Hidroeléctricas del Ecuador

6 de julio del 2017

Centrales Hidroeléctricas del Ecuador Mecánica de Fluidos II

Integrantes: Daniel Villamar Gómez Jackeline Calderón Martínez Profesor: Ing. Gonzalo Zabala Ortíz, M.S.M.E. I TÉRMINO 2017-2018

Tabla de contenido Introducción.................................................................................................................. 1 Coca Codo Sinclair ........................................................................................................... 1 Coca Codo Sinclair ....................................................................................................... 1 Manduriacu ................................................................................................................... 2 Hidroagoyán ..................................................................................................................... 2 Agoyán.......................................................................................................................... 2 San Francisco................................................................................................................ 3 Pucará-Pisayambo ........................................................................................................ 3 Hidropaute ........................................................................................................................ 4 Molino .......................................................................................................................... 4 Mazar ............................................................................................................................ 4 Sopladora ...................................................................................................................... 5 Hidronación ...................................................................................................................... 5 Marcel Laniado De Wind ............................................................................................. 5 Hidrotoapi ......................................................................................................................... 6 Toachi Pilatón ............................................................................................................... 6 Cálculos Representativos.................................................................................................. 6 Turbina Francis ............................................................................................................. 7 Turbina Pelton .............................................................................................................. 8 Conclusiones..................................................................................................................... 9 Referencias ....................................................................................................................... 9

i

Centrales Hidroeléctricas del Ecuador Introducción Ecuador goza de una gran riqueza de recursos hídricos para la generación eléctrica. Por la presencia de la cordillera de los Andes, las cuencas hidrográficas del territorio continental ecuatoriano pertenecen a una de las siguientes redes fluviales: • •

Vertiente del pacífico. Vertiente del Amazonas.

La conservación, el manejo adecuado y sustentable del agua es particularmente importante en el país, pues las desigualdades de riqueza potencial entre diferentes cuencas y entre los diferentes actores sociales están estrechamente vinculadas al acceso al agua; adicionalmente, el 80% de la energía eléctrica en el Ecuador es de origen hidráulico. En la república del Ecuador se cuenta con varias empresas públicas que controlan la generación de electricidad mediante el aprovechamiento de los recursos hídricos. Entre estos tenemos a las siguientes: • • • • •

Coca Codo Sinclair. Hidroagoyán. Hidropaute. Hidronación. Hidrotoapi.

COCA CODO SINCLAIR Coca Codo Sinclair Ubicación Geográfica

1 231.10 msnm

Provincia: Napo y Sucumbíos

Cota de agua mínimo

Cantón: Gonzalo Pizarro y El Chaco

600.5 msnm

Coordenadas UTM

Longitud total de tubería de ingreso a la casa de máquinas

Latitud: 0°08'16.2"S Longitud: 77°26'47.5"W

Ríos que desembocan Río Coca

Capacidad nominal 0.812 Hm3

Capacidad útil 0.53 Hm

3

Cota de agua máximo

1469 m

Material de tubería de ingreso a la casa de máquinas Hormigón y revestimiento de acero (último tramo de 400 m de longitud)

Diámetro total de tubería de ingreso a la casa de máquinas 5.8 m

Potencia Instalada 1

1 500 MW

Número Caudal Nominal Potencia Nominal Salto Nominal

Tipo de Turbina Tipo

Pelton

8 222 m3/s 187.5 MW c/u 620 m

Manduriacu Ubicación Geográfica


Provincia: Pichincha.

620 m

Cantón: Quito.

Coordenadas UTM

Material de tubería de ingreso a la casa de máquinas

Latitud: 0°12'50.76"N

Acero

Longitud:78°54'45.59"O

Ríos que desembocan

Diámetro total de tubería de ingreso a la casa de máquinas

Río Guayllabamba

4.5 m

Capacidad nominal

Potencia Instalada

10.3 Hm3

65 MW


Tipo de Turbina

492 msnm

Tipo Número Caudal Nominal Potencia Nominal Salto Nominal

Cota de agua mínimo 489 msnm

Kaplan 2 168.9 m3/s 32.5 MW c/u 33.7 m

HIDROAGOYÁN Agoyán Ubicación Geográfica

Capacidad nominal

Provincia: Tungurahua

1.85 Hm3

Ciudad: Baños de Agua Santa

Capacidad útil

Coordenadas UTM

0.76 Hm3

Latitud: 1º23’50.79’’S


Longitud: 78º22’55.72’’O

1651 msnm


Cota de agua mínimo

Río Pastaza, Río Chambe y Río Patate

1645 msnm 2

Longitud total de tubería de ingreso a la casa de máquinas 121.90 m (pendiente 90º)

Diámetro total de tubería de ingreso a la casa de máquinas Varía ente los 6 m en la parte superior mientras que en la parte inferior es de 4.5 m.

Potencia Instalada 156 MW

Tipo de Turbina Tipo Número Caudal Nominal Potencia Nominal Salto Nominal

Francis eje vertical 2 60 m3/s 78 MW 1490 msnm

San Francisco Ubicación Geográfica Provincia: Tungurahua Ciudad: Baños de Agua Santa

Coordenadas UTM

Material de tubería de ingreso a la casa de máquinas Revestidos de acero ASTM A537 (126.88m) y hormigón (192.6m)


Diámetro total de tubería de ingreso a la casa de máquinas

Longitud: 78º 16’16.32’’O

Inicial de 5.7 m y final de 3.0 m


Potencia Instalada

Río Blanco, Río Verde, Río Machay y Río Pastaza

230 MW

Longitud total de tubería de ingreso a la casa de máquinas 319.498 m

Tipo de Turbina Tipo Número Caudal Nominal Salto Nominal Potencia Nominal

Francis eje vertical 2 58m3 /s 213.4m 115MW

Pucará-Pisayambo Ubicación Geográfica Provincia: Cotopaxi y Tungurahua

Río El Roncador, Río El Milín, Río El Tambo, Río Talatag, Río Quillopaccha y Río Agualongopungo

Cantón: Salcedo y Yanayacu

Cota de agua máxima

Coordenadas UTM

3565 msnm

Latitud: 1° 4'47.08"S

Cota de agua mínima

Longitud: 78°27'17.87"O

3541 msnm


Potencia Instalada 73 MW 3

Tipo de Turbina Tipo

Pelton de eje vertical

Caudal Nominal Potencia Nominal

9.3 m3/s 36.5 MW

HIDROPAUTE Molino Ubicación Geográfica Provincias: Azuay, Cañar y Morona Santiago

Coordenadas UTM Latitud: 2°34'31.81"S Longitud: 78°30'35.75"O

Ríos que desembocan Río Paute

Capacidad nominal 120 Hm3

Capacidad útil 120 Hm3

Cota de agua máximo 1991 msnm


Longitud total de tubería de ingreso a la casa de máquinas 190 m

Material de tubería de ingreso a la casa de máquinas Revestimiento de hormigón lanzado y pernos de anclaje

Diámetro total de tubería de ingreso a la casa de máquinas Sección tipo herradura de 7m de ancho y 7.5m de altura


Tipo de Turbina Tipo Número Caudal Nominal Salto Nominal Potencia Nominal Velocidad Nominal

Pelton eje horizontal 5 88.2 lt /s 657 m 116 MW 1800 rpm

Mazar Ubicación Geográfica

410 Hm3

Provincias: Azuay, Cañar y Morona Santiago

Capacidad útil


Ríos que desembocan Río Pindiling y Río Mazar

Capacidad nominal

309 Hm3

Cota de agua máximo 2153 msnm


Longitud total de tubería de ingreso a la casa de máquinas 4

25 m

Potencia Instalada


170 MW

Pozo vertical, con revestimiento de hormigón y parcialmente blindado

Diámetro de tubería 6.10m

Tipo de Turbina Tipo Número Caudal Nominal Potencia Nominal Velocidad Nominal

Francis eje vertical 2 67 m3 /s 116 MW 257.14 rpm

Sopladora Ubicación Geográfica

394 Hm3

Provincia: Azuay y Morona Santiago


Cantones: Sevilla de Oro y Santiago de Méndez.

Coordenadas UTM

338 m


Latitud: 2°36'18.44"S Longitud: 78°27'1.96"O

Pozo vertical, con revestimiento de hormigón y parcialmente blindado


Tipo de Turbina

Río Paute

Tipo Número Caudal Nominal Salto Nominal Potencia Nominal Velocidad Nominal


Capacidad nominal

Francis 3 50 m3 /s 359 m 163.28 MW 360 rpm

HIDRONACIÓN Marcel Laniado de Wind Ubicación Geográfica

Río Daule

Provincia: Guayas

Capacidad nominal

Ciudad: El Empalme

6.000 Hm3

Coordenadas UTM

Capacidad útil


3.800 Hm3

Longitud: 79º44’54.79’’O

Cotas de agua máximo


85 m 5

Cotas de agua mínimo

Hormigón y parcialmente blindado

70m

Potencia Instalada


213 MW

550 m

Diámetro total de tubería de ingreso a la casa de máquinas 5m

Tipo de Turbina Tipo Número Caudal Nominal Potencia Nominal Velocidad Nominal

Francis 3 580 m3 /s 71 MW 163.64 rpm

Material total de tubería de ingreso a la casa de máquinas

HIDROTOAPI Toachi Pilatón Ubicación Geográfica Provincia: Pichincha, Santo Domingo de los Tsáchilas y Cotopaxi


Longitud total de tubería de ingreso a la casa de máquinas 306 m

Diámetro total de tubería de ingreso a la casa de máquinas 4.70 m


Material total de tubería de ingreso a la casa de máquinas

Río Toachi y Río Pilatón

Acero con recubrimiento de hormigón

Capacidad nominal

Potencia Instalada

8.5 Hm3

254.4 MW

Capacidad útil

Tipo de Turbina

2.0 Hm3

Cotas de agua máximo 970 msnm

Cotas de agua mínimo

Tipo Número Salto Nominal Caudal Nominal Potencia Nominal Velocidad Nominal

Francis 3 45.08 m 33.33 m3/s 68 MW 360 rpm

965 msnm

Cálculos representativos Para los siguientes cálculos partiremos con las siguientes suposiciones: •

La entrada y la descarga de la central se encuentran abiertas a la atmósfera. 6

•

• •

•

• •

Despreciamos las pérdidas menores producidas por cambios de dirección en la tubería. El caudal se mantiene constante en régimen estacionario. El régimen del flujo es turbulento, por lo que los factores de corrección de la velocidad son 1. A la entrada, el nivel del agua se mantiene constante por lo que tiene velocidad cero. Consideramos que se trabaja con agua a una temperatura de 20°C. La aceleración de la gravedad no presenta variación y la tomamos como

9.81 m/s

Para tener el valor de la potencia entregada, primero debemos calcular la potencia hidráulica que entrega el fluido a la turbina, se obtiene mediante:

 = De donde:

    =    =   () 2 Para calcular el valor de la velocidad, trabajamos con el valor del caudal:

 16    =   Y de este modo tenemos una expresión para calcular el cabezal:

    =   8()  Turbina Francis Considerando las condiciones de la central Agoyan, tenemos que para el cálculo de las pérdidas debemos obtener la velocidad:

/s  60 m  =  =  5.75 m =2.31 m/s 4 Para obtener el valor del factor de fricción, tenemos:

m/s5.75 m =1.3×10  =  = 2.31 1.02×10− m/s Considerando una rugosidad absoluta del hormigón de 1.65 mm

 = 0.00165 m =0.00029  5.75 m Con la ecuación de Colebrook, obtenemos el factor de fricción y las pérdidas: 7

/s  121.9 m 60 m  = 0.015 →  = 80.015×( 5.75 m )× 9.81 m/s5.75 m = 0.09 m Entonces la potencia hidráulica será:

 = 998 kg/m9.81 m/s60 m/s121.9  0.09 m = 71.6 MW Entonces, considerando una eficiencia de esta turbina dl 95%, tenemos que la potencia mecánica será:

 =   =0.9571.6 MW  = 68 MW Turbina Pelton Considerando las condiciones de la central Molino, tenemos que para el cálculo de las pérdidas debemos obtener la velocidad:

/s  0.088 m  =  =  7 m = 0.0023 m/s 4 Para obtener el valor del factor de fricción, tenemos:

m/s7 m =1.57×10  =  = 0.0023 1.02×10− m/s Considerando una rugosidad absoluta del hormigón de 1.65 mm

 = 0.00165 m =0.00024  7m Con la ecuación de Colebrook, obtenemos el factor de fricción y las pérdidas:

/s  190 m 0.088 m  = 0.018 →  = 80.018×( 7 m )× 9.81 m/s7 m = 0 m Entonces la potencia hidráulica será:

 = 998 kg/m9.81 m/s0.088 m/s667 = 574 kW Entonces, considerando una eficiencia de esta turbina del 90%, tenemos que la potencia mecánica será:

 =   =0.90574 kW  = 516 kW

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Conclusiones La política actual del gobierno nacional referente a la productividad en la república habla de un cambio en la mentalidad de los ecuatorianos, el aprovechamiento del factor agua para la generación eléctrica apunta con dirección al objetivo de esta normativa. Este proyecto contribuyó para conocer los detalles técnicos que existe abarcan las hidroeléctricas más importantes del país. Las centrales hidroeléctricas generan una energía limpia y renovable. Esta investigación también aportó para conocer la utilidad de las diferentes turbinas ya que cambian dependiendo del caudal y del cabezal de la central.

Referencias CELEC EP - UNIDAD DE NEGOCIO HIDROAGOYÁN. (2016). INFORMACIÓN TÉCNICA SAN FRANCISCO . Obtenido de https://www.celec.gob.ec/hidroagoyan/index.php/15-centrales/sanfrancisco/49informaciontecnica-sanfrancisco CELEC EP - UNIDAD DE NEGOCIO HIDROAGOYÁN. (2016). INFORMACIÓN TÉCNICA AGOYÁN . Obtenido de https://www.celec.gob.ec/hidroagoyan/index.php/13-centrales/agoyan/42informaciontecnica-agoyan CELEC EP - UNIDAD DE NEGOCIO HIDROAGOYÁN. (2016). INFORMACIÓN TÉCNICA PUCARÁ . Obtenido de https://www.celec.gob.ec/hidroagoyan/index.php/14-centrales/pucara/45informaciontecnica-pucara ASTEC ASESORÍA TÉCNICA CÍA. LTDA. (2016). PROYECTO HIDROELÉCTRICO AGOYÁN. Obtenido de http://astec.com.ec/proyecto_hidroelectrico_agoyan.php MINISTERIO DE ELECTRICIDAD Y ENERGÍA RENOVABLE. (2016). MANDURIACU PROYECTOS DE GENERACIÓN. Obtenido de http://www.energia.gob.ec/manduriacu/ MINISTERIO DE ELECTRICIDAD Y ENERGÍA RENOVABLE. (2016). MAZAR DUDAS PROYECTOS DE GENERACIÓN. Obtenido de http://www.energia.gob.ec/mazar-dudas/ CELEC EP – HIDROELÉCTRICA MARCEL LANIADO DE WIND. (2016). INFORMACIÓN TÉCNICA HIDROELÉCTRICA MARCEL LANIADO DE WIND . Obtenido de https://www.celec.gob.ec/hidronacion/.../CELEC_EP_ _HNA__05_02_2015_v1.pdf

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