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 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
37,93%
62,07%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
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
0,36%
99,64%
0%10%
20%30%
40%50%
60%70%
80%90%
100%
ENERGIA HIDROLECTRICA 13MW
ENERGIA TERMOELECTRICA3590 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
53,11%46,89%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
ENERGIA HIDROLECTRICA 4801MW
ENERGIA TERMOELECTRICA4240 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
52,63%
41,51%
5,86%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
ENERGIAHIDROLECTRICA 17,6
MW
ENERGIATERMOELECTRICA
13,9 MW
ENERGIA EOLICA 2MW
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 5100,00%
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
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.
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
Gráfico Nº 6
13
4802
18 00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
SING SIC AYSEN MAGALLANES
9
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
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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 La sala de máquinas esta a cierta distancia de la cámara de carga, esta unida mediante una tubería forzada
Centrales de pie de presa 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:
14
Tabla Nº 1
Nombre de la central
Año de puesta en servicio
Tipo de embalse
Tipo de turbina
Número de
turbinas
Potencia total
(MW)
Gasto m3/seg Caída m
Ralco 2004 Embalse Francis 2 690 452 177 Pehuenche 1991 Embalse Francis 2 500 300 206
Pangue 1996 Embalse Francis 2 467 500 99 Colbún 1985 Embalse Francis 2 400 280 168 El Toro 1973 Embalse Pelton 4 400 97 545 Rapel 1968 Embalse Francis 5 350 535 76
Antuco 1981 Embalse Francis 2 300 190 190 Rucúe 1998 Pasada Francis 2 170 65 140
Alfalfal 1991 Pasada Pelton 2 160 30 721 Canutillar 1990 Embalse Francis 2 145 76 212 Abanico 1948-59 Pasada Francis 6 136 107 147 Cipreses 1955 Embalse Pelton 3 101 36 370
Machicura 1985 Embalse Kaplán 2 90 280 37 Curillinque 1993 Pasada Francis 1 85 84 114
Sauzal 1948 Pasada Francis 3 77 74 118 Peuchén 2000 Pasada Francis 2 75 36 236
Aconcagua 1993-94 Pasada Pelton 2 73 20 654 Isla 1963-64 Pasada Francis 2 68 84 93
Mampil 2000 Pasada Francis 2 49 46 124 Pullinque 1962 Pasada Francis 3 49 120 48
Queltehues 1928 Pasada Pelton 3 41 28 213 Los Quilos 1909-93 Pasada Pelton 5 39 22 227 Pilmaiquén 1944-59 Pasada Francis 5 39 150 32 Loma Alta 1997 Pasada Francis 1 38 84 50 San Ignacio 1996 Pasada Kaplán 1 37 194 21
Quilleco 2007 Pasada Francis 1 35 130 59 Maitenes 1923-89 Pasada Francis 5 31 11 180 Florida 1943-89 Pasada Francis 5 28 30 98
Chacabuquito 2002 Pasada Francis 4 25 25 47 Chiburgo 2007 Pasada Francis 1 19 10 107
Los Molles 1952 Pasada Pelton 2 16 2 1153 Puntilla 1997 Pasada Francis 1 15 20 92 Volcán 1944 Pasada Pelton 1 13 9 181
Carbomet 1944-86 Pasada Francis 4 11 24 27 Capullo 1995 Pasada Francis 1 11 8 150
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.
16
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.
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 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
27
- 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 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:
1V =
nx Rh
2/3 X i1/2
Ecuación Nº 1
Donde:
- V: Velocidad del fluido (m/s)
- n: Coeficiente de rugosidad de Manning (anexo 1)
- RH: 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 Vper Ecuación Nº 3
Donde:
- FC1= Factor de corrección por curvas (anexo 2)
- FC2= Factor de corrección por altura (anexo 2)
- Vper= 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:
Ecuación Nº 4
Donde:
- Τreal: Fuerza tractriz real que soportará el canal, tanto en la base como en las
paredes
Τreal ≤ Τmáximo admisible
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 Rh x i Ecuación Nº 5
Ecuación Nº 6
Τreal talud = γ x Rh x i x Ktalud Ecuación Nº 7
Donde:
- γ: Densidad del agua
- Rh: Radio hidráulico del canal
- i: pendiente del canal
- Kfondo: Factor de la base del canal (anexo 2)
- Ktalud: Factor de las paredes del canal (anexo 2)
Los datos de Kfondo y Ktalud se obtienen de los gráficos mostrados en el anexo Nº 2.
Cabe mencionar que los taludes y el fondo deberán ser evaluados por separado
Τreal fondo = γ x Rh x i x Kfondo
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:
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.
n
ΣΔh =j=1
ij x Dj
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:
c x v P' = 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 ρ
E x D c2 =
1 +
Em x e Ecuación Nº 11
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:
f L V2 Hp = 2
x D
x g
Ecuación Nº 13
Donde:
- Hp: 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
Q V =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:
Ecuación Nº 15 Ecuación Nº 16
Donde:
- ε: Rugosidad relativa (mm)
- D: Diámetro de la tubería (mm)
- Re: Número de Reynolds
Viscosidad cinemática (depende de la Tº del agua) (m2/s) :ט -
ε v x d Re = ט
D
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:
K V2 Hs = Σ 2
xg
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 = Hp + 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:
A Gr = 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:
N x P1/2 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:
- Turbinas axiales
- Turbinas radiales
- Turbinas axiales – radiales
- Turbinas tangenciales
2.3.1.1.2 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 = Pt x Ng
Donde:
- PG: Potencia del generador
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
PEF PAP =0.8
2.3.2.1.2 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
60 x f V = 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
Q x H x nt x 1000 P = 102
Donde:
- P: Potencia útil de la turbina (Kw)
- Q: Caudal disponible (m3/s)
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
R x L x I Vp = s
Donde:
- Vp: 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
P I =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
R x L x P Vp = 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 PN
Donde:
- PI: Potencia instalada
- PN: 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, profesor de
electricidad de la Universidad Austral de Chile
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
Hb = Ht - ΣΩ
Donde:
- Hb: 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:
Hb = 7.28 - 1.95
Hb = 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 = Hb - ΣΩ
Donde:
- Hn: Altura neta (m)
- Hb: 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
1,83 x 0,70 Re =
1,30x10-6
Re= 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.
0,02 12.95 1,832
Hp = 2
x 0,70
x 9,81
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:
2.19 1,832
Hs = 2
x 9,81
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
1 V =0,013
x 0,3942/3 x 0,00021/2
86
En la sección rectangular hay una velocidad de 0.58 m3/s
Perfil transversal Nº 2
1 V =0,013
x 0,3982/3 x 0,00021/2
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
2x109 1x103
2x109 x 700 c2 =
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.
17 PAP =
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 AcmaCanal 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 TechumbreCanal 1 Canal 3 Canal 2 Canal 4 Canal seguridad Canal seguridad S/R Tubería descarga Cámara de carga 3,32 Sala de maquinas 0,94 9,43 17,71 4 3,85 7,7 9,2 9,28Canal 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
Tabla Nº 4
Pavimentos Tinglado Estuco Cielo Fieltro Pinturas Guardapolvo Puerta Ventana Bisagra Manilla Tope TiradorCanal 1 Canal 3 Canal 2 Canal 4 Canal seguridad Canal seguridad S/R Tubería descarga Cámara de carga 2 2Sala de maquinas 9,7 8,91 50,96 9,7 11,41 69,57 12,36 1 1 4 1 1 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 6 1 1 2
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
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 Profesionales Proyectistas
Arquitectura: Orlando Carrillo Pérez
Estructuras: Orlando Carrillo Pérez
Topografía: Orlando Carrillo Pérez
Electricidad: Orlando Carrillo Pérez
0.3 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 Sub-
contratos 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 PARTIDA CANTIDAD U. MEDIDA P. UNITARIO P. TOTAL1 Trabajos Previos 1,1 Instalación Provisionales 1,1,1 Agua Potable 1,00 GLOBAL NO INC. 01,1,2 Agua Servida 1,00 GLOBAL NO INC. 01,1,3 Comunicaciones 1,00 GLOBAL 300.000 300.0001,1,4 Energía Eléctrica 1,00 GLOBAL NO INC. 01,1,5 Primeros Auxilios 1,00 GLOBAL 200.000 200.0001,1,6 Deposito de Combustible 1,00 UNIDAD 126.000 126.000 1,2 Construcciones Provisionales 1,2,1 Bodega de Materiales 1,00 UNIDAD 450.000 450.0001,2,2 Oficina Personal 1,00 UNIDAD NO INC. 01,2,3 Recinto para obreros y servicios higiénicos 1,00 UNIDAD 560.000 560.000 1,3 Limpieza y Niveles 1,3,1 Escarpe 709,48 M3 1.900 1.348.0121,3,2 Retiro Material 709,48 M3 INC. 1,3,1 01,3,3 Trazado de ejes de Niveles 1186,50 ML 1.450 1.720.425 TOTAL TRABAJOS PREVIOS 4.704.437 2 Obra Gruesa 2,1 Movimiento de Tierra 2,1,1 Excavación 2783,51 M3 2.400 6.680.4242,1,2 Relleno Compactado 2258,80 M3 6.900 15.585.7202,1,3 Base Compactada 96,11 M3 7.800 749.658 2,2 Hormigón 2,2,1 Armadura 964,39 KG 1.480 1.427.2972,2,2 Moldaje 3258,27 M2 6.600 21.504.5822,2,3 Hormigón 411,82 M3 59.180 24.371.5082,2,4 Cama de Ripio 2,29 M2 10.340 23.6792,2,5 Malla Acma 2,73 M2 2.240 6.115 2,3 Estructuras de Metálica 2,3,1 Estructura Acero 415,55 KG 1.735 720.9792,3,2 Tuberías 2,3,2,1 Tubería Forzada 13,00 ML INC. 4,2,1 02,3,2,2 Tubería Descarga 6,00 ML INC. 4,2,1 0
133
2,4 Pavimentos y Radieres 2,4,1 Radier de Hormigón 0,94 M3 59.180 55.6292,4,2 Barrera de Humedad 9,43 M2 500 4.715 2,5 Techumbre y Cubiertas 2,5,1 Cubierta 17,71 M2 3.330 58.9742,5,2 Hojalatería 2,5,2,1 Bajada de aguas lluvias 4,00 ML 3.500 14.0002,5,2,2 Caballetes 3,85 ML 3.500 13.4752,5,2,3 Canaletas 7,70 ML 3.500 26.9502,5,2,4 Forros 9,20 ML 3.500 32.2002,5,3 Estructuras de Techumbres 9,28 PULG 1.700 15.776 TOTAL OBRA GRUESA 71.291.681 3 Terminaciones 3,1 Pavimentos 3,1,1 Pavimentos Vinílicos 9,70 M2 15.700 152.290 3,2 Revestimientos 3,2,1 Tinglado 8,91 M2 6.800 60.5883,2,2 Estuco 50,96 M2 7.350 374.556 3,3 Cielo 3,3,1 Entramado de Cielo 9,70 M2 5.800 56.260 3,4 Aislación 3,4,1 Fieltro Asfáltico 11,41 M2 1.250 14.263 3,5 Pinturas 3,5,1 Pinturas 69,57 M2 2.000 139.140 3,6 Guarda Polvo 3,6,1 Guarda Polvo Madera 12,36 ML 2.500 30.900 3,7 Puertas y Ventanas 3,7,1 Puertas 1,00 UNIDAD 92.000 92.0003,7,2 Ventanas 1,00 UNIDAD 16.000 16.000 3,8 Quincalleria 3,8,1 Bisagras 6,00 UNIDAD 1.345 8.0703,8,2 Manillas y Cerraduras 1,00 UNIDAD 22.800 22.8003,8,3 Tope 1,00 UNIDAD 1.450 1.4503,8,4 Tiradores 2,00 UNIDAD 2.200 4.400 TOTAL TERMINACIONES 972.717 4 Instalaciones 4,1 Electricidad 4,1,1 Trabajo Media Tensión 4,1,1,1 Acometida 1,00 GLOBAL 122.000 122.000
134
4,1,1,2 Poste y Montaje 1,00 GLOBAL 5.026.200 5.026.2004,1,1,3 Malla a Tierra 2,00 UNIDAD 210.000 420.0004,1,1,4 Línea INC. 4,1,1,2 GLOBAL 0 0 4,1,2 Maquinas Y Equipos 4,1,2,1 Subestación Aérea 4,1,2,1,1 Auto trasformadora 1,00 UNIDAD 1.603.423 1.603.4234,1,2,1,2 Transformadora 1,00 UNIDAD 1.731.800 1.731.8004,1,2,2 Equipo de medida 4,1,2,2,1 Equipo de protección y medida 1,00 UNIDAD 673.200 673.2004,1,2,2,2 Equipo de protección 1,00 UNIDAD 127.000 127.000 4,1,3 Alimentadores 4,1,3,1 Alimentadores 1,00 GLOBAL 160.000 160.000 4,1,4 Malla a Tierra 4,1,4,1 Malla a Tierra de baja tensión 1,00 GLOBAL 439.000 439.000 4,2 Equipos 4,2,1 Equipamiento Electromecánico 1,00 GLOBAL 15.750.000 15.750.000 TOTAL INSTALACIONES 26.052.623 TOTAL COSTO DIRECTO 103.021.458 GASTOS GENERALES 12,00 % 12.362.575 UTILIDADES 8,00 % 8.241.717 TOTAL NETO 123.625.749 I.V.A. 19,00 % 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 Mínimo Normal MáximoCanales revestidos o desarmables 1 Metal 1.1 Superficie lisa de acero 1.1.1 Sin pintar 0,011 0,012 0,014 1.2.1 Pintada 0,012 0,013 0,017 1.2 Corrugado 0,021 0,025 0,0302 No metal 2.1 Cemento 2.1.1 Superficie pulida 0,010 0,011 0,013 2.1.2 Mortero 0,011 0,013 0,015 2.2 Madera 2.2.1 Cepillada, sin tratar 0,010 0,012 0,014 2.2.2 Cepillada, creosotada 0,011 0,012 0,015 2.2.3 Sin cepillar 0,011 0,013 0,015 2.2.4 Laminas con listones 0,012 0,015 0,018 2.2.5 Forrada con papel impermeabilizante 0,010 0,014 0,017 2.3 Hormigón 2.3.1 Terminado con llana metálica (palustre) 0,011 0,013 0,015 2.3.2 Terminado con llana de madera 0,013 0,015 0,016 2.3.3 Pulido, con gravas en el fondo 0,015 0,017 0,020 2.3.4 Sin Pulir 0,014 0,017 0,020 2.3.5 Lanzado, sección buena 0,016 0,019 0,023 2.3.6 Lanzado, sección ondulada 0,018 0,022 0,025 2.3.7 Sobre roca bien excavada 0,017 0,020 2.3.8 Sobre roca regularmente excavada 0,022 0,027 2.4 Fondo de concreto terminado con llana de madera y con lados de 2.4.1 Piedra labrada, en mortero 0,015 0,017 0,020 2.4.2 Piedra sin seleccionar, sobre mortero 0,017 0,020 0,024 2.4.3 Mampostería de piedra cementada, recubierta 0,016 0,020 0,024 2.4.4 Mampostería de piedra cementada 0,020 0,025 0,030 2.4.5 Piedra suelta o rip rap 0,020 0,030 0,035 2.5 Fondo de gravas con lados de 2.5.1 Concreto encofrado 0,017 0,020 0,025 2.5.2 Piedra sin seleccionar, sobre mortero 0,020 0,023 0,026 2.5.3 Piedra suelta o rip rap 0,023 0,033 0,036 2.6 Ladrillo 2.6.1 Barnizado o lacado 0,011 0,013 0,015 2.6.2 En mortero de cemento 0,012 0,015 0,018 2.7 Mampostería 2.7.1 Piedra partida cementada 0,017 0,025 0,030 2.7.2 Piedra suelta 0,023 0,032 0,035
138
2.8 Bloques de piedras labrados 0,013 0,015 0,017 2.9 Asfalto 2.9.1 Liso 0,013 0,013 2.9.2 Rugoso 0,016 0,016 2.10 Revestimiento vegetal 0,030 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
FC2 Recto 1 Pocas curvas 0,95 Medio sinuoso 0,87 Muy sinuoso 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 P. Nom. (w) P. Nom. (w) Factor Dem. Ind. P. Útil
Piscicultura 23 Ampolletas 100 2300 1 Televisor 80 80 1 Radio 15 15 1 PC 40 40 1 Motobomba 2200 2200 1 Motobomba 3000 3000 1 Motobomba 4000 4000 11635 100,00% 11635
Casa Nº1 50 Ampolletas 100 5000 1 Enceradora 400 400 2 Freezer 160 320 1 Lavadora 2700 2700 1 Centrifuga 800 800 1 Aspiradora 1500 1500 1 Microondas 1000 1000 1 Hervidor de agua 1800 1800 2 Televisor 80 160 1 VHS 15 15 1 Equipo música 60 60 1 Plancha 1500 1500 15255 14,00% 2136
Casa Nº 2 1 Aspiradora 1200 1200 25 Ampolletas 100 2500 1 Lavadora 2700 2700 1 Microondas 1000 1000 1 Horno eléctrico 1300 1300 1 Lava vajilla 2400 2400 1 Freezer 160 160 1 Refrigerador 90 90 1 Amasadora de pan 500 500 1 Hervidor de agua 2000 2000 1 Televisor 1 95 95 1 DVD 15 15 1 VHS 15 15 1 Equipo música 15 15 1 Televisor 2 155 155 1 Plancha 1500 1500 15645 10,00% 1565
Casa Trabajador Nº 1 6 Ampolletas 100 600 1 Calentador eléctrico 1500 1500 1 Televisor 80 80
145
1 Equipo de música 20 20 1 Lavadora 2200 2200 1 Plancha 1500 1500 1 Refrigerador 90 90 5990 9,00% 539
Casa Trabajador Nº 2 6 Ampolletas 100 600 1 Televisor 90 90 1 Equipo de música 80 80 1 Refrigerador 90 90 1 Plancha 1500 1500 1 Lavadora 2200 2200 4560 9,00% 410
Cabaña Nº 1 8 Ampolletas 100 800 1 Hervidor eléctrico 1800 1800 2600 3,00% 78
Cabaña Nº 2 9 Ampolletas 100 900 900 2,00% 18
Quincho 8 Ampolletas 100 800 1 Microondas 1000 1000 1 Hervidor eléctrico 2000 2000 1 Refrigerador 90 90 3890 1,00% 39
Garage 1 Separadora de grano 2000 2000 1 Ampolleta 100 100 2100 10,00% 210
Baños 4 Ampolletas 100 400 400 1,00% 4
Sala partera 1 Ampolleta 100 100 100 3,00% 3
Potencia instalada 63075 Potencia Útil 16637
146
Anexo 4
Tablas para determinar el caudal y el coeficiente de vertedero
Medición del Caudal Fecha Mes
De Enero Febrero Marzo Medición a H a h a h
1 0,85 33 0,85 33 2 0,85 33 0,85 32,5 3 0,85 33 0,85 33 4 0,85 33 0,85 33 5 0,85 32,5 0,85 32,5 6 0,85 32,5 0,85 32,5 7 0,85 33 0,85 33 8 0,85 33 0,85 34 9 0,85 33 0,85 34,5 10 0,85 32,5 0,85 34,5 11 0,85 32,5 0,85 35 12 0,85 33 0,85 35,5 13 0,85 33 0,85 35,5 14 0,85 32,5 0,85 35,5 15 0,85 32,5 0,85 36 16 0,85 32,5 0,85 36,5 17 0,85 32,5 0,85 36 18 0,85 32 0,85 36,5 19 0,85 32 0,85 37,5 20 0,85 32 0,85 38,5 21 0,85 32 0,85 39 22 0,85 32,5 0,85 38,5 23 0,85 32 0,85 38 24 0,85 33 0,85 32,5 0,85 39 25 0,85 32,5 0,85 32,5 0,85 39,5 26 0,85 32,5 0,85 33 0,85 39,5 27 0,85 33 0,85 32,5 0,85 40 28 0,85 32 0,85 33 0,85 40,5 29 0,85 32,5 0,85 33 0,85 39,5 30 0,85 33 0,85 39 31 0,85 33 0,85 39
Promedio mensual 32,69 32,62 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) 0,01-0,05Entrada 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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