Caso Práctico 1

Caso Práctico ENERGÍA MINIHIDRÁULICA

Caso Práctico 2

Caso Práctico ENERGÍA MINIHIDRÁULICA

OBJETIVOS

Los objetivos que se pretenden conseguir con la resolución de este caso práctico son que el alumno pueda realizar un estudio preliminar de viabilidad tanto técnico como económico de la implantación de una pequeña central hidráulica en un emplazamiento concreto, aplicando los contenidos desarrollados en el documento base del módulo “Energía Minihidráulica” o “Small Hydro Energy”. Los apartados a determinar son:

Determinar el valor del salto bruto y neto disponible.

Dimensionar los siguientes componentes : canal de derivación y tubería forzada

Determinar el tipo de turbina hidráulica y su velocidad específica

Determinar la relación de la caja multiplicadora de velocidad

Determinar la potencia eléctrica instalada de la central y la producción eléctrica anual en el punto de conexión con la empresa distribuidora de energía

Determinar: Factor de capacidad, índice de energía, índice de potencia y horas equivalentes de funcionamiento

Realizar un estudio de viabilidad económico utilizando el programa RETScreen, obteniendo el VAN y el TIR a 15 años y el ´Pay-Back´.

Conclusiones

ENUNCIADO

Diseño de una pequeña central hidráulica tipo fluyente con canal de derivación, en las cercanías de la ciudad de Urcos, capital de la provincia de Quispicanchi, Departamento de Cuzco, Perú. A unos 40 km al SE de la ciudad de Cuzco. El río es el Vilcanota (Willcamayo en quechua).

El azud de hormigón se encuentra situado a una cota de 3112,5 m.s.n.m y no está considerado para regulación de caudal, sino que su función será la de retener un pequeño volumen de agua .El agua que no es derivada se vierte por el aliviadero de coronación de una altura de 2,5 m a una cota de 3115 m.s.n.m y sigue su curso normal .Carecerá de compuertas para la regulación.

Caso Práctico 3

El perfil del aliviadero es de tipo parabólico y dispone de un cuenco amortiguador de trampolín sumergido (figura 1).

Figura 1 Detalle del perfil del azud con aliviadero tipo parabólico

Se dotara al azud de dos desagües de fondo y en su embocadura se situará una válvula de chorro hueco para proceder al vaciado cuando se realicen operaciones de limpieza (según normativa de presas) (figura 2).

Figura 2 Situación de los desagües de fondo en el azud

El azud permite la captación del caudal de diseño, con su correspondiente toma de agua situada en su margen izquierdo. La escala de peces, tipo laberinto, se situará en su margen derecho y estará formada por ocho escalones con una altura por escalón de 30 cm. La longitud en coronación del aliviadero es de 20 m., siendo la longitud total hasta los extremos de los estribos 40 m.

Para regular el caudal derivado se establece una compuerta en la entrada de la toma provista además de una rejilla para evitar la entrada de obstáculos.

De la toma de agua, parte un canal abierto con forma rectangular de hormigón armado, construido sobre roca, de una longitud total de 1814 m y con una pendiente de 0,5 metros por mil, hasta la cámara de carga desde la cual parte una tubería forzada de acero hasta el edificio de la central, construida por un único tramo recto de longitud 189 m. El edificio de la central estará situado en la margen izquierda del río, a una cota de unos 3104,3 m.s.n.m. El agua es devuelta al cauce del río una vez turbinada a través de un canal de desagüe a una cota de 3103 m.s.n.m.

3 m

2,5 m

Caso Práctico 4

La central proyectada se conectaría a través de una línea aérea eléctrica a 15 kV, de una longitud de 3 km, a una subestación situada en la población de Churubamba.

Se adjunta un fichero tipo *.kmz (Google Earth) (figura 3) e imagen en formato *.jpg con la ubicación (figura 4).

Figura 3. Vista aérea del emplazamiento

Figura 4. Detalle de la ubicación de los diferentes elementos

Los datos de caudales medios mensuales (Tabla1) se pueden obtener de la estación hidrométrica más cercana a nuestra central, que es la de Pisac, a una cota de 2971 m.s.n.m (13°26´latitud, 71°51¨longitud) y que dispone de un aforo con forma de vertedero de pared delgada con limnigrafo. El operador de la estación hidrométrica es SENAMHI. La precipitación media anual en la cuenca del río Vilcanota es de 811 mm. La superficie de la cuenca es de 6911 km2.

Río Vilcanota

Tubería forzada

Caso Práctico 5

El caudal ecológico o de servidumbre que suponemos, y en concordancia con lo previsto por el Organismo de la cuenca hidrográfica ANA (Autoridad Nacional del Agua en Perú), en el tramo del río aceptado para mantener el hábitat de la zona, es de un 60% del caudal medio del río, durante todos los meses del año.

DATOS DE CAUDALES NATURALES DE LA ESTACIÓN DE PISAC (m3/s)

Los datos de caudales naturales de la estación de Pisac, proceden del informe de EGEMSA de junio de 2004

Tabla 1 Datos de caudales medios mensuales

La concesión de agua permitida por el Organismo de la Cuenca hidrográfica ANA en Perú, es 3,78 m3/s. Por tanto este valor será el caudal de equipamiento Qe de nuestra central. Observando los valores medios de caudales disponibles en todos los meses del año, la disponibilidad de este caudal durante todo el año es del 100%.

DATOS:

Para el dimensionado del canal de derivación:

I = Pendiente longitudinal = 0,5 metros por mil

n = coeficiente de rugosidad de Manning. Para revestimiento de hormigón 0,014

V= velocidad media de circulación del agua por el canal. Se toma 1,37 m/s

Longitud = 1814 m

Sección rectangular de hormigón armado

Aplicar la condición de sección más económica

Caso Práctico 6

Para el dimensionado de la tubería forzada

Longitud 189 m

Tubería de acero dúctil

Velocidad máxima del agua por su interior 4 m/s

P: presión interior del agua considerando sobrepresión por golpe de ariete (normalmente 6.105 N/m2)

σadm: tensión admisible de cálculo ( para el acero se toma un valor de 2400 N/m2)

Datos del generador síncrono:

Velocidad síncrona = 1500 rpm ( 2 pares de polos)

Tensión nominal =3kV

Rendimiento = 0,97

cosφ = 0.88

Autoexcitación con excitatriz y diodos giratorios Datos de rendimientos:

Rendimiento de la turbina hidráulica = 0,92

Rendimiento caja multiplicadora de velocidad = 0,97

Autoconsumo de un 2% de la potencia instalada( auto = 0,98)

Rendimiento del transformador principal de TP= 0,98

Rendimiento de la línea eléctrica de salida L= 0,96 El equipo electromecánico estará formado por los siguientes elementos

- Transformador principal de 3/15 kV .Grupo de conexión Dyn11 - Línea eléctrica aérea de 15 kV , longitud 3km ( hasta el pueblo de Churubamba) - Transformador de servicios auxiliares de 50 kVA - Equipos eléctricos auxiliares y de telemando y control - Compuertas ( escala para peces, boca de toma, cámara de carga y canal de restitución) - Grupo oleohidráulico - Válvulas de desagüe de fondo - Válvula esférica a la entrada de turbina - Puente grúa - Bancada de baterías Datos para el estudio de viabilidad económico

La estimación del coste de inversión se obtendrá mediante la siguiente gráfica ( figura 5):

Caso Práctico 7

Figura 5 . Estimación de coste de inversión

Precio de venta del MWh 91 $/MWh (*)

Coste de operación y mantenimiento (2% del coste de inversión)

Relación de deuda 80%

Tasa de interés de la deuda 2,5%

Duración de la deuda 10 años

Vida útil 40 años

(*) El precio de venta del MWh es un valor adoptado según la tarifa actual de electricidad en Perú.

Para el análisis financiero, se deberá utilizar el programa RETScreen de la Natural Resources Canada (http://www.retscreen.net ).

Resuelva el caso y compárelo con la respuesta del caso resuelto que se le entregará (esta actividad no es evaluable).