Proyecto de una minicentral Hidroeléctrica en el rio Namora

Abstract

Este trabajo titulado "PROYECTO DE UNA MINICENTRAL HIDROELECTRICA EN EL RIO NAMORA ", lo he realizado con el objeto de obtener mi Titulo de competencia profesional de INGENIERO MECANICO - ELECTRICISTA. El trabajo trata del diseño de una pequeña central hidroeléctrica de 135 KV, para suministrar energía eléctrica a los distritos de Namora y Matara de la provincia^ de Cajamarca, departamento del mismo nombre. Comprende también el diseño de las líneas de transmisión y de las "estaciones de transformación. Para desarrollar este trabajo, he dividido el tema en 8 capítulos: I. Información Hidrológica y Meteorológica. II. Máxima demanda de Energía. III. Obras Civiles. IV. Tubería de Presión y Accesorios. V. Elección de la Turbina. VI. Elección del Generador y Servicios Auxiliares. VII. Líneas de Transmisión y Subestaciones de Transformación. VIII. Presupuestos. Este trabajo iniciado en el año 1,978 tiene su base, en la gran deficiencia de energía eléctrica en .la provincia de Cajamarca, y especialmente en los distritos de Namora y Matara. Voy a resumir los datos proporcionados por el anuario de Electro - Perú correspondiente al Departamento de Cajamarca, que en su información distrital resume: Distrito de Matara: Visita: al 14 de junio de 1,976. Población: 652 habitantes. Usuarios 90. Grado de Electrificación: 0.67. Administración: Concejo Distrital. Grado de Electrificación: 0.67 Grupo Térmico Subestaciones Redes Administración: Concejo Distrital. Grupo Térmico: 25KVA Subestaciones: Ninguna Redes: Nuevas (N) ninguna. Aprovechadas (A) 30%. Obsoletas (0) 70%. Locales de Generación: N ninguna. A — 1. Horas de Servicio: 3 H/día. Máxima; Demanda registrada: 12 KW. Consumo de Combustible promedio: 180 gal/mes. Observaciones. Localidad con alto índice de emigración. - Zona de tráfico intenso por comerciantes (de productos agropecuarios) - Cargas a crearse: Mercado y Colegio Mixto. - Localidad próxima: Namora a 10 Km. - Cerca a Namora corre el río del mismo nombre, cuyo caudal en la época de estiaje 1.5 m3/seg. (Información oral del Jefe de Zona de Cajamarca). - La población de Namora tiene mayor capacidad de ahorro que Matara. - Actividad agrícola: producen maíz, cebada y papas. - Deficiencias: Matara no posee hotel ni restaurante, solamente pensión. - Servicios sanitarios: hay redes de agua, más no de desagüe. - Centros Educacionales: Colegio Mixto de Secundaria y Escuela Mixta. En la fecha indicada de la visita en mención, no se informa sobre Namora en cuanto a energía eléctrica, esto por no poseer esta localidad ni siquiera un pequeño grupo térmico. Matara posee un grupo térmico, cuya potencia instalada es mayor que la máxima demanda, sin embargo, su servicio es deficiente, a veces por requerir mantenimiento o reparación el grupo, o en todo caso por falta de combustible. Dado, que la provincia de Cajamarca y zonas aledañas también tienen el problema de la falta de energía eléctrica, mal podría decidirse por esperar una línea de transmisión de alguna futura central. También como se observa del informe de Electroperú, el Río Namora da la solución a este problema energético, por lo cual me decidí a realizar este proyecto. Este servicio no acusará rentabilidad, por cuanto, su justificación es básicamente social. La emigración es un aspecto que requiere control, esto será en base a dotar de energía eléctrica para que puedan tener un mínimo de comodidades los pobladores de ambas localidades. Contar con energía, implicará un mayor impulso de comercio, pues se creará la demanda de artefactos eléctricos lo que a su vez crea ya un mercado eléctrico. Es conveniente indicar que la industria artesanal existente, se incrementará y sobre todo que aumentará su volumen de producción lo cual va a resolver en parte la desocupación de un gran sector poblacional, lo que también se traduce en emigración. Con la instalación del servicio eléctrico, la enseñanza se podrá ampliar a enseñanza nocturna, beneficiándose muchos jóvenes y adultos. Las postas médicas, podrán contar con equipos médicos sofisticados, dado que por falta de energía no cuentan con ellos. Para la zona rural, el beneficio será amplio, observamos que en el cuadro N°2.3 de población obtenidos de los censos de años anteriores, que el índice de emigración es mucho más alto que en la zona urbana, la que debe disminuir pon la instalación y puesta en servicio de la central. Voy a hacer un breve comentario de cada capítulo a tratar. CAPITULO I: En el primer capítulo se describen los diferentes datos hidrológicos y meteorológicos que intervienen en la elaboración de este proyecto, como son, aforo, pluviometría, temperatura, presión barométrica, velocidad del viento, etc. Estos datos fueron obtenidos del servicio Nacional de Meteorología e Hidrología y de la Ex-Dirección de Industrias y Electricidad. CAPITULO II: En el segundo capítulo, para la determinación de la máxima demanda de potencia, se ha considerado tres tipos de consumidores: doméstico, alumbrado público y cargas especiales. La demanda máxima para consumo doméstico se ha calculado, en base al dato proporcionado por Electroperú sobre electrificación de localidades pequeñas. Los factores de máxima demanda y simultaneidad también fueron tomados de la misma fuente proporcionada por Electroperú. CAPITULO III: El capítulo tercero trata de las obras de Ingeniería Civil y comprende lo siguiente: A.- Captación. B.- Canal de alimentación. C.- Cámara de carga y desarenador. D.- Canal de Alivio. E.- Anclajes y Apoyo. F.- Casa de Máquinas. G.- Canal de Descarga. La bocatoma y el canal de alimentación ha, sido dimensionados en base a las necesidades, este canal aprovecha uno ya existente utilizado para regadlo, lógicamente separando el caudal para cubrir las necesidades de esta actividad. Las dimensiones del canal de alimentación se calcularon con el empleo de la fórmula de Manning, mientras que las dimensiones de la bocatoma, cámara de carga, desarenador, casa de máquinas y canal de descarga han sido extraídas de las tablas proporcionadas por el Ing. Tsuguo Nosaki. CAPITULO IV: En el Capítulo Cuarto, se trata de la tubería de presión y accesorios, comprendiendo estos últimos lo siguiente: A.- El dispositivo del cierre. B.- El dispositivo automático de entrada y salida del aire. C.- Las bridas de unión. D.- Los pernos y empaquetaduras de jebe para la unión de las bridas. El diámetro de la tubería ha sido calculado para una velocidad asumida (dentro de la tubería). Para la determinación del espesor de la tubería se tuvo en cuenta: 1.- La presión hidrostática existente en el tubo. 2.- La máxima sobrepresión debido a los golpes de ariete. 3.- El trabajo de la plancha debido al peso propio y al del agua que contiene. 4.- Los esfuerzos a que dan origen las variaciones de la temperatura. 5.- Los empujes y esfuerzos de compresión o extensión, a causa de la posición inclinada de la tubería. CAPITULO V En lo referente al Capitulo Quinto, la velocidad especifica permite fijar un criterio racional, para la elección del tipo de turbina más adecuado, a las características de la instalación, ya que depende de la altura del salto y del caudal. Debe tenerse en cuenta que el número de revoluciones de la turbina, que debe trabajar acoplada con el alternador, a de ajustarse a la fórmula de la velocidad síncrona: n = 60 f/p, donde: n = número de revoluciones, f = frecuencia, p = número de pares de polos, CAPITULO VI: En el Sexto Capitulé se trata de la elección del generador y de los servicios auxiliares. En plantas pequeñas que tienen inherentemente un alto costo unitario y con necesidades limitadas de servicio continuo., o cuando por avería en la instalación la energía puede ser obtenida de otra fuente, a menudo se instala una sola unidad con una capacidad igual o ligeramente mayor que la máxima demanda estimada. La potencia, tensión y demás características del generador debe ser seleccionado de acuerdo con la carga que alimenta, la distancia de la carga y la tensión del sistema al cual éste es conectado, así como a las características y potencia aprovechable del motor primo. La velocidad del 'generador está determinado por la economía combinada del generador y de la turbina y es afectado por la altura del salto, la capacidad de la unidad y el tipo de turbina. Los servicios auxiliares están constituidos por los elementos de protección, medida y control del sistema. CAPITULO VII: En lo concerniente al Séptimo Capitulo, se ha adaptado la tensión normalizada de 10 KV, La línea de transmisión será del tipo aéreo sobre postes de madera. Los postes de madera han sido elegidos por su menor costo con respecto a los otros tipos de postes, y por su facilidad de transporte en. carreteras estrechas y de mala conservación. Como conductor se ha escogido el cobre, ya que es el más económico de los, construidos en nuestro medio. La línea en su mayor extensión sigue una ruta paralela a la carretera que va de Namora a Matara, lo cual facilita el montaje y rápido mantenimiento de la línea. La subestación de elevación está constituida por un transformador trifásico para montaje en el interior de la casa de fuerza, dentro de una celda, refrigeración natural, con arrollamiento de cobre en baño en aceite. Las subestaciones de distribución de Namora y Matara están constituidas por un transformador trifásico del tipo aéreo en barbotante de madera, refrigeración natural, con arrollamiento de cobre en baño de aceite. También se adiciona en este capítulo recomendaciones bastante generales para la instalación de las redes de distribución, del servicio público y particular. CAPITULO VIII: En este último capítulo se ha calculado un presupuesto actualizado a este año, para estar dentro de los costos reales. Bases del cálculo: Las bases para el diseño y el cálculo se han tomado del "Código Eléctrico del Perú" y la de la Ley de Industria Eléctrica N° 12378 y su reglamento.