En base a estudios previos, realizados en la zona, se llegó a la conclusión que se puede generar alrededor de 160 KW, los cuales son suficientes para satisfacer las necesida des de las comunidades aledañas y que competen a la Fundación y de los proyectos de turismo ecológico existentes.
Figura 1. Fracción desarrollada del potencial hidroeléctrico identificado y participación de la electricidad en la actual capacidad de generación eléctrica en la comunidad andina 1.2.2 Justificación Económica Generalmente las instalaciones hídricas a pequeña escala en áreas rurales de países en desarrollo como el nuestro pueden ofrecer beneficios financieros considerables a las comunidades servidas.
Debido a la economía de la zona, y a que este tipo de proyectos servirán para traer mayor utilidad y mejores condiciones de vida a la gente del sector es necesario aprovechar ciertas innovaciones que estos proyectos traen consigo y que los hacen más rentables que usar energía generada por las grandes centrales hidroeléctricas y/o térmicas como son: el agua que se usa proviene de un río, lo que evita el uso de diques caros; las obras de infraestructura se construirán con mano de obra de los moradores del sector lo que trae consigo ahorros considerables en el precio final del proyecto, así mismo, la operación no necesariamente se tiene que realizar con gente especializada, más bien se usará personas del sector, debido a que este tipo de centrales son relativamente sencillas de operar. El agua utilizada en el proyecto no tendrá cambios en su conformación por lo que puede ser utilizada en obras de irrigación y agua potable sin ningún problema, luego de ser utilizada por la MCH.
Es por esto que con la creación de este tipo de centrales, la Fundación Cordillera y las comunidades pertenecientes a dicha fundación buscan mejorar su situación económica y social a través de los proyectos de turismo ecológico para beneficio propio y de sus pobladores. La zona donde se va a hacer el estudio es muy turística y es por eso que el implemento de esta central haría más rentable el proyecto.
El precio de la energía eléctrica en el Ecuador tiene un promedio de 13.03 US cent/KWh para el sector residencial, 11.11 US cent/KWh en el sector comercial y 9.65 US cent/KWh para la industria (Referencia [2], pág. 11,12); ver TABLA III y Apéndice A. En comparación con los demás países del área estamos en el último lugar pagando los precios más altos por energía que fácilmente pude ser obtenida mediante la microgeneración. Este tipo de costos se puede evitar en este tipo de instalaciones ecoturísticas para contar con energía propia, generada por el mismo proyecto y que sin embargo tiene una inversión inicial algo costosa pero que se justifica con los beneficios que ofrece.
1.2.3 Justificación Social La cobertura de energía en el Ecuador es de 89.7% en donde los sectores más beneficiados son aquellos donde es fácil acceder a una red eléctrica. Los beneficios que prestan a futuro estos estudios realizados conllevan a una rápida y eficiente construcción de proyectos energéticos, los cuales son necesarios para el desarrollo económico y social del sector, que tendrá mejores oportunidades de elevar su calidad de vida y producción para su adelanto económico. Es necesario recalcar que el potencial hídrico existente supera con mucho las necesidades del proyecto.
Con éste tipo de proyectos no solo se ven beneficiadas las instalaciones de las Termas Hostería Chachimbiro, sino que también podrán mejorar su calidad de vida las comunidades aledañas que pertenecen a la Fundación que son alrededor de ocho. El presente estudio será un pilar fundamental en la integración de la comunidad la cual mediante el trabajo comunitario aportará de una manera importante para la culminación de los estudios previos de la MCH y su posterior instalación y puesta en marcha.
1.2.4 Justificación Ecológica Nuestro país tiene recursos naturales maravillosos e importantes, los cuales pueden ser aprovechados acertadamente por este tipo de instalaciones de turismo ecológico, las cuales buscan aprovechar estos recursos procurando el menor impacto ambiental. El mismo objetivo se tiene con las MCH, puesto que la flora y fauna es la fuente de vida para estas c omunidades indígenas y es mejor conservar su hábitat.
Figura 2. Emisiones de Dióxido de Carbono en el sector del la generación de energía eléctrica.
La generación de energía por medio de centrales termoeléctricas en el país genera aproximadamente 7.225 x 103 Ton de CO21 (Figura 2) las que se podrían aminorar aprovechando el potencial hídrico existente en ciertos sectores y que muchas veces se desperdicia. De esta manera se aporta con él al sector energético del país que debe generar el faltante de energía con centrales térmicas que producen emisiones de CO2 que trae consecuencias como el grave problema del calentamiento global que gran daño está haciendo al mundo.
Además como el recurso utilizado será el agua, debe procurarse que no existan cambios en su constitución y sus propiedades, ya que esta posteriormente puede ser aprovechada en tareas agrícolas y de otra índole como es común en la zona.
1.3.1 Objetivo General Realizar un estudio capaz de determinar la factibilidad del proyecto MCH "Chachimbiro" y las diferentes alternativas que se puede tener en la misma.
1.3.2 Objetivos Específicos
· Recopilar información bibliográfica.
· Determinar las características del sector mediante estudio hídrico, topográfico, ecológico, ambiental, etc.
· Ubicar el lugar de instalación.
· Seleccionar los equipos (Tubería, Turbinas, Generadores, etc.)
· Realizar el estudio económico para la implementación de este proyecto.
CAPÍTULO II
INFORMACION BASICA SOBRE EL AREA DEL PROYECTO
2.1 Datos Generales: 2.1.1 Localización geográfica y política de la zona del proyecto La Fundación Cordillera, gestora de este proyecto, tiene su campo de acción en la provincia de Imbabura llamada la provincia de los lagos. La cual está conformada por los siguientes cantones : Ibarra. Antonio Ante, Otavalo, Pimampiro, Cotacachi y Urcuquí, en este último cantón es el lugar donde se trabaja la Hostería Chachimbiro y donde se ubicará el proyecto, en el sector de la comunidad de Cochapata a la altura de 2950 msnm aproximadamente. La cabecera Cantonal de este cantón tiene una altitud de 2270 msnm.
La provincia limita al Norte con Carchi y Esmeraldas, al Sur con Pichincha, al Este con la provincia de Sucumbíos y al Oeste con Esmeraldas (Figura 3), ubicada entre las coordenadas 00º 07 y 00º 52 latitud norte; 77º 48´ y 79º 12´ longitud oeste. Su capital es Ibarra, fundada el 28 de septiembre de 1606. Esta provincia tiene variedad de climas que varían entre el semihúmedo, húmedo, seco, hasta el páramo. La temperatura promedio oscila entre los 8ºC y 28ºC.
2.1.2 Áreas de la ciudad y de la Provincia La Provincia de Imbabura tiene una superficie de 4611 Km2 siendo el Cantón San Miguel Urcuquí el sector donde se realiza el proyecto (Figura 3). Este cantón es uno de los que mayor tasa de desocupación tiene en la provincia debido a que la mayoría del territorio es árido cuyas tierras no son aptas para la agricultura.
2.13 Población de la Provincia Según los datos del INEC, la provincia de Imbabura tiene una población de 345781 habitantes con una estructura multiétnica, conformada por una población en su mayoría mestiza, con nacionalidades Kichuas, Caranquis, Otavalos, Cayambis, con su propio idioma el Kichwa. La población afro ecuatoriana se asienta en los valles del Chota y de la cuenca del río Mira, parte de esta población sería beneficiada con este proyecto. Además el 43.8% le corresponde a la población indígena y el 11.70% es negra.
Figura 3. Mapa Político de la Provincia de Imbabura En lo referente a la ocupación el 51.8% corresponde a la población en edad de trabajar (12 años y más). El cantón con mayor porcentaje de ocupación es Otavalo y el de menor es Urcuquí. Debido a lo cual la fundación Cordillera busca aminorar estos índices de desocupación dando trabaj o a las personas del sector. En total, en la provincia un 49% corresponde a la población económicamente activa. TABLA I, Figura 4.
TABLA I. POBLACIÓN ECONÓMICAMENTE ACTIVA EN LA PROVINCIA DE IMBABURA.
P.E.A. | 115.085 | |
Resto de Población | 230.696 | |
TOTAL: | 345.781 | |
La población Rural tiende a disminuir debido a la migración hacia las ciudades y la falta de oportunidades en su terruño TABLA II, lo que trata de evitar la Fundación Cordillera con proyectos como este de una MCH y de desarrollo sustentable donde intervienen activamente los pobladores del sector.
Figura 4. Población económicamente activa en la provincia de Imbabura versus el resto de la población.
TABLA II: POBLACIÓN URBANA Y RURAL DE LA PROVINCIA DE IMABURA Y LAS PERSPECTIVAS HACIA EL AÑO 2015.
Población | Año 2001 | Proyección al 2015 | Tasa de crecimiento | |||
Población Rural | 171.830 | 208.792 | 1,51 % | |||
Población Urbana | 172.214 | 241.343 | 2,63% | |||
Población Total | 344.044 | 450.135 | ||||
2.1.4 Características físicas, geográficas y ambientales del área del proyecto Esta provincia está localizada en la parte norte del país cubriendo territorios de las Cordilleras Oriental y Occidental de los Andes; posee importantes ramales, entre los que se destacan: el de Intag y Toisán; sus principales elevaciones son: Imbabura 4560 m.s.n.m., Cotacachi 4944 m.s.n.m., y Yanaurcu de Piñán con una altitud de 4535 m.s.n.m., en las inmediaciones de esta montaña se realizará el proyecto.
Existe una red hidrográfica que se estructura con la presencia de los ríos: Chota, Mira, Ambi, Intag y Cotacachi, entre los principales. Este conjunto lacustre a más de favorecer la agricultura y ganadería, constituye un valioso recurso turístico para la región y la provincia la cual es conocida como la provincia de los lagos. Además, la provincia cuenta con un número considerable de aguas minerales ferruginosas y termales, como las de Chachimbiro, el balneario de Nangulví, Yana Yacu, Las Lagartijas y Tangalí, entre otras. Las Termas Hostería Chachimbiro son la principal fuente de ingresos de la Fundación las cuales buscan atraer turistas mediante el Turismo Ecológico aprovechando las inagotables fuentes del mismo que la naturaleza y el sector provee.
2.2 Servicios Públicos: 2.2.1 Educación El promedio del número de años lectivos aprobados en instituciones de educación formal en los niveles primarios, secundarios y superior es de 6,2 años. El cantón con mayor grado de escolaridad es Ibarra y el de menor es Cotacachi. El 56% de los niños mayores de 12 años cumplen la primaria mientras que un alto porcentaje de niños trabajan incluso dejando de lado sus estudios, TABLA III.
TABLA III: PORCENTAJE DE OCUPACIÓN INFANTIL EN LA PROVINCIA DE IMBABURA.
Niños | 8 11 años | 8 – 17 años | 12 – 14 años | 15 – 17 años | ||
Trabajan y estudian | 1.1% | 2.2% | 2.4% | 3.7% | ||
Trabajan y no estudian | 0.9% | 12.8% | 14.3% | 29.7% | ||
La inversión que el estado hace en este sentido en la provincia, se enfoca en mayor grado en el Cantón Ibarra mientras que el cantón menos favorecido es Urcuquí, esta es otra de las razones del pacto firmado por la Fundación Cordillera y la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, el cual comprende además proyectos de ayuda en el campo educativo.
2.2.2 Salud La oferta de servicios de salud es el 49.7%. El cantón con el mayor índice es Ibarra y el de menor Pimampiro. En la provincia, el 41.6% de niños menores de cinco años muestran indicios de desnutrición global o bajo peso para su edad. El 58.3% de niños menores de cinco años muestran indicios de desnutrición crónica o bajo talla para su edad. El cantón con mayor porcentaje de desnutrición es Cotacachi y el de menor porcentaje Ibarra. Los servicios de salud con que cuenta el sector se encuentran en la cabecera cantonal es decir San Miguel de Urcuquí, donde deben recurrir los habitantes de la zona donde trabaja la Fundación Cordillera. El sector mismo del proyecto no cuenta con un centro de salud.
2.2.3 Comercio El comercio en la provincia está ligado con la producción del campo, artesanías sien do las más apreciados los trabajos en cuero, madera, tejidos, la agricultura es la base de la economía de la provincia de Imbabura, ofrece productos variados como maíz, trigo, cebada, fréjol, anís, legumbres, hortalizas, tomate riñón, cabuya, alfalfa; frutas como: papaya, piña, caña de azúcar, ciruela, guabo, aguacate, plátano, naranja, cacao y café. La actividad ganadera es rentable gracias a los buenos pastizales existentes, que han ayudado a la crianza de ganado vacuno ovino y porcino.
El sector que corresponde al proyecto vive esencialmente de la agricultura satisfaciendo básicamente sus propios requerimientos, sin poder sacar sus productos a otras zonas de la provincia. Una fuente adicional de ingresos es el cultivo de pinares para la producción de pap el habiendo bastas extensiones de terreno dedicados a esta actividad. Otra fuente de ingresos en el sector es la del sector turístico el cual está muy bien explotado debido a que la provincia cuenta con un conjunto lacustre muy beneficioso para este fin, además de fuentes termales como ya se ha dicho. En efecto, la Fundación Cordillera es una de las que se benefician de esta fuente de ingresos aprovechando las termas que existen en el sector de Chachimbiro.
2.2.4 Industria En la provincia se han formado algunas empresas industriales como: Cemento Selva Alegra e ingenio azucarero. Dentro de la actividad minera se han localizado canteras de caliza en El Quinde, Selva Alegre; se ha descubierto cobre en la Cordillera de Toisán y vetas de plata en el suroeste del Nudo de Mojanda. El sector en especial no cuenta con industrias pues, como se ha dicho antes la principal fuente de ingresos en el sector es el turismo en especial el ecoturismo que es el que compete a este proyecto.
2.2.5 Medios de Comunicación y transporte Su principal vía de comunicación es la carretera Panamericana, que pasa por el Juncal, Chota, Ibarra, Atuntaqui y Otavalo, complementada con una significativa red de caminos asfaltados o afirmados, que impulsan y fomentan las actividades en toda la provincia.
El ferrocarril va desde Ibarra a San Lorenzo en la provincia de Esmeraldas y presta un importante servicio a las poblaciones localizadas en su trayecto.
Para el ingreso a la zona de Chachimbiro se dispone de una carretera en su primer tramo lastrada y luego afirmada que permite el ingreso al lugar no sin algo de incomodidad debido al mal estado de las vías. Sin embargo se tiene previsto el asfaltado del camino para dar mayores comodidades al turista que ingresa al sector. El camino de ingreso al sector de Cochapata está en iguales o peores condiciones sin embargo la accesibilidad a la zona misma del proyecto si puede llevarse a cabo tanto para las personas como a los materiales de construcción con algo de inconvenientes superables.
2.2.6 Servicios en general En la provincia el 50.8% total de las viviendas en Imbabura cuentan con un servicio de recolección de basura privado o municipal, siendo Cotacachi el cantón con mayor porcentaje y el de menor Ibarra. El 26.6% de número de hogares en Imbabura vive en condiciones de hacinamiento siendo el cantón con el mayor porcentaje Cotacachi y el de menor Ibarra.
Los servicios de agua potable, alcantarillado, luz eléctrica, etc., son distribuidos por las respectivas empresas de agua potable y EMELNORTE. Sin embargo con la ejecución de este proyecto, unos 273 abonados resultarían beneficiados con la energía eléctrica dando un total de unas 1000 personas que tendrían luz eléctrica para su desarrollo a un precio bastante cómodo y generado por ellos mismos como miembros de la fundación Cordillera.
CAPÍTULO III
3.1 Captación Las obras de captación son estructuras hidráulicas construidas sobre un río o canal con el objeto de captar una parte o la totalidad del caudal del mismo. La forma de captar este caudal puede ser con un embalse que acumula el agua en tiempos de lluvia para utilizarla en estaciones secas o mediante sistemas en derivación.
Las pequeñas centrales hidroeléctricas en derivación se caracterizan por no tener un embalse que permita almacenar el agua para usarla en épocas de estiaje, por lo cual pueden ser a filo de agua y el caudal es recogido mediante una bocatoma que se comunica con el canal que conduce el agua hasta la tubería de presión.
En estas obras, a diferencia de las obras de captación con embalse, captan un cierto caudal de agua sin almacenarla, aprovechando el caudal que haya en un momento dado, con el menor grado de sedimentación posible, minimizar los costos de mantenimiento en la operación y proveer algunas medidas de protección ante daños o bloqueos por la entrada de sedimentos. En la ubicación de las obras de toma se debe realizar un análisis en el cual se va a tener en cuenta la topografía del lugar y las condiciones del curso de agua, es mejor ubicarlas en un lugar seguro y en lo posible con presencia de roca. Hay que evitar que la bocatoma se encuentre a lo largo de la curva de un río debido a que en el margen interno de la curva entran en la bocatoma piedras y arena durante las crecidas que posteriormente formarán bancos de arena que impide el ingreso del agua. Sobre la margen externa de la curva es donde impactan los materiales flotantes. Es por eso que se debe escoger un tramo recto del río donde se pueda construir la bocatoma. Figura 5.
La finalidad de las obras de toma son acoger una cantidad constante de caudal a pesar del calado que exista en el río, impedir al máximo la entrada de cualquier material o sólido en suspensión e impedir que los mismos no ingresen a la conducción y tubería de presión al tiempo que deben dar condiciones mínimas de seguridad. Además, la bocatoma debe disponer de una estructura de retención que garantice un mismo nivel con cualquier caudal del río, una obra de toma para la captación del caudal de diseño con una rejilla que evite el paso del material sólido flotante y una obra de lavado del material sólido en la estructura de retención.
Figura 5. Ubicación de una bocatoma.
Las bocatomas aprovechan la fuerza de gravedad para conducir el líquid o desde el afluente hacia el lugar donde se encuentra la tubería de presión. Además se encargan de garantizar que exista una cantidad de agua constante a pesar de existir épocas de estío, que el agua sea lo más libre de materiales sólidos y proteger las obras hidráulicas especialmente en épocas lluviosas.
En el desarrollo de un proyecto de este tipo es necesario tener presente que la estructura de captación o bocatoma es una obra muy importante para el éxito del mismo. Si por una razón u otra se produce una falla en la bocatoma, esto significaría la posibilidad del fracaso de todo el proyecto. Es decir, el diseño, la construcción, la operación y el mantenimiento de una bocatoma deben ofrecer el máximo de seguridad.
Para el estudio de una bocatoma es necesario tener en cuenta que un río transporta agua proveniente de la precipitación que ocurre en la cuenca, sólidos o sedimentos provenientes de la erosión de la cuenca, hielo, en los lugares que existe, y cuerpos extraños como árboles, plantas, basura y desperdicios. Los tres primeros aspectos mencionados constituyen las funciones naturales de un río. El transporte de cuerpos extraños constituye una función no natural pero muy frecuente. En general, el diseño y operación de una bocatoma en muchos de los ríos presenta problemas, debido principalmente a la inestabilidad fluvial e irregularidad de las descargas, insuficiente información hidrológica gran transporte de cuerpos extraños y la aparición eventual de fenómenos climatológicos como el Fenómeno del Niño.
3.1.1 Clasificación. Se puede realizar una clasificación de acuerdo a diferentes parámetros que son:
El material del que están hechas (Concreto, piedra, tierra, madera, "Chapas", ramas, etc.)
Su vida útil (permanente, temporal).
– Su forma y diseño (barraje total, barraje parcial, espigones barraje móvil, barraje sumergido o de tipo Tirol).
El método de construcción (concreto armado, mampostería, gaviones).
3.1.2 Elementos de una bocatoma. Los elementos que componen una bocatoma deben garantizar su buen funcionamiento, razón por la cual deben cumplir con los siguientes requerimientos:
– El agua captada debe estar, en lo posible, libre de sólidos, para que no cargue de material de acarreo la conducción y/o el desarenador.
– El material sólido depositado aguas arriba detrás del barraje deberá ser evacuado por el flujo de un chorro de lavado intermitente.
– El tipo de construcción debe ser sencillo y económico, de forma que facilite una operación con poco mantenimiento y trabajos rápidos de reparación.
Las descargas de crecidas deben ser evacuadas en forma segura de la obra de captación.
El agua necesaria que será utilizada en la generación de energía se capta mediante una rejilla formada por barrotes de un perfil apropiado de modo que las piedras y materiales flotantes n o se atranquen entre ellos. Bajo la rejilla se dispone una galería con una pendiente adecuada para que el agua fluya hacia la tubería de conducción o el canal si así lo requiere la obra. Este tipo de captación es bastante simple y ha dado buenos resultados en torrentes con material grueso.
En este tipo de bocatomas, la delimitación de la cantidad máxima de agua motriz es más exacta que mediante un vertedero lateral con barrajes firmes, pero hay que tomar los dispositivos apropiados para la separación de cantidades mayores de sólidos que ingresan al canal colector. Los diferentes elementos de los cuales está compuesto este tipo de bocatomas se detalla a continuación:
Figura 6. Bocatoma 3.1.2.1 Barraje El barraje, dique, presa o azud, es la componente inicial de la toma en el lecho, en el cual se capta el caudal necesario para el funcionamiento de todo el sistema. El azud tiene la función de cerrar el cauce del río para que el agua que se encuentra por debajo del nivel de su cresta ingrese a la conducción. El dique, en épocas de creciente funciona como vertedero. Debe diseñarse para las condiciones de máxima crecida probable del curso de agua que se está aprovechando.
3.1.2.2 Rejilla. Se llama así a la compuerta metálica que sirve para eliminar los materiales de acarreo que se acumulan en el azud. En el caso de las bocatomas tipo tirolesa, la rejilla es parte del barraje. Esta rejilla esta formada por un número de barras cuya dirección es en sentido de la corriente e impide el ing reso de material flotante y lo evacua aguas abajo. El material que se cuela es expulsado posteriormente a través de una compuerta por un canal de limpieza o a su vez por un operario que se encargará del mantenimiento de la bocatoma. La rejilla debe ser compacta y estar fijada firmemente al azud, sus barrotes no deben ser redondos porque dificultan su limpieza y sufren mayor deterioro, es mejor usar pletinas o perfil Te que brindan mayor comodidad para la limpieza y resisten las cargas aplicadas por las piedras y material acarreado por la vertiente.
3.1.2.3. Galería y Colector. Inmediatamente después de la rejilla se dispone de una galería donde se capta el agua que se conducirá hacia el colector y donde los sólidos en suspensión podrán ser evacuados. Es n ecesario que este canal de aducción tenga un talud adecuado para poder evacuar estos sedimentos, el cual se recomienda tenga una pendiente suficiente que garantice que los sedimentos bajen hacia el colector y posteriormente hacia la tubería de conducción. El ancho de la galería tiene proporción con las dimensiones de la rejilla y la profundidad del canal es aproximadamente el ancho del mismo. El canal colector se localiza generalmente bajo el nivel de la galería desde donde el agua bajará para permitir la sedimentación de los sólidos en suspensión si el caso lo requiere o para poder conectar la tubería de conducción con el azud.
3.1.2.4. Colchón de agua. Al elevar las aguas del río para hacer posible su captación, el barraje crea alturas de carga que podrían provocar erosión en el lecho del río al momento de su caída, afectando con ello la estabilidad de toda la estructura de la toma. Este colchón se instala a fin de prevenir esta actividad erosiva, su propósito fundamental es amortiguar la caída de las aguas sobre el lecho del río, protegiendo de este modo los cimientos de la toma. La finalidad de la contrasolera es permitir, junto el barraje, la formación de un pozo artificial que amortigüe la caída de las aguas.
3.1.3 Criterios de diseño. El diseño de una bocatoma depende de los siguientes parámetros:
– Curso del río (Tramo curvo o tramo recto).
– Configuración del terreno (pendiente del cauce, ancho del valle).
– Caudal del río, caudal a derivarse, ángulo de desvío.
– Régimen del río, nivel de aguas mínimas y máximas ordinarias, nivel de aguas máximas extraordinarias (coeficiente de retorno).
– Acarreo de materiales (frecuencia de acarreo, tamaño de materiales acarreados, materiales de fondo.)
– Geología del lugar. Presencia de fallas, arcilla y calizas en las zonas de fundación de la bocatoma.
– Ejecución de las obras en función de las características de los materiales de la corteza terrestre.
– Importancia de la obra, disponibilidad presupuestal.
Además, para la construcción se debe tener en cuenta la erosión que produc e el agua sobre los elementos de la bocatoma para lo cual se pone una estructura para refuerzo del concreto de malla electro-soldada.
3.2 Conducción. El caudal que es recogido en la bocatoma debe ser conducido hacia la tubería de presión a través de un canal que puede estar a cielo abierto o cerrado manteniéndose el caudal a presión atmosférica o por medio de una tubería de baja presión, mediante la cual el agua fluye debido a la diferencia de alturas entre la bocatoma y el tanque de presión.
El criterio técnico con el que se deben diseñar éstas obras toma en cuenta las características topográficas de los lugares donde se va a instalar la toma y del caudal que generalmente disminuye aguas arriba. Además de éste criterio se debe tener en cuenta la parte económi ca que depende de la longitud de la obra pues aumentan los costos.
A lo largo del trayecto por el cual cruza la conducción se puede hacer uso de ciertos elementos que ayuden a disminuir los costos por longitud y sortear ciertos obstáculos que se presenten en el camino, siempre y cuando así lo requiera la obra. Estos elementos pueden ser túneles, acueductos, rellenos, etc. Debido a que la topografía del terreno no es muy accidentada y no es conveniente instalar ninguna de estas obras, el presente trabajo se limitará a enumerarlas nada más ya que su exposición sería un poco larga y no viene al caso si al fin no se va a construir.
El material con el que se instalará la tubería de conducción es Policloruro de Vinilo (PVC), el cual presta facilidades de adquisición, precio, instalación y accesorios diversos los cuales permiten una instalación más sencilla, eficiente y económica frente a otros materiales, es liviana y fácil de transportar, un factor de pérdidas por fricción bajo y es resistente a la corrosión.
Sin embargo tiene la desventaja de deteriorarse frente a la exposición de los rayos ultra violeta los cuales rajan la superficie de la tubería, afectando su resistencia, por lo que debe estar protegida de la luz del sol recubriéndola con tierra o elementos de lugar, o pintando la superficie de la tubería. Además, a bajas temperaturas, se torna frágil por lo que se puede romper por el impacto de rocas.
3.3 Tanque de Carga o Presión El tanque de carga o presión tiene la función de unir las tuberías o canales de baja presión con la tubería forzada o de presión. Los objetivos fundamentales por los cuales se lleva a cabo esta obra son garantizar el consumo durante las arrancadas y variaciones instantáneas de carga y almacenar el agua rechazada cuando se reduce la carga o en paradas bruscas. Otras funciones que cumple el tanque de presión son impedir la entrada de material sólido de arrastre y flotante hacia la tubería de pre sión, es decir, puede actuar como desarenador, desalojar el exceso de agua en las horas de menor demanda de energía y mantener una altura de agua suficiente como para evitar la entrada de aire en la tube ría de presión. La geometría del tanque de presión para una pequeña central hidroeléctrica debe tener la forma más simple posible teniendo en cuenta que debe funcionar hidráulicamente de manera óptima.
En el diseño de esta obra se debe tener en cuenta ciertos parámetros como son: caudal, volumen del tanque, altura de agua sobre la entrada de la tubería de presión, la velocidad del agua en los elementos del tanque de presión, la topografía del terreno y la geología de la zona.
El tanque de presión está conectado a la tubería de conducción por una transición mediante la cual el agua pasa a la tubería de presión por una rejilla que evita la entrada de e lementos sólidos flotantes. Entre la rejilla y la tubería existe una compuerta de cierre de paso del agua. Entre la compuerta y la rejilla se dejan unas ranuras en las paredes para la instalación de las compuertas de apoyos en caso de reparaciones como elemento de seguridad. En una de las paredes existe un aliviadero para evacuar los excesos de agua existentes en la cámara. Para que la cámara de carga pueda garantizar que no entre aire en la tubería de presión es necesario que el volumen de agua útil almacenado en la cámara de carga sea compatible con la variación de caudal entre cero y su valor máximo.
Figura 7. Tanque de Presión.
3.3.1 Desarenador. Debido a que el agua que es transportada desde las obras de toma hacia la casa de máqu inas y la turbina tiene elementos en suspensión como arena y sedimentos, es necesario asentar los mismos pues se corre el riesgo de dañar gravemente los álabes de la turbina por la abrasión que éstos producen.
El objeto de los desarenadores es aminorar al máximo la velocidad del agua para que las partículas que se suspendan en él se asienten en el fondo para luego ser removidas. En el caso de la pequeña central hidroeléctrica Chachimbiro, se ha de utilizar dos desarenadores, el primero para unir los dos caudales utilizados para la generación y sedimentar en cierta medida los sólidos en suspensión más gruesos, el otro para sedimentar las partículas más finas que puedan quedar y al mismo tiempo sirve como unión con el tanque de presión. Por este motivo estos dos desarenadores se han diseñado con diferente forma cada uno. Para que las partículas se decanten, se debe disminuir la velocidad del agua por medio de la disminución de la pendiente anterior del canal o tubería. La velocidad de la corriente en el desarenador no debe ser superior a 0,5 m/s debido a que a velocidades mayores las partículas no se decantan.
Un desarenador debe tener ciertos requisitos básicos como una longitud y ancho adecuados con un diseño hidráulico simple para que se depositen los sedimentos siendo más económica su construcción. Además deben permitir la fácil eliminación de los depósitos, y, cuando éstos se eliminen a través de la compuerta hay que evitar velocidades que puedan erosionar el suelo que rodea el desarenador, alrededor del desarenador es mejor construir una superficie empedrada. Se debe impedir la turbulencia del agua causada por los cambios de área que produce que los sedimentos transiten hacia la tubería de presión. Además es necesario que el desarenador tenga la suficiente capacidad para acumular los sedimentos.
La longitud total del desarenador se divide en tres tramos que son: entrada, decantación y salida. Para el funcionamiento correcto del desarenador es importante distinguir estas longitudes además de las profundidades de decantación y de recolocación que sirven para poder retener una cierta cantidad de sedimentos recolectados por el mismo.
Figura 8. Tanque desarenador En una MCH es suficiente eliminar partículas con 0,03 mm de diámetro o más para su buen funcionamiento, parámetro con el cual se diseña el ancho y longitud del desarenador. La TABLA I V muestra las velocidades límite a las cuales el agua deja de arrastrar los sedimentos.
TABLA IV: VELOCIDAD LÍMITE DE DIFERENTES MATERIALES
Arcilla | 0,081 m/s |
Arena fina | 0,16 m/s |
Arena Gruesa | 0,216 m/s |
3.4 Chimenea de Equilibrio Debido a que la demanda de energía es variable en una pequeña central hidroeléctrica, es necesario regular el caudal que llega a la turbina. Esta regulación de caudal, para reducir o aumentar la potencia, genera ondas de oscilación en la tubería de presión conocidas como Golpe de Ariete, el cual es amortiguado por la chimenea de equilibrio. Para la instalación de una chimenea de equilibrio es necesario considerar que, si el tiempo de cierre de la directriz es menor que tres segundos, se requiere la chimenea de equilibrio. Para evitar la instalación de la chimenea de equilibrio se puede instalar válvulas de alivio próximas a la turbina o difusores como en el caso de una turbina Pelton.
3.4.1 Funciones de la Chimenea de Equilibrio Para atenuar los efectos del golpe de ariete en las centrales hidráulicas, la chimenea de equilibrio es la solución más práctica y económica. Esta tiene tres funciones principales:
– Proporciona una superficie libre de reserva como recurso para compensar los efectos del golpe de ariete, reduciendo las fuertes presiones que se generan en el conducto.
– Suministra el agua adicional que requiera la turbina durante la demanda de carga, hasta q ue la velocidad en el conducto se haya acelerado y alcanzado de nuevo el valor de régimen.
– Almacena agua durante el período de exclusión de carga hasta que la velocidad en el conducto se haya desacelerado y alcanzado de nuevo el valor de régimen.
3.5 Tubería de presión La tubería de presión se utiliza para la conducción o canalización del agua desde el tanque de presión hasta la turbina específicamente, está es apoyada en anclajes que la ayudan a soportar la presión generada por el agua y la dilatación que le ocurre por variación de temperatura. Son por lo general de acero, pero para pequeñas presiones pueden hacerse de hormigón, madera, PVC, asbesto – cemento o cualquier otro material apropiado. La tubería de presión por lo general debe ser recta, pero si no es posible debido a las condiciones topográficas del terreno esta debe ajustarse al perfil topográfico trazado utilizando estructuras de concreto que le puedan servir de apoyo para sostenerse y para variar la pendiente se utilizarán anclajes.
La tubería de presión está compuesta por los siguientes elementos [2]:
– Toma de Agua la cual está acompañada de una rejilla – Codos para variación de pendiente – Juntas de unión – Juntas de expansión ubicadas entre anclajes, las cuales asimilan la contracción o dilatació n del material por variación de temperatura – Bifurcaciones que le permiten dividir el caudal para varias unidades – Válvulas independientes a la tubería de presión, ubicadas entre el final de la tubería y la turbina – Anclajes y apoyos que se encargan de sostener y variar la pendiente de la tubería de presión Para el dimensionamiento de la tubería de presión deben tomarse en cuenta parámetros como el diámetro, que se selecciona de acuerdo a un análisis técnico y económico que permita determinar el diámetro que causa las menores perdidas y el menor costo. Además, el espesor, el cual se determina de acuerdo con los esfuerzos generados por el golpe de ariete, el peso del agua y la tubería, el material de la tubería que permite seleccionar tuberías de mayor resistencia a los esfuerzos mecánicos. El aspecto más importante para la determinación de la tubería de presión debe ser que esta sea del diámetro más económico y que tenga las menores pérdidas de carga posible. Ya que el costo de la tubería de presión puede representar la mayor parte del presupuesto para la MCH, se debe entonces optimizar el diseño de ésta para así reducir los costos de inversión inicial y de mantenimiento.
3.5.1 Materiales Para la selección de la tubería de presión, existen diferentes materiales que se pueden tomar en cuenta, pero al momento final de la selección siempre es mejor optimizar las prestaciones que presta cada material con el precio del mismo, además de la disponibilidad en el mercado. Para que los costos de mantenimiento sean bajos, hay que colocar los soportes y anclajes en pendientes estables y con buenos cimientos. Estos lugares deberán tener un acceso seguro para los trabajos de mantenimiento y poca erosión en las laderas. Para seleccionar el material de la tubería de presión, hay que tener en cuenta además, las operaciones secundarias o complementarias como la pintura pues puede encarecer un proyecto. Así mismo, hay que tener en cuenta el tiempo que el material presta sus servicios pues de esto depende en un futuro el funcionamiento de la MCH. Los siguientes son algunos de los materiales que son utilizados para la tubería de presión:
3.5.1.1 Acero Comercial Ha sido el más utilizado por muchos años y sus características principales son: factor de pérdida por fricción muy regular, resistente a impactos, la unión se la puede realizar a través de bridas, soldadura o uniones mecánicas. Además si este tipo de tuberías son enterradas pueden corroerse para lo cual se recomienda revestirla con una resina especial para evitar la corrosión.
3.5.1.2 Policloruro de Vinilo (PVC) Muy utilizada en pequeñas centrales Hidráulicas y sus características principales son: es económica, resiste a presiones elevadas (100 a 150 m), es liviana y fácil de transportar lo que hace fácil su instalación y transporte, factor de pérdida muy bajo, resistente a la corrosión, puede ser dañada por impactos; además debe ser protegida de los rayos del sol para evitar deformaciones, este tipo de tubería se utiliza uniones tipo espiga o campana que se unen con pegamento o con un anillo flexible de sellado.
3.5.1.3 Hierro dúctil centrifugado Este tipo de hierro reemplaza a las tuberías de hierro fundido y sus contras son que es costosa, difícil de instalar, peso elevado, y se unen por lo general mecánicamente. En ocasiones se reviste a las tuberías de hierro dúctil con cemento para protegerlas contra la corrosión y para darles una baja pérdida por fricción. Estas tuberías por lo general son unidas mecánicamente (casquillo empernado), con espiga campana y un sello flexible, o pueden ser embridadas.
3.5.1.4 Asbesto-cemento Esa tubería es frágil y adecuada para trabajar a una presión moderada. Debido a su fragilidad, su transporte e instalación requiere de cuidado. Además son mucho más pesadas que las de PVC y tienen una apreciable pérdida por fricción. Como el material con el que están fabricadas éstas tuberías es cemento reforzado con fibra de asbesto, al cortarlas, el polvo producido es perjudicial para la salud de los operarios, los que deben tener protección (ropa y máscaras) adecuada para su manipulación.
3.5.1.5 Resina de Poliéster y Fibra de Vidrio. Este tipo de tuberías hechas de resina reforzada con fibra de vidrio insertada en forma de espiral son livianas y poseen bajo coeficiente de fricción. Son frágiles y hay qu e instalaras con mucho cuidado. Una condición para el uso de este tipo de tubería es que se las debe instalar bajo tierra y el espacio donde van colocadas debe estar relleno con material fino. Pueden ser utilizadas con altas presiones y el tipo de unión es mediante espiga campana.
3.5.1.6 Polietileno de Alta Densidad. Este tipo de tuberías son una buena alternativa frente a las de PVC. Son útiles para sistemas pequeños debido a su fácil instalación. Tienen un coeficiente de pérdidas de fricción bajo, son resistentes a la corrosión y no se deterioran cuando están expuestas a la luz solar. Una desventaja es la forma de unión de estas tuberías las cuales se unen calentando los extremos y fusionándolos a presión utilizando un equipo especial.
3.5.2 Tipos de uniones Debido a que las tuberías no vienen del tamaño requerido por el constructor sino de un tamaño estándar estas deben ser unidas entre sí para lograr cubrir las distancias del diseño:
a) Uniones con bridas Cuando se fabrica tuberías individuales se coloca bridas en sus extremos, las cuales se empernan en el momento de su instalación. . Las bridas se deben fabricar bajo normas establecidas. En cada par de bridas se necesita poner empaquetaduras de caucho par evitar fugas. Las bridas generalmente se utilizan en tubería de acero aunque también se las puede utilizar en hierro dúctil.
Figura 9. Uniones con bridas b) Espiga y Campana Este tipo de uniones viene preparado de fábrica para que los diámetros interno y externo de cada tubería coincidan. En cada sección de tubería se pone sellos de caucho o un pegamento especial para sellarlas. El pegamento se utiliza generalmente con tuberías de PVC aunque se debe consultar con el fabricante.
Figura 10. Unión espiga campana c) Uniones Mecánicas El principal inconveniente de este tipo de uniones es su elevado costo. Su principal aplicación es para unir tuberías de diferente material como el acero y PVC, o cuando se necesita una ligera deflexión en una tubería que no garantiza la colocación de un codo. Algunos tipos no pueden tolerar fuerzas en la dirección de la tubería y tienen que ser fijados con bloques de anclajes
Figura 11. Uniones mecánicas.
d) Uniones Soldadas Este método de unión es muy barato con la desventaja de que requiere personal especializado además el problema que representa el llevar una soldadora de arco al lugar de la tubería de presión. En este tipo de unión es aceptable cierto grado de desalineación.
Figura 12. Uniones soldadas 3.5.4 Juntas de Expansión Debido a la variación de la temperatura, en las tuberías de acero se produce una variación de longitud que provoca esfuerzos que deben ser soportados por las juntas de expansión. Generalmente, las juntas de expansión se colocan inmediatamente después del tanque de presión o del anclaje superior. Las juntas de expansión cumplen la función de compensar axialmente la dilatación o contracción lineal de tubos que sufren cambios de temperatura la cual no depende de la sección, si no más bien de la temperatura. La instalación de juntas de expansión en una tubería expuesta a cambios de temperatura, significa la liberación de la fuerza de reacción axial hacia los anclajes o puntos fijos.
Figura 13. Esquema de una junta de expansión 3.5.3 Apoyos y anclajes en la tubería de presión. A lo largo del camino que recorre la tubería de presión desde el tanque de presión hasta la casa de máquinas, ésta tiene que adaptarse al perfil del terreno con su respectiva pendiente, a lo largo de su trayecto se soporta en apoyos de concreto, mientras que en los cambios de dirección existe un codo y un anclaje que absorbe los esfuerzos producidos por cambio de pendiente.
La profundidad de cimentación de los apoyos y anclajes debe ser tal que cualquier desplazamiento sea posible. La ubicación de apoyos va de acuerdo a un criterio técnico -económico de acuerdo al espesor de la tubería. En el caso de los anclajes lo determina el perfil de la tubería y el número de variaciones de pendiente.
3.5.3.1 Apoyos. Los apoyos en la tubería de presión son bloques de concreto que permiten el desplazamiento axial de la tubería y en el caso de pequeñas fuerzas verticales las absorbe. Estos desplazamientos se producen por la dilatación o contracción de la tubería debido a cambios de temperatura. Su dimensionamiento se debe hacer de forma tal que sean de bajo costo y fácil construcción.
3.5.3.2 Anclajes. Son bloques de hormigón que impiden el movimiento de la tubería. Pueden ser del tipo abierto cuando la tubería está a cielo abierto sujeta por piezas especiales de acero y del tipo macizo cuando la tubería se encuentra dentro del bloque de cemento. Los anclajes ajustan la tubería al perfil topográfico y a las variaciones de ángulos existentes en el perfil. En el dimensionamiento de los anclajes se toma en cuenta las diferentes fuerzas que existen a lo largo de la tubería por dilatación, peso del agua y de la tubería además del diámetro de la misma para que el bloque sea estable frente a diferentes criterios.
3.5.4 Válvulas en la tubería de presión Generalmente se instalan antes de la turbina, sin embargo también suele instalarse al inicio de la tubería de presión. El propósito de su instalación es controlar el paso de agua en la tubería. Existen diferentes tipos, pero las más utilizadas son las de mariposa y de compuerta:
3.5.4.1 Válvulas de compuerta. Estas válvulas consisten de un disco metálico que sube y baja y está ubicado en el cuerpo de la válvula. La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ángulos rectos sobre el asiento.
Cuando se trabaja con presiones elevadas se necesita una fuerza importante para operarla y vencer la fuerza de fricción existente. Es por esta razón que cuando se instala una válvula de compuerta al final de una tubería de presión, se instala además un bypass para conectar el lado de baja presión con el de alta.
Figura 14. Válvula de compuerta 3.5.4.2 Válvulas de mariposa Una válvula tipo mariposa es un dispositivo para interrumpir o regular el flujo de un fluido en un conducto. Básicamente se trata de una extensión de la tubería dentro de la cual se coloca un disco en forma de lente montado en un eje central. Para operar este tipo de válvulas se requiere de poca fuerza, ya que la presión de contra corriente en cada mitad del disco está prácticamente balanceada. Debido a su diseño, una válvula de mariposa puede ser cerrada con Es importante que sea cerrada lentamente, a fin de no originar un golpe de ariete en La tubería.
Figura 15. Válvulas de mariposa Finalmente, la forma de instalación de una tubería de presión se ilustra en la Figura 16 a continuación, donde se puede apreciar los elementos de la misma como anclajes, apoyos, válvulas, tubo de aireación y tanque de presión.
Figura 16. Esquema de instalación de la tubería de presión.
3.6 Casa de máquinas
Figura 17. Esquema de la casa de máquinas La casa de máquinas es una obra civil en donde se ubica la mayor parte del equipo electromecánico y los elementos de regulación y comando, en esta es donde se transforma la energía hidráulica que proviene del agua en energía mecánica y luego en energía eléctrica. Se compone de la sala de máquinas y de locales secundarios tales como: talleres, oficinas, depósitos y baños que se ubican alrededor de la sala de máquinas. Una normalización del diseño de la casa d e máquinas se puede obtener en función de la posición del eje del grupo turbina generador, es decir horizontal o vertical. El grupo de eje horizontal ofrece mayores facilidades para su montaje y mantenimiento en una MCH, por eso es el más usado.
Una forma típica de la casa de máquinas se muestra en la figura 17, donde se puede apreciar la disposición de los equipos de hidrogeneración.
La ubicación de la casa de máquinas es muy importante para que la MCH tenga un correcto funcionamiento, y esta se decide teniendo en cuenta los siguientes criterios:
La casa de máquinas generalmente debe estar colocada cerca del afluente al cual se le entregará el agua turbinada, observando que en el canal de desagüe no se depositen sedimentos que disminuyan su sección.
Esta debe estar ubicada en terrenos estables y fuera del alcance de riadas que pueden acarrear sedimentos al canal de desagüe o destruirla.
Tener en cuenta una posible ampliación.
Contar con facilidad para el acceso.
Que sea posible adquirir los terrenos donde se ubicará.
Se debe tener en cuenta la armonía que esta debe guardar así como también la forma en que están dispuestos los equipos y el entorno exterior.
Para diseñar la casa de máquinas se debe tener en cuenta los siguientes criterios: ([3] Pág. 174)
Dimensiones de los equipos electromecánicos.
Zona o región del país en la que se construirá la MCH.; se tendrá que pensar en las características del lugar tales como el clima, para proyectar la casa de máquinas de acuerdo a estas condiciones.
Materiales de construcción disponibles en el lugar.
Simplicidad de construcción, mínimo uso de estructuras de acero o concreto armado.
Ubicación de la casa de maquinas en relación al rio, investigando la elevación de la creciente máxima y el comportamiento del rio en relación a su cauce, pues el rio puede elevar su cauce erosionando sus orillas.
Para la fundación de la casa de maquinas hay que considerar entre otros factores el esfuerzo admisible del suelo y los materiales existentes en la zona.
La fundación de los equipos tendrá que complementar su diseño de acuerdo a datos de los fabricantes y cuando estos proporcionen sus esquemas. En ocasiones el diseño final deberá hacerse durante la construcción y después de recibir un esquema definitivo de las maquinas que están suministrando, ya que se necesita un anclaje sólido para evitar vibraciones o rupturas durante la operación.
Los planos de construcción deberán contener todos los detalles posibles, para que un albañil o maestro de obra pueda fácilmente interpretarlos.
Prever vivienda para el operador.
Considerar la necesidad de colocar un sistema de izaje para montaje y mantenimiento de los equipos.
Otra forma de normalizar el diseño de la casa de máquinas es de acuerdo a la posición del eje del grupo turbina generador, que puede ser horizontal o vertical. La posición del eje del grupo turbina generador en forma horizontal es la más usada debido a la facilidad que presenta en su montaje y mantenimiento, sus características principales son las siguientes:
Cojinetes normales.
Transmisión directa por acoplamiento a ejes horizontales a los que se transmita el movimiento.
Inspección fácil ya que todos los elementos se encuentran a la misma altura.
Las cimentaciones son de mayor extensión superficial.
El agua ingresa al canal de desagüe a través de uno o dos codos de 90º, originando pérdidas de carga que serán mayores en medida en que sea mayor la velocidad.
Suelen compensar el momento de inercia del grupo con un volante acoplado a su eje.
Para la transformación de energía cinética en energía mecánica y luego en energía eléctrica dentro de la casa de máquinas es necesaria la instalación de los siguientes equipos:
Empalme entre la tubería de presión y la entrada a la válvula: esta reducción empalma la tubería de presión con las dimensiones de la válvula.
Válvula: es un elemento ubicado entre la tubería de presión y la turbina, permite el paso o el cierre total del flujo del caudal Turbina: permite la transformación de la energía cinética en mecánica. Dispone de un regulador de velocidad que permite ajustar el caudal a la demande de energía eléctrica.
Generador: permite la transformación de energía mecánica en energía eléctrica.
Volante de inercia: se encarga de compensar el momento de inercia del grupo turbina generador.
Subestación: debido a que se suelen encontrar recursos hidroenergéticos retirados del centro de consumo, se requiere la transmisión de energía desde la MCH por medio de la instalación de una subestación.
Puente grúa: es un elemento conveniente para facilitar la reparación y el montaje de la turbina.
Canal de salida de las aguas turbinadas: el agua procedente de la turbina sale al río por medio de un tubo difusor; también lo puede hacer a través de una galería que se une con un canal.
3.7 Patio de transformadores Ya que los recursos hidroeléctricos se encuentran lejos de las ciudades es necesario contar con una subestación con los equipos necesarios para elevar la tensión de generación a una tensión de transmisión que haga que la M.C.H. pueda conectarse a la red para su transmisión. Esta debe contar al menos con los siguientes equipos: interruptor de generación, transformador de potencia, interruptor de transmisiones, accesorios de seguridad, (seccionadores, puestas a tierra, entre otros), equipos de medida y protección. La distribución de dichos equipos debe permitir el movimiento de los interruptores de circuito y otros equipos mayores en posición, sin ocasionar pérdida de energía en los cables y los equipos. Un ejemplo típico del diseño de distribución para una planta sencilla se representa en la Figura 18.
La ubicación del patio de transformadores, con relación a la planta depende de la topografía, de las condiciones del suelo y de los requisitos de espacio. En cuanto fuere factible geográficamente, la ubicación óptima sería que el patio de distribución esté cerca de la estructura que contiene la planta. Esto elimina la costosa extensión de la barra de colección y reduce las pérdidas en las conexiones.
Figura 18. Diseño de los equipos de distribución de energía en una pequeña central eléctrica.
3.8 Línea de transmisión de alta tensión La línea de transmisión de una MCH se trata de un sub sistema de sub transmisión, el cual inicia a la salida de la sub estación elevadora (SE) y la prolonga hast a la SE de llegada en el centro poblado o carga que se va a alimentar.
El sistema de distribución situado a la salida de la SE, esta conformado por un sub sistema de distribución primaria, que corresponde a las líneas de alimentación de la SE de distribuci ón y el sub sistema de distribución secundario el cual lo forman las redes de alumbrado público y las de servicio particular hasta el medidor de cada abonado. A continuación se muestra un esquema de lo antes mencionado (Figura 19):
Figura 19.Esquema eléctrico de líneas de transmisión y redes de distribución.
El diseño de la línea de transmisión debe efectuarse respetando los códigos, normas técnicas y reglamentos específicos para cada caso; como referencia se toman las normas de la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI), las de la REA, las normas ANSI y otras reconocidas internacionalmente, así como también las normas vigentes en nuestro país.
3.8.1 Configuración del sistema eléctrico Las líneas de transmisión generalmente son trifásicas de tres conductores y de una sola terna, aunque también pueden ser trifásicas de cuatro conductores, monofásicas de dos conductores o monofásicas con retorno por tierra (un conductor).
3.8.2 Forma de la línea La forma más común es la radial, con carga concentrada, tal como se muestra en la figura 20. La línea parte de la salida de la SE elevadora y se prolonga hasta la población o centro de carga, terminando en una o más SE de llegada. Las líneas de transmisión monofásicas con retorno por tierra (MRT), utilizan solamente un conductor, dado que el circuito monofásico se cierra a través del terreno. Por este motivo, su costo es reducido, lo que constituye su principal ventaja. Sin embargo, este sistema requiere que la conexión a tierra sea adecuado (de baja resistencia) a fin de garantizar la calidad del suministro, así como seguridad de las personas y las instalaciones. La conexión a tierra determina la máxima corriente permisible por lo que sus aplicaciones se encuentran generalmente, limitadas a potencias reducidas. El esquema mostrado en la Figura 20 (c), es apropiado para pequeñas potencias y requiere que la línea de transmisión sea alimentada desde una fuente con neutro a tierra. Este requerimiento no es necesario para el esquema (d) ya que se conecta a dos fases de la línea por medio de un transformador de aislamiento. Este elemento incrementa los costos, pero permite utilizar mayor tensión, y por lo tanto, mayor potencia.
3.8.3 Trazado de la línea Ubicados los puntos de partida y el punto de llegada, es necesario determinar el recorrido real que tendrá la línea, a fin de determinar con exactitud los principales parámetros de diseño, tales como la longitud , los cambios de dirección y los cambios de cotas, así como las condiciones climáticas a las que estará sometida en su recorrido.
Para realizar este trabajo se recomienda tener en cuenta lo siguiente:
– Contar con la mayor información cartográfica posible, tal como cartas nacionales, planos catastrales, etcétera, a la menor escala posible.
Figura 20. Forma de la línea de transmisión.
– Elaborar un plano ubicando los datos relevantes obtenidos de la información cartográfica, tales como accidentes geográficos, caminos, carreteras, líneas telefónicas, y otras líneas eléctricas, y ubicar la SE elevadora y el centro o centros de carga.
– Pre-seleccionar un trazo sobre el plano elaborado uniendo los puntos de partida y llegada con la línea más corta posible, tratando de evitar los accidentes geográficos de difícil paso o acceso y aprovechando las ventajas del terreno, así como caminos, linderos de propiedades, etcétera.
– Verificación del trazo, mediante un recorrido de campo en el cual se pueda determinar la posibilidad real de que la línea se construya por la ruta pre-seleccionada; asimismo, ver algunas alternativas de recorrido que no se hayan podido apreciar a nivel de planos y cartas. Establecido el trazado definitivo, se efectúa el levantamiento topográfico de las rutas y se ubican y marcan en el terreno, con pinturas, estacas u otras señales permanentes los puntos principales de la línea, tales como cambios de dirección, puntos relevantes, así como una ubicación preliminar de los postes, para lo cual se considerarán vanos de 100 a 150 m, – Elaboración de los planos, en planta y elevación, y obtención de los siguientes datos para el diseño: esquema eléctrico, potencias, longitud de la línea, estimación del número de postes y su ubicación, así como las características climáticas de la zona del recorrido de la línea.
3.9 Turbinas La turbina es uno de los elementos de una MCH de los cuales depende en mayor parte el rendimiento y el buen servicio de la misma. Son mecanismos encargados de transmitir la energía mecánica del agua a los generadores que la transformarán en energía eléctrica. Para la sele cción de la turbina es necesario tener en cuenta la caída, el caudal y el esquema a elegir para la microcentral.
Las turbinas tienen generalmente elementos fijos y de regulación que dirigen el agua hacia una rueda móvil cuya potencia mecánica se transmite a un eje motor, en el generador, el cual transforma la energía. El rendimiento de las turbinas por lo general supera el 80 a 85 % por su mayor número de revoluciones los pasos de multiplicación son menores y en muchos casos el acople entre turbina y generador es directo. La clasificación de las turbinas se puede hacer de acuerdo a diferentes criterios que se presentan en la TABLA VII.
En el presente trabajo se ha de tener en cuenta la clasificación de acuerdo a la variación de la presión estática en al rodete, mediante la cual las turbinas pueden ser:
± Turbinas de Reacción: el agua entra a presión y en los conductos móviles del rodete el agua cambia de dirección y aceleración. En ella la presión estática disminuye entre la entrada y la salida del rodete.
A este grupo de turbinas pertenecen las siguientes [4], pág. 126:
a) Bomba Rotodinámica operando como turbina b) Turbinas Francis, en sus variantes lenta, normal y rápida c) Turbina Deriaz d) Turbinas Kaplan y de hélice e) Turbinas axiales en sus variantes: tubular, bulbo y de generador periférico.
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