Memoria descriptiva de m.c.h palo blanco proyecto defini
- 2. FICHA TÉCNICA DEL PROYECTO AREA DE SUMINISTRO. - Localidades de Palo Blanco, Tabacal, La Huaca, Chirimoyas y Pinchina. POTENCIA DE GENERACION : 100 KW. POTENCIAL HIDROELECTRICO CONSIDERADO : _ Caudal de Diseño : 320 l/seg. _ Altura bruta : 47.28 m. OBRAS DE DERIVACIÓN − Capacidad de captación : 320 l/Seg. Las obras de captación se ejecutarán en una segunda etapa y no forman parte del presente proyecto CANAL DE CONDUCCIÓN − Capacidad de conducción : 320 l/seg. El canal existente será ampliado y revestido en una segunda etapa para alcanzar la capacidad de conducción especificada. Estos trabajos no forman parte del presente proyecto. − Longitud aproximada : 1500 m − Pendiente longitudinal promedio : 0.2 %. DESARENADOR − Capacidad : 320 l/seg. − Tipo de limpia : Intermitente − Número de naves : Uno − Ancho de nave : 2.10 m. − Longitud de la nave : 7.00 m. − Compuertas de purga : Una de 0.20 x 0.20 m
- 3. CÁMARA DE CARGA − Nivel normal de operación : 1.30 m. − Nivel máximo de operación : 1.50 m. − Nivel mínimo de operación : 1.20 m. − Longitud : 1.00 m. − Ancho : 2.10 m. CONDUCTO FORZADO − Longitud Total, por cada ramal : 77.00 m. − Número de tuberías de los dos ramales : 28 − Diámetro Nominal : 0.250 m. − No de ramales : 02 − No de tramos, por ramal : 02 − Longitud primer tramo : 38.50 m. − Material y clase 1er Tramo : PVC – CE 5 − Diámetro 1er Tramo : 250 mm. − Caudal de diseño : 320 l/Seg. − Velocidad máxima flujo 1er tramo : 3.30 m/seg. − Material y clase 2do tramo : PVC – CE 7.5 − Diámetro segundo tramo : 250 mm. − Longitud segundo tramo : 38.50 m. − Velocidad máxima segundo tramo : 3.30 m/seg. _ Altura bruta : 47.28 m. CASA DE MÁQUINAS − Ubicación : Al exterior − Nivel del piso : 1,500 m.s.n.m.
- 4. − Longitud : 10.00 m. − Ancho : 6.00 m. − Altura : 5.20 m. EQUIPAMIENTO − Turbina . Tipo : Peltón. . Número : Una . Caudal por turbina : 320 l/Seg. . Potencia por unidad : 100 KW . Velocidad nominal : 1800 rpm. − Generador . Potencia : 100 KW . Tensión nominal : 380/220 V . Fases : 03 . Frecuencia : 60 Hz . Factor de potencia : 0.8 _ Regulador Electrónico de Carga . Tipo : Absorción. . Potencia : 100 KW. . Tensión : 380/220 V. . Carga Secundaria : 100 KW . Enfriamiento : Agua fluyente.
- 5. 1.0 GENERALIDADES 1.1 ANTECEDENTES E INTRODUCCION. La idea de dotarse de energía eléctrica a través de una minicentral nació por iniciativa de los pobladores del sector de Chuzal, en la en una reunión decidieron El Municipio Distrital de San Felipe, financia la ejecución de la minicentral de 100 KW de Chuzal, la misma que fue ejecutada por una contratista, dicha minicentral dotaba de energía a las localidades de San Felipe, Chuzal, y Palo Blanco. En el año del 2003, el Municipio Distrital de San Felipe, financia la ejecución de la minicentral de 100 KW de Chuzal, la misma que fue ejecutada por una contratista, dicha minicentral dotaba de energía a las localidades de San Felipe, Chuzal, y Palo Blanco. la o de Pomahuaca invitó a varias empresas y profesionales para que presente sus propuestas técnicas y económicas para la elaboración de los Estudios Definitivos a Nivel de Ejecución de una Micro Central Hidroeléctrica, con el fin de electrificar a las localidades de Palo Blanco, Tabacal, La Huaca, Chirimoyas y Pinchita, dicho estudio fue ejecutado por el Ing. Alex Raúl Alvarez Aliaga. El proyecto de la Central Hidroeléctrica de Palo Blanco, es el resultado de dicho estudio y tiene por objetivo principal, dotar del servicio de energía eléctrica a las localidades de Palo Blanco, Tabacal, La Huaca, Chirimoyas y Pinchina, en forma definitiva y con un tiempo de duración del proyecto de 30 años como mínimo. El presente estudio tiene carácter definitivo y con el fin de hacer posible su financiamiento y ejecución, el proyecto completo se ha desdoblado en tres documentos:
- 6. VOLUMEN I. = MICRO CENTRAL HIDROELECTRICA DE PALO BLANCO- GENERACION, diseño de Obras Civiles para la generación de energía y Obras Electromecánicas. VOLUMEN II.= MICRO CENTRAL HIDROELECTRICA DE PALO BLANCO- OBRAS CIVILES DE CAPTACION Y CONDUCCION, diseño de Obras Civiles para el mejoramiento de la captación de agua y diseño de Obras Civiles para el mejoramiento del canal de conducción. El presente estudio debe de realizarse en una segunda etapa para su ejecución. VOLUMEN III.= MICRO CENTRAL HIDROELECTRICA DE PALO BLANCO- OBRAS ELECTRICAS, Líneas de Sub transmisión, redes de Distribución Primaria, redes Secundaria y Conexiones Domiciliarias. El presente estudio debe de realizarse en una tercera etapa para su ejecución. 1.2 AREA DEL PROYECTO 1.2.1 Ubicación El proyecto de la Central Hidroeléctrica de Palo Blanco se ubica en el centro poblado de Palo Blanco, distrito de Pomahuaca, provincia de Jaén, departamento de Cajamarca y pertenece a la Región de Cajamarca. El centro poblado de Palo Blanco se ubica en una altitud media de 1,500 m.s.n.m, Ver planos de Ubicación del Poyecto U-01, U-O2, U-03. 1.2.2 Vías de Acceso Desde la ciudad de Chiclayo, el acceso se realiza mediante la carretera asfaltada Chiclayo – Jaén, existiendo un desvío en el caserío de las Juntas por donde se ingresa al Distrito de Pomahuaca, al Centro Poblado de Palo Blanco se llega utilizando una trocha carrozable que une la localidad de Palo Blanco y el distrito de Pomahuaca, el tiempo de viaje dura 3 horas aproximadamente en épocas normales. La localidad de Palo Blanco se
- 7. comunica también con las localidades de Tabacal, La Huaca, Chirimoyas y Pinchita, mediante caminos de herradura. Las condiciones de mantenimiento de las vías no son óptimas y no permite un tránsito fluido ni el desarrollo de velocidades medias mayores de 30 km/h.. El Plano U-01 muestra la ubicación relativa del proyecto dentro del departamento de Cajamarca y del territorio nacional, así como la red vial disponible para los efectos de acceso al área. 1.2.3 Situación Actual del Servicio Eléctrico En la actualidad no existe energía eléctrica en las localidades de Palo Blanco, Tabacal, La Huaca, Chirimoyas y Pinchina. El nivel de ingresos de la Municipalidad no le permite disponer del dinero necesario para la instalación, operación y mantenimiento de grupos térmicos. Por otra parte existen otros caseríos importantes como SONDOR, NUDILLOS y otros que no disponen del servicio eléctrico y que no están considerados en el área de influencia o suministro de la Micro Central Hidroeléctrica de PALO BLANCO, debido a la distancia de la planta a ejecutar, esta situación implica que en el futuro se debe proyectar otra Miro Central Hidroeléctrica para dichos caseríos ya que cuenta con una demanda importante y además cuentan con los recursos o potencial hidráulico suficiente. 1.3 ESTUDIOS BÁSICOS REALIZADOS 1.3.1 Cartografía Para los propósitos del presente estudio se ha contado con la información cartográfica adquirida del Instituto Geográfico Nacional y del Ministerio del Agricultura, que comprende básicamente planos a escala 1:250,000, 1:100,000 y 1:25,000.
- 8. Adicionalmente, se han efectuado levantamientos topográficos que abarcan las principales zonas de interés para la ubicación y emplazamiento de las estructuras que conforman el esquema de obras de la central, como son: − Conducto Forzado 0.46 Ha − Casa de Máquinas y Canal de Descarga 1.10 Ha − Camino de Acceso 01 Ha Para el replanteo de las obras durante la etapa de construcción, se han dejado hitos de concreto en los puntos principales de los levantamientos efectuados. 1.3.2 Hidrología y Climatología En el presente acápite se resumen los resultados y conclusiones del estudio hidrológico realizado con el propósito de determinar los principales parámetros existentes en la zona del proyecto y evaluar y cuantificar los recursos hídricos disponibles en la quebrada Turure para su aprovechamiento en la Central Hidroeléctrica de Palo Blanco. Adicionalmente, en el referido estudio se precisan los principales parámetros climáticos extremos y las descargas máximas que se pueden presentar en diferentes períodos de retorno en la época de avenidas. Considerando que no existe ningún tipo de información hidrológica básica en la cuenca de interés, los resultados obtenidos de los análisis realizados son valores que han sido estimados mediante técnicas estadísticas y deberán considerarse como tales. Para ello, se ha utilizado información registrada en cuencas vecinas con características similares. El rendimiento de la cuenca ha sido estimado en 20.1 l/s/km², con un caudal medio anual igual a 0.955 m3 /s. La persistencia del caudal de diseño de la central, es de 320 L/seg, alcanza un valor inferior al 32 % del caudal en estiaje de la quebrada Turure que
- 9. alcanza a 1,000 l/Seg y el caudal máximo de diseño, correspondiente a la avenida centenaria, ha sido calculado en 6 m3 /s, que servirá para el diseño de las obras de captación. Por otra parte se recomienda solicitar a las autoridades correspondientes la instalación de una estación hidrométrica para registrar los caudales de la quebrada Turure. Los registros que se obtengan en esta estación, podrán servir en el futuro para ajustar los resultados consignados en este informe con respecto al régimen de caudales de esta quebrada. El área se caracteriza por su alto nivel de precipitación, que alcanza un promedio anual de 1,650 mm. Los meses de menor precipitación corresponden al período comprendido entre Junio y Octubre, cuando los promedios mensuales no son mayores de 50 mm. La temperatura media anual es de 20 ºC, alcanzando máximas de hasta 35 ºC entre Octubre y Noviembre y mínimas de 15ºC en Julio. Estos datos han sido tomados en sitio y estimados. 1.3.3 Geología y Geotecnia El estudio geológico del proyecto se ha basado principalmente en las investigaciones de campo que se han llevado a cabo en el área y que han consistido en el reconocimiento de la zona de interés. El área donde se ubicará la Micro Central Hidroeléctrica de Palo Blanco está cubierta por roca tipo caliza y arenosa de gran espesor, cuyo modelado ha dado lugar a un relieve accidentado y ondulado. Se desconoce la naturaleza y profundidad del basamento rocoso. El desarenador y cámara de carga se cimentarán sobre materiales detríticos, cuyas características geotécnicas son suficientes para resistir los esfuerzos que serán transmitidos por estas estructuras.
- 10. El desarenador, cámara de carga y el conducto forzado se emplazarán en una ladera uniforme con unos 30° de inclinación, constituida por suelos muy compactos y aptos para resistir sin problemas las solicitaciones de carga de las estructuras. Para la casa de máquinas y el canal de descarga se dispone de una terraza aluvial sobre la margen derecho de la quebrada Turure, constituida por suelos granulares, cuyas características geotécnicas son apropiadas para la fundación de las obras. Sin embargo, la casa de máquinas se ha ubicado encima de 3 m sobre la quebrada en previsión de eventuales inundaciones que puedan producirse durante la época de avenidas. 1.3.4 Fuentes de Agregados Los agregados para la elaboración de los concretos se obtendrán de los depósitos recientes del río. Esta cantera está ubicada a 100 m del sitio previsto para la casa de máquinas y a unos 30 m de las obras de captación. Está constituida por gravas y cantos sub redondeados de andesitas, granodioritas y cuarcitas poco alterados, duros, en una matriz arenosa con escasos finos. Las reservas disponibles en la cantera han sido estimadas en 3000 m3 aproximadamente. Los resultados obtenidos con los ensayos de laboratorio evidencian que los agregados de la cantera cumplen con las normas ASTM pertinentes. El agua para la elaboración de las mezclas se obtendrá de la quebrada Turure, cuyo análisis ha dado como resultado que será suficiente el empleo de cemento Tipo I. Las piedras para enrocados se obtendrán del lecho de la quebrada Turure, seleccionando los cantos y bloques en buen estado de conservación. 1.3.5 Demografía.
- 11. La actividad más importante en la zona es la agropecuaria, la población mayoritaria es la rural que de acuerdo al último censo y teniendo en cuenta el censo realizado en el mismo lugar, como parte de los trabajos de campo, es el siguiente: POBLACION BENEFICIARIA POBLACIÓN RURAL URBANA TOTAL PALO BLANCO 1,354 720 2,074 TABACAL 800 280 1,080 LA HUACA 400 120 520 CHIRIMOYA 350 120 470 PINCHINA 300 120 420 1.3.6 Migraciones e Inmigraciones. Las migraciones en el área se realizan principalmente hacia la localidad de Pomahuaca, así como a la Capital de la Provincia Jaén, pero también existe un porcentaje importante de inmigraciones hacia las ciudades de la Costa, principalmente a las localidades de Chiclayo y Trujillo, debido a la falta de centros de trabajo y de educación lo que trae como consecuencia que la población que sale en busca de oportunidades, ya no regresa. La inmigración hacia los caseríos del área del proyecto es más o menos igual a la migración y está, se produce de los diferentes caseríos aledaños. Por las consideraciones descritas y de acuerdo al Censo realizado in situ, el crecimiento demográfico en el área es de 1.5 % anual aproximadamente. 1.3.7 Población Urbana Futura del Área de Suministro. 1999 2004 2010 2020 2030 1262 1,360 1487 1726 2,003
- 12. 2.0 ASPECTOS ECONOMICOS. A continuación se indican datos cualitativos y cuantitativos, sobre la vida económica de la localidad de Palo Blanco, que son similares a sus caseríos vecinos. 2.1. ACTIVIDADES ECONOMICAS. En el área urbana que es muy reducida en el centro poblado y los caseríos del proyecto, los ingresos más importantes provienen de la actividad agropecuaria representada por la Agricultura, seguido del comercio en pequeña escala, luego se ubican los sueldos de los empleados del gobierno. En el campo, la actividad económica representativa también es la agropecuaria. La actividad agropecuaria está representada por la Agricultura con el cultivo de productos típicos de la zona como son: El maíz, papa, yuca, camote y muchos frutales como. Plátano, paltas, mangos, limones, ciruelas, cacao, papayas, maní y otros. La Ganadería en esta zona no es representativa. La Zona no cuenta con un centro de consumo principal debido a que no existe vías de acceso mediante trochas carrozables a ninguno de los Caseríos del área del proyecto, el centro de consumo en la actualidad más o menos importante es la localidad de Pomahuaca y sus casesrios los cuales se realiza principalmente mediante acémilas, por lo que un buen porcentaje de la producción económica de la zona es el AUTOCONSUMO, debido al alto costo del transporte de sus productos. La localidad de Palo Blanco, así como sus caseríos aledaños cuenta con extensiones de terrenos inmensos para la FORESTACION NO EXISTIENDO A LA FECHA UNA POLÍTICA AGRESIVA PARA APROVECHAR MEJOR DICHAS AREAS.
- 13. En general se conceptúa que la zona de Palo Blanco, presenta FUERTE depresión económica. La utilización del recurso hídrico con fines de generación energética, por su ubicación, no afectará el uso con fines agrícolas, por el contrario, elevará el nivel de vida de dichas poblaciones. 2.2. PROYECTO DE INVERSIÓN. De informaciones obtenidas en la zona y en las diferentes oficinas del estado, no se conoce proyecto de inversión IMPORTANTE e inmediata. 2.3. CAPACIDAD ECONOMICA. La capacidad económica del poblador urbano y rural de la localidad de Palo Blanco y caseríos beneficiarios dentro del área de suministro, en general es reducida, como se describió anteriormente, estimándose que los ingresos mensuales por familias son de aproximadamente de 100 a 300 nuevos soles, superando estos niveles, solo una minoría reducida. Este indicador es determinante para la formulación de cualquier proyecto de inversión, que solo son factibles con el aporte, o el subsidio gubernamental u otras instituciones no gubernamentales, como es el caso del presente Proyecto en la que deben participar las siguientes instituciones: - MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE POMAHUACA. - MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE JAE. - FONCODES - SUB REGION - MINISTERIO DE ENERGIA Y MINAS. - OTROS. 2.4. ANTECEDENTES TÉCNICOS Y ADMINISTRATIVOS. Las poblaciones de los Caseríos del área del proyecto no cuentan con servicio de energía eléctrica. El antecedente más importante son las
- 14. gestiones realizadas durante varios años ante distintas instituciones gubernamentales , no gubernamentales, embajadas y otras entidades benéficas solicitando apoyo técnico y financiero para la ejecución de la Micro central hidroeléctrica de Palo Blanco, sin contar con un expediente técnico definitivo, por lo que el presente proyecto será utilizado para tal fin. 3.0 DEMANDA DE ELECTRICIDAD. El presente capítulo muestra lo relativo al mercado eléctrico, al área de suministro y a la proyección de la demanda futura. 3.1 DESCRIPCIÓN DEL MERCADO. De lo verificado en los Caseríos del área del proyecto, la situación del mercado eléctrico es la que se describe en los incisos siguientes: 3.1.1. Generalidades. Con los datos obtenidos en sitio, se determina la DEMANDA ACTUAL, la que proviene básicamente de los consumos domésticos, alumbrado público, actividad comercial y cargas especiales. Se ha considerado una previsión industrial, para talleres de carpinterías, centros artesanales, molino de granos e industrias derivadas de la agricultura a un nivel de producción artesanal. 3.1.2. Posibilidad Tarifarías. La capacidad tarifaría en las grandes ciudades es mayor que en ciudades pequeñas, como las localidades de Palo Blanco, Tabacal, La Huaca, Chirimoyas y Pinchina. El presente proyecto es justificable socio-económicamente, debido a la baja posibilidad tarifaría del poblador del area de Suministro, ya que permitirá tener un COSTO MENOR POR KW-H, de consumo.
- 15. El costo por Kw-h debe ser determinado técnicamente en función de los gastos OPERATIVOS, DE MANTENIMIENTO Y FINANCIEROS, los cuales deben ser cubiertos íntegramente por la venta de energía. Para éste caso, se ha tomado como referencia, otras poblaciones similares de la sierra y haciendo una comparación del consumo de velas, Kerosene y leña, para fines de alumbrado, podemos decir que la capacidad tarifaría promedio del poblador es de 3-5 $ USA/MES, como promedio, para lo cual se debe establecer tres categorías: Consumo doméstico, comercial e industrial, considerando un consumo mínimo. 3.2. ÁREA DE SUMINISTRO. El área de suministro en su primera etapa, será las localidades de Palo Blanco, Tabacal, La Huaca, Chirimoyas y Pinchina. Los Caseríos o barrios aledaños deberán integrarse progresivamente a medida que se extienda las redes de distribución eléctrica. 3.2.1 Áreas Aledañas. Los Caseríos de las localidades Tabacal, La Huaca, Chirimoyas y Pinchina se encuentran en un radio de 1500 m del lugar donde se asentará la casa de fuerza de la futura MCH de Palo Blanco y la comunicación entre estas localidades se realiza mediante caminos de herradura. La casa de fuerza esta ubicado en el mismo centro Poblado de Palo blanco. Las distancias de la Casa de fuerza a los demas caserios son las siguientes. Tabacal = 800 m. La Huaca = 1000 m. Chirimoyas = 600 m. Pinchina = 1500 m. 3.3. PROYECCIÓN DE LA DEMANDA.
- 16. Las Evaluaciones subsiguientes, tienen la solidez suficiente para justificar el Proyecto, ya que se sustenta gran parte en datos tomados en sitio. 3.3.1. Demanda Residencial. Se considera una máxima demanda de 300 W/abonado con 0.50 de factor de simultaneidad, coeficiente de Electrificación de 0.6 a 0.90 y de acuerdo a los datos obtenidos en sitio y del último Censo se tiene 180 viviendas en Palo Blanco, 70 viviendas en Tabacal, 30 viviendas en La Huaca, 30 viviendas en Chirimoyas y 30 Viviendas en Pinchina, las que han sido consideradas para el futuro con un crecimiento poblacional de 1.5 % anual. 3.3.2. Alumbrado Público. Para el alumbrado público se ha estimado, de acuerdo al número de viviendas, que se ejecutará con lámparas de vapor de sodio de 70 W y de 125 W, considerando un crecimiento anual de la demanda del 1.5 %. 3.3.3. Demanda Comercial. La demanda comercial en éste caso no se considera ya que los comercios son en pequeña escala y por lo general toman del mismo servicio domiciliario. 3.3.4. Demanda Industrial y Artesanal. Esta demanda será solo diurna y se ha considerado: Aserradero. - Sierra circular (02) = 3 KW - Garlopa (02) = 2 KW - Cepilladora (02) = 2 KW - Torno (02) = 1 KW - Taladro (02) = 1 KW.
- 17. Agro industria. - Molino de martillo = 5 KW. - Pequeñas Agroindustria = 5 KW. Cargador Baterías. - (02) 6 B/C = 1 KW Taller de Mecánica - Máquina de soldar = 4 KW - Taladro = 1 KW - Esmeril = 0.5 KW - Fragua = 0.25KW TOTAL = 25.75 kw. 3.3.5. Cargas Especiales. Las cargas especiales en los caseríos del área de suministro estarán conformadas por: - Colegios estatales = 1 KW - Escuelas estatales primaria = 1 KW - Iglesias Católicas = 1.5 KW - Puestos de Salud = 2 KW - Locales comunales = 1 KW. - Locales de Alcaldías = 2 KW - Puesto P.N.P. = 1 KW TOTAL = 8.5 KW.
- 18. PROYECTO: Micro Central Hidroeléctrica de Palo Blanco. CENTRO POBLADO: PALO BLANCO. CASERIOS: TABACAL, LA HUACA, CHIRIMOYAS Y PINCHINA. DEMANDA: Domiciliaria e Industrial Tasa de Crecimiento (%) = 1.5 MD(W)= 300 FS = 0.5 AÑO 1972 1998 1999 2004 2010 2020 2025 2030 # HABITANTES 0 1244 1263 1360 1487 1726 1860 2003 # VIVIENDAS 311 316 340 372 432 465 501 COEFICIENTE ELECTR - 0.60 0.90 0.90 1.00 1.00 1.00 # ABONADOS 189 306 335 432 465 501 D. RESIDENCIAL 56.82 91.82 100.40 129.46 139.46 150.24 D.RESIDENC * fs 28.41 45.91 50.20 64.73 69.73 75.12 ALUMBRADO PUBLICO 4.00 4.31 4.71 5.47 5.89 6.35 DEMANDA COMERCIAL 2.00 2.15 2.36 2.73 2.95 2.15 D.ARTESANAL * Fs. 23.90 25.75 28.15 32.67 35.20 37.92 CARGAS ESPECIALES 7.90 8.51 9.31 10.80 11.63 12.53 TOTAL 42.31 60.88 66.57 83.73 90.20 96.16 PERDIDAS (6%) 2.54 3.65 3.99 5.02 5.41 5.77 TOTAL DEMANDA. 44.85 64.54 70.57 88.76 95.62 101.93 PROYECCION DE LA MAXIMA DEMANDA 4.0 POTENCIAL HIDROELÉCTRICO. El potencial hidroeléctrico se encuentra al S-E y a 100 del centro poblado de Palo Blanco. El recurso hídrico considerado por lo tanto, son las aguas que discurren por la quebrada Turure, que cuenta con un caudal mínimo promedio aforado de 1000 l/Seg en estiaje.
- 19. El potencial hidroeléctrico existente es mayor que la demanda de 30 años de las localidades de Palo Blanco, Tabacal, La Huaca, Chirimoyas y Pinchina, por lo que la instalación de una Micro Central Hidroeléctrica de mayor potencia sólo es justificable si se realiza con fines industriales (Minería u otros). El caudal de diseño óptimo, se ha seleccionado de acuerdo al estudio de demanda, potencia a generar, y costo total de la Micro Central Hidroeléctrica. - Fuente Hídrica = Aguas de la quebrada Turure. - Caudal Diseño = 320 lts/Seg. - Salto bruto = 47.28 m. En consecuencia, la capacidad de generación de la M.C.H. será: P = 6.6 x 0.32 x 47.28 = 100KW. La zona elegida para el emplazamiento de la Infraestructura del desarenador, cámara de carga, tubería de presión y casa de fuerza son estables y no presentan problemas geotécnicos significativos, como se describió en capítulos anteriores por lo tanto no se justifica un mayor estudio geológico, para dichas obras, más aun por tratarse de una MICRO CENTRAL. 5.0 INGENIERIA DEL PROYECTO. En este capítulo se describe todos los diseños de la M.C.H. en base a los antecedentes mostrados en los capítulos anteriores, para satisfacer la demanda de las localidades del área de suministro.
- 20. La configuración general del aprovechamiento Hidroeléctrico, se divide en tres partes principales: Obras civiles, Equipo Electromecánico y Obras eléctricas. En cada unos de ellos se establecerán las dimensiones y características principales. Como ya se indicó, para hacer factible su financiamiento y ejecución en el menor tiempo posible, las obras de captación, conducción y las obras eléctricas se presentarán en volúmenes aparte. 6.0 DESCRIPCIÓN DE LAS OBRAS CIVILES. El aprovechamiento hidroeléctrico del proyecto se basa en la utilización de las aguas de la quebrada Turure que es derivada mediante el canal existente que tiene una longitud aproximada de 1500 m hasta donde se ubicara la camara de carga. Este canal será mejorado y ampliado en una segunda etapa. 6.1 TRABAJOS PRELIMINARES. 6.1.1. Caminos de acceso. La construcción de caminos de acceso, será de las características de 1.0 m. de ancho y una altura promedio de corte de Taludes de 1.0 m que debe ser Proyectada para llegar estratégicamente a todos los frentes de trabajo y que posteriormente servirá, para el mantenimiento de la infraestructura de la M.C.H., por lo que su mantenimiento deberá ser constante. 6.1.2 Campamentos y Almacenes de Obra. Se ejecutará 30 m2 de campamento y almacenes de obra y estarán constituidos a base de módulos portátiles que faciliten el armado y traslado, durante la fase de ejecución de Obra. 6.2. DESARENADOR.
- 21. 6.2.1. Generalidades No existe información disponible que permita conocer la intensidad del fenómeno de arrastre de sedimentos en la quebrada Turure. Sin embargo sus características morfológicas y la constitución geológica de los terrenos presentes en ambas márgenes, sugieren que las concentraciones de sólidos no son importantes durante la época de lluvias tanto que las aguas en estas condiciones no se enturbian. La composición mineralógica de las partículas que conforman los bancos de material acumulados en el lecho de la quebrada es balanceada, con proporciones similares de minerales duros y competentes, como el cuarzo, y materiales menos resistentes, como las micas. Por otra parte, se ha considerado la implementación de una (1) nave de desarenación. Esta premisa de diseño le confiere gran flexibilidad de operación a la estructura, permitiendo garantizar la entrada de agua libre de sedimentos hacia la cámara de carga, aún en las condiciones más desfavorables durante la época de avenidas. Las operaciones de purga se harían en forma intermitente y alternada en esta época del año, sin interrumpir el normal funcionamiento de la estructura en su conjunto. 6.2.2. Transiciones de Entrada El Canal de conducción se conecta con el desarenador de la cámara de carga mediante una transición de entrada de 2.0 m de longitud, que permiten el cambio paulatino del ancho y la profundidad hasta alcanzar las dimensiones de diseño. 6.2.3. Nave de Desarenación La sección transversal de la nave tiene forma rectangular, de 2.10 m de ancho. La profundidad efectiva ha sido calculada teniendo en cuenta la necesidad de proveer volumen suficiente como para acumular material sólido en el intervalo comprendido entre las operaciones de purga, sin restringir su
- 22. capacidad de decantación. Con este criterio, la profundidad de la nave ha sido definida en 1.50 m, el nivel máximo estimado de los sólidos que pueden ser retenidos con intervalos de purga de 7 días y concentraciones de 0.05 Kg/m3 .es de 0.85 m. En estas condiciones, la velocidad del agua en la nave resulta de 0.40 m/s, considerando la operación con el caudal máximo de diseño de la central. El fondo de la nave es inclinado con una pendiente del 5%, para facilitar la limpieza de la nave. La eliminación de los sólidos decantados se hará en forma continua cuando la disponibilidad de agua sea suficiente. En caso contrario, la purga se haría en forma intermitente, abriendo y cerrando la compuerta de evacuación a ser instalada en el extremo de aguas abajo del desarenador. En previsión a los excesos de caudal que pudieran ingresar al desarenador, como consecuencia de una operación deficiente de las compuertas de admisión en las condiciones más críticas, se ha habilitado un vertedero en la pared lateral de la nave. El vertedero tiene 2.50 m de longitud, con la corona. Del mismo modo, para permitir la evacuación por vertido desde la nave se ha limitado la altura del tabique intermedio. El agua vertida desde el desarenador es recogida mediante un canal de purga que continuará luego su recorrido de vuelta al río. Este canal servirá también para evacuar los sólidos acumulados en la nave de desarenación cuando se efectúe la limpieza respectiva. 6.2.4. Sistema de Purga El sistema de purga del desarenador es accionado mediante una compuerta de sección cuadrada de 0.20 x 0.30 instalada al final de la nave de desarenación. La compuerta se comunica con un ducto que conduce el agua hacia el canal de purga que desemboca inmediatamente aguas abajo del vertedero. La base de este canal rectangular mide 0.30 m y la altura es
- 23. variable, conforme desciende el nivel del solado con una pendiente longitudinal mayor de 5%. Los detalles concernientes a esta estructura se hallan graficados en los Plano D-C.C.-01. 6.3. CÁMARA DE CARGA. Se ha diseñado inmediatamente después del desarenador, para permitir una adecuada transición entre este último y el conducto forzado. Las dimensiones de esta estructura son: ancho igual al del desarenador y una longitud de 1.00 m. En el caso de una entrada en operación con las máximas solicitaciones, los volúmenes requeridos en forma súbita serán proporcionados por el agua almacenada en el desarenador y a lo largo del canal, hasta que se establezca la condición de equilibrio y el flujo haya alcanzado la velocidad correspondiente. Por esta razón, no ha sido necesaria la habilitación de volúmenes adicionales en la cámara de carga con éste propósito. El agua pasa por el rebose a través de un vertedero y una rejilla de protección, hacia la cámara donde se halla la embocadura del tubo. Debido a las condiciones topográficas existentes en el lugar, la antecámara del conducto forzado está formada por muros robustos de concreto, con la finalidad de proveer a la estructura del peso necesario para garantizar su estabilidad. Además, debido a la proximidad del muro frontal de la cámara de carga y de la primera silla de apoyo, se ha considerado conveniente integrar ambas estructuras en una sola. De esta manera, la estructura conforma un conjunto sólido y suficientemente estable. Los detalles concernientes a esta estructura se hallan graficados en los Plano D-C.C.-01.
- 24. 6.4. CONDUCTO FORZADO El conducto forzado se desarrolla sobre una ladera de características morfológicas prácticamente uniformes y de unos 40º de inclinación media. Los materiales que conforman el talud presentan condiciones muy adecuadas para la cimentación de los macizos de anclaje y serán requeridos para el sostenimiento de la estructura. La estructura está conformada por dos (2) ramales de tubería en paralelo, cada ramal cuenta con (2) tramos principales. El primero, que será instalado con 41o de inclinación respecto a la horizontal, donde se inicia el embudo de transición, y donde se ha previsto la instalación de un codo y el macizo de anclaje respectivo. El segundo tramo será instalado con una inclinación menos empinada, formando un ángulo de 34°, terminando en el codo de ingreso a la casa de fuerza con sus respectivos anclajes los cuales han sido calculados respectivamente. La longitud total del conducto forzado, medida entre los vértices de los codos, es de 74.48 m. De estos, 57.83 m pertenecen al 1er tramo y 16.65 m al 2do tramo o tramo final a continuación del cual se instala el codo de distribución cuyas características se describen más adelante. El diámetro exterior del conducto en cada ramal es uniforme e igual a 250 mm., salvo en el diámetro interior, que varia para la clase 7.5 es 232 mm. y para la clase 5 es de 237.8 mm. El distribuidor de la Turbina que se adquiera debe de ser horizontal que se conecta con el grupo. Las tuberías a adquirir deben de fabricarse según norma internacional ISO 4422. Dadas las características geológicas existentes en el lugar, se ha considerado conveniente diseñar un bloque de anclaje para cada cambio de dirección en cada codo del conducto forzado y que a la vez garantiza la estabilidad de la excavación.
- 25. Los Planos PT-01 y AN-01 muestran los detalles correspondientes al conducto forzado, los macizos de anclaje y los accesorios requeridos para el montaje. Para el diseño de la tubería de presión se ha considerado los siguientes criterios: - Menor costo inicial. - Menor pérdida de energía - Menor costo de mantenimiento - Perfil topográfico. Deducimos, las pérdidas por fricción (Hf) para seleccionar el diámetro más adecuado, para la primera etapa. Las tuberías de diámetros 18” y 16” producen pérdidas mas bajas de energía que las tuberías de 10” o 250 mm, pero en este caso se han tomado dos (2) tuberías paralelas de diámetro 8” por tener un menor costo de fabricación y montaje. Por lo tanto las pérdidas por fricción en cada ramal de la tubería es de: Hf =1.83 m. Las pérdidas por accesorios en cada ramal será: En la entrada, en los ángulos de inclinación de la tubería y en el codo final: Hs = 0.672 m. Por tanto la altura a la entrada del distribuidor o altura neta será: Hn = 47.28 – 2 x (2.50) = 42.28 m. 7.1. Cálculo del espesor de tubería. El espaciamiento considerado entre cada apoyo de madera es de 6.00 m, entre ejes y sobre tierra cernida y apisonada. Los anclajes tipo macizo están ubicados donde hay cambio de pendiente.
- 26. Para el diseño de los apoyos y anclajes se han considerado todas las fuerzas transmitidas por la tubería y la capacidad portante del sueldo, considerado en 1.5 Kg/cm2, lo que deberá ser verificado en Obra. Las características técnicas son las siguientes: - Longitud total = 77.00 m - Diámetro interior = 232 - 237.8 mm. - Tramo PVC –CL = 7.5 - 5. - Carga Hidráulica = 42.28 m. - Golpe de ariete considerado = 54.96 m. - Juntas de dilatación = 01 - Reducciones = 01 - Apoyos de madera = 0.5x0.1x0.1 m. - Anclajes = 03 (de concreto según plano AN-01). Se harán las pruebas de sobre-presión durante 24 horas continuas como mínimo, presión de prueba hidrostática al doble de la presión de trabajo (300 PSI). 6.5. CASA DE MÁQUINAS 6.5.1 Camino de Acceso Con la finalidad de analizar la conveniencia de construir un camino de acceso peatonal hasta la casa de máquinas, se ha procedido a trazar una línea de gradiente que se inicia en la localidad de Palo Blanco y llega a la casa de fuerza. Tomando en cuenta las características locales y las dimensiones de las obras de la central, no se justifica la construcción de un camino muy amplio hasta la casa de máquinas. Sin embargo, los requerimientos propios de los trabajos de excavación que deberán efectuarse para la habilitación de la plataforma donde se construirá la edificación, definen la conveniencia de
- 27. abrir un camino de acceso provisional para la maquinaria que deberá ser dedicada a estas labores. Como consecuencia, estará disponible una plataforma de acceso de 2.0 m de ancho, que podrá ser utilizada luego para el acceso de acémilas, previo tratamiento de la superficie de rodadura mediante la colocación de un lastre que evite su deterioro, como consecuencia de las intensas lluvias que caen en el área. La longitud total del camino resultante es de 200 m aproximadamente, con pendientes variables entre 0.5 y 50 %. 6.5.2 Disposición de los Equipos Los equipos de generación, como son la turbina, generador, regulador y tablero de control, deben de ser ubicados de acuerdo con los planos preparados por el fabricante. Se han habilitado, además, los espacios necesarios para permitir la realización de los trabajos de montaje durante la instalación de la central y de operación y mantenimiento de las máquinas, para lo cual se dispondrá de una viga de concreto central de 1 Ton de capacidad de izaje. Como resultado, se plantea la habilitación de una nave central principal de 6.25 m de largo por 5.50 m de ancho y 3.25 m de altura (ver Planos A-01, E- 01 y E-02) para albergar los equipos principales de generación, los tableros de comando y los servicios auxiliares. Los demás detalles que complementan las características de la casa de máquinas pueden ser vistos en los Planos IE-01, IS-01, M-01. 6.5.3 Áreas Complementarias En principio, se asume que la central será operada por un mínimo de una o dos personas, quienes atenderán los requerimientos propios de esta labor por turnos.
- 28. Los operadores se ocuparán de inspeccionar periódicamente todas las obras que forman parte de la instalación, especialmente el canal de conducción y tubería para verificar que todo marcha en las condiciones óptimas de funcionamiento. Por otra parte, teniendo en cuenta la distancia existente entre las diversas obras civiles de la central y la localidad de Palo Blanco, se ha considerado la necesidad de pernoctar o de preparar alimentos en las instalaciones de la casa de máquinas, por que los operadores se desplazarán hacia las instalaciones de la central utilizando caminos de herraduras y portarán las vituallas y los alimentos necesarios para cumplir con su jornada de trabajo. En este caso se permitirá que los operadores trasladen a sus familias a las vecindades de la casa de máquinas, para evitar la instalación progresiva de facilidades no previstas, tales como corrales para la crianza de animales domésticos, o la creación de áreas que guardan relación con las exigencias propias de la central. Por todas estas razones, la edificación contará únicamente con una pequeña guardianía de 3.00 x 2.35 m., que les permitirá a los operadores elaborar y mantener los registros en forma ordenada y siempre disponibles para su revisión, además de contar con un lugar adecuado para tomar sus alimentos, y de un reducido espacio de 3.00 m de largo por 1.20 m de ancho para los servicios indispensables de higiene y baño. Finalmente, se prevé también la necesidad de un depósito o almacén de herramientas manuales mínimas (lampa, pico, carretilla, rastrillo, etc.) y algunos otros implementos (linterna, botas de agua, ponchos, etc.) que contribuyan al normal y eficiente desenvolvimiento de las actividades de los operadores. Este depósito servirá también para el almacenamiento de pequeños repuestos que puedan ser necesarios durante las labores menores de mantenimiento. Así como las herramientas necesarias para el mantenimiento de rutina que debe adquirirse según Manual de Fabricante. Todo este conjunto de áreas complementarias está dispuesto en una sección interior, diferente de la nave central en la altura del techo, que en este caso
- 29. queda reducida a 3.0 m. No se ha contemplado la necesidad de áreas dedicadas a talleres de mantenimiento, por considerar que estas labores serán efectuadas en lugares ubicados fuera del ámbito de la central, previo transporte del equipo que requiera tal servicio. 6.5.4 Estructuración y Cobertura En general, los materiales que se hallan disponibles localmente son los más adecuados para la edificación de una estructura de las características que debe tener la casa de máquinas, se ha decidido la implementación de estructuras y coberturas prefabricadas, livianas y resistentes, para facilitar su transporte en las condiciones que son características del lugar, donde el acceso es bastante deficiente. Los materiales que se ajustan mejor a estas limitaciones son madera de eucaliptos, éstas últimas previstas para ser empleadas tanto en los techos como en los separadores de ambiente y paneles exteriores. 6.5.5 Ventilación y Aislamiento El diseño contempla la ventilación natural de los ambientes de la casa de máquinas, propiciando el ingreso del aire a la temperatura exterior, a través de 06 ventanas en los niveles inferiores de ambos lados de la edificación. La salida del aire se haría a nivel del techo, por el lucernario. 6.5.6 Servicios Higiénicos La alimentación de agua para los servicios higiénicos se hará desde la tubería de purga del conducto forzado, mediante un circuito que incluirá una válvula reductora de presión. La eliminación de las aguas servidas se hará mediante una instalación que incluirá las tuberías de desagüe correspondientes y un pozo séptico. Los efluentes serán luego conducidos al río o quebrada – Plano IS-01. La tubería de purga, las válvulas necesarias para el control de flujo y reducción de la presión y todos los demás elementos necesarios para el
- 30. suministro de agua a los servicios higiénicos, forman parte de las instalaciones sanitarias Plano IS-01. 6 .5.7 Canal de Descarga. El canal de descarga se encuentra a 0.60 m. debajo del piso terminado de la casa de fuerza y la evacuación de las aguas turbínadas se hace en forma libre y recta en planta, para ser entregado al río después de un longitud de 10 m. para utilizarse para riego en la parte inferior de la localidad. El canal será revestido con concreto de f’c = 140 Kg/cm2 , en una longitud de 3 m, de sección rectangular de 0.80 m, de ancho por 0.6 m, de alto. 7.0 EQUIPO ELECTROMECÁNICO Para el equipamiento del sistema de generación de la micro central, determinamos los parámetros principales del equipo Electromecánico. Estará constituido por un solo grupo de características de diseño requeridas, por lo que la turbina, generador y regulador electrónico seleccionados serán los determinados en el diseño: 7.1. TURBINA. Q = 320 Lts/Seg. (Caudal de diseño) Hb= 47.28 m. P = 100 KW = 133 HP (Potencia útil) Ns = (N x P1/2 ) /H 5/4. V = 1 (19.62 x 47.28 ) 0.95 = 28.93 m/Seg. N = u x 60/$ x D = 0.45 x 43.64x 60/3.1416 x 0.4. N = 621 rpm. Ns= (621 x 133 ½)/ 47.28 5/4 = 58 rpm. Las velocidades especificas (Ns) aceptables técnicamente para turbinas son:
- 31. Peltón de 12 a 30, un inyector. Peltón de 30 a 40, dos a tres inyectores. Michell Banki de 40 a 140 Francis de 80 a 400. Por lo tanto deducimos que las Turbinas que más se adaptan a las condiciones de caudal y altura es la Turbina PELTON DE 03 INYECTORES O MICHELL BANKI . - Turbinas ideal para aplicaciones de caídas de 40 a 400 mts, y caudales turbinables de 1.0 a 1000 Lts/Seg. - Rendimiento excelente entre el 20 y 100 % del caudal máximo. - Las ruedas PELTON y RODETES MICHELL, tienen sus piezas que son fácilmente intercambiables. - Fabricadas actualmente con tecnología del País. - Bajo costo de fabricación y mantenimiento. La maquinaria hidráulica debe de ser una turbina que opera de eje horizontal. Las características de la turbina serán: − Tipo Peltón ó Michell banki. − Marca Nacional o Importada. − Forma de Trabajo Horizontal . − Salto bruto 47.28 m − Potencia nominal 100 kW − Caudal nominal 320 lt/s − Velocidad nominal 621 rpm La turbina debe de suministrarse con una válvula de control General, de las siguientes características: − Tipo Compuerta.
- 32. − Diámetro 10” − Presión de Trabajo. 150 PSI. 7.2. GENERADOR. El generador, conjuntamente con la turbina, operará también permanentemente a plena carga o a carga parcial y velocidad nominal, a frecuencia constante. El generador debe ser del tipo síncrono, de eje horizontal, o vertical acoplado mediante fajas al eje de la turbina, y debe tener las siguientes características: − Tipo Trifásico, síncrono − Marca Estánfor o maratón (Importado) − Potencia 100 KW − Factor de potencia 0.8 − Potencia aparente 125 kVA − Corriente 200 A − Velocidad 1800 rpm − Frecuencia 60 Hz − Tensión de generación 380 V, cuatro (4) conductores − Grado de protección IP 23 − Excitación Sin escobillas (brushless) − Autoexitado. AVR – Brasler. Autoexitado y sin escobillas, tiempo de embalamiento indefinido, de eje horizontal. El sistema de transmisión entre la turbina y el generador, será mediante fajas. 7.3. SISTEMA DE CONTROL, MEDICIÓN Y REGULACIÓN.
- 33. El sistema más recomendado por la capacidad de planta, para el control de velocidad y carga es regulador electrónico de carga (R.E.C.). Este sistema presenta las siguientes ventajas frente al sistema oleomecánico: - Más económico, seguro y de mayor velocidad de respuesta. - Trabaja con Turbinas más simples. - Fabricación nacional o importada con garantía de servicio. - La turbina no requiere de volante de compensación inercial. - Permite variaciones de + - 3 HZ en la frecuencia. El regulador debe incluir una carga secundaría, capaz de absorber toda la carga generada, que puede ser instalada para ser enfriada con agua fluyente o con aire forzado. La potencia de la Carga secundaria es igual a la potencia eléctrica generada más un 20%. Para el grupo será: P = 100 KW + 20 % = 120 KW. El Regulador electrónico debe de ser de las siguientes características: − Tipo, Marca Nacional o Importado. − Resistencias sumergidas en agua Absorción. − Tensión 380/230 V, Trifásico − Frecuencia 60 Hz − Potencia de disipación 120 kW − Precisión ± 3% El Regulador debe de ser suministrado con el tablero de control, protección, medición y equipos de maniobra correspondientes en 380 V, tablero de
- 34. Control para la correcta operación y regulador Eléctrico y resistencias, conjuntamente con los cables de control y fuerza entre el generador y los equipos asociados, éste suministro debe de realizarse mediante una empresa especialista y debe incluir su montaje, pruebas y puesta en servicio, con una garantía mínima de los equipos de 12 meses. 7.4 SUMINISTROS Y MONTAJES. El contratista o empresa especialista que suministre los equipos debe ser responsable de instalar todos los equipos electromecánicos que componen la M.C.H. de Palo Blanco, suministrar e instalar los equipos complementarios y poner en servicio en forma conjunta toda la central, con una garantía mínima de suministro de 12 meses o más. Los equipos complementarios a ser suministrados por el Contratista son: − Un (01) Sistema de instalaciones eléctricas e iluminación − Un (01) Sistema de puesta a tierra − Un (01) Conjunto de cables de fuerza en 380 V para el enlace del Generador con los Equipos. Los equipos a ser suministrados por el Contratista o empresa especialista se resumen en lo siguiente: − Un (01) grupo turbina-generador completo − Los cables de control y conexión − El Regulador electrónico. − Carga secundaria. − Montaje. − Pruebas y puesta en servicio. − Garantía de funcionamiento de 12 meses como mínimo Los equipos deben tener los planos e instrucciones de montaje, cableado, conexión y manual de mantenimiento y operación.
- 35. 8.0 OBRAS ELECTRICAS. El proyecto se ha desdoblado en tres documentos para facilitar su financiamiento y ejecución, por lo que las obras eléctricas se debe presentar en otro volumen, en el cual se debe de considerar las líneas de Sub transmisión, redes primarias, redes secundarias y conexiones domiciliarias, a toda el área de suministro del presente proyecto. También se recomienda en forma provisional y por la poca distancia que existe entre la casa de fuerza futura y el Centro Poblado de Palo Blanco instalar una red primaria a 380/220, proyecto que debe de ser provisional hasta cuando se ejecute el proyecto definitivo y que los usuarios de este sector sean los beneficiarios inmediatos en las pruebas de dicha obra. 9.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Al finalizar el presente Proyecto y como consecuencia del conocimiento de la zona, podemos decir. a) Que es necesario el financiamiento del proyecto a la brevedad posible, para realizar una electrificación en el sector rural que es el más deprimido. b) El análisis económico no se ha considerado, pues el monto TOTAL de la inversión, es alto y en este tipo de proyectos los indicadores económicos son desfavorables para considerar el autofinanciamiento, sin embargo el impacto social es muy importante, pues mejora el nivel de vida de los beneficiarios y deberá colaborar con el freno de la inmigración y el centralismo a las grandes ciudades. c) El costo de la Micro Central se logrará reducir con donaciones y el apoyo de mano de obra de la comunidad.
- 36. d) Nos permitimos recomendar que todas las obras por ejecutar deben ser financiadas con el aporte de instituciones gubernamentales o no gubernamentales, ya que la justificación más importante para la realización del presente proyecto es el bajo costo de venta de la energía.