DISEÑO DE UNA MINICENTRAL DE ENERGIA HIDROELECTRICA_ARTICULO

7/31/2019 DISEO DE UNA MINICENTRAL DE ENERGIA HIDROELECTRICA_ARTICULO

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANASFILIAL ABANCAY

facultad de ingeniera y arquitecturaCarrera profesional de ingeniera ambiental

Diseo de una mini central de energa hidroelctrica en la planta de tratamiento de aguas

residuales de la ciudad de Abancay-Apurmac.

Docente: Arq. CONCHA FLORES, Adolfo Gustavo

Alumnos: GUILLEN JUREZ, Fanny Domitila. AGUILAR ROBLES, Wilde. ROJAS GALVAN, Jess.


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DISEO DE UNA MINICENTRAL DE ENERGA HIDROELCTRICA EN LA PLANTA

DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ENLA CIUDAD DE ABANCAY

DESIGN OF A MINICENTRAL OF HYDROELECTRIC ENERGY IN THE PLANT OFRESIDUAL WATER PROCESSING IN THE CITY OF ABANCAY"

RESUMEN.

La implantacin de minicentrales hidroelctricas est experimentando un considerable impulso enlos ltimos aos. En los pases desarrollados las minicentrales permiten obtener energa en aquellaslocalizaciones donde una gran central no sera viable adems de minimizar el impacto ambientalque produce la obra civil (presa, edif icio de la central). En los pases en vas de desarrollo lasminicentrales permiten la electrificacin de zonas rurales alejadas de los grandes ncleos depoblacin proporcionando un empuje decisivo para su crecimiento socioeconmico.

Adems de buscar nuevas fuentes de energa tambin hay que optimizar el uso de los recursosdisponibles, es por esto que al disear una mini central de energa elctrica para la PLANTA DETRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES se pretende optimizar la infraestructura de la plantaya que las condiciones fsicas nos permiten generar energa elctrica.

Por ltimo, cabe aadir, que todo el trabajo realizado se enmarca dentro de la fase de diseo y predimensionamiento de una mini central. Con ello se pretende facilitar un diseo de la planta quegarantice una respuesta adecuada en condiciones normales de operacin

Palabras clave: planta de tratamiento de aguas residuales , mini centrales.

SUMMARY.

The establishment of minicentrales hydroelectric is experiencing a considerable impulse in recent

years. In the countries developed the minicentrales permit to obtain energy in those locating where

a great head office would not be viable besides minimizing the environmental impact that produces

the civil work (prey, building of the head office). In the developing countries the minicentrales

permit the electrification of faraway rural zones of the large population centers providing a decisive


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push for its socioeconomic growth. Besides seeking new sources of energy also one must optimize

the use of the available resources, is for this that upon designing a mini electric power station for

the PLANT OF RESIDUAL WATER PROCESSING intends to optimize the infrastructure of the

plant since the physical conditions permit us to generate electric power.

Finally, it fits to add, that all the work carried out is framed inside the phase of design and pre

dimensionamiento of a central mini. With it intends to facilitate a design of the plant that guarantee

an adequate answer in normal conditions of operation

Keywords: plant of residual water processing, central mini.

I. INTRODUCCION.

La energa elctrica tiene una alta incidencia en las actividades diarias de los seres humanos debidoa algunas ventajas tales como:

Facilidad de empleo. Las reducidas emisiones que produce su consumo

La facilidad de transporte a grandes distancias. Que se puede obtener a partir de varias fuentes de energa primaria Energa renovable dependiendo de la energa primaria que se utilice para generarla

Es por estas ventajas que la energa elctrica se ha convertido en indispensable para el desarrollo delas actividades diarias de los seres humanos ya que sin energa elctrica no tendramos laposibilidad de desarrollar actividades como: trabajo, comunicacin, transporte etc.

Como una consecuencia a la alta dependencia de la energa elctrica para los seres humanos hay

una constante bsqueda de nuevas fuentes de energa primaria para convertirla en energa elctrica,en la actualidad la bsqueda de fuentes de energa primaria est tomando nuevas variables ycondiciones fundamentales para considerar estas fuentes como viables, unos de los aspectosimportantes es la sustentabilidad de las fuentes es decir el impacto ambiental y la durabilidad de lafuente de energa, tomando en consideracin estos aspectos se ha determinado la posibilidad de


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pequeos diseo y construccin de generacin elctrica en base a energas primarias renovablesque se encuentran en la naturaleza.

II. ANTECEDENTES E IMPORTANCIA.

En la actualidad el uso de energa obtenida a base de la combustin de hidrocarburos est generandograndes problemas al medio ambiente debido a las emisiones de gases de efecto invernadero, y losefectos que esto genera en el clima, es por esto de la necesidad de buscar y reemplazar la energabasada en la combustin de hidrocarburos por energas renovables que sean amigables con elmedioambiente una de las alternativas que tenemos es la energa elctrica obtenida a partir de laenerga cintica del agua comnmente conocida como energa hidroelctrica.

Adems de buscar nuevas fuentes de energa tambin hay que optimizar el uso de los recursosdisponibles, es por esto que al disear una mini central de energa elctrica para la planta detratamiento de aguas residuales se pretende optimizar la infraestructura de la planta ya que lascondiciones fsicas nos permiten generar energa elctrica.

La mini central tendr como objetivo generar parte de la energa utilizada para el funcionamiento dela planta as como del aprovechamiento de la infraestructura instalada en la planta.

Una de las ventajas que presenta la planta de tratamiento de aguas residuales es que gran parte de lainfraestructura con la que cuenta la planta es la misma que se necesita para la implementacin deuna mini central lo cual reducira los costos y aumenta la factibilidad del proyecto.

III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

En poca de estiaje en nuestro pas se generan graves inconvenientes por la falta de energa elctricaes cuando se recurre a la generacin de energa, principalmente hidrocarburos como fuente deenerga primaria, para evitar el uso de energa elctrica a partir de los hidrocarburos se estplanteando un sin nmero de proyectos para la implementacin de mini centrales a lo largo de lageografa proyectos al realizar este proyecto de tesis pretendemos demostrar que si reutilizamos lasinstalaciones de tratamiento de agua es posible viabilizar los proyectos de mini centrales debido a lareduccin de costos por la construccin.

IV. JUSTIFICACIN Y APLICACIN.

Las fuentes de energa no renovables y la mala utilizacin de la energa, est generando cambiosclimticos y degenerando el medio ambiente, por eso es necesario buscar fuentes de energa


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renovables como la energa hidroelctrica ya que es un recurso sumamente abundante en nuestropas.

Partiendo de que toda actividad que realizan los seres humanos tenemos, que la generacinhidroelctrica genera impactos en el medio ambiente ya conocidos, el uso del agua para lasactividades diarias de los seres humanos tambin generan contaminacin en el agua, para eltratamiento de esta agua se estaba construyen una planta de tratamiento en la ciudad de Abancay,la misma que es transportada por una red de interceptores y ductos hacia la planta ubicada en elsector de Illanlla.

Este caudal de agua que se quiere aprovechar para generar energa hidroelctrica ya que la mayorparte de la infraestructura que se tiene en la planta es la que se necesita para la instalacin de minicentrales hidroelctricas.

Las mini centrales como toda actividad generan un impacto el medio ambiente, pero en este caso lamini central ser instalada en un ecosistema que ya est modificado y se aprovechara la energa queeste puede producir.

V. METODOS Y MATERIALES.

La presente investigacin se llev a cabo con trabajo a pequea escala y de una minicentraleshidroelctrica construida de manera que se asemeje a dicha mini central hidroelctrica , utilizandouna turbina pelton construida con materiales de rehus .

En el diseo de mini centrales hidroelctricas uno de los aspectos de anlisis son las condicionesfsicas del lugar en donde se quiere implementar la mini central, ya que de estas dependern lapotencia y la confiabilidad del servicio que se pueda generar, uno de los inconvenientes que se haencontrado en la implementacin de mini centrales de generacin es el aspecto econmico ya quecomo sabemos el costo de inversin inicial en los proyectos hidroelctricos es bastante alto pero alargo plazo son los ms rentables adems del financiamiento el tiempo de construccin y puesta enmarcha es una de las dificultades que este tipo de proyectos ha encontrado en el camino.

5.1. Criterios tericos para el diseo de una mini central

5.1.1. Alturas de salto neto

Es la distancia vertical medida entre la lmina de agua de la toma de agua y la del canal dedescarga, de acuerdo con esto y a las caractersticas de cada turbina se ha obtenido la siguientetabla:


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TIPO DE TURBINA HORQUILLAS DE SALTO EN METROSKaplan y hlice 2


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si se conoce la diferencia de presin entres 2 puntos, se pueden determinar la diferencia de nivelesexistentes.

Cuando se dispone de un solo altmetro se realiza de la siguiente manera: Se aparta de un punto dealtura conocida, se lee la altura en el altmetro y se anota la hora en que se hizo la observacin y latemperatura que indica el termmetro. Luego se lleva el instrumento a los otros puntos cuya cota se

desea conocer y en cada uno de ellos se anota la altura, la hora y la temperatura; se regresainmediatamente al punto de partida y de nuevo se hace la lectura del tiempo y la temperatura.

Los cambios en las condiciones atmosfricas hacen que la altura leda inicialmente no concuerdecon la lectura del altmetro luego de tomar los otros puntos. Se supone que las condicionesatmosfricas varan gradualmente durante el lapso de tiempo comprendida entre la altura inicial y lafinal.

5.2.3. Mtodo del Profundmetro:

Es un mtodo sencillo que mide la presin de una columna de agua y toma su equivalente enmetros. Requiere de un tubo plstico en el cual se encuentra una columna de agua y al final del tubose coloca un profundmetro, que indica la presin ejercida por el agua en su equivalente en metros,de acuerdo con la siguiente expresin:

Ecuacin 5.2.3.1Calculo mtodo del profundimetro

Dnde:

P= Es la lectura de la presin en Kpa. H= Es la cada en metros.

5.3. Calculo del caudal El clculo de caudal de agua viene expresado por la ecuacin de continuidad:

Q=V*S

Ecuacin 5.3.2Ecuacin clculo del caudal

Donde es:

Q es el caudal (m3/s) V es la velocidad (m/s) S es la seccin de la tubera (m2)

Para que el fluido se traslade entre dos puntos dentro de una lnea de flujo, debe existir unadiferencia de energa entre los dos puntos, la diferencia de energa representan las perdidas porrozamiento en la lnea de flujo, el rozamiento no es una constante este depende de la estructura delmaterial del que est compuesto la lnea de flujo.

La rugosidad del conducto La viscosidad del fluido El rgimen de funcionamiento (rgimen laminar o rgimen turbulento) El caudal circulante, es decir de la velocidad


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El clculo de caudal se basa en la ecuacin de Bernoulli

Ecuacin 5.3.3Ecuacin de Bernoulli.

Dnde:

g : aceleracin de la gravedad p : densidad del fluido P : presin

Considerando el rozamiento, la ecuacin entre dos puntos 1 y 2 se expresa como

Ecuacin 5.3.4Ecuacin de BernoulliSimplificando:

Ecuacin 5.3.5Ecuacin de Bernoulli

Donde perdidas (1,2) es la perdida de energa que sufre el fluido por causa del rozamiento alcircular entre el punto 1 y 2. Si tomamos una distancia L del ducto de conduccin o canal o riotenemos que (perdidas (1,2)/L este valor representa la perdidas de altura por unidad de longitud de

conduccin este valor es la pendiente de la lnea de energa y se lo denomina J.5.6. Calculo hidrulico

Una vez conocidos los datos de caudal y altura procedemos al clculo de los componenteshidrulicos de la mini central, la tubera forzada y los componentes hidrulicos

5.6.1 Potencial Hidroelctrico Terico Bruto (P.H.T.B.).

El potencial hidroelctrico bruto o potencia terica es la potencia estimada que podemos obtener delas condiciones fsicas de nuestro emplazamiento para la mini central este potencial se lo obtiene apartir de la formula.

Figura 5.6.1Esquema de energa potencial del aguaFuente: Autores

Presin:


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P=d*g*H

Ecuacin 5.6.1Ecuacin del clculo de la presin

Dnde:

d es la densidad del agua (1000Kg/m3) g es la aceleracin de la gravedad en 9.8 m/s2 H es la cada en metros

Potencia:

P=F*V

Dnde:

F : fuerza v : velocidad

Fuerza:

P=d*g*H*S*V

Como el caudal es:

Q=V*S

Entonces tenemos

P=d*g*H*Q

Reemplazando los valores

Simplificando

Multiplicando los valores por un factor de rendimiento

Ecuacin 5.6Calculo de la potencia terica de una central hidroelctrica

Dnde:

P : potencia en KW de la mini central 9,8:peso especfico del agua. Q: caudal de agua que tenemos m3/seg. H : altura del salto geodsico en m KW: rendimiento estimado de los equipos (turbina generador)


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Esta frmula es la misma utilizada para el clculo del PHB de las grandes centrales de generacinhidroelctrica.

5.7. Calculo para los componentes de turbinas Pelton:

Para el clculo de los componentes de una turbina tipo pelton procedemos en primer lugar hacer

referencia al diagrama que muestra la relacin entre la potencia y la altura de la mini central:

Figura 5.7Curva caracterstica turbina pelton.

Figura 5.7Diagrama de cuchara turbina pelton.

De estos grficos sacamos la siguiente tabla que describe el clculo que se debe seguir para calcularlos componentes de una mini central.


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Tabla 5.7.1Formulas para el clculo de las dimensiones de rodete turbina pelton.

5.8Caractersticas generales de la planta.

La planta de tratamiento de aguas residuales, est constituida por una estructura de tratamientopreliminar y dos mdulos de tratamiento independientes, el rea de tratamiento preliminar estcompuesta por:

Interceptores. Cajn de llegada. Cribas auto limpiante. Desarenadores.


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Y dos mdulos de tratamiento independientes compuestos por:

Lagunas aireadas. Lagunas facultativas. Lagunas de maduracin.

VI. CONCLUSIONES Y RESULTADOS.6.1 CONCLUSIONES:

Los pequeos proyectos hidroelctricos son una alternativa para el desarrollo de lapoblacin en reas rurales, nuestro proyecto busca incentivar la utilizacin de lainfraestructura existente, construida en reas urbanas para la instalacin de pequeosproyectos hidroelctricos, con la intencin de reutilizar la infraestructura reduciendo as loscostos y ampliando la probabilidad que los proyectos lleguen a su ejecucin.

El proyecto de diseo de la mini central en las instalaciones de la planta de tratamiento deaguas residuales en illanlla de la ciudad de Abancay es factible, gracias a la reutilizacin dela infraestructura existente dentro de la planta.

Cajn de llegada Compuertas de admisin Cribas auto limpiantes Desarenadores Lagunas Vertederos Tuberas Sistema de comunicacin Sistemas elctricos Trasformadores

6.2 RESULTADOS:

De acuerdo al anlisis de rentabilidad econmica nuestro proyecto es rentable a largo plazo,pero cabe recalcar los beneficios a obtener inmediatamente:

Se contara con un sistema de autogeneracin para el consumo interno de la planta (el 10%del consumo total de la planta)

Al aprovechar la infraestructura existente minimizamos el impacto generado ya que elecosistema que utilizamos es un ecosistema ya modificado.

Para la ejecucin del proyecto tenemos que realizar la modificacin en el sistema elctricoexistente en la planta, esta modificacin mejorara el sistema elctrico ya que le dar mayorconfiabilidad.

La potencia terica calculada de la mini central podra abastecer la demanda para elfuncionamiento de la planta de lodos y el sistema de iluminacin de las lagunas. Yaqu estesistema necesita 105 Kw de carga diversificada para su funcionamiento, y las mini centralesestaran en capacidad de generar 145 KW, con los caudales mnimo de ingreso de losltimos diez aos.

Con la generacin de energa elctrica mejoramos la eficiencia y potenciamos los objetivosde la planta que es la proteccin del medio ambiente ya que se tendr una fuente de energarenovable con un recurso renovable. De acuerdo con el anlisis estadstico de los caudalespromedio de ingreso a la planta podemos obtener la siguiente tabla de proyeccin deenerga generada


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VII. BIBLIOGRAFA Y REFERENCIAS.

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