POTENCIA DE DISEÑO, POBLACION Y CAUDAL DE DISEÑO PARA UNA MINICENTRAL HIDROELÉCTRICA EN EL DISTRITO DE CAJAMARCA CUENCA DEL RIO MASHCON.
I
INTRODUC INTR ODUCCIÓN CIÓN En una central central hidroeléctrica hidroeléctrica se utiliza utiliza energía hidráulica para hidráulica para la generación de energía energ ía eléctric eléctricaa. Son Son el resul resulta tado do actua actuall de la evol evoluc ució ión n de los los antig antiguo uoss molinos que molinos que aprovechaban la corriente de los ríos ríos para para mover una rueda rueda.. En general general,, estas estas centrale centraless aprove aprovecha chan n la energ energía ía poten potencial cial gravi gravitatoria tatoria que que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como salto geodésico. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace hace pasa pasarr por por una una turbi turbina na hidrá hidráulica ulica la cual cual tran transm smit itee la ener energí gíaa a un generador donde donde se transforma en energía eléctrica. eléctrica.
RESUMEN Las centrales hidroeléctricas de reducida potencia, constitueron, la base de la electri electrifica ficació ción n de las peque! peque!as as comuni comunidad dades es rurales rurales debido debido a los proble problemas mas
técnicos ocasionados por el transporte de energía eléctrica la dificultad de e"tender de manera suficiente, las redes regionales de distribución. Estas peque!as centrales hidroeléctricas estaban dimensionadas de acuerdo con las características del río en el que eran instaladas con el tama!o del mercado local al que debían suministrar electricidad. #oco a poco, las minicentrales hidroeléctricas fueron perdiendo importancia, debido a la aparición de la corriente alterna, gracias a la cual se podía transportar la electricidad a grandes distancias, por lo que el enfoque constructivo se dirigió hacia las grandes centrales dotadas de embalses capaces de regular las aportaciones de agua de los ríos en función de las necesidades del suministro, garantizándose así la calidad del mismo, e"igencia primordial que acompa!a al progreso económico. #or tanto, al perder importancia desde el punto de vista de la cobertura de la demanda, las minicentrales hidroeléctricas entraron en declive fueron en algunos casos abandonadas en otros llegaron a un grado de deterioro tal, que resultaba demasiado costosa su reparación. Los efectos de este declive de las minicentrales hidroeléctricas comenzaron a apreciarse con especial claridad a partir de $%&'( sólo, a raíz de un programa destinado a impulsar este tipo de aprovechamientos, puesto en marcha a instancias de la )dministración en $.%*', se ha vuelto a asistir a una reutilización de los mismos.
II
OBJETIVOS: 1 GENERAL
Estimar el caudal de dise!o para una minicentral hidroeléctrica, teniendo en cuenta la data de caudales medios mensuales de la cuenca del rio +ashcon la población beneficiaria la potencia requerida.
2 ESPECÍFICOS
III
eterminar la potencia requerida, la demanda neta entre otros. Estimar la población beneficiaria. eterminar el caudal de dise!o
JUSTIFICACIÓN Su importancia se reduce a que los conocimientos teóricos adquiridos, los aplicaremos en distintas realidades de la vida práctica( esto en su base del bienestar p-blico satisfacción de necesidades primarias, que lleva el análisis de las condiciones del medio en que sirve, con sus características /idrogeográficas, orográficas, demográficas( a sus factores climáticos, sociológicos, etc. Es base de su e"istencia, de su maor o menor prosperidad.
El presente traba0o se realiza con la finalidad de aprender a dise!ar en nuestro campo laboral cualquier tipo de perfil de generación de sistemas de energía hidráulica mediante el aprovechamiento del recurso hídrico de este modo tendremos la capacidad de realizarlo, de modo que se logrará satisfacer las necesidades del recurso vital de la población.
IV
REVISIÓN DE LITERATURA 1 A!"#$%&'()$*+" $ -' $*$!/' &)!0-)%' Los antiguos aprovechaban
a
la
energía
del
agua(
utilizaban ruedas
hidráulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo 122. urante la Edad +edia, las enormes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia má"ima de cincuenta caballos. La energía hidroeléctrica debe su maor desarrollo al ingeniero civil británico 3ohn Smeaton, que construó por primera vez grandes ruedas hidráulicas de hierro colado. La hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la 4evolución 2ndustrial. 2mpulsó a las industrias te"tiles del cuero los talleres de construcción de máquinas a principios del siglo 121. )unque las máquinas de vapor a estaban perfeccionadas, el carbónera escaso la madera poco satisfactoria como combustible. La energía hidráulica audó al crecimiento de las nuevas ciudades industriales que se crearon en Europa )mérica hasta la construcción de canales a mediados del siglo 121, que proporcionaron carbón a ba0o precio. Las presas los canales eran necesarios para la instalación de ruedas hidráulicas sucesivas cuando el desnivel era maor de cinco metros. La construcción de grandes presas de contención todavía no era posible( el ba0o caudal de agua durante el verano el oto!o, unido a las heladas en invierno, obligaron a sustituir las ruedas hidráulicas por máquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbón. Las formas más frecuentemente utilizadas para e"plotar la energía hidráulica son
' D$#/" $- %'%$ $ '' El principio fundamental de esta forma de aprovechamiento hidráulico de los ríos se basa en el hecho de que la velocidad del flu0o de estos es básicamente constante a lo largo de su cauce, el cual siempre es descendente. Este hecho revela que la energía potencial no es íntegramente convertida en energía cinética como sucede en el caso de una masa en caída libre, la cual se acelera, sino que ésta es invertida en las llamadas pérdidas, es decir, la energía potencial se 5pierde5 en vencer las fuerzas de fricción con el suelo, en el transporte de partículas, en formar remolinos, etc.. Entonces esta energía potencial podría ser aprovechada si se pueden evitar las llamadas pérdidas hacer pasar al agua a través de una turbina. El con0unto de obras que permiten el aprovechamiento de
la energía anteriormente mencionada reciben el nombre de central hidroeléctrica o /idráulica. El balance de energía arriba descrito puede ser ilustrado me0or a través del principio de 6ernoulli.
3 I*+$!%$+'%)4* $ -' %"!!)$*+$ $ '' Este método consiste en la construcción de una represa o embalse de agua que retenga el cauce de agua causando un aumento del nivel del río en su parte anterior a la presa de agua, el cual podría eventualmente convertirse en un embalse. El dique establece una corriente de agua no uniforme modifica la forma de la superficie de agua libre del río antes después de éste, que toman forma de las llamadas curvas de remanso. El establecimiento de las curvas de remanso determina un nuevo salto geodésico aprovechable de agua.
2 P"3-'%)4* $ )$5" Las obras que se proectan para el aprovechamiento de los recursos hídricos en la generación de energía hidráulica no se dise!an para satisfacer solo una necesidad del momento actual sino que deben prever el crecimiento de la población en un periodo de tiempo prudencial que varía entre $' 7' a!os( siendo necesario estimar cual será la población futura al final de este periodo. 8on la población futura se determina la demanda de potencial eléctrico para el final del periodo de dise!o.
1
P$!/"" $ )$5"
Es el tiempo que se supone la obra estará traba0ando al $''9 de su capacidad. El periodo de dise!o, está ligado a los aspectos económicos, por lo que no se deben desatender los aspectos financieros. Esto tiene como consecuencia que el ingeniero, trate de dise!ar las obras modularmente para que la construcción de los sistemas se vaa realizando conforme se requiera. #ara determinar el período de dise!o se tendrá en cuenta la tendencia del crecimiento de la población. Tabla N° 01
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PERIODO DE DISEÑO ;' < =' $> < ;> $' < ;'
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Auente separata de docente de la asignatura de hidroenergía
2
V)' 7+)-
La Bvida -tilC se considera al tiempo en que las obras estarán en servicio al $''9 sin que tengan unas erogaciones de operación mantenimiento elevadas. El tiempo está determinado por la duración de los materiales de que estén hechos los componentes de la obra.
8
D$+$!()*'%)4* $ -' "3-'%)4* 9+!'
#ara efectuar la elaboración de un proecto de generación de energía hidráulica es necesario determinar la población futura de la localidad, así como de la clasificación de su nivel socioeconómico dividido en doméstico e industrial. 2gualmente se debe distinguir si son zonas comerciales o industriales, sobre todo, al final del periodo económico de la obra. La población actual se determina en base a los datos proporcionados por el 2nstituto Dacional de Estadísticas, eografía e 2nformática F2DE2G, tomando en cuenta los -ltimos tres censos disponibles para el proecto hasta el a!o de realización de los estudios proectos. En el cálculo de la población de proecto o futura intervienen diversos factores como son crecimiento histórico variación de las tasas de crecimiento perspectivas de desarrollo económico La forma más conveniente para determinar la población de proecto o futura de una localidad se basa en su pasado desarrollo, tomado de los datos estadísticos. Los datos de los censos de población pueden adaptarse a un modelo matemático, como son
M+"" A!)+(+)%"
P f
= P i + K a
H FT f − T i G IIIII. Fec. $G
K ap
=
K a$ H ∆t $
+ K a ; H ∆t ; + K a = H ∆t = + ... K an H ∆t n ∆t $ + ∆t ; + ∆t = + .....∆t n
III. Fec. ;G
De la ecuación 1 K a
=
∆ p ∆t
D"*$: Ja K asa de crecimiento aritmético. P f
K #oblación final P i K #oblación inicial
K a
K asa de crecimiento T f
K )!o final T i K )!o inicial
K ap
; coeficiente de crecimiento ponderado razón de cambio ponderado de las poblaciones respecto al tiempo
8
D"+'%)4* " %"*("
El consumo se valora de acuerdo al tipo de usuario se divide seg-n su uso en doméstico no doméstico o industrial. Se entiende por dotación la potencia necesaria que se asigna para cada habitante que inclue el consumo de todos los servicios que realiza en un día medio anual, tomando en cuenta las pérdidas. La dotación no es una cantidad fi0a, sino que se ve afectada por un sin n-mero de factores que la hacen casi característica de una sola comunidad( sin embargo, se necesita conocer de ante mano estos factores para calcular las diferentes partes de un proecto. La dotación está integrada por los siguientes consumos aG consumo domestico bG publico cG industrial dG comercial
< #otencia de una central hidroeléctrica La potencia
de
una
central
hidroeléctrica se
mide
generalmente
en megavatios F+MG se calcula mediante la fórmula siguiente …………. (ec. 4.1)
onde #e K potencia en vatios FMG N K densidad del fluido en OgPmQ Rt K rendimiento de la turbina hidráulica Fentre ',> ',%7G Rg K rendimiento del generador eléctrico Fentre ',%; ',%G Rm K rendimiento mecánico del acoplamiento turbina alternador F',%>P'.%%G T K caudal turbinable en mQPs / K desnivel disponible en la presa entre aguas arriba aguas aba0o, en metros FmG En una central hidroeléctrica se define
P"+$*%)' ($)': potencia calculada mediante la fórmula de arriba considerando el caudal medio disponible el desnivel medio disponible.
P"+$*%)' )*+'-'': potencia nominal de los grupos generadores instalados en la central.
V
CONCLUSIONES
Se logró determinar la potencia de dise!o, la población futura el caudal de dise!o para el emplazamiento de una obra de aprovechamiento hidráulico para generación de energía eléctrica cuos valores también permitirán son necesarios para las diferentes estructuras hidráulicas presentes en dicho proecto en la provincia de 8hota.
+ediante el cálculo, se obtuvo los parámetros de dise!o que requiere un proecto hidráulico de generación de energía hidráulica.
Se obtuvo finalmente los principales parámetros de dise!o tales como población futura, potencia de dise!o caudal necesario para el dise!o.
VI
REFERENCIAS BIBLIOGR=FICAS
+))21, 8laudio. urbo máquinas /idráulicas.editorial aceta.$%%*
/idráulica de los 8anales )biertos. Uen e 8hoV. Editorial iana, +é"ico, $%*=. 2S6D %&*<$=<$=;<>
Separa del ocente del 8urso
ANEXOS
FIGURA N°4 – POTENCIA DE ACUERDO A DISTINTASA POBLACIONES (Sea!a"a In#$ LEON C%A&E' Lui)*
