Tesis central hidroelectrica

Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias de la Ingeniería Escuela de Construcción Civil

“SOLUCIÓN A LA CARENCIA DE ENERGÍA ELÉCTRICA QUE POSEE EL FUNDO LOS CHILCOS, COMUNA DE LA UNIÓN, MEDIANTE UNA MICROCENTRAL HIDROELECTRICA”

Tesis para optar al título de: Ingeniero Constructor Profesor Guía: Sr. Luis Collarte Concha Ingeniero Civil. M.Sc. en Ingeniería Civil. Especialidad Hidráulica Mecánica de Suelos.

ORLANDO ULISES CARRILLO PÉREZ  VALDIVIA - CHILE 2009

 Este Trabajo de Titulación esta dedicado a todas las personas que ayudaron en mi formación  profesional. En especial especial a mi Padre, a mis Amigos y  principalmente a mi Hijito  Ignacio ya que sin el nada de esto hubiese sido posible.

 Este Trabajo de Titulación esta dedicado a todas las personas que ayudaron en mi formación  profesional. En especial especial a mi Padre, a mis Amigos y  principalmente a mi Hijito  Ignacio ya que sin el nada de esto hubiese sido posible.

Índice de contenidos

Capítulo I

Introducción a las microcentrales hidroeléctricas

Pág. 1

1.1

Generación energética

Pág. 1

1.1.1

Fuentes energéticas

Pág. 1

1.1.2

Generación hidroenergética

Pág. 3

1.1.3

Electricidad en Chile

Pág. 4

1.1.3.1

Generación

Pág. 4

1.1.3.2

Transmisión

Pág. 9

1.1.3.3

Distribución

Pág. 10

1.2

Centrales hidroeléctricas

Pág. 11

1.2.1

Clasificación

Pág. 11

1.2.2

Centrales hidroeléctricas en Chile

Pág. 13

Capitulo II

Microcentrales hidroeléctricas

Pág. 15

2.1

Microcentrales hidroeléctricas en Chile

Pág. 15

2.1.1

Descripción del sistema.

Pág. 15

2.2

Obras civiles

Pág. 18

2.2.1

Definiciones

Pág. 18

2.2.1.1

Obras de toma

Pág. 18

2.2.1.1.1

Bocatoma

Pág. 19

2.2.1.2

Obras de conducción

Pág. 21

2.2.1.2.1

Canal de aducción

Pág. 21

2.2.1.2.2

Cámara de carga

Pág. 22

2.2.1.2.3

Tubería forzada

Pág. 23

2.2.1.2.4

Machones de anclaje

Pág. 23

2.2.1.2.5

Canal de descarga

.

Pág. 24

2.2.1.2.6

Obras de seguridad

Pág. 24

2.2.1.3

Sala de máquinas

Pág. 24

2.2.1.4

Otras obras

Pág. 25

2.2.1.4.1

Chimenea de equilibrio

Pág. 25

2.2.1.4.2

Caminos de acceso

Pág. 26

2.2.2

Consideraciones de cálculo

Pág. 26

2.2.2.1

Presa

Pág. 26

2.2.2.2

Canal

Pág. 27

2.2.2.2.1

Sección del canal

Pág. 27

2.2.2.2.2

Velocidad del agua en el canal

Pág. 28

2.2.2.2.3

Pérdida de altura en el canal

Pág. 31

2.2.2.3

Tubería forzada

Pág. 32

2.2.2.3.1

Cálculo de presión máxima

Pág. 32

2.2.2.3.2

Pérdida de altura en la tubería

Pág. 35

2.3

Equipamiento electromecánico

Pág. 38

2.3.1

Definiciones

Pág. 38

2.3.1.1

Turbinas

Pág. 38

2.3.1.1.1

Clasificación de las turbinas

Pág. 39

2.3.1.1.2

Tipos de turbinas

Pág. 41

2.3.1.1.2.1

Turbina Pelton

Pág. 41

2.3.1.1.2.2

Turbina Michell – Banki

Pág. 43

2.3.1.1.2.3

Turbina Francis

Pág. 47

2.3.1.1.2.4

Turbina Axial

Pág. 49

2.3.1.1.2.5

Turbina Turgo

Pág. 52

2.3.1.2

Generador

Pág. 53

2.3.1.3

Elementos de la instalación eléctrica

Pág. 54

2.3.2

Consideraciones de cálculo

Pág. 56

2.3.2.1

Generadores

Pág. 56

2.3.2.1.1

Potencia

Pág. 56

2.3.2.1.2

Velocidad

Pág. 57

2.3.2.2

Turbinas

Pág. 58

2.3.2.2.1

Potencia útil

Pág. 58

2.4

Obras de distribución eléctrica

Pág. 60

2.4.1

Definiciones

Pág. 60

2.4.1.1

Sistemas de transmisión

Pág. 60

2.4.1.2

Voltaje de transmisión

Pág. 61

2.4.1.3

Subestaciones

Pág. 61

2.4.1.4

Conductores eléctricos

Pág. 62

2.4.1.5

Sistemas de canalización

Pág. 62

2.4.2

Consideraciones de cálculo

Pág. 63

2.4.2.1

Caída de tensión

Pág. 63

Capitulo III

: Microcentral hidroeléctrica “Los Chilcos”

Pág. 66

3.1

Ubicación geográfica

Pág. 66

3.2

Reconocimiento del terreno

Pág. 67

3.3

Evaluación del requerimiento energético

Pág. 69

3.4

Evaluación del recurso hídrico

Pág. 72

3.5

Levantamiento topográfico

Pág. 74

3.6

Selección del lugar y evaluación de las obras civiles necesarias

Pág. 75

3.7

Selección del equipamiento electromecánico

Pág. 77

3.8

Memoria

Pág. 79

3.8.1

Canales

Pág. 79

3.8.2

Alturas

Pág. 80

3.8.3

Dimensiones de la cámara de carga

Pág. 84

3.8.4

Velocidad del agua en el canal

Pág. 85

3.8.5

Presión en la tubería

Pág. 86

3.8.6

Potencias

Pág. 88

3.8.7

Resumen de cubicaciones

Pág. 89

3.9

Especificaciones técnicas

Pág. 91

3.10

Planos

Pág. 128

3.11

Presupuesto

Pág. 132

Conclusiones

Pág. 135

Anexos

Pág. 137

1

Valores típicos del coeficiente rugosidad de Manning (n)

Pág. 137

2

Diagrama de Moody

Pág. 139

3

Requerimiento energético del Fundo Los Chilcos

Pág. 144

4

Tabla para determinar el caudal y Coeficiente de vertedero

Pág. 146

5

Coeficiente de perdidas K

Pág. 148

Bibliografía

Pág. 149

Índice de gráficos

1

Gráfico Nº 1

Pág. 3

2

Gráfico Nº 2

Pág. 5

3

Gráfico Nº 3

Pág. 6

4

Gráfico Nº 4

Pág. 7

5

Gráfico Nº 5

Pág. 8

6

Gráfico Nº6

Pág. 8

Índice de tablas

1

Tabla Nº 1

Pág. 14

2

Tabla Nº 2

Pág. 89

3

Tabla Nº 3

Pág. 90

4

Tabla Nº 4

Pág. 90

5

Tabla Nº 5

Pág. 132

6

Tabla Nº 6

Pág. 147

Índice de ecuaciones

1

Ecuación Nº 1

Pág. 28

2

Ecuación Nº 2

Pág. 28

3

Ecuación Nº 3

Pág. 29

4

Ecuación Nº 4

Pág. 29

5

Ecuación Nº 5

Pág. 30

6

Ecuación Nº 6

Pág. 30

7

Ecuación Nº 7

Pág. 30

8

Ecuación Nº 8

Pág. 31

9

Ecuación Nº 9

Pág. 32

10

Ecuación Nº 10

Pág. 33

11

Ecuación Nº 11

Pág. 33

12

Ecuación Nº 12

Pág. 34

13

Ecuación Nº 13

Pág. 35

14

Ecuación Nº 14

Pág. 36

15

Ecuación Nº 15

Pág. 36

16

Ecuación Nº 16

Pág. 36

17

Ecuación Nº 17

Pág. 37

18

Ecuación Nº 18

Pág. 37

19

Ecuación Nº 19

Pág. 39

20

Ecuación Nº 20

Pág. 40

21

Ecuación Nº 21

Pág. 56

22

Ecuación Nº 22

Pág. 57

23

Ecuación Nº 23

Pág. 58

24

Ecuación Nº 24

Pág. 58

25

Ecuación Nº 25

Pág. 64

26

Ecuación Nº 26

Pág. 64

27

Ecuación Nº 27

Pág. 65

28

Ecuación Nº 28

Pág. 69

29

Ecuación Nº 29

Pág. 70

30

Ecuación Nº 30

Pág. 70

31

Ecuación Nº 31

Pág. 73

32

Ecuación Nº 32

Pág. 74

33

Ecuación Nº 33

Pág. 80

34

Ecuación Nº 34

Pág. 81

35

Ecuación Nº 35

Pág. 84

Índice de imágenes

1

Imagen Nº 1

Pág. 17

2

Imagen Nº 2

Pág. 43

3

Imagen Nº 3

Pág. 45

4

Imagen Nº 4

Pág. 46

5

Imagen Nº 5

Pág. 47

6

Imagen Nº 6

Pág. 48

7

Imagen Nº 7

Pág. 50

8

Imagen Nº 8

Pág. 50

9

Imagen Nº 9

Pág. 51

10

Imagen Nº 10

Pág. 51

11

Imagen Nº 11

Pág. 52

12

Imagen Nº 12

Pág. 67

13

Imagen Nº 13

Pág. 78

Resumen

Este trabajo consiste en introducir al lector en el funcionamiento de una microcentral hidroeléctrica, sus obras componentes, materiales, y equipamiento. Para luego aplicarlo a en un  proyecto especifico.

La segunda parte de este trabajo consiste en diseñar un sistema de micro generación hidroenergética mediante obras civiles y micro turbinas para un predio agrícola, ganadero y turístico en la comuna de la Unión, XIV Región de los Ríos. En el se utilizarán las obras más adecuadas a la realidad del terreno buscando la eficiencia y la economía para así obtener el mejor rendimiento de los capitales invertidos.

Finalmente el presupuesto estimativo de construcción y puesta en marcha de la micro central hidroeléctrica Los Chilcos asciende a 147.114.642.- pesos chilenos.

Summary

This work is to introduce the reader in the operation of a micro hydro, their works components, materials and equipment. And then apply it to a specific project.

The second part of this work is to design a system of micro-hydropower generation through micro turbines and civil works for a farm, livestock and tourism in the commune of La Union XIV, Región de los Rios. In the works will be used more suited to the reality on the ground looking for efficiency and economy in order to get the best return on investments.

Finally, the budget estimate of construction and commissioning of the micro hydroelectric Los Chilcos amounts to 147,114,642 .- Chilean pesos.

Introducción

Como todos nos hemos dado cuenta la energía eléctrica esta sufriendo desde hace ya un tiempo alzas constantes en sus precios, esto debido entre otras razones a la escasez de energía por la que esta pasando el país.

La mejor forma de ahorrar energía es produciéndola una mismo y esto se puede realizar de diferentes maneras como por ejemplo mediante centrales termoeléctricas, nucleares, eólicas, diesel, turbinas a gas, turbinas a vapor, celdas fotoeléctricas y centrales hidroeléctricas. Siendo la central hidroeléctrica la que genera energía a menor costo y con un impacto ambiental no tan grande comparado con las otras formas ya mencionadas.

Los requisitos indispensables para poner en operación una central hidroeléctrica son  principalmente dos, altura y caudal. Teniendo altura y caudal se puede trasformar la energía  potencial y cinética del agua en energía eléctrica, mediante una turbina y un generador.

Esta forma de generación de energía eléctrica es bastante conveniente, ya que los costos de operación son módicos, se necesita poca mantención, es segura, no contamina al ser el agua un elemento renovable y conserva el medio ambiente.

Las industrias, comunidades y agricultores están en la constante búsqueda de una fuente de energía eléctrica que les ofrezca la solución más rentable posible. Solución que se puede dar a través de una central hidroeléctrica a pequeña escala.

En este caso específico se evaluará la posibilidad de construir una microcentral hidroeléctrica en el río Ralitrán comuna de La Unión, lugar ubicado a unos 27 km. al noroeste del

 pueblo de Río bueno, viajando por el camino La Unión-Puerto Nuevo. Allí se deberá de abastecer de energía eléctrica a una piscicultura, un coto de pesca y los gastos propios del fundo y sus moradores.

Objetivos

Objetivos generales:

Aplicar en un proyecto real, los conocimientos adquiridos en el trascurso de la carrera, tratando de hacer un aporte a la comunidad, en un área en la cual se necesita buscar una pronta solución debido a la escasez energética y por consiguiente , los altos precios que hay en el país hoy en día.

Proporcionar todos los antecedentes necesarios, para saber si es factible la construcción de una Microcentral hidroeléctrica.

Objetivos específicos:

Investigar en que consiste la generación energética mediante una microcentral hidroeléctrica, y cuales son los aspectos fundamentales que la componen.

Evaluar los requerimientos energéticos y la disponibilidad del recurso hídrico del sector.

Analizar el lugar en el cual se construirá la microcentral y las obras civiles para obtener la solución más satisfactoria posible, desde el punto de vista económico.

Saber que cantidad de energía eléctrica se puede producir, y cuales serán los costos económicos y medio ambientales necesarios para tal efecto.

Seleccionar el equipamiento electromecánico óptimo para este caso.

Confeccionar planos y especificaciones técnicas, para la correcta ejecución de las obras en terreno.

1

Capitulo I

Introducción a las microcentrales hidroeléctricas

1.1 Generación energética

1.1.1 Fuentes energéticas

Las fuentes energéticas son aquellos recursos o medios capaces de producir algún tipo de energía y luego consumirla. Estas fuentes pueden clasificarse como renovables o no renovables.

Existen diversas fuentes de energía no renovable como por ejemplo: el petróleo, el gas natural, el carbón, fuentes de energía geotérmica, fuentes de energía nuclear. Pero también existen fuentes de energía renovables como son: la energía orgánica (biomasa), energía eólicas, energía solar, energía oceánica, energía hidráulica, y dependiendo de la forma de explotación también puede ser catalogada como renovable la fuente de energía geotérmica.

Las energías renovables suelen clasificarse en convencionales y no convencionales, según sea el grado de desarrollo de las tecnologías para su aprovechamiento y la penetración en los mercados energéticos que presenten. Dentro de las convencionales, la más difundida es la energía hidráulica a gran escala.

2

Como energías renovables no convencionales (ERNC) se consideran la eólica, la solar, la geotérmica, la de los océanos y la energía orgánica. De igual manera, el aprovechamiento de la energía hidráulica en pequeñas escalas se suele clasificar en esta categoría.

Por su parte, si bien las ERNC presentan una participación marginal en el consumo  bruto de energía en Chile, han tenido un espacio de desarrollo en el abastecimiento energético de zonas rurales, situación que se verá reforzada por las políticas gubernamentales de apoyo a la electrificación rural. Además al ser autóctonas y, dependiendo de su forma de aprovechamiento, generan impactos ambientales significativamente inferiores que las fuentes convencionales de energía

Históricamente la matriz energética de Chile ha contado con una participación importante de energías renovables, en particular, la energía hidráulica convencional utilizada  para generación eléctrica. Esta participación ha disminuido en los últimos años producto del crecimiento de sectores que tienen un consumo intensivo de derivados del petróleo, como el transporte, y del aumento de la capacidad de generación eléctrica térmica a partir de gas natural. Sin perjuicio de ello, la participación de las energías renovables sigue siendo significativa en el abastecimiento energético nacional. Siendo la energía hidráulica convencional y la energía térmica las formas de producción de electricidad más usadas en nuestro país.

En el gráfico Nº 1 se muestran los porcentajes de potencia bruta instalada de energía eléctrica según fuente de generación, al mes de julio del año 2007.

3

Gráfico Nº 1 70%

62,07%

60% 50% 40%

37,93%

30% 20% 10% 0% ENERGIA HIDRAULICA 4832 MW

ENERGIA TERMICA 7907 MW

Fuente: Elaboración propia en base a datos obtenidos de Comisión Nacional de Energía (2008)

1.1.2 Generación hidroenergética

La potencia obtenida a través de los recursos hidráulicos depende del volumen de agua que fluye por unidad de tiempo (caudal) y de la altura de caída de ésta. Una central hidroeléctrica es un conjunto de obras destinadas a convertir la energía cinética y potencial del agua, en electricidad. Esta transformación se realiza a través de la acción que el agua ejerce sobre una turbina hidráulica, la que a su vez le entrega movimiento rotatorio a un generador eléctrico, produciendo así la electricidad.

En la actualidad hay aproximadamente 40 centrales hidroeléctricas convencionales, y unas 110 centrales de pequeño tamaño, consideradas como ERNC, destinadas principalmente a la electrificación de viviendas y a telecomunicaciones.

Existen regiones del país que presentan favorables condiciones geográficas y climáticas que las transforman en un lugar privilegiado para el aprovechamiento de la energía

4

hídrica. Muchos lugares cordilleranos desde la VIII Región al sur, son especialmente adecuados para la instalación de múltiples centrales de pequeño tamaño. Por esta razón, este tipo de energías tienen un espacio primordial de promoción dentro del programa de electrificación rural.

1.1.3 Electricidad en Chile

El mercado eléctrico en Chile está compuesto por las actividades de; generación, transmisión y distribución del suministro eléctrico. Estas actividades son desarrolladas por empresas que son controladas en su totalidad por capitales privados, mientras que el Estado sólo ejerce una función reguladora, fiscalizadora y subsidiaria.

Participan de la industria eléctrica nacional un total aproximado de 31 empresas generadoras, 5 empresas transmisoras y 34 empresas distribuidoras, que en conjunto suministran una demanda agregada nacional que en el 2004 alcanzó los 48.879 (GWH). Esta demanda se localiza territorialmente en cuatro sistemas eléctricos principales e independientes (SING, SIC, Aysén y Magallanes) ordenados de norte a sur. Los subsistemas de Aysén y Magallanes están a su vez constituidos por varios subsistemas menores.

1.1.3.1 Generación

Como se mencionó anteriormente en Chile existen aproximadamente 31 empresas generadoras de electricidad, siendo entre otras las más importantes del país: Endesa, Colbún, Electroandina, AES Gener y Gas Atacama. Las que se separan en los siguientes 4 sistemas eléctricos, ordenados de norte a sur:

5

Sistema interconectado norte grande (SING)

El SING abarca desde la I hasta la II región, con una potencia bruta instalada de 3601.9 (MW), de los cuales solo 12.8 (MW) correspondientes al 0.4%, provienen de centrales hidroeléctricas, siendo las únicas dos de esta región, las centrales Cavancha y Chapiquiña.

En el gráfico Nº 2 se muestran la potencia bruta instalada (MW) de energía según tipo de energía producida en el sistema, al mes de julio del año 2007.

Gráfico Nº 2 99,64% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%

0,36%

0% ENERGIA HIDROLECTRICA 13 MW

ENERGIA TERMOELECTRICA 3590 MW

Fuente: elaboración propia en base a datos obtenidos de Comisión Nacional de Energía (2008)

Sistema interconectado central (SIC)

El SIC es el sistema más importante del país ya que abastece de suministro eléctrico a más del 90 % del país, extendiéndose desde la II región (Taltal), hasta la X región, con una  potencia bruta instalada de 9041.6 (MW), de los cuales 4801.8 (MW) correspondientes al

6

53.11% provienen de energía hidroeléctrica, con centrales tan conocidas como son Colbún, Rapel, Pangue entre muchas otras.

En el gráfico Nº 3 se muestran la potencia bruta instalada (MW) de energía según tipo de energía producida en el sistema, al mes de julio del año 2007

Gráfico Nº 3 60%

53,11% 46,89%

50% 40% 30% 20% 10% 0% ENERGIA HIDROLECTRICA 4801

ENERGIA TERMOELECTRICA

MW

4240 MW

Fuente: elaboración propia en base a datos obtenidos de Comisión Nacional de Energía (2008)

Sistema eléctrico de Aysén

El sistema eléctrico de Aysén abastece de suministro eléctrico a la XI región, con una  potencia instalada bruta de 33.46 (MW), de los cuales 17.6 (MW) correspondientes al 52.6%  provienen de energía hidroeléctrica.

En el gráfico Nº 4 se muestran la potencia bruta instalada (MW) de energía según tipo de energía producida en el sistema, al mes de julio del año 2007

7

Gráfico Nº 4 60%

52,63%

50%

41,51%

40% 30% 20% 5,86%

10% 0% ENERGIA

ENERGIA

ENERGIA EOLICA 2

HIDROLECTRICA 17,6 MW

TERMOELECTRICA 13,9 MW

MW

Fuente: elaboración propia en base a datos obtenidos de Comisión Nacional de Energía (2008)

Sistema eléctrico de Magallanes

Este sistema eléctrico consta de 3 subsistemas los cuales suministran electricidad a la XII región, con una potencia instalada de 64.5 (MW) de los cuales su totalidad, proviene de energía termoeléctrica.

En el gráfico Nº 5 se muestran la potencia bruta instalada (MW) de energía según tipo de energía producida en el sistema, al mes de julio del año 2007

8

Gráfico Nº 5 100,00% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% ENERGIA TERMOELECTRICA 64,7 MW

Fuente Fuente: elaboración propia en base a datos obtenidos de Comisión Nacional de Energía (2008)

En el gráfico Nº 6 se muestran la potencia bruta instalada (MW) de energía hidroeléctrica según sistema eléctrico, al mes de julio del año 2007.

Gráfico Nº 6

6000 4802

5000 4000 3000 2000 1000 0

13 SING

SIC

18

0

AYSEN

MAGALLANES

Fuente: elaboración propia en base a datos obtenidos de Comisión Nacional de Energía (2008)

Como se puede ver claramente en el grafico Nº 6, la mayor cantidad de energía hidroeléctrica se genera desde la III, hasta la X región, situación que en los próximos años

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 podría cambiar si se aprueba el megaproyecto que tiene Endesa para la XI región, con lo cual aportaría 2400 (MW).

Por otro lado la energía hidroeléctrica que aporta el SIC seguirá creciendo, con las 4 centrales de pasada que están en plan de obra (Hornitos, La higuera, Neltume y Coya-Pangal) las que aportarían alrededor de 630 (MW).

El sector privado es el que realiza las grandes inversiones en generación de hidroelectricidad, siendo las empresas más importantes de nuestro país: Endesa, Colbún S.A., Pehuenche S.A. y Pangue S.A.

Como el objetivo final de este trabajo es la construcción de una microcentral, nos abocaremos desde ahora en adelante solamente al sistema interconectado central, ya que es ahí donde se produce la mayor cantidad de hidroelectricidad, y por supuesto donde se ubicará nuestro proyecto.

1.1.3.2 Transmisión

El sistema de transmisión corresponde al conjunto de líneas, subestaciones y equipos destinados al transporte de electricidad producida por las empresas generadoras hasta los centros de consumo o distribución. En Chile se considera como transmisión a toda línea o subestación con un voltaje superior a 23.000 (V). Por Ley, las tensiones menores se consideran como distribución.

10

Dada la existencia de monopolios naturales y fuertes economías de escala, normalmente hay pocas empresas incluidas en este sector. Las empresas más importantes del SIC a diciembre del 2005 son: Transelec, CGE, AES Gener, y STS.

1.1.3.3 Distribución

Este sector esta compuesto por líneas, subestaciones y equipos que permiten prestar el servicio de distribuir la electricidad hasta los consumidores finales. Una de las características  principales de este sector, es la existencia de áreas exclusivas para la prestación del servicio, lo que conlleva a la existencia de monopolios geográficos que hacen necesaria la regulación y mecanismos de incentivos para que las empresas se puedan desarrollar de manera eficiente, tal como si estuvieran en un sistema de competencia. El precio es regulado, y debe al menos cubrir los costos de la actividad que básicamente son la inversión,

la operación y el

mantenimiento.

En Chile existen en la actualidad 35 empresas distribuidoras, las que en conjunto atienden aproximadamente a 4.700.000 clientes, con una venta total que asciende a 26.340 (GWH), conforme a cifras obtenidas del servicio nacional de energía a diciembre del año 2005.

La mayoría de estas empresas están organizadas en torno a cinco grandes grupos empresariales, tales como: Chilectra, CGE, Chilquinta, Saesa, y Emel. Los cinco grupos señalados concentran el 95% de los clientes y más del 90% de las ventas de energía. Para nuestro caso la empresa distribuidora más importante seria Saesa, ya que son ellos los que actualmente entregan electricidad al sector de Los Chilcos.

11

1.2 Centrales hidroeléctricas

Una central hidroeléctrica es un conjunto de obras destinadas a transformar la energía cinética y potencial del agua, en electricidad. Esto se puede realizar mediante la acumulación de agua, lo que permite que el agua incremente su energía potencial, la que posteriormente, al ser conducida hacia las turbinas irá aumentando su energía cinética, esta al chocar sobre los álabes de las turbinas genera un movimiento de rotación (energía mecánica). Este movimiento de rotación acciona un generador eléctrico, el cual es el encargado junto a otros aparatos de  producir la electricidad que posteriormente será distribuida por las empresas respectivas.

1.2.1 Clasificación

Las centrales hidroeléctricas se pueden clasificar según varios parámetros, esto debido a las condiciones geográficas e hidrológicas de cada lugar en el que se quiera construir una. A continuación se detallaran las clasificaciones más usadas para estas mismas:

12

Según potencia:

Potencia Inferior a los 1,5 (KW)

Hidrocargadores

Generan electricidad en corriente continua, la cual es utilizada para cargar baterías Microcentrales

Potencia entre 1,5 (kW) y 100 (KW)

Minicentrales

Potencia entre 100 (KW) y 1 (MW)

Centrales de potencia media

Potencia entre 1 (MW) y 10 (MW)

Centrales de gran potencia

Potencia superior a los 10 (MW)

Según altura de caída:

Pequeña altura

Altura menor a 15 mt

Mediana altura

Altura entre 15 mt y 50 mt

Gran altura

Altura mayor a 50 mt

Según economía de la explotación:

Centrales independientes

No participan en el sistema interconectado

Centrales interconectadas

Participan en el sistema interconectado

13

Según funcionamiento en el sistema interconectado:

Centrales de base

Suministran energía en forma continua, y con toda su capacidad

Centrales de punta

Suministran energía solamente en las horas de máximo consumo

Según la existencia y capacidad de embalse:

Centrales de pasada

Funcionan en forma continua, ya que no tienen capacidad para almacenar agua, pues no poseen embalse o este es muy pequeño. Tienen un tiempo de llenado inferior a 2 horas

Centrales de embalse

Funcionan en base a acumulación de agua, inundando terrenos y aumentado su altura de caída, manteniendo siempre el recurso hídrico necesario para estar en operación. Tienen un tiempo de llenado entre 2y 400 horas

Centrales de lago

Similares a las centrales de embalse pero con un tiempo de llenado superior a las 400 horas

Centrales de acumulación por bombeo

En horas de alta demanda funciona como una central convencional, pero en horas de poca demanda se bombea agua de sectores con menor cota hacia el embalse, con la finalidad de reutilizar el recurso

Según lugar de instalación de la sala de máquinas:

Centrales de derivación Centrales de pie de presa

La sala de máquinas esta a cierta distancia de la cámara de carga, esta unida mediante una tubería forzada La sala de máquinas queda inmediatamente debajo de la presa

1.2.2 Centrales hidroeléctricas en Chile

En la actualidad en chile existen 35 centrales de gran potencia en el SIC, las cuales serán detalladas a continuación:

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Tabla Nº 1 Año de  Nombre de la  puesta en central servicio

Tipo de embalse

Tipo de turbina

 Número Potencia de total turbinas (MW)

Gasto m3/seg

Caída m

Ralco 2004 Embalse Francis 2 452 177 690 Pehuenche 1991 Embalse Francis 2 300 206 500 Pangue 1996 Embalse Francis 2 500 99 467 Colbún 1985 Embalse Francis 2 280 168 400 El Toro 1973 Embalse Pelton 4 97 545 400 Rapel 1968 Embalse Francis 5 535 76 350 Antuco 1981 Embalse Francis 2 190 190 300 Rucúe 1998 Pasada Francis 2 65 140 170 Alfalfal 1991 Pasada Pelton 2 30 721 160 Canutillar 1990 Embalse Francis 2 76 212 145 Abanico 1948-59 Pasada Francis 6 107 147 136 Cipreses 1955 Embalse Pelton 3 36 370 101 Machicura 1985 Embalse Kaplán 2 280 37 90 Curillinque 1993 Pasada Francis 1 84 114 85 Sauzal 1948 Pasada Francis 3 74 118 77 Peuchén 2000 Pasada Francis 2 36 236 75 Aconcagua 1993-94 Pasada Pelton 2 20 654 73 Isla 1963-64 Pasada Francis 2 84 93 68 Mampil 2000 Pasada Francis 2 46 124 49 Pullinque 1962 Pasada Francis 3 120 48 49 Queltehues 1928 Pasada Pelton 3 28 213 41 Los Quilos 1909-93 Pasada Pelton 5 22 227 39 Pilmaiquén 1944-59 Pasada Francis 5 150 32 39 Loma Alta 1997 Pasada Francis 1 84 50 38 San Ignacio 1996 Pasada Kaplán 1 194 21 37 Quilleco 2007 Pasada Francis 1 130 59 35 Maitenes 1923-89 Pasada Francis 5 11 180 31 Florida 1943-89 Pasada Francis 5 30 98 28 Chacabuquito 2002 Pasada Francis 4 25 47 25 Chiburgo 2007 Pasada Francis 1 10 107 19 Los Molles 1952 Pasada Pelton 2 2 1153 16 Puntilla 1997 Pasada Francis 1 20 92 15 Volcán 1944 Pasada Pelton 1 9 181 13 Carbomet 1944-86 Pasada Francis 4 24 27 11 Capullo 1995 Pasada Francis 1 8 150 11 Fuente: elaboración propia en base a datos obtenidos de Comisión Nacional de Energía (2008) e Ingendesa (2008)

15

Capitulo II

Microcentrales hidroeléctricas

Por definición una microcentral hidroeléctrica (MCH) es una central hidroeléctrica de  pequeño tamaño y de poca capacidad de generación eléctrica (inferior a los 100 KW)

2.1 Microcentrales hidroeléctricas en Chile

En Chile actualmente existe más de un centenar de microcentrales hidroeléctricas, ubicándose un gran porcentaje de ellas en el sector cordillerano desde la VII a la X región.

Para la construcción de una MCH se debe tener siempre en cuenta que estas no son centrales grandes por lo que no se deben aplicar las mismas modalidades constructivas ni contractuales que para las grandes obras.

Por otro lado es muy importante también conseguir proveedores locales para el equipamiento electromecánico, ya que no existe un mercado muy amplio, en el cual se puedan conseguir piezas o elementos con prontitud en el caso que haya que atender una reparación o cambio.

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2.1.1 Descripción del sistema

En las etapas previas al diseño se debe realizar un estudio del recurso hídrico que se dispone, además se debe realizar un levantamiento topográfico, con el fin de conocer los niveles existentes del terreno y así poder emplazar nuestras obras.

El diseño de una MCH comprende tres aspectos fundamentales para su correcto funcionamiento:

-

Obras civiles

-

Equipamiento electromecánico

-

Distribución eléctrica

Las obras civiles tienen la función de desviar una parte o la totalidad de las aguas de un cauce para ser conducidas hacia las turbinas, y una vez se haya cumplido el objetivo sean devueltas al cauce original.

Esta desviación se realiza mediante una bocatoma, la cual integra agua a un canal de derivación, el cual conduce el agua hasta una cámara de carga, ganando altura con respecto al cauce original, para luego entrar en una tubería forzada, la cual hará que el agua choque contra los alabes de la turbina, generando un movimiento que es aprovechado por un generador, equipamiento que se encuentra protegido del medio ambiente mediante una casa o sala de máquinas.

Una vez producida la energía eléctrica esta es distribuida hacia los sectores de consumo, mediante cableado eléctrico.

17

Imagen Nº 1

18

2.2

Obras civiles

Las obras civiles constituyen entre el 20 y el 50% de la inversión monetaria para una MCH, costo que variará según la magnitud de la misma. Es por este motivo que debemos  basarnos en el criterio de la construcción más sencilla y eficiente, con el fin de poder abaratar los costos iniciales de la inversión, en la mayor cantidad posible.

Están compuestas principalmente por 3 grandes grupos: obras de captación, obras de conducción y la sala de máquinas.

2.2.1

Definiciones

A continuación definiremos los diferentes tipos de obras civiles usados con mas frecuencia en MCH.

2.2.1.1

Obras de toma

Las obras de toma se pueden realizar de diversas formas, ya sea simplemente desviando el río, por medio de una presa o una combinación de ambas. Pero sea cual sea la disposición de las obras que se van a ejecutar, siempre hay que tener en cuenta factores como los mencionados a continuación:

19

-

La toma de agua debe quedar en un lugar apropiado del lecho del río, para

evitar así la captación de aguas con contenido de sólidos, ya sean ramas, hojas, sedimento,  piedras, basura, etc. -

Se debe tener en cuenta que los caudales, según sea la ubicación geográfica de

la obra, variarán de gran manera en épocas de lluvias, llegando a ser decenas de veces superiores al caudal de diseño, es por esto que se deben ejecutar obras de evacuación de crecidas, así como también hay que proteger los contornos de la presa de la erosión que generará el excesivo aumento de caudal.

2.2.1.1.1

Bocatoma

La bocatoma es una estructura que se puede construir de diversos materiales, siendo el hormigón armado el más apropiado. Esta estructura tiene la finalidad de captar y desviar el agua hacia el canal de aducción. La captación se puede realizar por medio directo o mediante obras de embalsamiento de aguas.

El embalsamiento de aguas se puede realizar mediante la construcción de una presa, obra que puede ser ejecutada en hormigón armado, tierra, madera, enrocado, gaviones, etc. o la combinación de algunos de ellos. Esta obra tiene la finalidad de crear un remanso o laguna, la cual asegurará una cantidad constante de agua para satisfacer las necesidades de la MCH en horas de mayor consumo, por otro lado al elevarse las aguas entregará mayor altura al sistema.

La presa debe tener contemplado la construcción de vertederos, para poder evacuar de forma instantánea de los excesos de aguas, producidos por las crecidas del afluente.

20

La necesidad de construir una presa se determinara a través del siguiente criterio:

-

Si el caudal de instalación es inferior al mínimo caudal disponible, no

será necesario construir una presa

-

Si el caudal de instalación es superior al mínimo caudal disponible, será

necesaria la construcción de una presa.

Las bocatomas mas usadas en MCH son la bocatoma de alta montaña y la bocatoma convencional

La bocatoma convencional consiste en la captación de las aguas de forma lateral al curso original del afluente, por medio de una reja recibe las aguas, las cuales son separadas de todos los elementos extraños que arrastra el afluente, por medio de un desripiador y un vertedero para posteriormente ser enviadas al canal de aducción.

La bocatoma de alta montaña por otro lado capta las aguas en el fondo del cauce, interviniéndolo de forma perpendicular, captando las aguas por medio de una reja y derivando el fluido hacia el canal de aduccion de forma similar al de la bocatoma convencional. Para este tipo de obras se necesita que la pendiente del río sea a lo menos de un 3%.

La ventaja de la bocatoma convencional es que al tener una captación lateral, ingresa una menor cantidad de sólidos, mientras que la bocatoma de alta montaña tiene la ventaja de  poder captar el fluido con mayor facilidad.

21

2.2.1.2

Obras de conducción

Las obras de conducción son las que están entre la bocatoma y la sala de máquinas, en los casos mas generales estas están compuestas por: canales abiertos, tubería de presión y una cámara de carga.

2.2.1.2.1

Canal de aducción o canal de derivación

El canal de aducción es un canal destinado a transportar las aguas obtenidas en la  bocatoma hasta la cámara de carga, para ello debe tener una pendiente que sea mínima, con el fin de no perder altura de caída, pero que garantice el escurrimiento normal del fluido, esta es del orden del 0.001 al 0.05 %, dependiendo de la longitud del tramo y si este es o no totalmente recto.

El canal de aducción, dependiendo del tipo de suelo puede ser de tierra o revestido. Dentro de los revestimientos para canales más comunes están: la madera, el hormigón simple, hormigón con malla, pavimentos asfálticos, geotextil y mampostería. Por lo general este tipo de obras se ejecuta en hormigón simple, por el método tradicional de encofrado, lo que deja al canal con un espesor de aproximadamente 10 cm., espesor excesivo si se tiene en cuenta que la finalidad del revestimiento es evitar la pérdida por infiltración y proteger al canal de la erosión provocada por la velocidad del agua. Es por este motivo que actualmente se esta utilizando otro método como es el de los bastidores o cerchas, el cual permite reducir a la mitad el espesor del canal, llevando consigo un ahorro en mano de obra de alrededor de un 30 % y un 50 % en materiales.

22

Si en el lugar de construcción del canal transitan animales se deben ejecutar  protecciones adicionales con tablones de madera o losas premoldeadas, lo mismo se deberá realizar en zonas donde puedan ocurrir derrumbes, o donde caiga gran cantidad de hojas o ramas.

2.2.1.2.2

Cámara de carga

Es una obra solidamente construida en hormigón o mampostería en piedra, la cual se ubica al final del canal de aducción, y tiene la finalidad de empalmar a este último con la tubería forzada, además cumple la función de aquietar las aguas y permitir la decantación del material sólido para su posterior evacuación

La cámara de carga debe tener un volumen suficiente para absorber las variaciones de caudal producidas por la microcentral, además de un vertedero para poder evacuar las aguas excedentes.

Tiene básicamente 4 vías de movimiento de fluido. La primera es la acometida por donde ingresa el agua traída desde la bocatoma. La segunda es el vertedero por donde se eliminan las aguas no turbinables. La tercera es el descargador de fondo que permitirá la eliminación del sedimento y la cuarta es el desagüe hacia la tubería forzada pasando antes por una reja que impedirá el paso a todo elemento extraño, que se pueda atorar en la tubería o  producir desgaste en los álabes de la turbina.

23

2.2.1.2.3

Tubería forzada o tubería de presión

Como su nombre lo dice la tubería forzada trabajará con agua a presión, esta tubería estará ubicada a continuación de la cámara de carga y será la encargada de entregar el fluido a la turbina.

En la actualidad existe una gran cantidad de materiales con los cuales se fabrican estas tuberías. Entre los más comunes están el acero, hierro fundido, PVC, concreto, y asbesto.

El uso de tuberías plásticas solo se recomiendan cuando los diámetros son inferiores a los 300 mm., aunque esta solución da muchas ventajas por sobre la tubería de fierro, como por ejemplo: reducen a la mitad el costo de la tubería, su montaje es mas sencillo y por su peso facilita y reduce los costos de transporte, posee alta resistencia química, tiene un bajo índice de rugosidad y porosidad, posee una vida útil de aproximadamente 30 años, no necesita apoyos de concreto y los anclajes son menos costosos, etc. La desventaja más grande de este material sobre el fierro es que el PVC debe ir enterrado, ya que es menos resistente a los impactos externos, así como a la acción de los rayos ultravioleta que afectan su resistencia y durabilidad.

2.2.1.2.4

Machones de anclaje

En la tubería forzada será necesario poner machones de anclaje para dar una reacción a los esfuerzos longitudinales que provoca el desplazamiento del fluido en su interior. Estos se colocan cada cierta distancia en los tramos rectos y en todos los cambios de dirección ya sean horizontales o verticales

24

2.2.1.2.5

Canal de descarga

Una vez el agua haya pasado por la turbina esta debe ser devuelta al cauce original por medio de un canal de descarga, este generalmente es de tierra, pero como en algunos casos la cantidad de agua es tan grande y lleva todavía una velocidad importante es necesario revestirlo, habitualmente se utiliza hormigón, aunque en algunos casos se ocupan tuberías de descarga, las que deben permitir el escurrimiento del agua sin problemas.

2.2.1.2.6

Obras de seguridad

En tiempos de lluvias, donde se excederá la capacidad de los embalses y de los canales, se deberá prever la construcción de ciertas obras de seguridad, como son los vertederos, estos  podrán estar ubicados en la presa, en la cámara de carga e incluso en los canales, para así evitar el desbordamiento de las aguas, lo que llevaría consigo efectos catastróficos para las obras civiles de nuestra MCH. Todas estas aguas deberán ser evacuadas de forma correcta hacia el cauce original del río.

2.2.1.3

Sala de máquinas

La sala o casa de máquinas será el lugar donde estará instalado el equipamiento que realizará las conversiones de energía cinética y potencial a mecánica, y de mecánica a eléctrica.

En MCH esta construcción generalmente es de un piso, pero puede llegar hasta 2. En estos casos se utiliza el primer piso para dejar la turbina y así poder obtener la máxima altura

25

de caída, mientras el equipamiento eléctrico se instala en el segundo piso, para protegerlo de  posibles inundaciones

El espacio de la sala de máquinas debe ser lo suficientemente amplio como para  permitir la adecuada distribución del equipo equ ipo en su interior, su posterior mantención, revisión y control.

La fundación puede ser de hormigón, y la superestructura de ladrillo, madera, hormigón, bloques de cemento, u otro material apropiado para la función que tendrá esta.

2.2.1.4

Otras obras

Adicionalmente a las obras tradicionales en una MCH se evaluará la necesidad de la construcción de las siguientes obras.

2.2.1.4.1

Chimenea de equilibrio

Es una estructura de hormigón o acero, que constituye un estanque cilíndrico de eje vertical, cuya finalidad es amortiguar los efectos de cambio de presión y de velocidad que ocurren en el interior de la tubería forzada, producto de la apertura o cierre abrupto de los dispositivos de regulación de la turbina.

La chimenea de equilibrio tiene la función de almacenar agua en su interior, de modo que cuando una válvula es cerrada, la energía cinética que tiene el agua se transforme en un

26

aumento de nivel y energía potencial en la chimenea de equilibrio, evitando así la presión excesiva en la tubería forzada.

Esta debe ser ubicada lo más cerca posible de la casa de máquinas.

2.2.1.4.2

Caminos de acceso

En muchos casos las MCH se ubican en sectores cordilleranos de difícil acceso, por lo que se deberá tener prevista la construcción de caminos de acceso a ella.

2.2.2

Consideraciones de cálculo

En el diseño de una MCH se deberá tener contemplados una serie de procedimientos matemáticos, con el fin de poder simular con una mayor precisión lo que ocurrirá realmente en terreno. A continuación se mencionan los aspectos más relevantes para este tipo de obras.

2.2.2.1

Presa

La presa deberá ser diseñada tomando en cuenta los siguientes factores:

-

Estabilidad al volcamiento

-

Estabilidad al deslizamiento

-

Volumen máximo que se podrá represar

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-

Fuerza hidrostática del agua

-

Fuerza hidrodinámica que se generará en casos de sismos.

2.2.2.2

Canal

Los canales deberán ser diseñados para que la pérdida de altura sea mínima, con una sección que permita el óptimo escurrimiento del agua y con un revestimiento que admita la menor infiltración posible.

2.2.2.2.1

Sección del canal

Existen diversos tipos de secciones de canales, como por ejemplo el de sección trapecial, rectangular, circular, semicircular, ovoide de punta inferior, ovoide de punta superior, herradura, entre otros. Cada uno con diferentes propiedades y usos.

El canal óptimo para MCH será aquel que para el mismo caudal presente la mínima superficie mojada, ya que ahorraremos dinero en materiales, se perderá menor cantidad de agua por infiltración y la velocidad será mayor al haber menos roce con las paredes. Por otro lado se recomienda que la velocidad del agua sea superior a los 0.4 o 0.5 m/s ya que así se evita la proliferación de pastos y algas en el canal.

La solución más común a este requerimiento la entrega el canal con sección trapecial, cuyas paredes laterales están a 45º con la base, y las cuales son tangentes a una circunferencia de diámetro igual a la altura del agua que llevará llevará el canal.

28

2.2.2.2.2

Velocidad del agua en el canal

La velocidad que adquiera el agua en el canal estará dada por la ecuación de Manning:

1 = x Rh2/3 X i1/2 n

V

Ecuación Nº 1

Donde: -

V: Velocidad del fluido (m/s)

-

n: Coeficiente de rugosidad de Manning (anexo 1)

-

R H: H: Radio hidráulico de la sección (área del canal sumergida, dividido el  perímetro mojado)

-

i: Pendiente del canal

Conociendo la velocidad del escurrimiento y los antecedentes del terreno se podrá evaluar si es o no necesario revestir el canal. Para ello se deberá evaluar si el nuevo canal será estable con presencia de agua.

La estabilidad de la sección de un canal se evaluará según 2 criterios:

-

Criterio de la velocidad máxima

La sección será estable si:

Vreal ≤ Vmaxima admisible Ecuación Nº 2

29

Donde: -

Vreal: Velocidad del agua en el canal

-

Vmaxima admisible: Velocidad máxima que soporta el canal sin erosionar, esta dada por la siguiente expresión.

Vmáxima admisible = FC1 x FC2 x V per Ecuación Nº 3

Donde: -

FC1= Factor de corrección por curvas (anexo 2)

-

FC2= Factor de corrección por altura (anexo 2)

-

V per = Velocidad permisible (anexo 2)

Estos 3 datos se obtienen de los gráficos mostrados en el anexo Nº 2

-

Criterio de la fuerza tractriz máxima

La sección será estable si: Τreal ≤ Τmáximo admisible Ecuación Nº 4

Donde: -

Τreal: Fuerza tractriz real que soportará el canal, tanto en la base como en las  paredes

30

-

Τmáximo

admisible: Fuerza tractriz máxima que puede soportar el canal sin

erosionar.

La fuerza tractriz máxima admisible, y la fuerza tractriz real en el fondo y en los taludes esta dado por las siguientes expresiones.

Τmaxima admisible

= γ x R h x i

Ecuación Nº 5

= γ x R h x i x Kfondo  

Τreal fondo

Ecuación Nº 6

Τreal talud

= γ x R h x i x Ktalud   Ecuación Nº 7

Donde: -

γ: Densidad del agua

-

R h: Radio hidráulico del canal

-

i: pendiente del canal

-

K fondo: Factor de la base del canal (anexo 2)

-

K talud: Factor de las paredes del canal (anexo 2)

Los datos de K fondo y K talud se obtienen de los gráficos mostrados en el anexo Nº 2. Cabe mencionar que los taludes y el fondo deberán ser evaluados por separado

31

Si la sección es estable a los dos criterios señalados anteriormente no será necesario usar un revestimiento

2.2.2.2.3

Pérdida de altura en el canal

El canal al tener un escurrimiento gravitacional, perderá altura a medida que aumente su largo. Esta altura se puede determinar mediante la siguiente expresión:

n

 Δh

= Σ i j x D j  j=1

Ecuación Nº 8

Donde: -

 Δh: pérdida de altura total (m)

-

i: pendiente en cada tramo del canal

-

D: distancia de cada tramo del canal (m)

Es importante considerar todas las pérdidas que se tengan en el sistema, debido a que esto ocasionará que tengamos una menor potencia disponible. Aunque estas pérdidas se  puedan considerar muy pequeñas, es importante considerarlas cuando la distancia que recorre el agua es muy grande y no se dispone de una gran altura.

32

2.2.2.3

Tubería forzada

Para la correcta selección de material y sección de la tubería se deberá tener presentes a lo menos las siguientes situaciones.

2.2.2.3.1

Cálculo de presión máxima

La tubería que se utilizara como tubería forzada deberá soportar la presión originada  por el normal escurrimiento del fluido, así como también las presiones extraordinarias  producidas por el golpe de ariete.

Como se menciono en “chimenea de equilibrio” capítulo 2.2.1.4.1 al abrir o cerrar una válvula, se produce que las partículas de agua que están en movimiento a una velocidad constante se detengan intempestivamente provocando una sobrepresión en la tubería (golpe de ariete), lo que provoca que esta se dilate y contraiga ligeramente. Este esfuerzo de presión adicional puede perfectamente romper nuestra tubería, si esta no esta diseñada para soportarlo.

La presión normal a la cual estará sometida la tubería esta dada por la siguiente expresión:

P = γ x H Ecuación Nº 9

Donde: -

P: Presión normal (kg/cm2)

-

γ: Peso especifico del agua (Kg/cm3)

33

-

H: Altura bruta (cm)

La sobrepresión que se producirá en la tubería cuando el agua se detenga estará dada  por la siguiente expresión:

P'

= c x v g Ecuación Nº 10

Donde: -

P': Variación de la presión al producirse la obstrucción (kg/cm2)

-

c: Celeridad o velocidad de propagación de la onda en la tubería (m/s)

-

v: Velocidad del agua (m/s)

-

g: Aceleración de gravedad (m/s2)

Todos estos datos son conocidos excepto la celeridad, que se calcula de la siguiente manera.

E c

2

ρ

= 1 +

E x D Em x

Ecuación Nº 11

e

34

Donde: -

E: Módulo de elasticidad del agua (N/m2)

-

ρ: Densidad del agua(Kg/m3)

-

D: Diámetro interno de la tubería (m)

-

Em: Módulo de elasticidad del material (N/m2)

-

e: Espesor de la tubería (m)

Luego la presión máxima que afectara a nuestra tubería corresponderá a la suma algebraica de estas 2 presiones:

Pm = P + P' Ecuación Nº 12

Donde: -

Pm: Presión máxima (Kg/cm2)

-

P: Presión normal (Kg/cm2)

-

P': Variación de la presión al producirse la obstrucción (Kg/cm2)

Esta presión máxima debe ser siempre menor que la presión que podrá soportar nuestra tubería (Presión de ensayo hidrostático), para que funcione sin ni un problema.

35

2.2.2.3.2

Pérdidas de altura en la tubería

En las tuberías se producen 2 tipos de pérdidas, una por el roce de las partículas de agua con la tubería (pérdidas primarias) y otra en los accesorios (pérdidas secundarias).

El cálculo de las pérdidas primarias se puede determinar por medio de la siguiente expresión:

H p =

f 2

x

L D

x

V2 g

Ecuación Nº 13

Donde: -

H p: Pérdida de carga primaria (m.c.a)

-

f : Factor de fricción

-

L: Largo de la tubería (m)

-

D: Diámetro de la tubería (m)

-

v: Velocidad del agua (m/s)

-

g: Aceleración de gravedad (m/s2)

El largo, el diámetro, el caudal y la aceleración de gravedad, son datos que obtendremos de las características de nuestro proyecto, mientras que la velocidad y el factor de fricción lo obtendremos de la siguiente manera:

36

V = Q A Ecuación Nº 14

Donde: -

v: Velocidad del agua en la tubería (m/s)

-

Q: Caudal (m3/s)

-

A: Sección de la tubería (m2)

El factor de fricción f dependerá de la rugosidad del material y del tipo de flujo que  posea el escurrimiento.

Estas dos situaciones se pueden expresar de la siguiente manera:

ε D

Ecuación Nº 15

R e = v x d Ecuación Nº 16

Donde: -

ε: Rugosidad relativa (mm)

-

D: Diámetro de la tubería (mm)

-

R e: Número de Reynolds

-

: Viscosidad cinemática (depende de la Tº del agua) (m2/s)

37

Con estos 2 datos, ε/D y el número de Reynolds, se va al diagrama de Moody (anexo 2) y se obtiene el factor de corrección f.

El cálculo de las pérdidas secundarias se puede obtener de la siguiente expresión:

Hs =

Σ

K x V2 2 g

Ecuación Nº 17 Donde: -

Hs: pérdida de carga secundaria

-

K : coeficiente de pérdida por accesorio

El coeficiente K depende de cada accesorio, ya sean válvulas, uniones o empalme a la cámara de carga, etc. Estos estarán detallados en el anexo Nº 2.

Una vez obtenido estos datos se podrá determinar la pérdida total que se tendrá en la tubería, esta se puede calcular mediante la siguiente expresión:

ΣΩ

= H p + Hs Ecuación Nº 18

Donde: -

ΣΩ: pérdida total de altura en la tubería (m)

38

2.3

Equipamiento electromecánico

El equipamiento electromecánico estará ubicado en la sala de máquinas, y está constituido principalmente por una turbina, generador eléctrico, transformador, tablero eléctrico, regulador de velocidad, etc.

2.3.1

Definiciones

A continuación se dará una breve explicación de las partes principales del equipamiento electromecánico de una MCH.

2.3.1.1

Turbinas

Como ya hemos mencionado anteriormente la turbina será la encargada de transformar la energía cinética y potencial del agua en energía mecánica.

La turbina es una turbo máquina motora que aprovecha la energía del agua para  producir un movimiento de rotación (energía mecánica), el cual es transferido mediante un eje hacia el generador.

La turbina es esencialmente una bomba que trabaja en sentido inverso, es decir así como la bomba es una máquina generadora de movimiento, la turbina es una máquina receptora de movimiento. Es por esta razón que los elementos componentes de la turbina son

39

los mismos que los de una bomba. Entre ellos están, el canal de llegada o tubería forzada, distribuidor, rodete y tubo de aspiración

2.3.1.1.1

Clasificación de las turbinas

Hay varias formas de clasificar a las turbinas, siendo las más comunes las que se indican a continuación:

-

Según el grado de reacción

Esta clasificación hace alusión a la manera de actuar los chorros de agua sobre los álabes, existiendo 2 tipos de turbinas, las de reacción y las de acción.

La diferenciación de una y otra turbina se hace por medio del grado de reacción que esta tenga, siendo de acción las turbinas que tengan grado 0 y de reacción las que tengan grado distinto a 0.

El grado de reacción se puede determinar por medio de la siguiente expresión:

Gr

=

A A + P

Ecuación Nº 19

Donde: -

Gr : Grado de reacción

40

-

A: Altura de presión del rodete

-

P: Presión dinámica

-

Según el número específico de revoluciones.

Estas se pueden clasificar en:

-

Turbinas lentas

-

Turbinas normales

-

Turbinas rápidas

-

Turbinas extra rápidas

El número de revoluciones se puede estimar a través de la siguiente expresión:

1/2  N x P  Ns = H5/4

Ecuación Nº 20 Donde: -

 Ns: Número específico de revoluciones

-

 N: Número de revoluciones

-

P: Potencia en el eje (C. V.)

-

H: altura neta

41

-

Según la posición del eje

Se clasifican en turbinas con eje horizontal y eje vertical

-

Según la dirección que sigue el agua con respecto a la posición del eje de rotación.

Estas son:

2.3.1.1.2

-

Turbinas axiales

-

Turbinas radiales

-

Turbinas axiales – radiales

-

Turbinas tangenciales

Tipos de turbinas

A continuación se dará una breve descripción de los distintos tipos de turbinas más usadas en la actualidad.

2.3.1.1.2.1 Turbina Pelton

Esta turbina fue inventada por el estadounidense Lester Pelton en el año 1879 y tiene la  particularidad de que el o los chorros de agua impactan sobre los álabes de forma tangencial y  perpendicular al eje de la turbina.

42

Este tipo de turbina funciona de forma óptima para grandes altura de caída, y para  pequeños caudales, consiguiendo rendimientos de hasta un 90 %

La instalación de una turbina Pelton por lo general esta compuesta por los siguientes elementos:

-

Codo de entrada

-

Inyector: En las turbinas Pelton este es el distribuidor, esta compuesto por tobera, válvula de aguja y deflector.

-

Tobera: Boquilla por la cual sale el chorro de agua

-

Válvula de aguja: Esta destinada a regular el chorro de agua que sale del inyector

-

Servimotor: Desplaza mediante presión de aceite la aguja del inyector

-

Regulador de velocidad: Mantiene la velocidad constante.

-

Deflector o pantalla deflectora: Sirve para evitar el golpe de ariete y el embalamiento de la turbina.

-

Rodete: Es una pieza circular que en su periferia lleva anexado los alabes

-

Álabes: son las cucharas que reciben el chorro de agua.

-

Freno: Se hace actuar un chorro de agua por la parte posterior de los álabes con el objetivo de disminuir la velocidad de giro.

-

Carcaza: Evita que el chorro de agua una vez turbinado salpique hacia el exterior

En la siguiente imagen se puede apreciar una turbina Pelton de eje horizontal y que  posee más de un inyector

43

Imagen Nº 2

Fuente: GENERACION DE ENERGIAS ALTERNATIVAS. 2007

Existen turbinas Pelton tanto de eje horizontal como vertical, siendo las verticales las que otorgan más beneficios en cuanto a potencia, distancia entre el generador y la turbina, aumento de la velocidad de giro y disminución del diámetro del rodete, mientras que la turbina horizontal tiene la ventaja de que su mantenimiento es mucho mas sencillo y por ende más económico.

2.3.1.1.2.2 Turbina Michell – Banki

La turbina Michell Banki o de flujo transversal es una de las más apropiada para el uso en MCH, ya que generalmente es utilizada para pequeños caudales y pequeños saltos, aunque sus rangos de aplicación han crecido considerablemente en los últimos años llegando a ser

44

utilizadas para un rango de altura de 1 a 200 mts, y para caudales de 0.02 a 9 m3 / s. Actualmente con este tipo de turbina se llegan a generar hasta 6 MW de potencia. Esta turbina  posee un rendimiento del orden de un 65 a un 85 %.

Las partes constitutivas de este tipo de turbinas son las siguientes:

-

Tubería de entrada

-

Inyector

-

Tobera: Es de sección rectangular

-

Regulador o pala directriz: Regula el flujo de agua que pasará por la tobera

-

Rodete o rotor: Soporta a los álabes por medio de 2 discos laterales, puede llegar a tener más de una división de álabes Es de mayor largo que para otro tipo de turbinas

-

Álabes: Están dispuestos de forma radial, y pueden o no llevar una leve curvatura en la periferia del rotor.

-

Eje: El eje es horizontal

-

Carcaza: Evita que el agua salpique hacia el exterior

-

Desague

45

Imagen Nº 3

Principio de funcionamiento:

El agua proviene de la tubería forzada siendo conducida hacia el rodete por una tobera convergente de sección rectangular (inyector), la que posee un regulador de flujos, que permite regular el caudal según la demanda.

El agua al pasar por la tobera incide en los álabes produciendo la rotación de la máquina, una vez cumplido el objetivo el agua cae de la turbina hacia el desagüe.

46

Imagen Nº 4

Sus principales ventajas son:

-

El diámetro del rotor no depende necesariamente del caudal

-

Sus álabes al ser axiales y de radio de curvatura constante, no necesitan tecnología altamente especializada para ser construidos

-

Las impurezas que pueden entrar en el rotor son rápidamente expulsadas por la fuerza centrífuga que este posee.

-

El costo de instalación no es elevado

-

Se puede escoger la velocidad de giro, en un amplio rango

-

Posee doble efecto

-

Puede recibir el agua tanto de forma horizontal como vertical

47

Imagen Nº 5

2.3.1.1.2.3 Turbina Francis

Turbina a reacción creada por el estado unidense James Francis en el año 1848. Es conocida como una turbina de flujo mixto ya que el fluido entra de forma tangencial al eje de rotación y sale de forma axial. Esta turbina es usada para saltos y caudales medianos, llegando a obtenerse con ella rendimientos entre un 80 y 90%. El rango de aplicación de esta turbina varia entre los 10 a 500 mts de altura y entre los 2 y 200 m3 / s de caudal. Siendo muy utilizada en centrales hidroeléctricas, aunque también pueden ser utilizadas en MCH, pues se construyen micro turbinas que pueden funcionar con caídas desde los 3 mts de altura.

48

Imagen Nº 6

Por su elevado numero de revoluciones, muchas veces se puede lograr la velocidad especifica de un generador, lo que permite un acople directo entre la turbina y el generador.

Las partes constitutivas de este tipo de turbinas son:

-

Cámara espiral: Se encarga de hacer uniforme la velocidad y sin torbellinos.

-

Distribuidor: Regula, distribuye o corta el flujo de agua que se dirige hacia el rodete.

-

Rodete: Pieza en forma de cono truncado, que va unida al eje de la turbina. En la imagen Nº 6 , es la pieza de color rojo

-

Álabes directrices: Tienen la capacidad de regular el caudal que entra al rodete variando su posición sobre un pivote. En la imagen Nº 6 se aprecia de color amarillo.

-

Álabes del rodete :Reciben el flujo de agua haciendo girar el rodete

49

-

Difusor: Dirige las masas de agua que salen a través de los alabes del rodete evitando que estas mismas choquen entre si y con los álabes

-

Eje: Puede ser tanto vertical como horizontal.

2.3.1.1.2.4 Turbinas Axiales

Estos tipos de turbina son muy utilizados para pequeños saltos no mayores a 65 metros y para grandes caudales. Existen varios tipos de turbinas axiales, siendo la más conocida la turbina Kaplan, aunque en este texto no se hará alusión a ella, ya que se buscan diseños cuya tecnología constructiva sea más adecuada para obras de menor envergadura.

Por tratarse de turbinas que trabajan con poco desnivel, casi siempre se encuentran muy cercanas a las obras de toma. La turbina se instala en el interior de la tubería, entre la toma y la descarga, aprovechando así todo el caudal que circula por esta. En la primera parte de la tubería trabaja a presión positiva (entre la toma y el rotor), y en la segunda parte trabaja a  presión negativa (succión) desde el rotor hasta la descarga.

Las turbinas usadas en MCH son variantes de la turbina kaplan, y las más difundidas son:

-

Turbina axial tubular: El eje del rotor continúa pasando a través de la tubería  para accionarse en el generador, que se encuentra fuera del mismo. En este modelo la tubería debe tener un codo para permitir la salida del eje.

50

Imagen Nº 7

-

Turbina axial de tipo bulbo: Este tipo de turbina lleva en el interior de la tubería un bulbo sellado hidráulicamente en el cual esta el generador

Imagen Nº 8

-

Turbina tubular: Es una variante de la turbina axial tubular, en la cual el generador va fuera de la tubería y de forma perpendicular con el eje de rotación

51

Imagen Nº 9

Imagen Nº 10

En la imagen Nº 10 se muestra el rodete y los álabes directrices de una turbina axial

A pesar de su buen comportamiento para bajas alturas de carga, las turbinas axiales poseen bajo rendimiento a cargas parciales y sumado a la complejidad del diseño hacen que la turbina Michell – Banki sea una opción mucho más satisfactoria para MCH.

52

2.3.1.1.2.5 Turbina Turgo

Turbina de acción desarrollada en 1919 por la compañía Gilkes a partir de una modificación de la turbina Pelton. La turbina turgo se adapta muy bien en un rango intermedio entre la turbina Pelton y la turbina Francis, donde ninguna de ellas obtiene un rendimiento muy elevado. Se utiliza para caídas que van desde los 25 a los 300 metros, llegando a obtenerse rendimientos de alrededor de un 90 %.

Semejante a la turbina Pelton, posee una curva de rendimiento amplia, lo que puede garantizar un buen rendimiento a cargas parciales, siendo recomendable utilizarla para situaciones donde haya grandes variaciones de caudal. Así también puede trabajar bajo condiciones difíciles, como por ejemplo con aguas que presenten mucha materia en suspensión

El rodete de la turgo es similar al rodete de las turbinas Pelton, pero partido por la mitad. Para la misma potencia el rodete turgo tiene la mitad del diámetro de un rodete Pelton y le duplica la velocidad específica, al igual que la Pelton la turgo puede llevar varios inyectores, aumentando así la velocidad especifica del rodete.

Imagen Nº 11

53

A diferencia de las turbinas Pelton, en las turbinas Turgo el chorro de agua llega a los álabes con un ángulo de 20º, lo que produce que el agua incida sobre varios álabes en forma simultánea.

Sus principales desventajas son que es más difícil de fabricar que las Pelton pues los álabes son de forma más compleja, se superponen y son más frágiles, por otro lado también tienen una alta carga axial sobre el rotor lo que hace necesario el uso de cojinetes sobre el eje.

2.3.1.2

Generador

El generador, también llamado alternador pues genera energía alterna, es decir no cambia de sentido al circular por el cable, será el encargado de transformar la energía mecánica producida por la turbina en energía eléctrica.

Existen 2 tipos de generadores usados en MCH, los generadores sincrónicos y los generadores de inducción. Los generadores sincrónicos son los generadores convencionales y los de inducción pueden ser motores trabajando en forma inversa, eso si, no para potencias superiores a los 20 Kw.

El generador podrá estar tanto de forma horizontal como vertical, ello se determinará cuando se haga la elección de la turbina y la disposición que tendrán en la sala de máquinas

Los generadores utilizarán una frecuencia igual a 50 Hz que es la frecuencia normalizada en Chile. Las fases y voltaje dependerán de cada proyecto en particular, utilizándose solo para pequeños proyectos generadores monofásicos (1 a 10 kw), y para otros de mayor tamaño generadores trifásicos (10 a 100 kw).

54

2.3.1.3

Elementos de la instalación eléctrica

Una instalación eléctrica es un conjunto de elementos y equipos que tienen como finalidad llevar la energía eléctrica desde el punto de generación hasta la obras de distribución eléctrica

Los elementos básicos de una instalación eléctrica son los que a continuación se mencionan:

-

Acometida: Es el punto de comienzo de la instalación eléctrica, de

hecho es la conexión entre el generador y la instalación eléctrica.

-

Equipos de medición: En algunas instalaciones se utilizarán equipos de

medición, ya sea para saber cuanta energía se esta entregando, o para los fines que se estimen convenientes según sea el caso.

-

Interruptor principal: Es un dispositivo diseñado para abrir o cerrar un

circuito por medios no automáticos y que puede actuar en forma automática en condiciones de operación anormal del circuito

-

Tablero principal: En toda instalación eléctrica han de existir, uno o

varios tableros principales, punto central de la instalación, el cual tiene tres funciones: -

Distribuir la energía eléctrica a varios circuitos ramales.

-

Proteger cada circuito ramal de fallas (cortocircuitos).

-

Proveer la posibilidad de desconectar de la instalación cada uno

de los circuitos.

55

El tablero principal contiene una serie de elementos que garantizan el cumplimiento de las tres funciones antes mencionadas tales como: interruptores automáticos o manuales, fusibles, etc.

-

Subtableros: En aquellas instalaciones eléctricas de una extensión

considerable, es común utilizar varios tableros como apoyo al principal, cumpliendo las mismas funciones de distribución, maniobra y protección de los circuitos.

-

Alimentadores: Son los conductores que alimentan a los subtableros

desde el tablero principal

-

Circuitos ramales: Los circuitos ramales están constituidos por

conductores que parten de los tableros de distribución y transportan la energía hasta los  puntos de alimentación. Los circuitos ramales pueden ser compartidos o individuales, es decir, exclusivos para una carga

-

Canalizaciones eléctricas: Las canalizaciones eléctricas son los

elementos utilizados para conducir los conductores eléctricos entre las diferentes partes de la instalación eléctrica. Estas canalizaciones proveen de seguridad a los conductores a la vez de propiciar un camino adecuado por donde guiarlos.

-

Transformador: Se denomina transformador a una máquina

electromagnética que permite aumentar o disminuir el voltaje en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. Algunos tipos de transformadores de corriente protegen a los instrumentos al ocurrir cortocircuitos. Por lo general se utilizan voltajes de 220/380 para este tipo de instalaciones.

56

2.3.2

Consideraciones de cálculo

Antes de seleccionar el equipamiento electromecánico más adecuado para nuestra MCH se deberá tomar en consideración alguna de las siguientes situaciones.

2.3.2.1

Generadores

Al momento de seleccionar el generador a lo menos se deberá considerar los siguientes aspectos.

2.3.2.1.1

Potencia

La potencia del generador y la turbina se deberán seleccionar en conjunto.

Una fórmula que relaciona la potencia de la turbina con la potencia del generador es la siguiente expresión:

Ecuación Nº 21

PG

=

Donde: -

PG: Potencia del generador

Pt

x Ng

57

-

Pt: Potencia de la turbina  Ng: Factor de rendimiento del generador

El valor de Ng estará previamente determinado por el fabricante o distribuidor del generador, con rendimientos generalmente superiores al 90 %.

La relación entre la potencia efectiva (Kw) y la potencia aparente (KVA) esta dada por la siguiente expresión.

Ecuación Nº 22

PAP =

2.3.2.1.2

PEF 0.8

Velocidad

La velocidad del generador deberá ser igual a la velocidad de la turbina, por lo cual ambas se deberán seleccionar en conjunto.

La velocidad del generador dependerá de la frecuencia y número de pares de polos que  posea el generador. Esta se determinará de la siguiente forma:

58

Ecuación Nº 23

V

=

60 x f N

Donde: -

V: Velocidad del generador (r/min)

-

f: Frecuencia del generador ( 50 Hz en Chile)

-

 N:  Número de pares de polos en el generador

2.3.2.2

Turbinas

2.3.2.2.1

Potencia útil

La potencia útil que generará la MCH esta dada por la siguiente fórmula:

Ecuación Nº 24

P =

Q x H x nt x 1000   102

Donde: -

P: Potencia útil de la turbina (Kw)

-

Q: Caudal disponible (m3/s)

59

-

H: Altura útil (m)

-

nt: Rendimiento del equipamiento

60

2.4

Obras de distribución eléctrica

Las obras de distribución eléctrica serán las obras que permitirán la transmisión de la electricidad desde las sala de máquinas hasta los centros de consumos tales como ciudades, aldeas, casas, usos industriales, etc.

2.4.1

Definiciones

A continuación se definirán los conceptos más recurrentes en las obras de distribución eléctrica para MCH

2.4.1.1

Sistemas de transmisión

Por sistemas de transmisión se entenderá al conjunto de elementos por los cuales se desplazará la energía eléctrica desde el generador en la sala de máquinas hasta los centros de consumo.

Para poder definir cual será el sistema de transmisión óptimo se deberá disponer por lo menos de los siguientes datos:

-

Potencia efectiva

-

Distancia entre la sala de máquinas y el centro de consumo

-

Voltaje de transmisión

-

Frecuencia nominal

61

-

Sistema de canalización

-

Redes de distribución derivadas del sistema

Como ya hemos mencionado anteriormente la frecuencia nominal en Chile es de 50 Hz  para alumbrado, carga y calefacción (entre otras), y el voltaje es de 220 para sistemas monofásicos y 220/ 380 para sistemas trifásicos.

2.4.1.2

Voltaje de transmisión

El voltaje de transmisión en lo posible debe ser igual al voltaje de generación, situación que en la práctica solo ocurre para cortas distancias y pequeñas potencias, ya que al ser transportada a largas distancias esta sufre una pérdida de voltaje, la cual se analizará en las consideraciones de cálculo del presente capítulo (2.4.2).

Cuando las pérdidas de voltaje o las caídas de tensión sean demasiado considerables se  procederá a hacer un aumento de voltaje por medio de un auto transformador hasta el voltaje normalizado que permita un óptimo rendimiento para el sistema de transmisión. Esto creará la necesidad de utilizar subestaciones transformadoras.

2.4.1.3

Subestaciones

Las subestaciones serán las encargadas de subir y bajar el voltaje cuando se necesite. Para ello por lo menos deberá haber 2 transformadores, uno elevador y otro reductor por cada centro de consumo que exista.

62

La subestación elevadora deberá estar lo más cerca posible del generador y entre ellos dos se deberá instalar un disyuntor o interruptor automático.

La subestación reductora deberá estar lo más cercana a él o los centros de consumo y entre ellos dos se deberá instalar un tablero general con los equipos de protección y medida necesarios para el correcto y seguro funcionamiento del sistema. Todos los transformadores que se instalen a la intemperie deberán estar montados sobre los postes en gabinetes especialmente diseñados para ello.

2.4.1.4

Conductores eléctricos

El conductor eléctrico será el elemento físico que conducirá la electricidad a través del sistema de transmisión. Los mejores conductores eléctricos son oro, plata, platino, cobre y aluminio, pero de ellos por su valor económico solo se ocupan los dos últimos en nuestro país.

Los conductores eléctricos que logran la mejor relación conductividad v/s economía son el cobre, aluminio y acero. Los diámetros utilizados varían de acuerdo al voltaje de transmisión.

2.4.1.5

Sistemas de canalización

Los sistemas de canalización dependerán exclusivamente de las condiciones del terreno, tales como la geografía, topografía y clima de la zona donde se realizará la instalación, así como también de las características técnicas del proyecto.

63

Los sistemas de canalización se pueden agrupar según el voltaje que van a transmitir, existiendo líneas de baja, media y alta tensión.

Las líneas de baja tensión solo serán usadas para distancias cortas (menores a 1 Km.) debido a la caída de tensión que esta sufre, pudiendo ejecutarse mediante canalizaciones aéreas o subterráneas. Las canalizaciones aéreas pueden realizarse con conductores desnudos sobre aisladores, o sobre conductores aislados sobre aisladores, y las canalizaciones subterráneas pueden ejecutarse con conductores aislados introducidos en tubos no metálicos. Para distancias menores a 40 mts. se recomienda utilizar canalizaciones subterráneas.

En media y alta tensión solo se ejecutarán las obras con canalizaciones aéreas mediante conductores desnudos sobre aisladores, sin embargo en los tramos próximos a la sala de máquinas y a los centros de consumo se utilizarán conductores aislados sobre aisladores. Se recomienda utilizar para potencias entre 1 y 50 Kw. canalizaciones de media tensión, mientras que para 50 Kw. o más es recomendable utilizar líneas de alta tensión.

2.4.2

Consideraciones de cálculo

2.4.2.1

Pérdidas de voltaje o caída de tensión

Existen varios factores de los cuales podemos tomar ventaja para no sufrir pérdidas de voltaje, a continuación se mostrará la relación que existe entre la pérdida de voltaje y otros factores como son la distancia entre generación y consumo.

64

Ecuación Nº 25

V p = R x L x I s

Donde: -

V p: Voltaje perdido

-

R : Resistividad del material

-

L: Longitud de la línea (distancia entre la generación y el consumo)

-

s: Sección del conductor

-

I: Intensidad de corriente

Esta última se puede obtener mediante la siguiente expresión:

Ecuación Nº 26

I = P V Donde: -

P: potencia aparente

-

V: voltaje elevado

65

Reemplazando la Fórmula Nº 26 en la Fórmula Nº 25 se puede obtener la siguiente relación:

Ecuación Nº 27

V p = R x L x P s x V

De ella se puede concluir que al aumentar la sección y el voltaje elevado, y al disminuir la resistividad del material, el largo de la línea y la potencia aparente se puede disminuir las  pérdidas por caída de tensión. Como la elección del material y la sección de este mismo casi siempre se realiza en criterio de la mayor economía, además de que la potencia y la distancia no se pueden cambiar, la única opción factible es aumentar el voltaje por medio de transformadores. Como conclusión final podemos obtener que mientras más sea la distancia a la cual se quiera transmitir la energía eléctrica mayor deberá ser el voltaje de transmisión.

66

Capitulo III

Microcentral hidroeléctrica “Los Chilcos”

3.1

Ubicación geográfica

El proyecto “Microcentral hidroeléctrica Los Chilcos” se encontrará en la XIV Región de Los Ríos, en la provincia del Ranco, comuna de la Unión, a unos 27 Km. al noroeste de la ciudad de Río Bueno, viajando por el camino que une a La Unión con Puerto Nuevo. Específicamente en las coordenadas 40° 14' 35.80" Latitud Sur y 72° 41' 7.27" Longitud Oeste. Este proyecto pretende utilizar agua proveniente del Río Ralitrán, pequeño río que nace en los sectores de Santa Rosa, Santa Rosa Grande y Santa Rosa Chica, y desemboca en el Río Bueno a unos 12 Km. del Lago Ranco.

67

Imagen Nº 12

3.2

Reconocimiento del terreno

El reconocimiento de terreno se realizó tras varias visitas al sector, en los meses desde septiembre 2007 a enero 2008, en los cuales se recorrió en toda su extensión el río Ralitrán y se determinaron los lugares en los cuales podría ir la bocatoma, así como los posibles lugares en los cuales se realizaría la caída y sala de máquinas. Por otro lado se realizó la evaluación de las necesidades energéticas que posee el Fundo Los Chilcos.

68

El Fundo Los Chilcos es un campo de aproximadamente unas 400 hectáreas, las cuales  principalmente son utilizadas en ganadería. Posee 2 casas patronales, 2 cabañas turísticas, 2 casas para trabajadores, 1 quincho y una piscicultura. Siendo de esta ultima la que presenta el mayor consumo energético, pues funciona a plena capacidad las 24 horas del día y los 30 días del mes. Es por este motivo que el presente proyecto tendrá la finalidad de satisfacer  primariamente a la piscicultura y secundariamente los otros consumos.

En resumen, la captación de agua del río Ralitrán se realiza por medio de una pequeña  presa construida de forma artesanal en base a grandes rocas y árboles, los cuales producen que el agua se estanque y derive una parte hacia el interior del campo, pasando por una bocatoma de forma circular, la cual esta provista de una compuerta y rejas para limpieza. El resto del agua sigue su curso natural.

El agua que ingresa al campo tiene dos finalidades, una es satisfacer la demanda de la  piscicultura, para posteriormente ser evacuada hacia un canal de unos 1160 m. de largo (canal 2), la otra es abastecer de agua fresca a dos lagunas destinadas a la pesca deportiva, unidas ambas por un pequeño estero, una vez realizado este objetivo el agua es devuelta hacia el río  por medio de un canal de unos 185 m. de largo (canal 1) ubicado al final de la laguna 2 (ver lámina PRO-CHI-003-A).

El canal 2 antes mencionado en la actualidad no esta cumpliendo la función para la cual fue construido, ya que el agua proveniente de la piscicultura se esta descargando directamente en la laguna 2.

El terreno aguas abajo de la laguna 2 esta comprendido por una pampa más o menos  plana de unos 1075 metros de largo por unos 100 metros de ancho. A la izquierda de la pampa,  bordeando una cuesta se encuentra el canal 2 y a la derecha el canal 1 y el río Ralitrán.

69

En cuanto al recurso hídrico se trata, se puede mencionar que se medirá por medio de un vertedero de sección rectangular en época de estiaje, en uno de los años menos lluviosos de los últimos tiempos, por lo cual el caudal obtenido va a ser muy inferior al presentado en el tiempo de las avenidas.

3.3

Evaluación del requerimiento energético

Los sistemas eléctricos se diseñan en base a la potencia máxima que deben abastecer, tanto para la generación, como para la transmisión y distribución. Así mismo se debe tener  presente cual será el uso final de la electricidad, pudiendo utilizarse para usos domiciliarios, industrial o productivo y alumbrado.

La demanda de electricidad no será un valor fijo, sino variará en las distintas horas del día y en los distintos meses del año, existiendo situaciones en que el consumo será máximo (horas punta).

Por otro lado se debe considerar todas las pérdidas a las cuales será sometido el sistema, de forma adicional al requerimiento útil de los usuarios. De esta forma todas las MCH tendrán un grado de eficiencia, que variará según las condiciones a las cuales sean sometidas.

En este sentido la expresión que nos entrega la potencia máxima (potencia hidráulica) que se podría llegar a generar es la que se muestra a continuación:

70

Ecuación Nº 28

PH = γ  x Q x H   102

Donde: -

PH: Potencia hidráulica (kw)

-

γ: Densidad del agua (kg/m3)

-

Q: Caudal (m3/s)

-

H: Altura (m)

Y la expresión que nos entrega la potencia útil que efectivamente se podrá utilizar es la siguiente:

Ecuación Nº 29

PU = γ x Q x H x η   102

Donde: -

PU: Potencia útil (kw)

-

η: Grado de eficiencia (turbina, generador, acoples, etc.)

La potencia instalada en el sistema se puede determinar mediante la siguiente expresión:

71

Ecuación Nº 30

PI =

Σ

P N

Donde: -

PI: Potencia instalada

-

P N: Potencia nominal (de cada aparato que se conecte a la red)

En el Fundo Los Chilcos ya existe energía eléctrica suministrada por la empresa distribuidora SAESA, la cual satisface el 100% de las necesidades eléctricas. La potencia instalada que el sistema posee es de aproximadamente 63,075 KW de los cuales 11,635 KW son utilizados las 24 horas del día por la piscicultura y la diferencia esta instalado en el resto de las dependencias del campo. Estos datos se pueden verificar en el anexo Nº 3.

De antemano se sabe que la potencia (útil) que se necesitará producir solo será una fracción de la potencia instalada, ya que es prácticamente imposible que se de la situación en que se conecten todos los aparatos de todos los centros de consumo en un mismo momento.

Para determinar la potencia útil que se va a requerir realmente se debe hacer un estudio del consumo individual de cada vivienda y luego del sistema en conjunto. Para ello se debe realizar una reducción de la potencia instalada a través de un factor como es el de demanda individual. Este factor se basa en que la potencia que se utilizará variará en las horas del día y los meses del año, se mencionaba anteriormente se considerará solo un porcentaje de la  potencia instalada. Este estudio se realizó en conjunto con Luis Narváez, electricidad de la Universidad Austral de Chile

profesor de

72

3.4

Evaluación del recurso hídrico

Para poder determinar que cantidad de agua se posee, lo ideal es tener los datos estadísticos de un rango de tiempo lo más amplio posible.

En el desagüe de la laguna 2 existe un vertedero rectangular. En el se tomaron varias medidas de la altura de carga del vertedero con el fin de obtener el caudal. Esto se realizó en los meses en los cuales el caudal es el más bajo durante el año (enero, febrero, marzo), dato otorgado por los lugareños.

Para medir la altura de carga del vertedero se efectuaron mediciones a una distancia  prudente aguas arriba del vertedero, aproximadamente a unas 10 hc (altura crítica), con el fin de obtener los datos más próximos a la realidad del problema. Estas mediciones se hicieron una vez por día desde el 24 de enero hasta el 31 de marzo del 2008. Las tablas con las lecturas obtenidas serán presentadas en el anexo Nº 4

El vertedero en cuestión corresponde a un vertedero de pared delgada de napa libre y sin contracción lateral por lo que el coeficiente de vertedero se puede determinar de varias formas, dependiendo del autor al cual se haga referencia. En este caso consideraremos las experiencias de Bazin que son bastante confiables.

En el anexo Nº 4 se presentan las tablas con las cuales se obtuvo este valor luego de una interpolación.

Con la siguiente expresión matemática se puede determinar el caudal para este tipo de vertederos.

73

Ecuación Nº 31

Q = B x h x m x ( 2 x g x h )1/2

Donde: -

Q: Caudal (m3/s)

-

B: Ancho del vertedero (m)

-

h: Altura de carga del vertedero (m)

-

m: Coeficiente de vertedero (adimensional)

-

g: Aceleración de gravedad (m/s2)

Finalmente introduciendo nuestros datos en la ecuación Nº 31 obtenemos lo siguiente:

Q = 2.02 x 0.32 x 0.434 x ( 2 x 9.81 x 0.32 )1/2 Con lo cual nuestro caudal de diseño será:

Q = 0.703 m3 = 703 Lts.

Hay que destacar que el verano 2008 fue una de las estaciones más secas y calurosas de los últimos años, de hecho en el sector no se registraron precipitaciones sino hasta el día 8 de marzo. Es por esto que los datos no variaron mayormente uno de otro. Y con esto se asegura un mínimo caudal disponible para el resto de la temporada.

74

3.5

Levantamiento topográfico

Finalmente se decidió en primera instancia realizar un acople entre el canal 1 y 2 por medio de un pequeño canal a construir (canal 3). Además de un mejoramiento del canal 2 para así poder conducir el agua de la laguna 2 hacia la sala de máquinas que quedaría al final de este canal (ver láminas PRO-CHI-001-A, PRO-CHI-002-A, PRO-CHI-003-A)

Para poder determinar la altura total que se dispone en el terreno se realizó un levantamiento topográfico con taquímetro. Este se realizó desde el desagüe de la laguna 2,  pasando por el canal 1, posteriormente se paso por una franja en la cual esta proyectado el canal 3, hasta llegar al canal 2, siguiendo aguas abajo se llego a la unión entre el río Ralitrán y el canal 2.

La altura total es la diferencia de cotas entre el punto donde se deriva el agua hasta donde se entrega, sin considerar todas las perdidas que ocurrirán ya sea por pendiente del canal, cámara de carga, etc.

La altura total se puede determinar de la siguiente manera:

Ecuación Nº 32

HT = ZA - ZD Donde: -

HT: Altura total

-

ZA: Cota aducción

-

ZD: Cota desagüe

75

De la ecuación Nº 32 se tiene:

HT = 88.40 - 81.12

Finalmente una vez analizados la altura total que se dispone corresponde a:

HT = 7.28 Mts.

3.6

Selección del lugar de caída y obras civiles necesarias

Para seleccionar los lugares en los cuales se ejecutarán las distintas obras se utilizará el criterio de economía v/s rendimiento, es decir se intentará producir la mayor cantidad de energía pero al menor costo.

Para ello se realizó el levantamiento topográfico, que demuestra que el terreno es  bastante plano y no se puede obtener suficiente altura como para producir gran cantidad de energía, por otro lado se disponen de más de 0.7 m3/s de agua, lo que no es un caudal tan despreciable.

El agua se captará del desagüe de la laguna 2 ya que no se puede dejar sin este recurso a las lagunas ni a los peces que allí habitan. Por lo cual no será necesario la construcción de una presa ni tampoco de una bocatoma ya que el agua esta asegurada para un eventual periodo de sequías. Solo se realizarán las obras necesarias para garantizar que el agua que será turbinada no contenga algas, pasto, ramas ni ningún otro elemento ajeno. También se

76

construirán 2 compuertas en este sector, una para evitar el ingreso de agua al canal de derivación y otra como medio de evacuación cuando se exceda el volumen para el cual será diseñado el canal.

Para poder conducir el agua será indispensable la construcción y mejoramiento de los canales existentes y proyectados en base a hormigón para reducir al máximo las pérdidas por infiltración.

Para poder asegurar el líquido de forma constante a la turbina se construirá una cámara de carga al final del canal de derivación la cual servirá de empalme entre este último y la tubería forzada, además tendrá la función de aquietar, desarenar y limpiar las aguas ya que el trayecto es bastante largo y es muy probable que caigan hojas y otros elementos al canal, debido a que el invierno es bastante lluvioso y con fuertes vientos en este sector. También  poseerá un vertedero, un descargador de fondo y las respectivas compuertas necesarias para que el sistema funcione de forma óptima.

Se utilizará una tubería forzada de acero debido a que la cantidad de agua no es menor. Esta será la encargada de conducir el agua en el último tramo del sistema antes de que sea turbinada. La elección del diámetro se realizará en conjunto con el equipamiento electromecánico. Se utilizarán machones de anclaje en todos los cambios de dirección de la tubería para dar así una mayor estabilidad al sistema.

Se construirá una casa de máquinas lo más próxima al lecho del río y así evitar pérdida de altura de forma innecesaria, luego se restituirá el agua a este mismo mediante un canal de hormigón para evitar la erosión del terreno.

77

Para esta microcentral no se considerara la inclusión de una chimenea de equilibrio debido a que el golpe de ariete no será de mucha importancia. Esto se puede apreciar en el capitulo 3.8.

3.7

Selección del equipamiento electromecánico

El equipamiento electromecánico en lo posible será comprado a un solo distribuidor, el cual deberá asegurar la existencia de la totalidad de los repuestos y de la asistencia técnica cuando esta sea requerida.

Para esto se realizarán cotizaciones en los principales importadores y fabricantes del  país.

La imagen N° 13 muestra los rangos de aplicación de las turbinas usadas con mayor frecuencia en MCH.

78

Imagen Nº 13

Con los datos de nuestro terreno se puede prever que la turbina proporcionada  probablemente será una turbina Banki o una Axial, descritas previamente en los capítulos 2.3.1.1.2.2 y 2.3.1.1.2.4 respectivamente

Una vez analizadas las cotizaciones, se decide que el equipamiento mas adecuado es el  propuesto por “Turbinas Mancini Mr.”

Este consiste en un equipamiento que trabajará con rangos cercanos a los 5 metros de caída y 0,7 m3/s de caudal. La turbina será de tipo Banki marca Mancini Mr. diseñada especialmente para esta obra, utilizará un generador eléctrico de 20 KVA importado, sin

79

carbones y con regulación electrónica de voltaje (AVR), trifásico, 230/400 a 50 Hz, la regulación de caudal será manual. Tendrá un regulador de velocidad (Electric Load Controller), regulará frecuencia disipando energía no consumida y poseerá su respectivo set de resistencia. En conjunto el equipamiento electromecánico generará una potencia de 17 KW.

Turbinas Mancini Mr. serán los encargados de montar, instalar y poner en marcha todo el equipamiento electromecánico. El que tendrá una vida útil de 50 años para la turbina y 30 años para el generador y la electrónica.

La tubería forzada tendrá un diámetro de 700 mm y el descargador de fondo de la cámara de carga tendrá un diámetro de 300 mm.

3.8

Memoria

3.8.1

Canales

Para la selección de la sección y pendiente del canal se utilizaron los criterios descritos en el apartado 2.2.1.2.1. párrafo Nº 1 y en las consideraciones de cálculo del mismo capitulo 2.2.2.2.

Se confeccionó una tabla en la cual se compararon los distintos tipos de secciones variando la base del canal y su pendiente, pero manteniendo siempre la sección trapecial con tg α = 1/1, para así poder obtener la sección optima. Finalmente se llegó a la conclusión que el canal que más se acomodaba a los requerimientos es el canal que se muestra en la lámina

80

PRO-CHI-006. El canal con sección rectangular (canal Nº 1) mostrado en la misma lámina ya esta construido y es de unos 9 metros de largo.

3.8.2

Alturas

Como ya mencionamos en el capitulo 3.5 la altura total que se dispone son 7.28 metros.

La altura bruta es la altura total menos las pérdidas de cota que se producen en la aducción y descarga, es decir:

Ecuación Nº 33

H b = Ht - ΣΩ

Donde: -

H b: Altura bruta (m)

-

Ht: Altura total (m)

-

ΣΩ: Sumatoria de pérdidas en aducción y descarga (m)

La sumatoria de pérdidas en aducción y descarga está compuesta de la siguiente forma:

-

22 cm correspondientes a pérdida de altura en el canal de aducción

-

20 cm de pérdida por transición entre el canal de aducción y la cámara de carga

81

-

55 cm correspondientes a espacio necesario para el correcto funcionamiento de la turbina

-

60 cm. altura del canal de descarga.

-

7 cm de pendiente del canal de descarga

-

31 cm entre el fin del canal de descarga y el eje hidráulico del río (canal de sin revestir). Se deja esta altura para que en tiempo de avenidas no se introduzca agua hacia el interior del canal de descarga.

En resumen la sumatoria de pérdidas da un total de: 195 cm, entonces la altura bruta es:

H b = 7.28 - 1.95 H b =

5.33 m.

La altura neta es la diferencia entre la altura bruta y las pérdidas que ocurren dentro del la tubería forzada. Haciendo referencia al punto 2.2.2.3.2 “Pérdidas de altura en la tubería”  podemos llegar a la conclusión que:

Ecuación Nº 34

Hn = H b - ΣΩ

Donde: -

Hn: Altura neta (m)

-

H b: Altura bruta (m)

-

ΣΩ: Pérdidas de altura en la tubería (m)

82

Las pérdidas en la tubería se calculan de la forma descrita en el capitulo 2.2.2.3.2

Calculamos la velocidad del agua dentro de la tubería de presión con la ecuación Nº 14

0,70 v = 0,38

Entonces la velocidad es 1.83 m/s

Luego para calcular el valor del factor de fricción (f) de la ecuación Nº 13 se utiliza la ecuación Nº 15 y 16, con ellas obtenemos el número de Reynolds y e/d

R e =

1,83 x 0,70 1,30x10-6

R e= 985384; recordemos que la viscosidad cinemática del agua a los 10 grados es 1.308x10-6. El e para hierro fundido es 0.25 mm (ver anexo2)

0,25 700

Entonces la rugosidad relativa es 0.000357

Con estos datos buscamos el factor de fricción en el anexo 2 y obtenemos f = 0.016.

83

Ahora ya podemos calcular las pérdidas primarias en la tubería con la ecuación Nº 13.

H p =

12.95 1,83 0,02 x x 2 0,70 9,81

2

Por lo tanto las pérdidas primarias son del orden de los 6 cm.

Para calcular las pérdidas secundarias utilizamos la ecuación Nº 17, de ella solo nos falta el valor de el coeficiente de pérdidas (K), este lo podemos obtener del anexo Nº 5

Para esta obra el coeficiente K tiene un valor de 2.19, ya que el sistema de la tubería está compuesta por una entrada recta, 2 codos de radio medio y una válvula de compuerta.

Ahora introduciendo nuestros valores tenemos:

Hs

2.19 1,83 = x 2 9,81

2

Por lo tanto las pérdidas secundarias del sistema son 37 cm

La altura total que se pierde en las tuberías según la ecuación Nº 20 es:

HT = 0,06 + 0.37

84

La altura que se pierde en las tubería forzada es 0.43 cm. Finalmente la altura neta de carga se obtiene con la ecuación Nº 36.

Hn = 5.33 - 0.43

La altura neta es 4.9 metros. Cave destacar que una vez conocidos estos valores se realizaron las cotizaciones del equipamiento electromecánico.

3.8.3 Dimensiones de la cámara de carga

La cámara de carga tiene una capacidad de 19 m3, por lo que posee un tiempo de llenado de 27 segundos, como se menciono anteriormente en obra existirán 3 vías de desagüe, 2 regulables mediante compuertas y un rebosadero. La tubería forzada esta diseñada de modo que por ella pase 1 m3/s cuando la compuerta y la válvula este totalmente abierta. En caso de que ambas estén cerradas se evacuaran 0.25 m3/s por medio del descargador de fondo y el resto por el vertedero que posee un gasto de 1 m3/s aproximado.

Ecuación Nº 35

V = a x h x L

Donde:

-

V: Volumen (m3)

-

a: Ancho (m)

85

-

h: Altura (m)

-

L: Largo (m)

Entonces de la lámina PRO-CHI-007 se tiene:

V = 4 x 1,6 x 3

El volumen de la cámara de carga es 19.2 m3, por consiguiente si entran 0.703 m3/s, tarda en llenarse 27.3 s.

El caudal que evacuará el vertedero se calcula con la ecuación Nº 31

Q = 2,6 x 0,35 x 0,43 x ( 2 x 9,81 x 0.35 )1/2 Q = 1.02 m3/s

3.8.4 Velocidad del agua en el canal

Para calcular la velocidad del agua en el canal utilizaremos la formula de Manning (Ecuación. Nº 1)

Perfil trasversal Nº 1

V

=

1 x 0,3942/3 x 0,00021/2 0,013

86

En la sección rectangular hay una velocidad de 0.58 m3/s

Perfil transversal Nº 2

V

=

1 x 0,3982/3 x 0,00021/2 0,013

En la sección trapecial hay una velocidad de 0.59 m3/s.

Estas velocidades son superiores a 0.4 m3/s descritos en el párrafo 2.2.2.2.1. En conclusión con una pendiente de 0.02% para estos tipos de canales, no debería de haber  proliferación de vegetación en el fondo del canal.

3.8.5 Presión en la tubería

La presión normal a la que estará sometida nuestra tubería esta determinada por la ecuación Nº 9

P = 1x10-3 x 523

P = 0.523 kg/cm2

Para calcular la sobrepresión que debe soportar la tubería primero debemos calcular la velocidad de propagación de onda mediante la ecuación Nº 11

87

c2 =

2x109 1x103 2x109  x 700 1 + 2x1011 x 5

La celeridad será del orden de los 912.8 m/s, en el caso de que el cierre sea instantáneo.

La sobrepresión que se produciría al cerrar intempestivamente la válvula se puede calcular con la ecuación Nº 10.

913 x 1,83 P' = 9,81

Entonces la sobrepresión es 170.31 m.c.a. o 17.03 Kg./cm2. Como es de suponer jamás una válvula se puede cerrar instantáneamente y menos para este tipo de obras, por lo que la sobrepresión que se producirá solo será una fracción del valor antes descrito. Aún así consideremos como un valor real a modo de precaución y seguridad.

En resumen la presión máxima que deberá soportar la tubería se calcula con la ecuación Nº 12.

Pm = 0.52 + 17.03

Pm = 17.55. Por lo tanto el fabricante deberá garantizar que la tubería soporta una  presión superior a esta para que el sistema funcione de forma óptima.

88

3.8.6 Potencias

Como nuestro fabricante nos garantiza que la potencia útil (incluidas todas las pérdidas y reducciones) que entregará el sistema es de 17 Kw., con un generador de 20 KVA, solo nos queda comprobar si esto realmente es factible.

Primero debemos pasar nuestra potencia en Kw. a KVA para ello ocupamos la ecuación Nº 22.

PAP =

17 0.8

Entonces la potencia es 21.25 KVA, luego con la ecuación Nº 21 podemos ver si el rendimiento del generador esta dentro de los márgenes reales.

20 = 21,25 x Ng

El rendimiento del generador es del orden del 94%. Por lo que se puede suponer que la  potencia si puede alcanzar los 20 KVA trabajando de forma optima.

89

3.8.7 Resumen de cubicaciones

Teniendo todos los antecedentes necesarios para realizar el proyecto podemos cubicar la cantidad de material que se necesita para ejecutarlo. En el siguiente recuadro se muestra el resumen de las cubicaciones.

Tabla Nº 2 Escarpe Trazado Excavación Relleno Base Armadura Ripio Moldaje Hormigón Acma Canal 1 1,77 10,20 3,33 0,68 27,44 1,90 Canal 3 51,96 90,00 695,94 50,67 7,20 237,28 31,50 Canal 2 456,00 760,00 961,65 2035,98 60,80 2082,40 266,00 Canal 4 160,80 268,00 881,19 160,80 21,44 734,32 93,80 Canal seguridad 6,40 8,00 34,80 2,24 0,21 21,83 3,94 Canal seguridad S/R 12,32 22,00 82,50 Tubería descarga Cámara de carga 2,40 25,32 1,80 1,80 451.63 1,20 56,61 5,36 Sala de maquinas 2,15 18,77 2,15 2,15 512.76 1,29 73,69 4,80 Canal descarga 3,08 5,50 15,18 1,46 1,46 11,00 1,83 Canal descarga S/R 12,60 21,00 57,96 Tubería forzada 12,00 Compuerta 1 2,08 0,12 1,04 Compuerta 2 3,38 0,20 1,69 Compuerta 3 Compuerta 4 Machones 0,37 0,37 8,24 2,37 709,48 1186,50 2783,51 2258,80 96,11 964,39 2,29 3258,27 411,82 2,73

90

Tabla Nº 3 Acero Radier Barrera Cubierta Bajadas Caballetes Canaletas Forros Techumbre Canal 1 Canal 3 Canal 2 Canal 4 Canal seguridad Canal seguridad S/R Tubería descarga Cámara de carga 3,32 Sala de maquinas Canal descarga Canal descarga S/R Tubería forzada Compuerta 1 122,00 Compuerta 2 139,57 Compuerta 3 100,2 Compuerta 4 50,42 Machones 415,6

0,94

9,43

17,71

4

3,85

7,7

9,2

9,28

0,94

9,43

17,71

4

3,85

7,7

9,2

9,28

Tabla Nº 4 Pavimentos Tinglado Estuco Cielo Fieltro Pinturas Guardapolvo Puerta Ventana Bisagra Manilla Tope Tirador  Canal 1 Canal 3 Canal 2 Canal 4 Canal seguridad Canal seguridad S/R Tubería descarga Cámara de carga Sala de maquinas Canal descarga Canal descarga S/R Tubería forzada Compuerta 1 Compuerta 2 Compuerta 3 Compuerta 4 Machones

9,7

8,91

50,96

9,7

11,41

69,57

12,36

1

1

2 4

9,7

8,91

50,96

9,7

11,41

69,57

12,36

1

1

6

2 1

1

1

1

Las cubicaciones se realizaron en su totalidad con los planos mencionados en el capitulo 3.10 y sus dimensiones corresponden a valores totalmente geométricos, por lo que los  porcentajes de pérdidas son considerados en los precios unitarios de cada partida detallados en el presupuesto estimativo del capitulo 3.11

2

91

3.9

Especificaciones técnicas

Obra: Microcentral Hidroeléctrica Los Chilcos Propietario: Rene Marcelo Eluchans Olivares Ubicación: Los Chilcos Comuna: La Unión

0.0

Generalidades

Las prescripciones de las siguiente Especificaciones Técnicas se refieren a la determinación de los materiales, su procedencia, método, almacenamiento y trato de aquellos que requieren cuidado especial y a los procedimientos a que se ajustará su incorporación a las obras de construcción, instalaciones y equipamientos del proyecto.

Por otro lado la obra deberá ejecutarse considerando el "Arte del Buen Construir", lo que se refiere a la ejecución óptima de los trabajos, aún cuando estos no se encuentren especificados al detalle o se hubiese omitido alguna indicación.

0.1

Descripción de las obras

Las obras están constituidas por canales de hormigón con un largo total de 1133 m, 44 m de canales sin revestir, una cámara de carga, y una sala de máquinas. La superficie total a construir es de 3180 m2 aproximadamente.

92

0.2

0.3

Profesionales Proyectistas

Arquitectura:

Orlando Carrillo Pérez

Estructuras:

Orlando Carrillo Pérez

Topografía:

Orlando Carrillo Pérez

Electricidad:

Orlando Carrillo Pérez

Materiales

La totalidad de los materiales especificados se entiende de primer uso y de primera calidad, conforme a las normas del INN e indicaciones del fabricante, salvo indicación  puntual, debiendo su provisión ajustarse estrictamente a las normas consignadas para cada uno de ellos.

En caso que se especifique una marca de fábrica para un determinado material a modo referencial, el Contratista podrá proponer el empleo de un material alternativo, siempre y cuando su calidad técnica sea igual o superior a esa referencia; en todo caso la opción alternativa debe someterse oportunamente a consideración de la I.T.O. y del Proyectista, para su aprobación o rechazo.

La ITO (Inspección Técnica de Obra), podrá rechazar u ordenar el cambio de materiales defectuosos o que no cumplan con lo descrito en las especificaciones técnicas. Así mismo podrá hacer retirar dichos elementos o materiales sí se encontrasen instalados. El contratista tendrá la obligación de reconstruir por su cuenta las obras o reemplazar los materiales que no sean aceptados por la ITO.

93

La I.T.O. podrá solicitar el Ensaye o Certificación Técnica de los materiales que se empleen.

Los materiales de uso transitorio son opcionales para el Contratista, sin prejuicio de los requisitos de seguridad y garantía del trabajo y bajo la responsabilidad del mismo.

El Contratista deberá obtener el V°B° de la I.T.O. al término de cada una de las diferentes partidas, sin lo cual no podrá continuar con las siguientes. El Contratista deberá hacerse responsable de toda reposición, picado, demolición, refacción, etc., que deba efectuarse debido a la falta de coordinación de las faenas constructivas, mala ejecución o rechazo por parte de la I.T.O.

Referente al Personal se exigirá el mejor nivel de mano de obra tanto a la empresa contratista como a los subcontratos implicados. En caso de que esto no se cumpla a juicio de la ITO, el arquitecto o el Mandante será su obligación reemplazar en cuanto antes a las personas o empresas en cuestión.

El contratista será el único responsable de todas las acciones realizadas por sus subcontratistas, no siendo disculpa de atrasos, faenas mal realizadas o falta de coordinación entre ellos.

0.4

Gastos generales y adicionales

Además de los rubros que considere necesarios, el Contratista deberá incluir dentro de los gastos generales de la propuesta, los siguientes:

94

Se incluirán los gastos que demande la suscripción y protocolización notarial del contrato, de seguros contra incendio, boleta de garantía, certificados de ensayos de laboratorio de suelo y hormigones autorizado y con inscripción vigente, personal a cargo de la obra y todo otro gasto adicional que se genere de las exigencias de las Bases Administrativas o de las  presentes Especificaciones Técnicas.

0.5

Archivo de obra

El contratista llevará en la oficina de la faena un archivo con los documentos, que se señalan a continuación;

-

Permisos Municipales

-

Especificaciones Técnicas

-

Colección completa de planos

-

Libro de obras, en hojas cuadriplicadas

-

Certificados de ensayes de materiales

Estos documentos estarán bajo la custodia y responsabilidad directa del Jefe de Obra

Todas las instrucciones que emanen del Proyectista y/o la I.T.O. deberán quedar estampadas en este libro debidamente firmadas por el responsable y por el Jefe de Obra.

Las copias de este libro se distribuirán de la siguiente manera. El original será para la I.T.O., el duplicado para el Contratista, el triplicado para el Proyectista y el cuadruplicado quedará en el talón, en el archivo de la Obra.

95

Con respecto a los certificados de ensayes de materiales emitidos por los laboratorios respectivos serán almacenados en el archivo de obra. Los gastos originados por concepto de ensayes y pruebas de laboratorios, serán de cargo del Contratista.

El Jefe de Obra deberá dar aviso inmediato a la I.T.O. y consignar en el libro de obra, cualquier defecto que revele el certificado de ensaye. Los ensayes se practicarán con las normas INN respectivas.

0.6

Interpretación de planos y especificaciones técnicas

Cualquier duda que se presente al Contratista durante la ejecución de las obras, relativa a la interpretación de los diseños de los planos, especificaciones técnicas y documentos anexos, deberá ser aclarada por el Proyectista o, si corresponde, por los demás profesionales autores de los proyectos de especialidades, en quienes reside exclusivamente la facultad para dictaminar, con relación a la interpretación de los planos, especificaciones y documentos anexos. La empresa constructora será el único responsable por un error en la obra, debido a una discordancia que no haya sido consultada y deberá corregir el defecto según se le indique, sin costo para el mandante.

0.7

Higiene y seguridad en la obra

El Contratista deberá proporcionar todos los elementos de seguridad dispuesto por las normas vigentes para el personal que trabaja en la Obra. (Normas de seguridad de la A.CH.S.),

96

como también las condiciones ambientales adecuadas a las labores de construcción (Ministerio de Salud).

El contratista deberá mantener en la obra todos los elementos necesarios de protección de accidentes tanto para su personal, trabajadores de los subcontratistas, profesionales, como  para vecinos, transeúntes y vehículos que transiten en el sector.

La obra debe mantenerse limpia y ordenada, por lo que no se aceptarán escombros y desperdicios esparcidos en la faena. Para ello deberá disponer de depósitos de basura adecuados. Se deberá retirar y llevar al botadero municipal en forma oportuna.

La. I.T.O. se reserva el derecho de solicitar inspecciones de los organismos que correspondan para fiscalizar el cumplimiento de Leyes Laborales, de Seguridad del trabajo y otros.

0.8

Seguros

La Empresa Constructora deberá tramitar, obtener y mantener vigentes hasta la recepción definitiva de la obra, las pólizas de seguros que cubran riesgos de incendios, daños a terceros, pérdidas por daño malicioso, seguridad del personal de la obra y otros definidos en el contrato y sus anexos entre el Mandante y el Contratista.

97

0.9

Otros documentos

Las obras proyectadas se ejecutarán de acuerdo a las siguientes referencias:

-

Ley General de Urbanismo y Construcción.

-

Ordenanza General de Urbanismo y Construcción.

-

Especificaciones Técnicas

-

Planos de Arquitectura, Ingeniería y especialidades

-

Ordenanza Local Ilustre Municipalidad de La Unión.

-

Normas Chilenas Oficiales del Instituto Nacional de Normalización (INN).

-

Leyes, Decretos, Reglamentos y Resoluciones relativas a permisos,

aprobaciones, derechos, impuestos, inspecciones y recepciones fiscales o municipales. -

Catálogos y recomendaciones de los fabricantes de los distintos materiales.

Los documentos citados son de aplicación obligatoria en todas sus partes, en todo aquello que no se oponga a las disposiciones taxativas de las presentes especificaciones, o a indicaciones gráficas o leyendas contenidas en los planos.

Por otro lado el contratista deberá cumplir fielmente todos los Contratos y Subcontratos que regulan las relaciones entre el Propietario y el contratista, ya sean estas relaciones de orden administrativo, jurídico o financiero.

98

0.10 Maquinarias y Equipos

Todas las maquinarias y equipos que se ocupen en la obra, serán de buena calidad y se deberán encontrar en buen estado de funcionamiento. El personal de la obra deberá usar el equipo de seguridad indicado en los reglamentos vigentes.

Lo anterior será de responsabilidad del contratista, debiendo proveer cada uno de los equipos y maquinarias a utilizar en el transcurso de los trabajos, así como todos los elementos de seguridad para los operarios de éstas.

1.0

Trabajos Previos

1.1

Instalaciones Provisionales

La Empresa Constructora consultará en su presupuesto el pago y la provisión de materiales, el montaje y el pago de todos los consumos desde el momento de la entrega oficial del terreno, hasta su recepción por parte de la Unidad Técnica. las cuales se proyectarán para satisfacer las necesidades de la obra durante todo el período de faenas

Se le solicitará a la Inspección Técnica de Obra (ITO) el lugar de empalme y ó ubicación de estas instalaciones. Todas las Instalaciones provisorias serán de cargo del contratista y deberán ser retiradas una vez finalizada las obras.

99

1.1.1 Agua Potable

Para satisfacer las necesidades de las obras y de los servicios higiénicos del personal. Esta será proporcionada por el mandante.

1.1.2 Agua Servida

Se adoptarán las medidas necesarias y se ejecutarán las obras para evacuar las aguas servidas de servicios higiénicos, etc., durante el período de la faena de manera que se eviten  peligros de contaminación, malos olores, etc.

1.1.3 Comunicaciones

Teléfonos, Fax e Intercomunicadores provisionales para satisfacer las necesidades de la obra.

1.1.4 Energía Eléctrica

Se realizará un empalme provisorio, de acuerdo a la reglamentación de la Dirección respectiva, para las necesidades de la obra. Esta será proporcionada por el mandante.

100

1.1.5 Primeros Auxilios

En el recinto de construcciones provisorias se destinará un local dotado de camilla y de los elementos necesarios para la atención de primeros auxilios en casos de accidentes. Se mantendrán botiquines con los elementos necesarios para curaciones previas. Todo de acuerdo a las normas de seguridad de la A.CH.S.

1.1.6 Depósito de Combustible

Se construirán de la solidez, capacidad y tipo de construcción que asegure suficiente  protección contra la intemperie y evite peligros de incendios, explosiones, etc.

1.2

Construcciones Provisionales

Las construcciones provisorias se ejecutarán en el interior del terreno de las obras, ubicándose en lugar determinado por la Inspección Técnica de Obras (ITO), con constancia en el Libro de Obra. Estas construcciones deberán mantenerse constantemente aseadas y se almacenaran solo los elementos y materiales de uso inmediato.

De acuerdo con las necesidades de la Obra y para su normal funcionamiento se ejecutarán las siguientes construcciones provisionales:

101

1.2.1 Bodega de Materiales

Se construirán con la solidez y capacidad suficientes para asegurar un buen servicio durante todo el período de la construcción. Los muros y cielos deberán asegurar una debida  protección de la intemperie. Por otro lado se deberá considerar las medidas necesarias para almacenar cemento u otros elementos que requieran de un cuidado especial.

1.2.2 Oficina Personal

Se construirán oficinas para el personal de funcionarios de la Empresa Constructora y de los sub-contratistas, los profesionales e ITO, con servicios higiénicos anexos. Para cada uno de estos recintos deberá contarse con superficie para planos y armarios con llave, donde se  pueda guardar las especificaciones, libro de obra y en general todos los documentos relacionados con la obra. Estos recintos contaran con aislamiento térmico y acústico. Esta será  proporcionada por el mandante

1.2.3 Recinto para obreros y servicios higiénicos

Se construirán recintos destinados a vestidores y comedores, donde los obreros puedan calentar o preparar sus alimentos a la hora de colación. Además se dispondrá de los servicios higiénicos necesarios para satisfacer al personal de la obra.

Se prohibirá terminantemente hacer fuego en las faenas de la construcción o en los recintos de las obras definitivas.

102

1.3

Limpieza y Niveles

Luego de la Ubicación de las Instalaciones de Faena se deberá realizar la limpieza  previa del terreno, para liberar a este de impureza, residuos o escombros, que entorpezcan el desarrollo de los trabajos, se realizará un escarpe de terreno, en el lugar específico de los trabajos, retirando la capa superficial o vegetal del área de obras.

Todos los escombros y material de deshecho, que sean producto del escarpe, excavaciones o de las obras de construcción en general deberán ser retirados inmediatamente del lugar de trabajo y trasladados a recintos municipales autorizados, de modo de mantener  perfectamente ordenada, aseada y libre de material inútil las zonas de trabajo de obra durante todo el desarrollo de la construcción.

1.3.1 Escarpe

Se realizará un escarpe en todo el largo del eje de los canales retirando una capa vegetal de a lo menos 20 cm. de profundidad por 3 metros de ancho.

1.3.2 Retiro Material

Todo el material obtenido del escarpe deberá ser retirados inmediatamente del lugar de trabajo y trasladados a recintos municipales autorizados, de modo de mantener perfectamente ordenada, aseada y libre de material inútil las zonas de trabajo de obra durante todo el

103

desarrollo de la construcción, no pudiendo ser utilizado en ni un caso como relleno o para otro uso en la obra.

1.3.3 Trazado de ejes y Niveles

Se deberá establecer una cota de referencia o cota +-0,00, utilizando instrumentos electrónicos, basándose en la información entregada por el topógrafo. Dados los ejes  principales y niveles de referencia, se procederá al trazado o replanteo, bajando los ejes a terreno y marcándolos con tiza o cal en todo el perímetro e interiores de las futuras construcciones.

Será requisito indispensable para la continuación de las obras la aprobación y ratificación del trazado por parte de la ITO, de la cual, se dejará constancia en el libro de obra, quien entregará su Vº Bº a la faena, o pedirá el replanteo de ejes. El contratista no podrá iniciar ningún trabajo sin previa aprobación de trazados.

2

Obra Gruesa

2.1

Movimiento de Tierra

2.1.1 Excavación

Las excavaciones se ejecutarán en concordancia con el Estudio de Mecánica de Suelos, y Proyecto de Arquitectura, en cuanto a profundidad, anchos y longitud de ellas se refiere. Eventuales estibaciones o refuerzos necesarios para la seguridad en la ejecución de la faena, deberán ser consideradas en el presupuesto considerando para ello la norma NCH 349 of. 55

104

“Prescripciones de seguridad en excavaciones”. Estas podrán ser hecha a mano, máquina o una combinación de ambas

El fondo debe ser perfectamente horizontal, libre de material orgánico, tierra suelta y agua y/o barro.

2.1.2 Relleno Compactado

El relleno compactado al igual que la excavación se hará en los lugares donde corresponda de acuerdo al resultado que entregue el estudio topográfico y de acuerdo al volumen que entreguen la cubicación de movimiento de tierra, de manera de perfilar el canal, con la sección correspondiente. Los suelos deberán ser inorgánicos, libres de materia vegetal, escombros, basuras, materiales congelados, terrones, trozos de roca o bolones degradables o deleznables o trozos cementados de tamaño superior al especificado. Salvo indicación contraria del proyectista, los materiales a emplear en la construcción del cuerpo de los terraplenes deberán tener una capacidad de soporte no inferior al 10% CBR, y medido al 95% de la D.M.C.S. según el Método correspondientes (Nch 1852). El tamaño máximo del material será de 150 mm, aceptándose una tolerancia de 5% en peso entre 150 mm y 200 mm, pero en ningún caso, podrá el sobretamaño ser mayor que 0,5 veces el espesor de cada capa compactada.

Los taludes de los terraplenes tendrán una inclinación uniforme, la que en general será de 1:1. El ancho de la plataforma del terraplén a nivel de subrasante, se ajustará a las dimensiones establecidas en los perfiles tipo del Proyecto.

105

2.1.3 Base Compactada

Esta base se pondrá bajo el fondo de las construcciones, desde la subrasante, hasta lo indicado en los planos de detalles, de modo de mejorar y darle estabilidad al terreno, por lo que habrá que excavar 20 cm bajo ese nivel, donde corresponda. Se usarán suelos que se denominan "material de subrasante", cuya capacidad de soporte no deberá ser inferior a 20% CBR, medido en las mismas condiciones estipuladas para el cuerpo del terraplén; el tamaño máximo del material no será superior de 100 mm.

2.2

Hormigón

2.2.1 Armadura

En general, las armaduras de refuerzo se ejecutarán de acuerdo a planos y especificaciones técnicas. Sin embargo a lo menos se deberán considerar los siguientes aspectos.

Las barras de acero se cortarán y doblarán en frío a velocidad controlada, no se  permitirá que sean enderezadas o dobladas en la misma zona.

Al momento de la colocación las armaduras deberán estar limpias, sin escamas de oxido, polvos, barro, grasas, aceites, pinturas o cualquier otra sustancia que sea capaz de reducir la adherencia con el hormigón. En el caso de las armaduras contengan restos de hormigón o mortero endurecido deberán ser limpiadas hasta eliminar todo el material en contacto con ellas.

106

Durante el hormigonado las armaduras deberán mantener siempre la posición indicada en los planos. El contratista deberá disponer todas las medidas necesarias para que así sea, utilizando separadores de armaduras y calugas de hormigón para separar este de los moldajes.

Para fijar las barras entre si se utilizará alambre negro Nº 16 Los aceros a utilizar serán CAP o AZA tipo: -

A44-28 para 6mm

-

A44-28H para 8 mm o más

-

A37-24ES para estructuras metálicas

-

A50-56H para armaduras ACMA

2.2.2 Moldaje Deberán ser diseñados, realizados, colocados y mantenidos en un sitio especialmente acondicionado para tal efecto, de manera que el producto obtenido sea de buena calidad, con las superficies lisas y sin deformaciones o nudos, además que puedan resistir las presiones  producidas por las cargas.

Los materiales en que se confeccionen los moldajes serán nuevos y de primera calidad, ejecutados en placa de terciado de espesor mínimo 16 mm, debiendo poseer bastidor y elementos estructurantes suficientes para evitar la deformación en el vaciado.

Se consultará la utilización de moldajes metálicos debidamente rectos y en buen estado de conservación, para elementos a la vista como sobre cimientos y muros de hormigón.

107

Antes de colocar el hormigón dentro de los moldes, deben estar limpios y sus superficies deben ser cubiertas con emulsión desmoldante tipo Sikaform madera aplicándose con brocha o pistola, se debe diluir en proporciones 1/2 litro de Sikaform en 5 litro de agua. Estos no deben contener ni un tipo de material soluble en agua que se incorporen a la más de hormigón alterando sus propiedades.

El plazo para el retiro de moldajes será de acuerdo a lo estipulado como mínimo de acuerdo a la Normativa vigente.

Las tolerancias admisibles serán las siguientes: -

Fundaciones (interior 1.5 cm, exterior 3 cm)

-

Elementos verticales (para 3 m, 1.5 cm; para 6 m; 3 cm)

-

Hormigón a la vista (0.5 cm). En caso de haber variaciones en hormigones a la vista que en cantidad y medida excedan lo aquí indicado, resolverá sin ulterior derecho a reclamo a arquitectura respecto a demolición y reconstrucción con cargo al contratista, lo que será efectuado de inmediato tras indicarse así en el libro de obras.

2.2.3

Hormigón

En general, las obras de hormigón se ejecutaran de acuerdo a planos y especificaciones técnicas, en conjunto con la NCH 170 y NCH 172. Además se deberán considerar los siguientes aspectos.

Se consulta para los elementos estructurales de hormigón la dosificación prescrita en  planos con un nivel de confianza del 95%.

108

En muros y elementos verticales la altura de caída máxima libre no podrá ser superior a 2 m. En caso de alturas mayores será de uso obligado el empleo de capachos con tubos, de diámetro interior igual o mayor a 4 veces el tamaño máximo del árido utilizado, introducidos hasta el fondo del molde a rellenar. Los paramentos verticales de la sala de máquinas tendrán un espesor de 8 cm y serán armados con enfierradura según detalle.

Para Impermeabilizar el hormigón se especifica la colocación de aditivo a la mezcla de tipo Sika 1, en dosificación de un kilo del producto por cada saco de cemento utilizado

La colocación del hormigón se realizará de acuerdo a un plan de trabajo programado y organizado, teniendo en cuenta que el hormigón debe ser colocado en una faena continua evitando que se produzcan juntas frías no programadas. Las juntas de construcción se fijarán de antemano, de acuerdo a normas, con aprobación de la Inspección Técnica de Obra y Proyectista, y dejando constancia de aquello en el libro de obras.

Al hormigonar cada elemento, el hormigón se deberá depositar directamente, tan cerca como sea posible de su posición definitiva. Si es necesario mover lateralmente el hormigón, éste podrá ser paleado pero no trasladado por vibración. No se aceptará ningún procedimiento de traslación que exija para su funcionamiento el agregado de agua adicional, o que produzca segregación parcial o total del mortero y áridos.

En elementos estructurales, en condiciones normales, el hormigón debe colocarse en capas en espesor no superior a 30cm. Cada capa se deberá compactar mediante vibración mecánica por inmersión hasta alcanzar la máxima densidad del hormigón cuidando de llenar completamente el molde sin disgregar el hormigón ni dejar nidos de piedra. El vibrador de inmersión deberá introducirse y retirarse lenta y uniformemente en forma vertical, penetrando a lo menos 10cm en la capa anterior teniendo especial cuidado de no vibrar las armaduras. Los

109

vibradores de inmersión que se utilicen deberán ser de alta frecuencia, del orden de 200Hz y 8000 revoluciones por minuto, el diámetro de la botella estará comprendido entre 30 y 50 mm, usándose un diámetro entre 50 y 80 mm para los sectores masivos y de 20 a 30 mm para la compactación de las zonas con mayor densidad de armaduras y de las esquinas del elemento, el espacio de los puntos de colocación del vibrador será compatible con el radio de acción de este en el hormigón, no debiendo exceder de 1.5 veces dicho radio. El tiempo de aplicación de la vibración dependerá de la consistencia del hormigón, de su composición y de la potencia del vibrador, teniendo como referencia, cuando la superficie del hormigón comience a ponerse  brillante por aparición del agua amasado. La extracción del vibrador se realizara de forma suave, evitando extracciones bruscas que dejen en el interior de la masa burbujas de aire. El avance de vibración se hará en forma ordenada y sistemática, sin dejar puntos o zonas sin vibrar o de compactación dudosa.

Toda tubería que deba quedar incluida en el hormigón tendrá dimensiones tales y estará colocada en forma que no reduzca la resistencia ni la estabilidad de los elementos estructurales. Deberá el contratista coordinar el replanteo del trazado de cada una de las especialidades logrando la justa y adecuada superposición. El Contratista ante cualquier duda deberá consultar e informar a la ITO y al Proyectista.

En caso de existir temperaturas extremas el contratita deberá implementar las indicaciones señalas en los anexos de la norma NCH 170

Los hormigones deberán mantener su humedad mediante riego periódico, a fin de asegurar un perfecto fraguado

En caso de existir juntas de construcción se eliminará la lechada superficial del hormigón endurecido mediante hidro lavado hidro arenado, o mediante medios mecánicos

110

dejando a la vista el árido grueso. La superficie tratada deberá estar perfectamente limpia, con una rugosidad de 5 a 6mm, libre de polvo, partículas sueltas o de cualquier material que puede reducir su adherencia al hormigón fresco.

Sobre el hormigón endurecido cuya superficie este saturada de agua pero superficialmente seca, se colocará una capa de 2 cm. de mortero de similar composición al hormigón utilizado, uniformando así la superficie e inmediatamente después se verterá el hormigón fresco, cuidando evitar su disgregación.

Se aceptará hormigones elaborados en planta fija, parcialmente en planta fija y resto en camión mezclador, totalmente en camión mezclador o en betonera. Se exigirá la presencia del  jefe de obra en toda la faena de hormigonado. La colocación del hormigón deberá hacerse antes de transcurridos 30 minutos desde que el cemento se mezclo con el agua.

Referente a la reparación de los hormigones, para defectos menores y que no afecten la estabilidad estructural del elemento podrán ser reparados mediante mortero lanzado, siempre que la profundidad de la falla sea inferior a 10 cm. Si la profundidad es mayor a 10 cm se elaborará un hormigón similar al del elemento en cuestión utilizando Intraplast o Colmafix 32 o algún producto similar, en las cantidades indicadas por el fabricante del aditivo expansor.

2.2.7 Cama de Ripio

Sobre los rellenos compactados se colocará una capa de ripio compactado de 10 cm. de espesor, de tamaño homogéneo, bien regada, apisonada y convenientemente nivelada, en sala de máquinas y cámara de carga.

111

2.2.8 Malla Acma

Se utilizará malla Acma c139 (10x10) como refuerzo en la estructura de hormigón de la compuerta 1 y 2 según detalles de planos.

2.3

Estructuras Metálicas

2.3.1 Estructura de Acero

Todas las obras de estructura metálica (acero) se ajustarán estrictamente a los planos y Especificaciones técnicas respectivos y a las Normas del I.N.N. en cuanto a las disposiciones relativas a la inspección en taller y en obra, la realización de las faenas de construcción y montaje, las exigencias a las que estará sometido el personal de soldadores, etc. Además se deberá tener en cuenta las siguientes precauciones:

En el proceso de fabricación y montaje se consideraran las siguientes normas -

NCH 203 Of. 77 Acero para uso estructural

-

NCH 217 Of. 68 Acero – planchas delgadas para usos estructurales

-

NCH 306 Of. 69 Electrodos revestidos para soldar al arco

-

NCH 428 Of. 57 Ejecución de construcción de acero

Los planos de fabricación son de responsabilidad de la empresa constructora. No se exige entrega de planos de fabricación

112

Los perfiles y planchas de acero estructural serán de calidad A37-24 ES y deberán cumplir norma NCH 209 Of. 71

Los pernos corrientes, tuercas y golillas serán de acero calidad A42-27, salvo indicación contraria en planos. Deberán cumplir con las normas NCH 206 Of. 56 y NCH 301 Of. 63

Para soldaduras: electrodos al arco manual serie E-6011 de acuerdo a la norma chilena correspondiente. En general en toda unión soldada se considerará cordón continuo salvo indicaciones en contrario.

Los soldadores que intervengan en procesos específicos deberán certificar su especialidad por medio de un organismo autorizado. Dicho certificado deberá incluir el control de penetración, porosidad, terminación superficial y propiedades mecánicas de la soldadura.

La maestranza deberá cumplir estrictamente con los perfiles, secciones, espesores, tamaños, pesos y detalles de fabricación que muestren los planos y que se indiquen en las especificaciones técnicas. La sustitución de materiales o la modificación de detalles se efectuará solamente con la aprobación del Proyectista. Todos los detalles de fabricación no indicados en los planos ni mencionados en la especificaciones deberán cumplir con la norma  NCH 427 Of. 57 “Ejecución de construcción de acero”

Los agujeros deberán ser ubicados en forma precisa y deberán ser taladrados. No  podrán ser hechos ni agrandados por uso de soplete, oxicorte u otro procedimiento que considere el uso de calor. Los agujeros deben ser hechos de forma perpendicular a la cara del material y presentar superficies lisas sin grietas ni deformaciones notorias, salvo indicaciones

113

en contrario la tolerancia admisible en los diámetros serán de +/- 1.6 mm del diámetro del agujero.

La tolerancia de fabricación de perfiles serán las contenida en las normas NCH 428 Of. 57 y NCH 730 Of. 71. En todo caso se deberá evitar el efecto acumulativo de ellas.

Todo material deformado que no cumpla con las tolerancias exigidas en la norma podrá enderezarse por métodos que no produzcan daños ni alteraciones de las propiedades básicas. Pequeñas dobladuras serán motivo de rechazos. El enderezado de planchas, ángulos u otros  perfiles que estén doblados se hará de modo de no producir fracturas u otro tipo de daños. El metal bajo ni un punto de vista deberá ser calentado.

Los cortes de perfiles y planchas de acero deberán cumplir con la norma NCH 428 Of. 57. Los cortes y limpiezas de rebarbas se efectuarán con exactitud y cuidado.

Se contempla arenado comercial como limpieza y tratamiento de superficie previa a aplicación del anticorrosivo. La estructura metálica debe llevar dos manos de antióxido, una aplicada en taller y la otra aplicada en obra, para ello deberá usarse distintos colores, con la finalidad de facilitar por contraste la labor de la ITO

Como rejilla de protección se utilizará malla cuadrada galvanizada con una abertura de 10 mm como máximo, soldada a los perfiles metálicos que conforman el marco.

114

2.3.2 Tuberías

2.3.2.1

Tubería Forzada d = 700 mm

Tendrá un largo total de 13 m con un espesor de 5 mm. Será fabricada e instalada por “Turbinas Mancini S.A”.

2.3.2.2

Tubería Descarga d = 300 mm

Tendrá un largo total de 5.8 m con un espesor de 3 mm. Será fabricada e instalada por “turbinas Mancini S.A”

2.4

Pavimentos y Radieres

2.4.1 Radier de Hormigón

Los radieres se harán de hormigón H20 de 10 cm de espesor, el cual irá sobre la  barrera de humedad y ambos sobre la cama de ripio. Este será reforzado con malla ACMA de fe 6 mm a 20 cm.

Para el curado se exigirá cobertor de polietileno o aspersión superficial. La aspersión superficial será en la cantidad suficiente y las veces que sea necesario para mantener la cara

115

superior saturada seca, en recintos cerrados el riego podrá ser más espaciado en el tiempo, más no así en espacios abierto en que deberá tenerse especial cuidado.

2.4.2 Barrera de humedad

En la sala de máquinas sobre la cama de ripio se colocará como barrera de humedad, la que consiste en una capa de polietileno de 0.35 mm, debidamente sellada de tal manera de garantizar que no suba humedad.

2.5

Techumbre y Cubiertas

2.5.1 Cubierta

La cubierta de la sala de máquinas se ejecutará en zinc 5 V de 0.5 mm de espesor 

2.5.2 Hojalatería

Los diferentes elementos de hojalatería se ejecutarán en plancha de Zinc – Alum liso de 0,5 mm. de espesor, el recubrimiento o galvanizado de las planchas será de un mínimo de 275 gr. de zinc/m2 por cara, las uniones serán remachadas y selladas con silicona 11 FC o similar, especialmente recomendada para el tipo de material

116

2.5.2.1

Bajada Aguas Lluvias

Serán de sección rectangular con abrazaderas metálicas cada 70 cm que irán atornilladas con tornillos roscalata 1x 6 ranura Phillips, con una separación mínima de 2,5 cms. de los muros.

2.5.2.2 Caballetes

Desarrollo mínimo de 0,40 m. deberán traslaparse a lo menos 0.15 m. con uniones remachas y selladas.

2.5.2.3 Canaletas

Serán de sección rectangular y se afianzarán mediante tornillos auto perforantes hexagonales de 2” punta broca, con un distanciamiento de 10cms. como máximo su desarrollo será a lo menos de 40 cm

2.5.2.4

Forros

En inicio y terminación de cubiertas, (frontones), se consulta forro de terminación, con un desarrollo mínimo de 30 cm para evitar la entrada de agua a través de las planchas de zinc.

117

2.5.3 Estructura de techumbre

Para la sala de máquinas se consulta estructura de techumbre de pino insigne de 3x3” y 3x2” para tijerales y costaneras respectivamente. Estas irán ancladas al hormigón por medio de espárragos de diámetro 6 mm con una inserción al hormigón de 10 cm como mínimo y un desarrollo total de 25 cm. Los espárragos tendrán una separación máxima de 40 cm Las costaneras tendrán una separación de 60 cm entre si.

3

Terminaciones

3.1

Pavimentos

3.1.1 Pavimentos Vinílicos

En la sala de máquinas, sobre el radier se utilizara piso Vinílico Vinilasa de Sysprotec 3,1 mm. de espesor, Serie Thru Chip, en palmetas de 305 x 305 mm,

3.2

Revestimientos

3.2.1 Tinglado

La estructura de techumbre será revestida con tinglado de pino insigne de ¾”x 4” según plano de detalles. Este mismo tipo de revestimiento se ocupará en general para los aleros.

118

3.2.2 Estuco

Los muros de hormigón de la sala de máquinas serán estucados por ambas caras.

La aplicación no se hará mientras la superficie a estucar tenga agua, antes de aplicar el revoque del estuco se limpiarán las superficies sacándoles el polvo, después se mojarán con agua abundantemente.

Para estucar muros u otros elementos de hormigón, previamente se deberá desconchar las superficies con punto y combo de acero en una proporción aproximadamente de 100 hoyos de 4 cm. de diámetro por m². A continuación se procederá a escobillar y lavar con agua limpia antes de extender el mortero del revoque.

Los revoques se colocarán sobre los paramentos ya preparados, “chicoteados” cuando se trate de mortero de cemento. Las superficies estucadas deberán quedar bien niveladas y aplomadas. En general se controlarán los desplomes existentes en la obra gruesa, se fijarán maestras que darán las superficies definitivas de los revoques y se cuidará la correcta terminación en esquinas, aristas o encuentros de muros.

A contar de las 24 horas de aplicado un revoque y durante los ocho días siguientes, éste se mantendrá permanente saturado de humedad mediante abundante riego con agua potable.

Los revoques exteriores y los que en razón del estado de la obra o por su ubicación queden expuestos a la intemperie, se protegerán mediante telones de arpillera u otros dispositivos por lo menos durante los 10 días siguientes de su ejecución.

119

Los revoques exteriores se harán con mortero de cemento y arena lavada en proporción 1:3, dosis en volumen y 424 kg/c/m³ de mezcla revuelta en seco. Los revoques interiores se harán con mortero de cemento y arena lavada en proporción 1:4, dosis en volumen, y 340 kg/c/m³ de mezcla revuelta en seco.

Para proteger fachadas contra las lluvias o en muros o tabiques que conforman recintos con humedad los estucos de estas superficies se impermeabilizarán con aditivo hidrófugo diluido en el agua del mortero siguiendo las instrucciones del fabricante

3.3

Cielo

3.3.1 Entramado de Cielo

Se consulta entablado machihembrado de pino oregón ¾x4” Se utilizarán maderas secas de primera calidad, sin nudos sueltos ni pasados, en general sin imperfecciones ni variaciones dimensionales.

3.4

Aislación

3.4.1 Fieltro Asfáltico

Por otra parte se instalará sobre la techumbre de madera una barrera de humedad con lámina de fieltro asfáltico tipo DYNAL de 15Lb.

120

3.5

Pinturas

3.5.1 Pinturas

La calidad de las pinturas deberá responder a las máximas exigencias de durabilidad y aspecto, tanto en materiales como en su ejecución posterior, se podrá usar adiwall (pintura impermeabilizante) de polchem s.a.

Las especificaciones de colores serán según cartilla o en su defecto a indicaciones del I.T.O.

En la obra deberán efectuarse muestras previas para su aprobación de modo de obtener el VºBº del I.T.O., no podrán pintarse los elementos si no se ha dado visto bueno.

Las pinturas deben ser compatibles con los materiales de las bases. No se harán mezclas de pinturas no indicadas por el fabricante.

Los envases deben tener identificación de fábrica con indicación clara de su contenido,  proporción de mezcla y el diluyente a usar, así como fecha de elaboración. El diluyente debe ser adecuado para el tipo de pintura.

Las superficies a pintar deben estar perfectamente limpias y totalmente secas. No se efectuarán trabajos de pinturas habiendo condiciones climáticas de humedad y temperatura adversas.

 No se efectuarán trabajos de pinturas sobre superficies que se encuentren a temperaturas mayores de 35º C.

121

Se aplicarán las manos necesarias para el perfecto acabado de las superficies; en todo caso se serán dos manos como mínimo.

 No se aceptarán imperfecciones ni manchas sobre elementos ajenos a la superficie a  pintar.

Las pinturas y barnices deben aplicarse sin que estén colocadas tapas ni guarniciones de artefactos eléctricos, cerrajerías, quincallerías. etc.

Se deberán considerar además todos los remates de pinturas necesarias que no se hayan indicados expresamente en los ítems correspondientes, ya sea de revestimientos en general o de carpinterías especiales, con óleo, esmalte, barniz o látex según indicación del I.T.O.

3.7

Guardapolvo

3.7.1 Guarda Polvo Madera

Estarán ubicados en la sala de maquinas, serán de pino Oregón, de primera calidad,  perfectamente cepillados de ¾ x 3”. Fijados con tornillos cada 40 cm. máximo. Llevan bordes achaflanados y, a lo menos 3 ranuras longitudinales en su cara posterior.

Antes de colocar, las piezas se impregnarán con aceite de impregnación en todas sus caras y cantos, aunque queden ocultos.

122

3.8

Puertas y Ventanas

3.8.1 Puertas

Para puertas exteriores, las hojas serán atableradas madera mañío, raulí o eucalipto, de  primera calidad. Diseño de acuerdo a plano detalle de puertas.

3.8.2 Ventanas

El marco se consulta de perfiles de aluminio línea Superba anodinado color por definir. Los diseños se realizarán de acuerdo a planos de arquitectura y detalles.

Incluyen todos los elementos complementarios necesarios para su correcta presentación y funcionamiento.

 No se aceptarán elementos sueltos o sujetos a desperfectos.

3.9

Quincallería

3.9.1 Bisagras

En la puerta deben ir 4 de 3 ½” x 3 ½” x 3 mm. de espesor. Los rebajes para la colocación de las bisagras, tendrán las dimensiones exactas de estas

123

3.9.2 Manillas y Cerraduras

Manillas de acero inoxidable, macizo, calidad 304, marca Carpenter, modelo Delta, con cerraduras de la misma marca terminación níquel satín.

3.9.3 Tope

Se consulta 1 tope de goma de buena calidad en la sala de máquinas.

3.9.4 Tiradores

En la reja de protección de la cámara de carga se utilizarán 2 tiradores de acero de 20x120 mm soldados al marco de acero.

124

4

Instalaciones

4.1

Electricidad

4.1.1 Trabajo Media Tensión

4.1.1.1

Acometida

La acometida desde el centro de generación a subestación auto trasformadora será subterránea en cable superflex Nº 6 o XTZ AWG (13.3 mm2) de 3 fases, con canalización conduit PVC de diámetro 40 mm. Esta tendrá un largo de unos 15 metros, hasta llegar al poste de arranque de línea.

4.1.1.2

Poste y Montaje

Se utilizarán poste de hormigón armado de 10 m de altura enterrados a 1/6. Llevará un tirante de anclaje a un muerto de hormigón armado rectangular para 10 T, una barra ojo tirante 5/8” por 2.4 m, una golilla cuadrada de 100x100 con 18mm de diámetro. El tirante será un cable de acero 3/8” de diámetro. Además lleva un aislador tensor como medida de seguridad. En la parte superior debe llevar un eslabón angular de 5/8” y prensas para tirantes. La ferretería en general será galvanizada.

125

Los postes tendrán una separación que dependerá de la topografía del terreno, sugiriéndose un rango de 90 a 140 m, para mantener una altura mínima sobre el terreno de 5.5 m.

4.1.1.3

Malla a Tierra

Debe llevar una malla a tierra de protección de 4x4 rotulada a 1 m con cable de cobre  Nº 3 AWG (27 mm2), complementando con barras cooperweld de diámetro 5/8” x 3. Estas irán en la subestación elevadora y la subestación reductora.

4.1.1.4

Línea

La línea será de alambre de cobre duro Nº6 AWG (13.3 mm2).

El recorrido tota de la línea será de aproximadamente 1200 metros.

4.1.2 Máquinas Y Equipos

4.1.2.1

Subestación Aérea

En la parte superior del poste de arranque estará la subestación elevadora que transformará el voltaje de 380 V a 23.000 V.

126

En el último poste (remate de línea) ira una subestación reductora de 23.000 V a 380/220 V.

4.1.2.2

Equipo de medida

En el poste de arranque se pondrá un equipo de protección trifásico de 32 A, 16 KA a la ruptura, montado al interior de una caja metálica hermética de dimensiones 300x400x200 mm.

En el poste de remate se pondrá un equipo de protección y medida trifásico de 32 A, 16 KA a la ruptura montado al interior de una caja metálica hermética de dimensiones 500x400x200. Debe llevar un medidor trifásico activo reactivo.

4.1.5 Alimentadores

4.1.5.1

Alimentadores

Los alimentadores serán con cable superflex o XTZ 6 AWG, subterránea o aérea según distancia y condiciones de terreno. Esta decisión la tomará el contratista eléctrico en conjunto con la I.T.O.

127

4.1.6

Malla a Tierra

4.1.6.1

Malla de Tierra de Baja Tensión

Además en la subestación reductora debe llevar una malla a tierra de servicio de 6x6 rotulada a 1 m en baja con cable de cobre Nº 3 AWG (27 mm2), complementando con barras cooperweld de diámetro 5/8” x 3.

4.2

Equipos

4.2.1 Equipamiento Electromecánico

El equipamiento electromecánico lo construirá, importará e instalará la empresa Turbinas Mancini M.R. según corresponda. A lo menos será lo que se menciona a continuación.

-

Turbina Banki con altura de caída 5 metros y 0.7 m3/s de caudal. Doble efecto, de 17 kw.

-

Equipo de regulación de caudal manual

-

Trasmisión por correas en V

-

Descansos rodamientos auto alineados

-

Generador eléctrico de 20 KVA, sin carbones con regulación de voltaje AVR, trifásico 230/400V a 50Hz

-

Regulador de velocidad (Electric Load Controller)

-

Regula frecuencia disipando energía no consumida

128

-

Set de resistencia para 17 Kw.

-

Tablero eléctrico de control y protección

-

Instrumentos análogos, amperímetros por fase

-

Voltímetro con switch, selector de fase

-

Frecuencímetro contactor 40 A

-

Botonera de conexión y desconexión

-

Regleta de conexionado

El equipo debe tener una garantía de 50 años para la turbina y 30 años para el generador eléctrico y la electrónica.

3.10 Planos

Los planos que se entregarán a la empresa constructora contienen los siguientes datos:

-

PRO-CHI-001-A

PLANTA GENERAL Y UBICACIÓN 1 ESCALA 1:500 -

Trazado mejoramiento canal existente 2

-

Curso río Ralitrán

-

Trazado canal proyectado 4

-

Cámara de carga

-

Tubería forzada

-

Tubería descarga

-

Canal de seguridad

-

Casa de máquinas

129

-

-

Canal descarga

-

Fin del proyecto

PRO-CHI-002-A

PLANTA GENERAL Y UBICACIÓN 2 ESCALA 1:500

-

-

Trazado mejoramiento canal existente 2

-

Curso río Ralitrán

PRO-CHI-003-A

PLANTA GENERAL Y UBICACION 3 ESCALA 1:500

-

-

Curso río Ralitrán

-

Bocatoma existente

-

Canal de entrada a las lagunas

-

Laguna 1

-

Laguna 2

-

Inicio del proyecto

-

Trazado canal existente 1

-

Compuerta 1

-

Compuerta 2

-

Trazado canal proyectado 3

-

Trazado mejoramiento canal existente 2

PRO-CHI-004-A

PERFIL LONGITUDINAL ESCALA VERTICAL 1:100 ESCALA HORIZONTAL 1:1000

130

-

-

Perfil longitudinal canal existente 1

-

Perfil longitudinal canal proyectado 3

-

Perfil longitudinal mejoramiento canal existente 2

-

Perfil longitudinal canal proyectado 4

PRO-CHI-005-A

DETALLES COMPUERTAS PRINCIPALES ESCALA 1:5; 1:10; 1:20

-

-

Compuerta 1 (elevación, planta, detalles)

-

Compuerta 2 (elevación, planta, detalles)

-

Compuerta 3 (detalles)

-

Compuerta 4 (detalles)

PRO-CHI-006-A

DETALLES COMPUERTAS SECUNDARIAS Y CANAL ESCALA 1:10; 1:20

-

-

Perfil transversal 1 (sección rectangular)

-

Perfil transversal 2 (sección trapecial)

-

Compuerta 3 (elevación, planta)

-

Compuerta 4 (elevación, planta)

-

Tubería descarga (corte, vista superior)

-

Tubería forzada (corte, vista superior)

-

Acople tuberías

PRO-CHI-007-A

DETALLES CÁMARA DE CARGA ESCALA 1:20

131

-

-

Cámara de carga (planta, vista lateral, vista principal, detalles)

-

Rejilla de protección

PRO-CHI-008-A

DETALLES SALA DE MÁQUINAS 1 ESCALA 1:20 -

Sala de máquinas (planta. Elevación principal, elevación lateral, detalles)

-

-

Canal de descarga (vista longitudinal)

PRO-CHI-009-A

DETALLES SALA DE MÁQUINAS 2 ESCALA 1:20

-

-

Sala de máquinas (elevación posterior, corte A-A, detalles)

-

Canal de descarga ( vista superior)

PRO-CHI-010-A

DETALLES CANAL EVACUACION DE CRECIDAS ESCALA 1:20 -

Canal evacuación de crecidas (vista superior, vista lateral derecha, vista

lateral izquierda.

132

3.11 Presupuesto

Finalmente el presupuesto estimativo de construcción del proyecto “Microcentral Hidroeléctrica Los Chilcos” se detalla a continuación:

Tabla Nº 5 ITEM

1 1,1 1,1,1 1,1,2 1,1,3 1,1,4 1,1,5 1,1,6 1,2 1,2,1 1,2,2 1,2,3 1,3 1,3,1 1,3,2 1,3,3

PARTIDA Trabajos Previos

CANTIDAD U. MEDIDA

P. UNITARIO

Instalación Provisionales

Agua Potable Agua Servida Comunicaciones Energía Eléctrica Primeros Auxilios Deposito de Combustible

1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

GLOBAL GLOBAL GLOBAL GLOBAL GLOBAL UNIDAD

NO INC. NO INC. 300.000 NO INC. 200.000 126.000

0 0 300.000 0 200.000 126.000

1,00 1,00 1,00

UNIDAD UNIDAD UNIDAD

450.000 NO INC. 560.000

450.000 0 560.000

709,48 709,48 1186,50

M3 M3 ML

1.900 INC. 1,3,1 1.450

1.348.012 0 1.720.425

Construcciones Provisionales

Bodega de Materiales Oficina Personal Recinto para obreros y servicios higiénicos Limpieza y Niveles

Escarpe Retiro Material Trazado de ejes de Niveles

4.704.437

TOTAL TRABAJOS PREVIOS

2

Obra Gruesa

2,1 2,1,1 2,1,2 2,1,3

Movimiento de Tierra

2,2 2,2,1 2,2,2 2,2,3 2,2,4 2,2,5 2,3 2,3,1 2,3,2 2,3,2,1 2,3,2,2

P. TOTAL

Excavación Relleno Compactado Base Compactada

2783,51 2258,80 96,11

M3 M3 M3

2.400 6.900 7.800

6.680.424 15.585.720 749.658

964,39 3258,27 411,82 2,29 2,73

KG M2 M3 M2 M2

1.480 6.600 59.180 10.340 2.240

1.427.297 21.504.582 24.371.508 23.679 6.115

415,55

KG

1.735

720.979

13,00 6,00

ML ML

INC. 4,2,1 INC. 4,2,1

Hormigón

Armadura Moldaje Hormigón Cama de Ripio Malla Acma Estructuras de Metálica

Estructura Acero Tuberías Tubería Forzada Tubería Descarga

0 0

133

2,4 2,4,1 2,4,2 2,5 2,5,1 2,5,2 2,5,2,1 2,5,2,2 2,5,2,3 2,5,2,4 2,5,3

Pavimentos y Radieres

Radier de Hormigón Barrera de Humedad

0,94 9,43

M3 M2

59.180 500

55.629 4.715

17,71

M2

3.330

58.974

4,00 3,85 7,70 9,20 9,28

ML ML ML ML PULG

3.500 3.500 3.500 3.500 1.700

14.000 13.475 26.950 32.200 15.776

Techumbre y Cubiertas

Cubierta Hojalatería Bajada de aguas lluvias Caballetes Canaletas Forros Estructuras de Techumbres

71.291.681

TOTAL OBRA GRUESA

3

Terminaciones

3,1 3,1,1

Pavimentos

3,2 3,2,1 3,2,2 3,3 3,3,1 3,4 3,4,1 3,5 3,5,1 3,6 3,6,1 3,7 3,7,1 3,7,2 3,8 3,8,1 3,8,2 3,8,3 3,8,4

Pavimentos Vinílicos

9,70

M2

15.700

152.290

8,91 50,96

M2 M2

6.800 7.350

60.588 374.556

9,70

M2

5.800

56.260

11,41

M2

1.250

14.263

69,57

M2

2.000

139.140

12,36

ML

2.500

30.900

1,00 1,00

UNIDAD UNIDAD

92.000 16.000

92.000 16.000

6,00 1,00 1,00 2,00

UNIDAD UNIDAD UNIDAD UNIDAD

1.345 22.800 1.450 2.200

8.070 22.800 1.450 4.400

Revestimientos

Tinglado Estuco Cielo

Entramado de Cielo Aislación

Fieltro Asfáltico Pinturas

Pinturas Guarda Polvo

Guarda Polvo Madera Puertas y Ventanas

Puertas Ventanas Quincalleria

Bisagras Manillas y Cerraduras Tope Tiradores TOTAL TERMINACIONES

4

Instalaciones

4,1 4,1,1 4,1,1,1

Electricidad Trabajo Media Tensión

Acometida

972.717

1,00

GLOBAL

122.000

122.000

134

4,1,1,2 4,1,1,3 4,1,1,4

Poste y Montaje Malla a Tierra Línea

4,1,2 4,1,2,1 4,1,2,1,1 4,1,2,1,2 4,1,2,2 4,1,2,2,1 4,1,2,2,2

Maquinas Y Equipos

4,1,3 4,1,3,1 4,1,4 4,1,4,1 4,2 4,2,1

Subestación Aérea Auto trasformadora Transformadora Equipo de medida Equipo de protección y medida Equipo de protección

1,00 2,00 INC. 4,1,1,2

GLOBAL UNIDAD GLOBAL

5.026.200 210.000 0

5.026.200 420.000 0

1,00 1,00

UNIDAD UNIDAD

1.603.423 1.731.800

1.603.423 1.731.800

1,00 1,00

UNIDAD UNIDAD

673.200 127.000

673.200 127.000

1,00

GLOBAL

160.000

160.000

1,00

GLOBAL

439.000

439.000

1,00

GLOBAL

15.750.000

Alimentadores

Alimentadores Malla a Tierra

Malla a Tierra de baja tensión Equipos

Equipamiento Electromecánico

15.750.000

TOTAL INSTALACIONES

26.052.623

TOTAL COSTO DIRECTO

103.021.458

GASTOS GENERALES UTILIDADES TOTAL NETO I.V.A.

12,00 8,00

19,00

% %

12.362.575 8.241.717

%

123.625.749 23.488.892

TOTAL

147.114.642

En resumen el presupuesto de construcción y montaje de la Microcentral Hidroeléctrica Los Chilcos asciende a 147.114.642 pesos al día 15 de noviembre del año 2008. En el se consideran las pérdidas de materiales, transporte y puesta en marcha de la microcentral.

Este presupuesto incluye todas las obras civiles detalladas en los planos, el equipamiento detallado en las especificaciones técnicas y la transmisión eléctrica desde la generación al centro de consumo principal (1200 metros), incluyendo hasta 30 metros de alimentadores y excluyendo los subalimentadores y demás instalaciones eléctricas que  pudieran necesitarse.

135

3.12 Conclusiones

Finalmente una vez realizadas todas las investigaciones acerca del funcionamiento de las empresas eléctricas en Chile, el funcionamiento de las microcentrales hidroeléctricas y específicamente en el caso de los Chilcos, se puede obtener como conclusión que este tipo de  proyectos presentan una solución muy satisfactoria a los requerimientos energéticos que cada vez son mayores, debido a la escasez de combustibles y la sobrepoblación del planeta.

Como pudimos apreciar una microcentral hidroeléctrica de pasada no contamina  prácticamente en nada al medio ambiente, exceptuando obviamente la construcción y en parte a la flora y fauna del sector por la disminución del caudal de los ríos o la derivación completa de estos.

El Fundo los Chilcos es un lugar turístico debido a las lagunas de pesca artificial que allí existen, la abundante flora y fauna crea un ambiente ideal para vacacionar. La microcentral hidroeléctrica los chilcos no entorpece para nada estas funciones, ya que el sector por donde se trazo el canal es una pequeña pampa destinada a la ganadería y el agua que se utilizará se toma en el desagüe de las lagunas, por lo que es evidente que posee los medios necesarios para evitar la fuga de peces, de este modo no se perjudicaría a los peces que allí habitan además tampoco se reduce el caudal del río Ralitrán, más de que ya está en estos momentos. Los derechos de aguas están solicitados y pertenecen al mandante.

Si bien la potencia generada no es muy grande alcanzaría para satisfacer el 100% de las necesidades energía eléctrica del fundo los chilcos, aún cuando el principal objetivo era solo cubrir los gastos de la piscicultura. En caso de que la potencia no alcance efectivamente en la realidad aún se cuenta con el tendido eléctrico de la empresa distribuidora SAESA y se puede dotar de esta energía a los centros de consumo que se estimen convenientes.

136

Este proyecto tiene un costo bastante elevado comparado con la potencia que se va a generar, pero si se considera un costo en estos momentos del kw-hor para tarifa BT2 de alrededor de 90 pesos se llega a un total de 751680 pesos en un mes solo en la piscicultura sumado a los consumos en el resto de las demás dependencias se llega a una cifra bastante elevada todos los meses. Así generando 17 Kw. con nuestra microcentral se llega a 1.101.600  pesos mensuales, es decir en un año 13.219.200 esto dividido en el costo total del proyecto nos da un periodo de retorno de capitales de 11 ½ años, esto considerando a 90 pesos el Kw por todo este tiempo, situación improbable ya que cada vez sube más el precio de la electricidad en Chile.

De todos modos la vida útil del proyecto es de a lo menos 30 años por el equipamiento electromecánico, el cual se puede sustituir a un costo proporcional al detallado en el  presupuesto estimativo, las obras civiles tiene una vida útil superior a los 50 años, por lo que a todas luces este tipo de proyectos es viable, más aún en casos rurales donde aun no hay electricidad y estos son financiados en parte por el estado.

La solución y el proyecto están listos, solo queda la toma de decisiones de parte del mandante, quien será el que determine si se construye o no este proyecto.

137

Anexos

Anexo 1

Valores típicos del coeficiente rugosidad de manning (n)

Tipo de canal y descripción Canales revestidos o desarmables 1 Metal 1.1 Superficie lisa de acero 1.1.1 Sin pintar 1.2.1 Pintada 1.2 Corrugado 2 No metal 2.1 Cemento 2.1.1 Superficie pulida 2.1.2 Mortero   2.2 Madera 2.2.1 Cepillada, sin tratar 2.2.2 Cepillada, creosotada 2.2.3 Sin cepillar 2.2.4 Laminas con listones 2.2.5 Forrada con papel impermeabilizante   2.3 Hormigón 2.3.1 Terminado con llana metálica (palustre) 2.3.2 Terminado con llana de madera 2.3.3 Pulido, con gravas en el fondo 2.3.4 Sin Pulir 2.3.5 Lanzado, sección buena 2.3.6 Lanzado, sección ondulada 2.3.7 Sobre roca bien excavada 2.3.8 Sobre roca regularmente excavada 2.4 Fondo de concreto terminado con llana de madera y con lados de 2.4.1 Piedra labrada, en mortero 2.4.2 Piedra sin seleccionar, sobre mortero 2.4.3 Mampostería de piedra cementada, recubierta 2.4.4 Mampostería de piedra cementada 2.4.5 Piedra suelta o rip rap 2.5 Fondo de gravas con lados de 2.5.1 Concreto encofrado 2.5.2 Piedra sin seleccionar, sobre mortero 2.5.3 Piedra suelta o rip rap   2.6 Ladrillo 2.6.1 Barnizado o lacado 2.6.2 En mortero de cemento   2.7 Mampostería 2.7.1 Piedra partida cementada 2.7.2 Piedra suelta

Mínimo Normal Máximo

0,011 0,012 0,021

0,013 0,025

0,014 0,017 0,030

0,010 0,011

0,011 0,013

0,013 0,015

0,010 0,011 0,011 0,012 0,010

0,012 0,012 0,013 0,015 0,014

0,014 0,015 0,015 0,018 0,017

0,011 0,013 0,015 0,014 0,016 0,018 0,017 0,022

0,013

0,015 0,017 0,017 0,019 0,022 0,020 0,027

0,015 0,016 0,020 0,020 0,023 0,025

0,015 0,017 0,016 0,020 0,020

0,017 0,020 0,020 0,025 0,030

0,020 0,024 0,024 0,030 0,035

0,017 0,020 0,023

0,020 0,023 0,033

0,025 0,026 0,036

0,011 0,012

0,013 0,015

0,015 0,018

0,017 0,023

0,025 0,032

0,030 0,035

0,012

138

2.8   2.9

Bloques de piedras labrados Asfalto 2.9.1 Liso 2.9.2 Rugoso 2.10 Revestimiento vegetal

0,013

0,015

0,013 0,016 0,030

0,013 0,016

0,017

0,500

Fuente: Elaboración propia en base a datos sacados de la Pág. 109 del libro “Hidráulica de canales abiertos” del año 1994 de Ven Te Chow.

139

Anexo 2

Diagrama de Moody para hallar el coeficiente de pérdidas de carga λ  en tuberías

Para el cálculo de velocidad máxima admisible en canales sin revestir

140

Gráfico para determinar la velocidad permisible para suelos no cohesivos

Gráfico para determinar la velocidad permisible para suelos cohesivos

141

Gráfico para determinar el factor de corrección por curvas (FC1)

Tabla para determinar el factor de corrección por altura Recto Pocas curvas Medio sinuoso Muy sinuoso

FC2 1 0,95 0,87 0,78

142

Para el cálculo de la fuerza tractriz máxima admisible

Gráfico para determinar la fuerza tractriz máxima admisible para suelos no cohesivos

Gráfico para determinar la fuerza tractriz máxima admisible para suelos cohesivos

143

Gráfico para determinar el factor (K) en la base y en los taludes del canal

A la izquierda se aprecia el gráfico para determinar K en los taludes y a la derecha para el fondo del canal

144

Anexo 3

Tabla con valores del requerimiento energético del Fundo Los Chilcos.

Lugar

Cantidad

Artefactos

Piscicultura

23 1 1 1 1 1 1

Ampolletas Televisor Radio PC Motobomba Motobomba Motobomba

Casa Nº1

Casa Nº 2

Casa Trabajador Nº 1

50 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1

1 25 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6 1 1

Ampolletas Enceradora Freezer Lavadora Centrifuga Aspiradora Microondas Hervidor de agua Televisor VHS Equipo música Plancha

Aspiradora Ampolletas Lavadora Microondas Horno eléctrico Lava vajilla Freezer Refrigerador Amasadora de pan Hervidor de agua Televisor 1 DVD VHS Equipo música Televisor 2 Plancha Ampolletas Calentador eléctrico Televisor

P. Nom. (w) P. Nom. (w) 100 80 15 40 2200 3000 4000

100 400 160 2700 800 1500 1000 1800 80 15 60 1500

1200 100 2700 1000 1300 2400 160 90 500 2000 95 15 15 15 155 1500 100 1500 80

Factor Dem. Ind.

P. Útil

2300 80 15 40 2200 3000 4000 11635

100,00%

11635

5000 400 320 2700 800 1500 1000 1800 160 15 60 1500 15255

14,00%

2136

1200 2500 2700 1000 1300 2400 160 90 500 2000 95 15 15 15 155 1500 15645

10,00%

1565

600 1500 80

145

1 1 1 1

Casa Trabajador Nº 2

Cabaña Nº 1

Cabaña Nº 2 Quincho

Garage

Baños

Sala partera

6 1 1 1 1 1 8 1

9 8 1 1 1

1 1 4

1

Equipo de música Lavadora Plancha Refrigerador

Ampolletas Televisor Equipo de música Refrigerador Plancha Lavadora Ampolletas Hervidor eléctrico

Ampolletas Ampolletas Microondas Hervidor eléctrico Refrigerador

Separadora de grano

Ampolleta Ampolletas

Ampolleta

20 2200 1500 90

100 90 80 90 1500 2200 100 1800

100 100 1000 2000 90

2000 100 100

100 Potencia instalada

20 2200 1500 90 5990

9,00%

539

600 90 80 90 1500 2200 4560

9,00%

410

800 1800 2600

3,00%

78

900 900

2,00%

18

800 1000 2000 90 3890

1,00%

39

2000 100 2100

10,00%

210

400 400

1,00%

4

100 100

3,00%

3

63075

Potencia Útil

16637

146

Anexo 4

Tablas para determinar el caudal y el coeficiente de vertedero

Fecha De Medición a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 0,85 25 0,85 26 0,85 27 0,85 28 0,85 29 0,85 30 0,85 31 0,85 Promedio mensual

Medición del Caudal Mes Enero Febrero H a h 0,85 33 0,85 33 0,85 33 0,85 33 0,85 32,5 0,85 32,5 0,85 33 0,85 33 0,85 33 0,85 32,5 0,85 32,5 0,85 33 0,85 33 0,85 32,5 0,85 32,5 0,85 32,5 0,85 32,5 0,85 32 0,85 32 0,85 32 0,85 32 0,85 32,5 0,85 32 33 0,85 32,5 32,5 0,85 32,5 32,5 0,85 33 33 0,85 32,5 32 0,85 33 32,5 0,85 33 33 33 32,69 32,62

Marzo a 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85

h 33 32,5 33 33 32,5 32,5 33 34 34,5 34,5 35 35,5 35,5 35,5 36 36,5 36 36,5 37,5 38,5 39 38,5 38 39 39,5 39,5 40 40,5 39,5 39 39 36,34

147

Tabla Nº 6 Vertederos en pared delgada sin contracción lateral Formula de Bazin (1888) Valor de m para alturas de barrera de (mts) Carga h (mts) ∞ 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 1 0,10 0,459 0,447 0,442 0,439 0,437 0,435 0,434 0,432 0,12 0,462 0,448 0,442 0,438 0,436 0,433 0,432 0,430 0,14 0,466 0,450 0,443 0,438 0,435 0,432 0,430 0,426 0,16 0,471 0,453 0,444 0,438 0,435 0,431 0,429 0,424 0,18 0,475 0,456 0,445 0,439 0,435 0,431 0,428 0,422 0,20 0,480 0,459 0,447 0,440 0,436 0,431 0,428 0,421 0,22 0,484 0,462 0,449 0,442 0,437 0,431 0,428 0,420 0,24 0,488 0,465 0,452 0,444 0,438 0,432 0,428 0,419 0,26 0,492 0,468 0,455 0,446 0,440 0,433 0,429 0,418 0,28 0,496 0,472 0,457 0,448 0,441 0,434 0,429 0,418 0,30 0,500 0,475 0,460 0,450 0,443 0,436 0,430 0,417 0,32 0,504 0,478 0,462 0,452 0,444 0,437 0,430 0,416 0,34 0,507 0,481 0,464 0,454 0,446 0,438 0,431 0,416 0,36 0,510 0,483 0,467 0,456 0,448 0,439 0,432 0,415 0,38 0,513 0,486 0,469 0,458 0,449 0,440 0,432 0,415 0,40 0,516 0,489 0,472 0,459 0,451 0,440 0,433 0,414 0,42 0,519 0,491 0,474 0,461 0,452 0,441 0,434 0,413 0,44 0,522 0,494 0,476 0,463 0,454 0,442 0,435 0,413 0,46 0,525 0,496 0,478 0,465 0,456 0,443 0,435 0,412 0,48 0,528 0,498 0,480 0,467 0,457 0,444 0,436 0,412 0,50 0,530 0,500 0,482 0,468 0,459 0,445 0,437 0,411 0,52 0,532 0,502 0,484 0,470 0,460 0,446 0,438 0,411 0,54 0,534 0,504 0,485 0,472 0,461 0,447 0,439 0,410 0,56 0,506 0,487 0,473 0,463 0,449 0,439 0,410 0,58 0,508 0,489 0,475 0,464 0,450 0,440 0,409 0,60 0,510 0,491 0,476 0,466 0,451 0,441 0,409 0,70 0,520 0,498 0,484 0,473 0,456 0,443 0,407 0,80 0,527 0,509 0,494 0,482 0,472 0,446 0,407 0,90 0,535 0,516 0,501 0,489 0,480 0,459 0,407 1,00 0,541 0,524 0,509 0,496 0,486 0,464 0,407 1,50 0,563 0,549 0,533 0,521 0,511 0,487 0,406 Esta tabla se ha calculado hasta la carga de 1,5 mts porque su validez hasta esas cargas ha sido manifestada por Hazen y Williams.

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Anexo 5 Coeficientes representativos de pérdidas de cabeza, K, para diferentes accesorios.

Accesorio

K

Entrada a tubería (recta) 0,5 Entrada a tubería (redondeada) 0,01-0,05 Entrada a tubería (reentrante) 0,8-1 Válvula de globo (completamente abierta) 10 Válvula de ángulo (completamente abierta) 5 Válvula de cheque (completamente abierta) 2,5 Válvula de compuerta (completamente abierta) 0,19 Codo en U 2,2 Tee estándar 1,8 Codo estándar 2,9 Codo de radio medio 0,75 Codo de radio largo 0,6

Fuente: Elaboración propia en base a datos sacados de la Pág. 300 del libro “Mecánica de Fluidos” del año 2000 de Víctor L. Streeter.

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