERICOS EN EL DIMENSIONAMIENTOC DE UN DESARENADOR.

DATOS:

a.- se conoce el material de la zona en donde se ubicara el desarenador.

b.- la profundidad h o calado probable del tanque escogido entre (1.5-4)m

con h=4m determinamos el dimetro de la particula a eliminarse.

1.-VELOCIDAD DE FLUJO EN EL TANQUE:

a) SE puede seleccionar en el rango de (0.2-0.6)m/seg. Arbitrariamente

b) utilizando la frmula de CAMP.


45

Dnde :

a-. Coeficiente en f(d) de la siguiente tabla:

d(mm) dimetro de la particula a eliminarse

a-. coeficiente

0.1 51

0.1-1 44

1 36

TABLA N1 se tiene a=44

Entonces: V=17.60cm/seg.

Redondeando V=18cm/seg.

2.- DETERMINAMOS LA VELOCIDAD DE SEDIMENTACIN w

a) con la frmula de HAZZEN (partculas mayores a 0.1 mm)

DATOS:

R=2.43gr/cm3 (peso especfico de la arena a eliminarse)

R=1.03gr/cm3 (peso especfico del agua turbia)

n=40000*E-6 (kgr-seg)/m2 (viscosidad dinmica)

d=0.16 mm

remplazando datos:

w=0.0304m/seg=3.04cm/seg.

3.-DETERMINACION DE LA LONGITUD DEL DESARENADOR:

Asumiendo un calado en el tanque en el rango de (1.5-4.0) de la tabla numero 2

Velocidad horizontales de agua (v) Profundidad minima (h)

(0.2 - 0.6)m/seg (1.5 - 4.00)mts

TABLA NUMERO 2


46

asumimos un calado h=1.5 mts y teniendo la formula determinamos la longitud del

desarenador

Donde:

=8.8mts=9mts

4.-CALCULO DEL ANCHO b DEL DESARENADOR:

5.-CALCULO DEL TIEMPO DE SEDIMENTACION: t

6.-CALCULO DEL VOLUMEN DE AGUA QUE ES CONDUCIDO EN ESE TIEMPO V1:

7.-CALCULO DE LA CAPACIDAD DEL TANQUE: V2

V2=h*b*L

V2=1.5*1.11*8.8= 14.652m3

De acuerdo con la teora se cumple que el V1=V2.


47

VI. CLCULOS ELECTROMECANICOS

6.1.-SELECCIN Y DIMENSIONAMIENTO DE TURBINA:

Una de los principales criterios de seleccin de turbina a utilizar es la velocidad especfica

(Ns), cuyo valor exacto se obtiene a partir de la ecuacin de:

Dnde:

Numero especifico de revoluciones, rpm

N= velocidad de rotacin de la turbina, rpm

P= potencia al eje de la turbina, Hp

H= salto neto, m

Datos:

Figura: para la seleccin de turbinas


48

Analizamos la posibilidad de elegir entre una turbina michell - bankin, una pelton y una

turbo. Lo cual asumimos eficiencias totales promedio para cada tipo de turbina:

Pelton = 0.65

De lo anterior elegimos la turbine pelton ya que nos proporciona mayor eficiencia

CALCULO DE POTENCIA EN HP:

P= (39)(0.3)(9.8)*0.65 Kw


49

P= 74.5Kw= 99.83Hp

TOMANDO N=200 rpm entonces Ns=20.6

En el grafico se observa una turbina pelton de 1 chorro.

CALCULO DEL DIAMETRO DE PASO O DIAMETRO PELTON:

El dimetro pelton corresponde a la circunferencia media de las cucharas tangente a la

lnea media del chorro, y se lo determina: con la formula.

CALCULO DEL DIMETRO DEL CHORRO:

d=

Dnde:

C1=Velocidad del chorro


50

Z=1(numero de chorro)

Entonces:

d=

DIMENSIONAMIENTOS DE LAS CUCHARAS O ALABES:

Las dimensiones de las cucharas o alabes de las turbinas pelton, son proporcionales al

dimetro del chorro y estos alabes se conforman de dos semielipsoides que forman una

arista o nervio que divide el chorro de agua en dos partes.

Esta geometra se puede observar en la fig. N en la cual se indica tambin las

dimensiones, que se determinen con la ayuda de la tabla N .

fig. Geometra de la cuchara pelton

tabla N 19

dimensiones de la cuchara pelton en funcin del dimetro del chorro

B L D F M E 1 2 l 3 4 J

2.5d 2.5d 0.85d 0.8d 1.0d 0.3d 10 4 1.6d 2 0 0.1d

a a a a a a a a a a a a

4.0d 3.5d 1.3d 1.1d 1.2d 0.6d 30 20 1.7d 5 20 0.2d


51

Dnde:

B= ancho de la cuchara

L= logitud de las cucharas

D= profundidad de las cucharas

F= longitud de la cuchara desde el corte hasta el centro del chorro.

M= ancho del corte de la cuchara

e= longitud radial del corte de la cuchara

= ngulo de salida del agua de la cuchara

= ngulo de entrada del agua a la cuchara

l= longitud de la cuchara en la mitad de la misma

= ngulo formado por las medias cucharas

= ngulo en la punta de la cuchara

J= espesor de las cucharas

De acuerdo con el dimetro del chorro o seccin de la salida del inyector, que es de

13.23cm=132.3mm, las siguientes dimensiones de la cuchara.

tabla N20

Dimensiones reales de la cuchara de la turbina pelton de acuerdo al rango establecido de la tabla.

B (mm)

L (mm) D (mm)

F (mm)

M (mm)

E (mm)

B1 B2 l (mm) B3

B4 J (mm)

330.75

330.75

112.46

105.84

132.3 39.69

10 4 211.68

2 0 13.23

a A a a a a a a a a a a

529.2 463.05

171.99

145.53

158.76

79.38

30 20

224.91

5 20

26.46

NMERO DE CUCHARAS:


52

Z=

Z=

Z=

Z=20

DE OTRA FORMA TAMBIEN:

El nmero de cucharas lo podemos encontrar directamente de la tabla N21 con y la

formula:

tabal N 21

nmero mnimo y mximo de cucharas pelton

D/d Ku numero de cucharas

Zmin Zmax

15 0.71 21 27

14 0.469 21 26

13 0.466 20 25

12 0.463 20 24

11 0.46 19 24

10 0.456 18 23

9 0.451 18 22

8 0.445 17 22

7.5 0.441 17 21

Dnde:

D= 0.608m Dimetro pelton

d= 0.12m, dimetro del inyector

Ku= 0.446

Observando en la tabla tenemos un Zmin de 18 y un Zmax de 23 cucharas, entonces la

turbina pelton en eleccin debe estar en el rango [18 22 ] cucharas.


53

6.2.-INYECTOR:

Un inyector consta por lo general de un codo de seccin circular progresivamente

decreciente, de una tobera de seccin circular provista de una aguja de regulacin que se

mueve axialmente, variando a si la seccin de flujo orientado en forma tangencial al

rodete.

En las turbinas pequeas que se utilizan en micro centrales se puede prescindir de la aguja

y operar con una o ms toberas, con caudal constante.

Fig. Inyector de la turbina pelton

En la fig, se muestra un inyector, donde se observa la forma de la tobera y de la aguja de

cierre, la posicin de la aguja determina el grado de apertura de la tobera y en

consecuencia el

Caudal. El movimiento de la aguja se realiza por un servomotor o manualmente. El

dimetro del tubo de inyeccin se calcula con la formula.

Dnde:

= diametro del inyector (m)

= velocidad del agua en el inyector (m/s)

Q= caudal (m3/s)

Donde se calcula con la formula. = 0.1


54

= 0.1 = 2.76m/s

= 0.37m

6.3.-DISEO DEL SISTEMA DE TRANSMISION

Los elementos mecnicos que conforman un sistema de transmisin se puede aprecias en

la siguiente fig.

Fig. Elementos del sistema de transmisin

Para nuestro caso la turbina impulsara un generador elctrico el cual gira a una velocidad

de 1800rpm y el sistema de transmisin ser por bandas trapezoidales, para lo cual

seleccionamos el sistema de bandas:

Los datos necesarios para el clculo de las bandas son:

P= (38.99)(0.30)(9.8)(0.9)= 103.17Kw

N1= 200 rev/ min de la polea mayor (polea de la turbina)

N2= 900 rev/min de la polea menor (polea del generador)

7.2.2. Relacin de transmisin (i).


55

La relacin de transmisin (i) se determina con la formula

i=

i= 900/200= 4.5

Potencia corregida (Pc):

La potencia transmisible por correa, est calculada bajo la hiptesis de carga constante,

por lo cual la potencia se calcula con la formula.

Pc=P*C

Dnde:

Pc= potencia corregida, Hp

P= potencia a transmitir (HP)

C= factor de potencia, segn las condiciones de trabajo.

El coeficiente (C) para las condiciones de trabajo de nuestro sistema lo determinamos en

la Tabla N 22

Tabla N 22 valore (C) de correccin de potencia segn las condiciones de trabajo y

carga.

tipo de servicio

condiciones de trabajo motor elctrico

motor de explosin

n. oil>4 n.oil


56

Pesado puntas de carga o puesta es marcha 250% del trabajo a plena carga, servicio continuo 16-24H/dia

1.4 1.5 1.6

muy pesado

puntas de carga > 250 % del trabajo a plena carga - funcionamiento continuo

1.6 1.8 2

Lo cual elegimos C=1.6

103.17 (1.6)= 165.075Kw=221.28HP

Seccin de la banda

Se determina mediante la siguiente fig. en funcin de la potencia a transmitir corregida y

el nmero de revoluciones por minuto de la polea menor.

Fig. Curva para la eleccin de la seccin de la correa

Como la polea menor (generador) girara a 900rpm. Y la potencia corregida es 221.28Hp, la

seccin recomendada es de D, como se puede ver en la fig. Anterior.

Eleccin de los dimetros primitivos: d2 y D1 de las poleas al disponer de la polea motriz

(turbina), con un dimetro primitivo de 80 cm se calcula el dimetro de la polea

conducida, (generador) mediante la forma.

i=

=4.5


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d2= 0.16m

. Distancia entre ejes:

Cuando no est previamente establecida, por exigencia de la instalacin, se puede

determinar con el siguiente criterio.

Para i entonces I ; donde: I= distancia entre esjes

Con i= 5, en consecuencia optamos por una distancia entre ejes de:

I= 900mm

. Longitud primitiva de la banda.

Se calculara con la siguiente formula:

L= 2I+1.57(D1+d2) +

(mm)

L= 2*900+1.57(700+160) +

= 3231.2mm

6.4.- GENERADOR ELECTRICO.

6.4.1.- Generador sncrono.

El generador sncrono est compuesto principalmente de una parte mvil o rotor y una

parte fija o estator.

El rotor gira recibiendo un empuje externo desde (normalmente) una turbina, en donde

este rotor tiene acoplada una fuente de corriente continua, de excitacin independiente

variable que genera un flujo constante, pero que al estar acoplado al rotor, crea un campo

magntico giratorio, que genera un sistema trifsico de fuerzas electromotrices en los

devanados estatoricos, donde se puede apreciar la estructura del generador sncrono en

la siguiente fig.


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Fig estructura de una maquina sncrona

6.4.2 Velocidad sncrona.

Las maquinas sncronas son por definicin sincrnicas, lo cual significa que la frecuencia

elctrica producida est relacionada con la velocidad angular mecnica del rotor, la

velocidad sncrona esta dad por la formula.

Dnde:

Velocidad sncrona (rpm), con 900 rpm

f= 60HZ

P= nmero de polos

Lo cual para nuestro sistema se dispone de un generador sncrono con los siguientes datos de

placa detallados en la tabla 23.


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tabla N23

datos de placa del generador sncrono

corriente (A) voltaje (V) # de polos (P)

frecuencia potencia aparente (KVA)

velocidad (rpm)

14 220 8 60Hz 150.0146 900

6.4.3.- ELEMENTOS DE CONTROL Y DE PROTECCIN DEL SISTEMA DE GENERACIN

a).-Tablero o panel de control.

Los tableros de control son las cajas metlicas que contienen los instrumentos de medicin y en su

interior a los elementos de control, proteccin y el cableado de interconexin para asi evitar el

contacto de las personas, con las partes con tensin e impedir el ingreso de polvo, humedad y

cuerpos extraos impidiendo el normal funcionamiento del sistema.

Fig. Esquema bsico del tablero de control

b).- Interruptor termo magntico ( breaker).

El interruptor termo magntico, es un elemento de proteccin, el cual debe ser dimensionado

para operar en caso de corto circuito o sobre carga, para nuestro caso se utiliza un breaker de 30A.

c).- Vatmetro, voltmetro, ampermetro.

Le vatmetro es un instrumento que permite medir la potencia elctrica, el voltmetro permite

medir la tensin, el ampermetro permite medir la corriente que circula.

d).- Puesta a tierra.


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Los tableros de control, generador y todo dispositivo con cubierta metlica conductora, que

guarde elementos bajo tensin, deben ponerse a tierra mediante la conexin de un borne

montado sobre la parte metlica y un cable desnudo.

e).- Transformador.

Los transformadores son dispositivos basados en fenmeno de la induccin electromagntica y

estn constituidos, en su forma ms simple, por dos bobinas devanadas sobre un ncleo cerrado

de hierro dulce o hierro silicio las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios

segn correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestin, respectivamente.

Fig. Esquema elctrico generador monofsico

6.5.- LNEA DE TRANSMISIN ELCTRICA.

La energa generada deber transmitirse mediante una red de baja, media o alta tensin,

dependiendo de la distancia entre la casa de mquinas y centro de consumo, ser necesario

tender redes de transmisin al voltaje apropiado para generar las menores perdidas. Como todo

sistema de distribucin rural deber ser diseado el sistema totalmente en baja tensin, y

equiparse con los correspondientes elementos de maniobra, de puesta a tierra y de proteccin, en

donde el diseo elctrico permite definir el tipo de proteccin, en donde el diseo elctrico

permite definir las dimensiones del conductor.


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Como ya se mencion anteriormente los datos de placa del generador, voltaje de 220v y una

corriente de 14 A, procedemos a realizar el clculo respectivo para la seleccin del conductor

adecuado.

Tabla N 24 Cables de cobre tipos TF y TW 600V y 60C (cablec)

Con la corriente se salida del generador seleccionamos un cable de cobre tipo TW nmero

14AWG. El mismo que tiene una capacidad mxima de conduccin de 20 A, para conductores

tuberas y 25 A puro conductores al aire libre, con una seccin de 2.08mm2.

Para comprobar que el cable seleccionado es el adecuado para nuestro sistema el siguiente clculo

de comparacin:

Dnde:

Potencia a generar: P= 145.04 KW

Factor de potencia (cos = 0.8, asumido


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Resistividad del cobre ( = 0.017 ohmios mm2/m

Seccin del conductor A= 2.08 mm2

Longitud desde la casa de mquinas hasta la carga L= 10Km

Con estos datos calculamos la resistencia (R) por la frmula:

Una vez determinada la resistencia del cobre calculamos las prdidas que se producen en la lnea

con la formula.

P=

Dnde:

P= perdidas en la lnea (W)

I= 14 A, corriente tomada a la salida del generador

81.73 ohm, resistencia del conductor

P=

Calculamos tambin el porcentaje de cada de tensin con la siguiente formula:

Dnde:

V%= cada de tensin

V= 220V voltaje del generador

V%=

= 520.1


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proyecto totorani henry

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