Estudio de Factibilidad Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliacion de la pequeña central hidroeléctrica Hercca
TEMA: “Central Hidroeléctrica Hercca”
UBICACIÓN: CUSCO
AUTORES:
Abarca Chavarry, Luis Gutiérrez Gutiérrez, Mario Macha Huacho, Andoni Montenegro Coronel, Hernando Oseda Rengifo, Jose Luis Vilca Chumpisuca, Miriam Ashly
DOCENTE: Ing. Romero Delgado, Delgado, Eusebio Rolando; CIP 73222
Lima – Perú 2017-II
RESUMEN EJECUTIVO ASPECTOS GENERALES ................................................................................................................. .................................................................................................................1 1 Introducción ...................................................................... ............................................................................................................................. ....................................................... 2 Antecedentes – Situación Actual del Área del Proyecto ...................................................... 3 Accesibilidad. ............................................................. ................................................................................................................................ ...................................................................4 4 Problemática a Solucionar ........................................................... ........................................................................................................ ............................................. 5 Información sobre los Beneficiarios ............................................................... ..................................................................................... ...................... 6 Objetivos ..................................................................... ............................................................................................................................ ....................................................... 6 Área de Influencia ........................................................ ................................................................................................................ ........................................................ 6 Metas del Proyecto
.................................................................................................. ................................................................. ................................. 6
Características Generales ................................................................... .................................................................................................... ................................. 6 Ubicación y Accesibilidad. ................................................................... .................................................................................................... ................................. 6 Características del Suelo ......................................................... ...................................................................................................... ............................................. 6 Topografía de la zona del Proyecto ................................................................... ...................................................................................... ................... 6 Agua ................................................................... ...................................................................................................................................... ................................................................... 6 Clima ................................................................... ..................................................................................................................................... .................................................................. 6 Fuente de Energía ........................................................ ................................................................................................................ ........................................................ 6 Infraestructura Existente que Podría ser ser Utilizada o Mejorada para el Proyecto. .............. 6 Justificación del Proyecto ................................................................... .................................................................................................... ................................. 6 CONCEPCIÓN DEL PROYECTO ............................................................. .............................................................................................. ................................. 6 Descripción del proyecto definitivo ............................................................... ..................................................................................... ...................... 6 Esquema, boceto o croquis del Proyecto P royecto ............................................................................. 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6
RESUMEN EJECUTIVO ASPECTOS GENERALES ................................................................................................................. .................................................................................................................1 1 Introducción ...................................................................... ............................................................................................................................. ....................................................... 2 Antecedentes – Situación Actual del Área del Proyecto ...................................................... 3 Accesibilidad. ............................................................. ................................................................................................................................ ...................................................................4 4 Problemática a Solucionar ........................................................... ........................................................................................................ ............................................. 5 Información sobre los Beneficiarios ............................................................... ..................................................................................... ...................... 6 Objetivos ..................................................................... ............................................................................................................................ ....................................................... 6 Área de Influencia ........................................................ ................................................................................................................ ........................................................ 6 Metas del Proyecto
.................................................................................................. ................................................................. ................................. 6
Características Generales ................................................................... .................................................................................................... ................................. 6 Ubicación y Accesibilidad. ................................................................... .................................................................................................... ................................. 6 Características del Suelo ......................................................... ...................................................................................................... ............................................. 6 Topografía de la zona del Proyecto ................................................................... ...................................................................................... ................... 6 Agua ................................................................... ...................................................................................................................................... ................................................................... 6 Clima ................................................................... ..................................................................................................................................... .................................................................. 6 Fuente de Energía ........................................................ ................................................................................................................ ........................................................ 6 Infraestructura Existente que Podría ser ser Utilizada o Mejorada para el Proyecto. .............. 6 Justificación del Proyecto ................................................................... .................................................................................................... ................................. 6 CONCEPCIÓN DEL PROYECTO ............................................................. .............................................................................................. ................................. 6 Descripción del proyecto definitivo ............................................................... ..................................................................................... ...................... 6 Esquema, boceto o croquis del Proyecto P royecto ............................................................................. 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6 Escribir el título del capítulo (nivel 3).................................................................................... 6
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca
1.
ASPECTOS GENERALES
1.1. Introducción
La Central Hidroelectrica Hercca (C.H. HERCA), se encuentra ubicado en provincia de Canchis y distrito de Sicuani, departamento de Cuzco, a una altura promedio de 3740 msnm en la zona media de la cuenca del río Hercca, afluente del río Vilcanota, al Este de la Cordillera de los Andes. El área del proyecto se encuentra entre la laguna Langui Layo y la población de Hercca sobre la margen derecha del río del mismo nombre. La Central aprovecha el recurso hídrico del río tributario Hercca, y una diferencia de cota de 92.5 m existe entre la toma y la casa de máquinas, para la generación de energía eléctrica. La Pequeña Central Hidroeléctrica Hercca es una instalación antigua cuya fecha de inicio de operación se remonta al año 1924 con la instalación del primer grupo de 400 kW abasteciendo energía para fines industriales así como abasteciendo a la ciudad de Sicuani. En 1936 se instaló un segundo grupo de 416 kW que en la actualidad se encuentra fuera de servicio. El comportamiento histórico de los caudales naturales del río Vilcanota, responde al comportamiento de toda una gran cuenca a la cual pertenece, siendo está sometida a los fenómenos naturales como el Fenómeno del Niño, cambios climáticos y al incremento de la población a lo largo de la cuenca quienes utilizan el agua para consumo humano y riego.
1.1.1. Antecedentes – Situación Situación Actual del Área del Proyecto La Empresa de Generación Machupicchu S.A. (EGEMSA) ha previsto implementar el proyecto de Repotenciación de la Pequeña Central Hidroeléctrica Hercca, con el objeto central de incrementar la generación de energía y obtener mayores beneficios económicos. EGEMSA, siendo una empresa estatal de derecho privado está incluida dentro del Sistema Nacional de Inversión Pública (SNIP) y como consecuencia de ello desde el año 2,000, ha venido desarrollando diferentes actividades desde el perfil hasta la factibilidad de esta repotenciación. 3
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca Con fecha 6 de Agosto del 2,004 y con documento Nº1040-2004-EF/98.0, la Oficina Multianual de Inversión Pública del Ministerio de Economía y Finanzas ha aprobado el proyecto de Factibilidad de la Repotenciación de la Pequeña Central Hercca con las siguientes características:
Caudal
3.8 m3/s
Potencia
4.01 MW
Inversión
4.651 Millones de Dólares sin IGV
La Gerencia de Desarrollo de EGEMSA antes de llevar a cabo la fase de inversión ha revisado el proyecto y coordinado con los actores involucrados del proyecto como son (propietarios de la captación, propietarios de la subestación elevadora y empresa concesionaria de transmisión eléctrica, REP), encontrándose en ellos dificultades con los actores externos para llevar a cabo el proyecto de repotenciación, siendo los siguientes:
Costo elevado de los terrenos de la captación, los propietarios de estos terrenos (central Maca) pidieron la suma de US$ 500,000.00.
Costo elevado de los terrenos para la instalación de la subestación, los propietarios de estos terrenos (comunidad Totorani) pidieron US$ 40.00 m2 - US$ 400,000.00
La empresa concesionaria de transmisión Eléctrica (REP). Con documento GO – 050 – 2004 Indica que la conexión de la pequeña Central Hercca debe ser en PI y no en
T como está el proyecto. Con fecha 22 de febrero del 2005, la Gerencia de Desarrollo de EGEMSA mediante la división de logística (proceso ADP-001-2005) han otorgado la Buena Pro de la Actualización del Estudio de Factibilidad de la l a Repotenciación de la Pequeña Central Hercca a la empresa Lahmeyer Agua y Energía S.A., para que esta empresa pueda analizar las implicancias económicas, rentabilidad y viabilidad de los l os cambios entre ellos con las siguientes premisas:
Que las instalaciones estén dentro de las propiedades de EGEMSA.
La ubicación de la captación (bocatoma), deberán estar ubicadas en terrenos de propiedad de EGEMSA (Actual ubicación)
De acuerdo al último estudio de aforos, realizado por el Ing. Carlos Loayza Shaffino se tiene un incremento de caudal en el río Hercca, el mismo que debe ser tomado en cuenta en el diseño para el mejor aprovechamiento del potencial hidráulico de la zona. 4
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca
Conexión en PI, tal como lo solicita la concesionaria de la transmisión eléctrica.
Con fecha 28 de Diciembre del 2004, se dio buena pro al Ing. Carlos Loayza Shaffino, para que realice los aforos y estudio del potencial hidráulico de la cuenca del río Hercca. El presente estudio toma en cuenta esta nueva información. A la fecha está en proceso de convocatoria, los estudios de afianzamiento de la Laguna Langui, esta va a servir para afianzar la necesidades de agua a la central Machupicchu favoreciendo indirectamente a la pequeña Central Hercca. En el presente estudio de Actualización por lo tanto se plantean alternativas de desarrollo del proyecto sobre el esquema actual de la central y utilizando la hidrología más reciente. Paralelamente se hace una evaluación del mercado eléctrico y los costos marginales de energía y potencia basados en información reciente. 1.1.2. Accesibilidad Existen varias rutas de acceso al área del proyecto. Una de ellas es la ruta Nazca-Abancay-Cuzco. Esta ruta, se inicia desde la Carretera Panamericana, aproximadamente a 460 km al sur de Lima, cerca de la ciudad de Nazca. Usa la carretera nacional Nº 26, que va en una dirección general Nor-Este vía Abancay, capital del departamento de Apurímac. Esta carretera, después de una distancia de 670 km, llega a la capital del departamento del Cuzco. Desde este lugar, la siguiente ruta va por la Carretera Nacional Nº 3 en dirección Sur-Este llegando a Sicuani después de una distancia de más de 140 km. A partir de Sicuani se sigue la carretera afirmada con dirección Sur – Sur Este Otra de las rutas es Mollendo-Arequipa-Sicuani que se inicia en el Océano Pacífico y sigue por la Carretera Nacional Nº 30, vía Arequipa en dirección Noreste. Después de aproximadamente 250 km pasando por Pati, continúa la Carretera Nacional Nº 21, en dirección norte, vía Imata y Ocoruro hasta Sicuani. La distancia total entre Mollendo y Sicuani es aproximadamente de 510 km. En Matarani, cerca de Mollendo, existen facilidades portuarias con suficiente capacidad para desembarcar equipos y maquinarias, necesarios para la construcción de la central hidroeléctrica. Entre Mollendo y Cuzco, también existe un servicio de tren que conecta a las principales ciudades de Arequipa, Cuzco y Puno. 5
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1.1.3. Problemática a solucionar Es la limitada generación Eléctrica en la PCH Hercca.
Causa Directa Equipamiento electromecánico muy antiguo y obsoleto. Obras Civiles antiguas y muy pequeñas. Aprovechamiento de los recursos hídricos
Causa Indirecta Ineficiente, uso de la regulación de la Laguna Langui.
1.1.4. Información sobre los beneficiarios El área de influencia del proyecto es el sistema interconectado nacional (SEIN) que abarca la mayor parte del territorio nacional, sin embargo dado la magnitud y objetivo del proyecto, los beneficiarios potenciales son los pobladores asentados en el área del desarrollo del proyecto. 1.1.5. Objetivos Este proyecto tiene como objetivo mejorar el aprovechamiento hídrico en la Pequeña Central Hidroeléctrica Hercca e instalar nuevo equipamiento de generación, favoreciendo los principios de operación del sistema eléctrico nacional en lo que se refiere a mejora de la confiabilidad, bajos costos de operación e incremento de consumo de energía eléctrica. 1.1.6. Área de Influencia El área de influencia del proyecto es el sistema interconectado nacional (SEIN) que abarca desde Tumbes hasta Tacna en la zona costera, en la sierra los departamentos de Cajamarca, Huánuco, Pasco, Junín, algunos sectores de Huancavelica, Ayacucho, Apurímac, Cusco y Puno. 1.1.7. Metas del Proyecto: La construcción de la Central Hidroeléctrica Hercca tiene como meta Contribuir a la sostenibilidad social, económica y ambiental mejorando la eficiencia de uso de los productos energéticos propiciando proyectos energéticos y promover el uso de energías renovables en la región
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1.2. CARACTERÍSTICAS GENERALES
1.2.1. Ubicación El área del proyecto se ubica a una altura promedio de 3740 msnm en la zona media de la cuenca del río Hercca, afluente del río Vilcanota, al Este de la Cordillera de los Andes. El área del proyecto se encuentra entre la laguna Langui Layo y la población de Hercca sobre la margen derecha del río del mismo nombre. La distancia entre la Capital del Perú, Lima, y el área del proyecto es de 1,400 km, aproximadamente (en Sicuani, capital de la provincia). El río Hercca, desde su naciente en la laguna Langui Layo, aproximadamente 300 km tierra adentro de la línea de costa del Océano Pacifico, fluye primero hacia el Noroeste y luego gira hacia el Noreste uniéndose con el río Vilcanota aguas arriba de la ciudad de Sicuani. Ambos ríos pertenecen al sistema de ríos del Amazonas cuyas aguas desembocan en el Océano Atlántico. El área del proyecto se ubica sobre la margen derecha del río Hercca , en la comunidad de Totorani, en la en la provincia de Canchis, departamento de Cusco.
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El área donde se desarrollarán las obras de la ampliación de la C.H. Hercca está localizada 5 km aguas arriba del caserío de Hercca. La bocatoma se ubica en la elevación 3778 aproximadamente, la casa de máquinas se ubica en la cota 3660 msnm aproximadamente.
1.2.2. Características del Suelo I.
Zona del río Hercca para Toma Calicata C-BO-1 (Trazo anterior, margen izquierda del río)
Entre los 0.00 m y 0.30 m se encontró un depósito de coluvio color beige con ligera humedad constituido por roca fragmentada de 2” y arena limosa.
Entre 0.30 m y 1.30 m se encuentra arena arcillosa (SC) color marrón oscuro, ligeramente húmeda, medianamente compacta, con presencia de gravas de 1” a 3”, subredondeadas a subangulares y bloques aislados de 20”. El material areno arcilloso
tiene LL=25.21%, LP=17.72%, IP=7.49%. El nivel freático se encontró a los 1.20 m. de profundidad. Calicata C-BO-2 (Trazo anterior, margen derecha del río) Entre 0.00 m y 0.80 m se encuentra grava pobremente gradada (GP) color gris a marrón oscuro, húmeda, medianamente compacta, intercalada con arena media pobremente gradada. La permeabilidad es media a alta, con valor de 1.6615 x 10 -3 cm/seg. Se encontró el nivel freático a los 0.60 m. de profundidad. II.
Zona de desarenador (Trazo anterior, margen derecha del río) Calicata C-DE-1
Entre los 0.00 m y 0.40 m se encontró un depósito deluvial constituido por suelo areno limoso y roca fragmentada. Entre 0.40 m y 1.40 m se encuentra roca de tipo arenisca, gris rojizo, medianamente fracturada a muy fracturada, medianamente alterada, de regular dureza. III.
Zona de Línea de Conducción Calicata C-CA-2 (actual proyecto)
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Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca Entre los 0.00 m y 0.20 m se encontró un depósito de suelo color beige con ligera humedad con restos de raíces. Entre 0.20 m y 1.50 m se encuentra limo (ML), color gris rojizo, ligeramente húmedo, medianamente compacta, LL=18.94%, LP=15.21%, IP=3.73%. El limo se encuentra alternado con roca fragmentada de tipo limolita muy alterada. No se encontró el nivel freático. Calicata C-CA-3 (actual proyecto) Entre los 0.00 m y 0.20 m se encontró un depósito de suelo color beige con ligera humedad con restos de raices. Entre 0.20 m y 1.50 m se encuentra arena limosa (SM), de color gris a marrón, ligeramente húmeda, medianamente densa, la roca fragmentada es de tamaño de 1”
hasta de 3”. El material tiene LL=19.74%, LP=15.00% y IP=4.74%. No se encontró el nivel freático. IV.
Zona de tubería forzada Calicata C-TU-1 (actual Proyecto)
Entre los 0.00 m y 0.40 m se encontró un depósito de suelo orgánico color beige con ligera humedad con restos raices. Entre 0.40 m y 1.50 m se encuentra arcilla (CL), con arena de color rojizo, medianamente densa, la roca fragmentada es de tamaño hasta de 3” y con boleos de 6” de forma
subredondeada y bloques de roca mayor de 1.00 m. El material tiene LL=25.76%, LP=18.41% y IP=7.35%. No se encontró el nivel freático. V.
Zona de Casa de Máquinas y Subestación Calicata C-CM-1 (actual Proyecto)
Entre los 0.00 m y 0.50 m se encontró un depósito de suelo orgánico color beige con ligera humedad con restos raices y roca fragmentada.
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Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca Entre 0.50 m y 1.60 m se encuentra arena arcillosa a limosa (SC-SM), de color marrón rojizo, ligeramente húmeda, medianamente densa, las gravas son de tamaño hasta de 3” y con boleos muy aislados de 4” de forma subredondeada. Se tiene bloques de roca
mayor de 1.00 m. de manera aislada. No se encontró el nivel freático. Calicata C-CM-2 (actual proyecto) Entre los 0.00 m y 0.40 m se encontró un depósito de suelo orgánico color beige con ligera humedad con restos raices. Entre 0.40 m y 1.80 m se encuentra arena arcillosa a limosa (SC-SM), color gris brunaceo, ligeramente húmeda, medianamente densa, las gravas son de tamaño hasta de 3” y con boleos de 5” de forma subredondeada.
El ensayo de laboratorio indica que tiene LL=21.58%, LP=16.87% y IP=4.71%. No se encontró el nivel freático. VI.
Zona de Cantera Trapiche Calicata C-CN-1 (actual proyecto)
Entre 0.00 m y 1.20 m se encuentra grava pobremente gradada (GP), con arena color marrón, húmeda y ligeramente compacto. Las gravas son subredondeadas a subangulosas. Se encontró el nivel freático a 1.00 m. de profundidad. Calicata C-CN-2 (actual proyecto) Entre 0.00 m y 0.80 m se encuentra grava pobremente gradada (GP), con arena color marrón, húmeda, ligeramente compacto. Las gravas son subredondeadas a subangulosas. La densidad natural mediante el cono de arena fue de 2.246 gr/cm3. La gravedad específica del agregado grueso es 2.631gr/cc. y del agregado fino es 2.638 gr/cc. La durabilidad del agregado grueso fue de 16.22 % de pérdida y del agregado fino de 15.52 % de pérdida. El desgaste por abrasión fue de 22.7%. 10
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca No se encontró impurezas orgánicas. Se encontró el nivel freático a los 0.70 m. de profundidad. Calicata C-CN-3 (actual proyecto) Entre 0.00 m y 1.20 m se encuentra grava pobremente gradada (GP), con arena color marrón, húmeda, ligeramente compacto. Las gravas son subredondeadas a subangulosas. La gravedad específica del agregado grueso es 2.601gr/cc. y del agregado fino es 2.617 gr/cc. La durabilidad del agregado grueso fue de 8.83 % de pérdida y del agregado fino de 13.83 % de pérdida. El desgaste por abrasión fue de 29.5%. No se encontró impurezas orgánicas. Se encontró el nivel freático a los 0.80 m. de profundidad.
1.2.3. Topografía de la zona del Proyecto El presente capítulo comprende la recopilación y evaluación de la i nformación topográfica, elaborada por Hydroeval para el desarrollo del proyecto. Alcances de los trabajos anteriores Los objetivos y alcances de los estudios topográficos efectuados por Hydroeval han sido los siguientes:
Enlace Plano-altimétrico.- Relacionar el Proyecto al sistema de coordenadas UTM, con definición de dos puntos por el Método de Posicionamiento Global GPS, mediante el uso de un posicionador satelital GPS, modelo navegador. El enlace vertical a partir de punto acotado en plano del IGN
Control plano-altimétrico.- Establecer un circuito de control plano-altimétrico mediante una poligonal electrónica para el control horizontal, y una nivelación diferencial para el control vertical.
Levantamiento topográfico de las estructuras componentes de la Central Hidroeléctrica como: Bocatoma, Franja de la Conducción, Cámara de Carga, Tubería
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Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca de Presión, Casa de Máquinas, Subestación, Línea de Interconexión, Zona de demasías y Canal de Descarga.
Levantamiento topográfico de la zona de franja de carretera a ser rehabilitada
Trabajos de Campo Los trabajos topográficos realizados por Hydroeval, se consideran adecuados y cubren todas las arcas necesarias para el desarrollo de los estudios. Enlace al Sistema de Coordenadas UTM Los levantamientos disponibles están enlazados al Sistema de Coordenadas UTM – Sistema PSAD-56, mediante el Método de Sistema de Posicionamiento Global “GPS”, para lo cual se ha hecho uso de un censor Satelital GPS, modelo Navegador. Se debe indicar que el Sistema de Coordenadas UTM empleado está referido al sistema “PSAD-56” (Sistema Provisional Sudamericano 56) que tiene como figura de referencia el
Elipsoide Internacional de Hay Ford y Origen en la Estación de La Canoa. En consideración a que las cartas del IGN a escala 1:100,00 están referidas a este sistema. Los puntos de partida T-1 y T-D se encuentran materializados en el terreno mediante hitos de concreto con núcleo metálico. Control Planimétrico del Proyecto A fin de enlazar altimétrica y planimétricamente la zona del Proyecto, se definió que los puntos que servirían de control planimétrico serían los puntos existentes en la zona de Bocatoma signados como T-I y P-1, definidos por Hydroeval, de los c uales se ha considerado al punto T-I como punto fijo y de partida de coordenadas y al punto P-1, como punto de orientación para definición de los respectivos azimut. Para el control altimétrico se ha considerado una cota identificable del plano del IGN situada en uno de los cerros cercanos al proyecto y a partir de la cual se ha integrado todo el proyecto altimétricamente. Los valores definidos para estos dos puntos, son los siguientes:
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Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca COORDENADAS
UTM (PSAD-56)
PUNTO
NORTE
ESTE
COTA msnm
T-I
8412072.000.
252474.000
3802.328
P-1
8412369.081
252669.668
3807.745
BM-0
8412088.115
252522.147
3797.097
Poligonal Electrónica Principal de enlace a puntos del IGN. Teniendo como base de partida los dos (2) puntos GPS de control horizontal, Hydroeval ha desarrollado a lo largo de la zona de emplazamiento de las nuevas estructuras de la C.H. Hercca, una Poligonal Electrónica Principal en circuito cerrado, la que cubre toda el área del presente estudio. La poligonal electrónica principal, consta de 10 vértices designados con la nomenclatura P1, P2, P10. Estos puntos tienen como base de partida los puntos GPS, ubicados en la zona de bocatoma. Control Altimétrico Para el enlace vertical al Sistema del IGN, Hydroeval ha considerado una cota identificable en la Carta Nacional, definida para uno de los cerros cercanos al proyecto. Definido este punto y corroborado sus cota con ayuda del Censor Satelital GPS, ha hecho una nivelación trigonométrico hacia el punto P-2 Seguidamente a partir de este punto Hydroeval ha realizado un circuito de nivelación diferencial que enlaza a todos los BMs de control altimétrico En las Tablas Nº. 8.8, 8.9 y 8.10 se presentan los resultados de esta nivelación. El Control Altimétrico del Proyecto esta dado por un circuito de nivelación geométrica, mediante doble cambio, el que tienen como punto de partida el punto P-2 que es a la vez BM del circuito de nivelación principal. Este circuito enlaza todas las estructuras de ampliación de la C.H. Hercca desde la zona de Bocatoma, hasta la Casa de máquinas, Algunos puntos de la poligonal electrónica han sido igualmente nivelados geométricamente. Levantamientos topográficos de detalle 13
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca Se cuentan con levantamientos a escala 1:500, 1:1000 con curvas de nivel equidistantes cada 50 cm. El cuadriculado del plano es cada 10 cm y esta en proyección ortogonal del sistema de coordenadas planas UTM de todas las áreas involucradas en el proyecto. Los planos han sido generados en sistema AUTOCAD y reflejan todos los detalles del terreno que la escala permite y cubren las siguientes arcas: a) Levantamiento topográfico zona de Bocatoma.- El levantamiento topográfico de detalle cubre la nueva Bocatoma y la Bocatoma existente. El levantamiento se ha realizado a escala 1:500 y cubre una franja de 50 m aguas arriba y 50 m aguas abajo, habiéndose dejado materializado dos hitos para posteriores replanteos. Para el levantamiento de la franja de mejoramiento de la carretera se ha desarrollado una poligonal secundaria de 11 vértices con la nomenclatura C1, C2, C3….C11. Para el levantamiento de la nueva línea los vértices han sido signados con la nomenclatura V1, V2, V3 ….V11
La mayoría de los vértices de la poligonal han sido materializados en el terreno mediante hitos de concreto con núcleo metálico de fierro de ½”.
En las Tablas 8.1 a 8.7 se muestran los valores de las coordenadas de estos vértices. b) Estructura de Conducción.- Hydroeval ha llevado una poligonal electrónica de apoyo por la plataforma del canal existente y a partir de los vértices de la poligonal se ha realizado el levantamiento de la franja del canal en un ancho de 40 metros a cada lado. Para tener el perfil longitudinal de todo el tramo, se han nivelado cada una de las estacas, habiéndose dejado BMs cada 500 m. c)
Cámara de Carga.- En la zona de posible ubicación de la Cámara de Carga, Hydroeval ha realizado el levantamiento topográfico de detalle de esta zona. Adicionalmente se ha levantado una zona adicional para el posible emplazamiento de la chimenea de equilibrio.
d)
Zona de Caída.- Teniendo como referencia el eje de las dos tuberías de presión existente, Hydroeval ha ejecutado el levantamiento de la franja de la caída en un ancho promedio de 50 metros a cada lado. A lo largo del eje se han colocado hitos de concreto para el replanteo posterior. De igual modo los puntos de la poligonal, han sido nivelados geométricamente, los cuales a la vez son considerados como BMs.
e)
Casa de Maquinas.- El levantamiento de detalle de la Casa de Maquinas, esta apoyado en puntos de poligonal principal tal como P-9 y C-11 que se uso para el 14
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca levantamiento de carretera. El levantamiento cubre toda el área de la casa de máquinas existente, más el área de posible ampliación. f)
Carretera.- Para el tramo que debe ser mejorado entre el punto de desvío de la Carretera Sicuani-Arequipa hasta la casa de máquinas existente, se ha ejecutado el levantamiento de la franja de la trocha existente, habiéndose dejado hitos de concreto con su respectiva nomenclatura para los replanteos posteriores. Estos puntos han sido relacionados con la poligonal principal del proyecto, e integrados al control altimétrico del mismo.
g)
Línea de Transmisión.- Cubre toda la zona de caída y las torres existentes.
h)
Levantamiento de Sub-estaciones.- Se han ejecutado levantamientos de detalle del área anexa a la Casa de Máquinas prevista para la Subestación.
1.2.4. Agua La calidad de las aguas será de la cuenca del río Hercca; estás están en función de las características geofísicas y antrópicas de la cuenca y sus afluentes; los procesos de erosión, las actividades agropecuarias y antrópicas, son los que de una u otra manera modifican sustancialmente las condiciones naturales de las aguas. El ámbito que compromete a la Pequeña Central Hidroeléctrica Hercca, no afecta la composición química del agua para los diversos usos aguas abajo. Es importante señalar que las características físicas, químicas y bacteriológicas de las aguas de estudio deberán ser aptas para consumo humano, riego agrícola y vida acuática; los límites máximos permisibles (LMP) han sido establecidos por la Ley General de Aguas y sus modificaciones.
1.2.5. Clima El clima en la zona del proyecto es templado y seco, aunque existe una marcada variación entre la temperatura en el día y la noche. La máxima temperatura es del orden de 21 ° C y la mínima de 0.3 °C. A continuación se presenta una descripción sucinta acerca de los principales parámetros climatológicos: Temperatura
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Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca En el Perú las temperaturas tienen un comportamiento asociado particularmente con la altitud, en el cuadro adjunto se indican las estaciones seleccionadas para obtener una relación entre la temperatura media anual y la altitud.
Temperatura °C
Altitud Estación
Cuenca
Latitud
Longitud
msnm
Max.
Media
Min.
Sicuani
Vilcanota
3550
14°17’
71°13’
21.8
11.71
-0.3
Combapata
Vilcanota
3474
14°06’
71°26’
22.5
11.87
0.2
Urcos
Vilcanota
3149
13°42’
71°38’
23.8
13.44
2.0
Kayra
Vilcanota
3219
13°34’
71°54’
22.8
12.62
-0.5
Pañe
Colca
4524
15°25’
71°04’
13.4
3.11
-7.5
Imata
Chili
4436
15°50’
71°05’
14.8
2.50 -12.7
Sibayo
Colca
3810
15°28’
71°57’
21.0
7.82
-6.8
Llally
Titicaca
3980
14°56’
70°53’
18.0
7.68
-6.3
Chuquibambilla
Titicaca
3971
14°47’
70°47’
19.7
7.31
-8.9
Macusani
San Gabán
4250
14°03’
70°06’
16.7
5.12
-7.5
Angostura
Apurímac
4155
15°11’
71°39’
17.3
5.80 -10.0
16
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca La ecuación lineal obtenida con la información disponible y válida para altitudes entre 3,000 y 4,500 msnm tiene la siguiente expresión: T
=
a+bH
Siendo: a
=
39.2813
b
=
0.008
T
=
Temperatura media anual (°C)
H
=
altitud (msnm)
Esta ecuación indica que existe un gradiente de temperatura de 0,8°C por cada 100 metros de desnivel. La temperatura media anual en algunas zonas de interés es:
Zona
Lag. Langui-Layo C.H. Hercca
Elevación
Temperatura media
(msnm)
(°C)
4000
7.28
3700
9.70
En relación a la fluctuación de valores extremos de temperatura, por ejemplo en la estación Combapata las diferencias de las temperaturas medias entre el verano e invierno es de aproximadamente 3.5°C; siendo mucho más pronunciada las variaciones entre el día y la noche que oscila en 13°C en el verano y 17.3°C en el invierno. Con los valores de temperatura máximo y mínimo se ha efectuado una correlación con la altitud. Tmax =
46.918 – 0.007H
Tmin =
30.422 – 0.009H
Las temperaturas máximas y mínimas para la zona de interés del proyecto se muestran en el cuadro siguiente:
17
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca Elevación Zona
Lag. Langui-Layo C.H. Hercca
Temperatura (°C)
(msnm)
Max.
Min.
4000
18.90
-5.6
3700
21.00
-2.9
Humedad Relativa La fluctuación estacional de la humedad es relativamente pequeña; en la estación Combapata ubicada a 3 525 msnm el valor medio anual es de 57,7%, el valor medio máximo es de 71% y el mínimo de 40%, correspondiendo estos valores a los meses de Febrero y Septiembre respectivamente. Los valores diarios de la humedad por lo general siguen los ciclos de la temperatura. Durante el día el valor de la humedad es bajo, mientras que en la noche tiende a aumentar como consecuencia de las temperaturas más bajas. Evaporación Para el estudio interesan especialmente los registros de evaporación correspondientes a alturas superiores a los 3 900 msnm. En la cuenca del Río Vilcanota la estación más alta que registra evaporación es la estación de Sicuani, que se encuentra a una altitud de 3,550 msnm. Debido a ello se ha tenido que recurrir a técnicas de correlación para verificar la posibilidad de extrapolar valores de evaporación a los puntos de interés del proyecto. Para el análisis se han considerado información de la cuenca del Vilcanota (Sicuani, Urcos, Kayra y Combapata), del Apurímac (Caylloma y Angostura) y del Ramis (Pampahuata). Los registros se muestran en el Anexo. Con los valores medios anuales homogéneos se analizó el comportamiento de la evaporación respecto a la altitud sobre el nivel del mar, sin lograr un ajuste adecuado por presentar los valores una significativa dispersión. Puede asumirse para extrapolar valores para mayores altitudes, que la tendencia de la evaporación con la altitud, sea concordante con la calculada para la cuenca del Chili, la cual señala una disminución de la evaporación para mayores altitudes. 18
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca De acuerdo con lo anterior, asumir el valor medio anual de evaporación y la distribución de la evaporación a nivel mensual registrada en la estación de Combapata para la cuenca del Río Hercca es un criterio conservador. Se aprecia que en Combapata la media anual de evaporación es 1,657.3 mm. Este valor fluctúa a lo largo de los años unos 250 mm para más o para menos. A nivel mensual el comportamiento es uniforme a lo largo de los años. Los valores mínimos se presentan entre febrero y marzo y son del orden de 85 mm con valores extremos de 61 mm y, los máximos, entre agosto y setiembre, son del orden de 180 mm con valores extremos de aproximadamente 230 mm; esto indica un comportamiento inverso a la precipitación de acuerdo a la presencia de nubes.
Evaporación Total mensual en mm
Estación
Ene.
Feb.
Mar.
Abr.
May.
Jun.
Jul.
Ago.
Set.
Oct.
Nov.
Dic.
Total
Sicuani
80.5
69.2
78.5
93.7
111.5
117.4
128.9
133.5
124.9
128.7
112.6
97.6
1277.1
Combapata
98.9
85.2
96.7
110.0
140.0
151.9
169.0
180.2
180.2
171.1
150.8
123.3
1657.3
Velocidad de Viento Este parámetro se requiere para el diseño de las líneas de transmisión, La estación más próxima al Proyecto es la de Combapata, en la cual los valores medios mensuales de la velocidad del viento son los siguientes: Velocidad del viento – m/s Estación Combapata E
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
MEDIA
3.6
4.1
3.0
4.2
3.8
4.0
5.8
4.8
4.7
4.1
5.7
4.8
4.38
19
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca En la estación Combapata, a las 13 horas, se ha registrado un máximo mensual de 5,8 m/s ó 21 km/h. Los vientos soplan con dirección predominante Norte-Sur. Comportamiento es uniforme a lo largo de los años. Los valores mínimos se presentan entre febrero y marzo y son del orden de 85 mm con valores extremos de 61 mm y, los máximos, entre agosto y setiembre, son del orden de 180 mm con valores extremos de aproximadamente 230 mm; esto indica un comportamiento inverso a la precipitación de acuerdo a la presencia de nubes. Evaporación Total mensual en mm Estación
Ene.
Feb.
Mar.
Abr.
May.
Jun.
Jul.
Ago.
Set.
Oct.
Nov.
Dic.
Total
Sicuani
80.5
69.2
78.5
93.7
111.5
117.4
128.9
133.5
124.9
128.7
112.6
97.6
1277.1
Combapata
98.9
85.2
96.7
110.0
140.0
151.9
169.0
180.2
180.2
171.1
150.8
123.3
1657.3
Velocidad de Viento Este parámetro se requiere para el diseño de las líneas de transmisión, La estación más próxima al Proyecto es la de Combapata, en la cual los valores medios mensuales de la velocidad del viento son los siguientes: Velocidad del viento – m/s Estación Combapata
E
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
MEDIA
3.6
4.1
3.0
4.2
3.8
4.0
5.8
4.8
4.7
4.1
5.7
4.8
4.38
En la estación Combapata, a las 13 horas, se ha registrado un máximo mensual de 5,8 m/s ó 21 km/h. Los vientos soplan con dirección predominante Norte-Sur. En la estación Pañe, situada en la cuenca alta del Río Colca, estación vecina también a la zona del proyecto, que puede dar una magnitud de referencia para la laguna Langui-Layo, se ha registrado: Velocidad del viento – m/s 20
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca Estación Pañe
Vmedia
E
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
3,5
3,0
2,9
2,6
3,0
3,7
3,8
3,8
4,1
4,0
3,2
3,3
Se reporta que a las 13 horas el valor máximo alcanzado fue de 20 m/s ó 72 km/h. Por lo tanto para el diseño se deben considerar los valores máximos observados en las estaciones próximas y con condiciones semejantes, en este caso 20 m/s ó 72 km/h. Precipitación Las lluvias en la cordillera, se originan parcialmente por las corrientes húmedas que suben desde el Pacífico y desde la Cuenca Amazónica. Las corrientes húmedas de la Cuenca Amazónica son de mayor volumen que las del Pacífico, cuyo nivel de evaporación se encuentra en parte controlada por las peculiares condiciones de clima que genera la corriente marítima de Humboldt. Por este motivo las precipitaciones en la vertiente Atlántico son mayores que las del Pacífico. Las precipitaciones por lo general, se presentan después del mediodía, evidenciando él carácter convectivo de las mismas. En efecto el sol calienta por las mañanas masas de aire que suben hacia zonas más frías provocando la caída de lluvias. Entre los 3500 y 4500 msnm, las precipitaciones pueden ser líquidas o sólidas. Para mayores altitudes la precipitación sólida se vuelve predominante. En el embalse Sibinacocha, ubicado a más de 4800 msnm, de acuerdo con las informaciones recabadas, las precipitaciones líquidas son prácticamente nulas. Debe señalarse, que las precipitaciones de tipo sólido (granizo y nieve), las cuales también aportan un cierto porcentaje de escorrentía, especialmente en época de estiaje ya que los deshielos en esta área son muy abundantes por la amplia extensión que cubren los nevados. De esto, se deduce la necesidad de intensificar los estudios de Glaciología mediante la instalación de nivómetros y pluviógrafos de registro mixto de precipitaciones líquidas y sólidas. Es decir, que para los fines del estudio del régimen de los caudales de los Ríos, resulta muy importante estudiar con mayor detenimiento el régimen de precipitaciones sólidas y la intensidad de los deshielos tanto como el propio régimen de las precipitaciones pluviales 21
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca La época de mayores precipitaciones se dan durante los meses de diciembre a marzo, siendo los meses de octubre, noviembre y abril meses de transición. La época seca corresponde al resto de año, esto es, entre los meses de mayo a setiembre. Las estaciones pluviométricas seleccionadas para el presente análisis se encuentran ubicadas en la cuenca de los Ríos Vilcanota, Apurimac, Ramis e Inambari. En la cuenca del Vilcanota, que es la de mayor interés para el proyecto, las estaciones meteorológicas, salvo pocas excepciones, presentan registros de lluvias a partir de los años 1963-1964. La única estación con registros con extensión superior a los 50 años es l a estación de Chuquibambilla ubicada en la cuenca del Ramis. Los datos fueron obtenidos del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI) y EGEMSA. La información pluviométrica contiene precipitaciones totales mensuales. En el Cuadro 3 se presenta la relación de estaciones pluviométricas seleccionadas para el presente estudio.
1.2.6. Fuente de Energía Al estar la Central Hidroeléctrica Hercca conectada al Sistema Interconectado Nacional, posee un mercado eléctrico de tal magnitud que el proyecto de repotenciación está en facultad de despachar toda la energía que produce si se considera que ésta energía reemplaza a la generación de energía térmica de mayor costo. La demanda eléctrica ha tenido un crecimiento sostenido a partir del año 1993, en que precisamente tuvo el crecimiento mayor (14.5%), en promedio del período 1993-2004 se tiene un crecimiento promedio del 6.3%, de este período el año con menor crecimiento fue el año 1999 con 1.9%. Adicionalmente se puede decir que la máxima demanda en el año 2004 fue de 3143 MW con un consumo de energía de 21960 GWh que representa un factor de carga de 79.8% información obtenida de OSINERG-GART Para la estimación de la demanda eléctrica nacional se ha utilizado la información publicada de OSINERG-GART en que el modelo empleado para efectuar el pronóstico de ventas de la demanda, este modelo asume que las ventas de energía se explican por el crecimiento del producto bruto interno, la población y la tarifa promedio nacional a nivel de cliente final.
22
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca La información de las ventas de energía para el Sistema Interconectado Nacional son la suma de las ventas del SIS y SICN desde el año 1981 a 2004, dichos datos son recopilados de la información estadística de la OSINERG-GART. En relación a la proyección del PBI utilizado para el escenario base es el siguiente: para el 2005 es 4,5%, para el 2006 y 2007 es 4,0%. Los valores históricos de la tarifa a cliente final para el Sistema Interconectado Nacional corresponden a las publicaciones de la OSINERG-GART . Para los próximos años (2005 – 2007) se ha supuesto que la tarifa mantenga una estabilidad en el valor de la tarifa del año 2004 (7.04 ctvs/kWh) Se ha determinado que la proyección de las ventas en el SEIN está fundamentada por la siguiente ecuación: Ln Ventas del SEIN = K1 + K2 * ln (PBI del SEIN) + K3 * ln (población del SEIN) + K4 * ln (Tarifa promedio del país) + Dummy
Donde: K1, K2, K3, K4: constantes del modelo econométrico. Ln Ventas: Logaritmo en base e de las ventas del SEIN Ln PBI: Logaritmo en base e del PBI Ln Población: Logaritmo en base e de la Población Ln Tarifa: Logaritmo en base e de la tarifa promedio del SEIN
La evolución de los precios de venta de energía están reflejados en la tarifa promedio cliente final en la barra de Lima en que tiene variaciones de acuerdo a la situación política en el país.
1.2.7. Infraestructura Existente que Podría ser Utilizada o Mejorada para el Proyecto. Se recomienda implementar la alternativa A 8 del Proyecto de Repotenciación de la PCH Hercca con 6.47 MW de potencia instalada con el sistema de interconexión en 138 kV, bajo la modalidad Llave en Mano incluyendo el proyecto definitivo. Así mismo llevar a cabo ciertas investigaciones para incrementar el aprovechamiento de la regulación de la laguna Langui, que requiere especialmente un trabajo de batimetría para definir los niveles de operación límites para esta regulación.
23
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca Moderno monitoreo que tiene como función detectar algún problema que pueda haber lo detecta enviando una alarma que es reconocida por el operador. También incorporar criterios de sostenibilidad en procesos y planes estratégicos. 1.3. Justificación del Proyecto Nuestros proyecto se basa en la Central Hidroeléctrica Hercca, basándonos en su componente esencial, el agua, pero nos enfocaremos más en el límite de este recurso y probablemente en qué tiempo puede llegar su erradicación, a consecuencia de la contaminación y de las diferente problemáticas políticas, sociales y económicas que pueden llegar a perjudicarla, y por ser éste un recurso vital y necesario para continuar la existencia de nuestro planeta. En Este proyecto nuestro objetivo principal es que a partir de información científica y reflexiones podamos generar una cultura y una conciencia dándole la importancia que se merece el medio ambiente, pues como dice una reconocida frase “ si no tenemos para donde mudarnos por qué no cuidamos nuestro hogar” , para así dar y brindar
ayudas al cuidado de nuestro entorno, además buscamos que esta fuente de energía renovable perdure, para ello debemos preservar y cuidar, pues si seguimos así y no mostramos ningún asomo de cambio esta gran y valiosa fuente de energía tanto para la industria como para el ser humano puede generar grandes pérdidas si tiende a desaparecer. Por eso si somos conscientes de la realidad de cómo se encuentra este elemento podemos colaborar al alejar cada vez más y ojalá por completo las cifras y los nexos de tiempo de cuando se podría perder casi totalmente este vital y valioso recurso, por lo tanto beneficia a cada uno de nosotros generando buena calidad de vida y brindándole la oportunidad a nuestras generaciones futuras de no sufrir a causa de lo que hacemos en este presente, y aparte de beneficiar a la raza humana beneficiará al planeta en sí, como a los animales, las plantas y la diversidad de todos los ecosistemas.
2.
CONCEPCIÓN DEL PROYECTO
2.1. Descripción del proyecto definitivo I.
Accesos
Se prevé que un acceso para la construcción será necesario en el área de la bocatoma. Este acceso partirá de la carretera existente que pasa por la margen izquierda cerca de la 24
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca bocatoma existente. A partir de un punto apropiado se debe construir un ramal que bordee la margen izquierda para llegar a la zona de bocatoma. No se ha previsto la construcción de un puente para cruzar el río en vista que la construcción debe planearse para el período de estiaje en el cual es posible vadear el río con equipo pesado. Este acceso permitirá que la construcción de la bocatoma, la plataforma de la conducción, la conducción y la cámara de carga pueda ser realizada en forma paralela. Sin embargo, debido a la configuración topográfica del terreno y a la relativa corta longitud de la conducción, se ha previsto sólo este frente para la construcción de la plataforma y el canal de conducción. Para las obras en la tubería forzada, casa de máquinas y subestación se hará uso de un acceso existente y un puente sobre el río Hercca ubicado aguas abajo de la casa de máquinas. Para el tránsito pesado de maquinarias y equipo se debe verificar la capacidad de carga del puente existente. II.
Bocatoma
La bocatoma proyectada es una bocatoma de derivación del tipo convencional conformada por un barraje transversal al flujo en el río y una ventana de captación lateral ubicada sobre la margen derecha. La bocatoma se ubica en un tramo más o menos recto del río Hercca, sobre un terreno de pendiente moderada. Ambos flancos del valle en este sector se presentan estables y proveen condiciones aceptables para cimentar esta estructura. El ancho del barraje es de 20 m y ha sido calculado para una avenida de diseño de 100 m³/s que corresponde a un período de retorno de 100 años. El barraje tiene un núcleo de concreto armado flanqueado por enrocado colocado tanto hacia aguas arriba como aguas abajo del núcleo formando una sección triangular estable. Aguas abajo se ha dispuesto un enrocado de protección
El barraje está limitado lateralmente por muros de
encauzamiento de concreto armado de altura apropiada. El barraje en su zona móvil cuenta con dos compuertas deslizantes de 2 m de ancho y 2.5 m de altura con un sistema de ataguías colocados aguas arriba. La captación se realiza por medio de dos ventanas ubicadas diagonalmente a la dirección del flujo en el río. Después de las ventanas se dispone de un desgravador y a continuación de dos compuertas de captación que conectan hacia un canal rectangular. Al extremo de 25
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca este canal se dispone de una transición de 5 m de largo que conecta a la tubería de conducción entre la bocatoma y el desarenador. Sobre las áreas de operación se han dispuesto pasarelas con barandas de seguridad y escaleras para accesos para inspecciones y mantenimiento. III.
Desarenador
El desarenador es una estructura de concreto armado conformada por una nave de 20 m de longitud y 4.00 m de ancho, con una canal trapezoidal en el fondo de manera que la profundidad de la naves es variable. Se inicia con una transición de ingreso que conecta la tubería proveniente de la bocatoma. Por otro lado finaliza con un vertedero hacia el canal de conducción. El vertedero garantiza un nivel de agua mínimo en el desarenador. La purga de sedimentos se realiza, mediante un conducto cerrado que descarga al río. La purga se activará mediante la apertura de una compuerta ubicada al final de desarenador. El desarenador se conecta al canal de conducción mediante una transición de concreto de 5 m de longitud. IV.
Conducción
La conducción hacia la central se realizará por medio de una tubería perfilada de PVC de 2. y 2.30 m de diámetro, alternativamente se puede usar un canal de concreto armado de 2.50 m de ancho útil y 1.85 m de alto con espesor de muros de 0.25 m. Esta conducción tiene una longitud de 1441 m. La tubería o el canal serán colocados sobre una plataforma de 4.00 de ancho mínimo que servirá como camino de acceso durante la construcción. La plataforma de soporte tendrá una pendiente de 0.1 y 0.2 % de manera que su conformación se hará rellenando la caja del canal existente y cortando la plataforma al ancho necesario. La conducción proyectada se desarrolla a una cota por encima de la cota del canal existente apoyándolo sobre la plataforma. El trazado de la conducción se ha adaptado a la configuración del terreno de manera de minimizar los trabajos de movimiento de tierras. De esta manera resulta que la conducción tendrá un importante número de curvas. La construcción tendrá dos fases bien definidas: la conformación de la plataforma por medio de relleno y corte y el montaje de la tubería o la construcción del canal de concreto 26
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca que se iniciará desde la cámara de carga hacia la bocatoma. El sentido de la construcción de la conducción se justifica por el hecho de poder utilizar convenientemente la plataforma del canal como camino de acceso. V.
Cámara de carga
La cámara de carga es una poza rectangular de 10 m de largo, 7 m de ancho y 6 m de profundidad, conformada por muros de concreto armado de 0.30 m de ancho. Su disposición se ha hecho de manera de aprovechar la configuración actual del afloramiento rocoso presente en la zona de la caída y el corte de la roca realizado para la construcción de la cámara de carga existente. La cámara de carga es el elemento de conecta la conducción a pelo libre con la conducción a presión en la tubería forzada. Para ello la cámara tiene una poza adicional de mayor profundidad en cuyo fondo se inicia la tubería. Al inicio de esta poza se ha previsto una reja fina que permita atrapar elementos flotantes que puedan ser acarreados por el agua. De igual manera cuenta con un canaleta de fondo y su purga controlada por una compuerta, para descargar elementos sólidos decantados en la cámara de carga. Dispone también de un vertedero de demasías de cresta fija, que permite evacuar el agua que pudiera presentares en exceso durante una disminución o rechazo de carga del grupo. En esta situación el agua es conducida hacia la quebrada natural que existe al costado de la cámara de carga. Para labores de inspección se ha dispuesto una plataforma que permite el acceso a la zona de la rejilla fina y el equipo de izaje de la compuerta de purga. VI.
Tubería Forzada La tubería forzada se inicia en la cámara de carga de la manera que se muestra en el plano OC-08.
La tubería tendrá un diámetro de 1.60 m y espesores variables entre 6 y 9 mm. La longitud total es de 160 m.
Cuenta con 5 bloques de anclaje dispuestos en los cambios de dirección y apoyos de concreto armado cada 6 m.
Con la finalidad de minimizar la excavación la tubería se encuentra en su mayor parte del recorrido encima del terreno natural.
27
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca
Para absorber los cambios de longitud de la tubería por efectos térmicos, aguas abajo de cada anclaje se han dispuesto juntas de dilatación.
VII.
La tubería se conecta con la válvula dentro de la casa de máquinas.
Casa de Máquinas y Canal de Descarga
Se utilizará el emplazamiento de la casa de máquinas existente. Se requiere por lo tanto demoler completamente la casa de máquinas. La nueva edificación que ha sido estructurada en base a elementos metálicos, tanto en estructura como en coberturas laterales y techos. Internamente la casa de máquinas será acondicionada para colocar el nuevo equipamiento eléctrico necesario. Este acondicionamiento incluye la habilitación de un cuarto de baterías y un baño y la construcción de canales para cables. La nueva casa de máquinas dispone de un ambiente para el montaje y a otro nivel inferior, la sala de máquinas para albergar a los dos grupos turbina generador. La sala de celdas de media tensión, servicios auxiliares y sala de control y mando se encuentra separada del área de máquinas. Por necesidad de un puente grúa la altura libre en el área de la sala de máquinas es de 3 m, suficiente para labores de montaje y mantenimiento. VIII.
Subestación de Interconexión
La subestación de interconexión se encuentra ubicada al lado de la casa de máquinas sobre un terreno de EGEMSA actualmente ocupado por la vivienda del operador, talleres y almacenes. Todas estas edificaciones tendrán que ser demolidas para conformar las plataformas necesarias para colocar los equipos de la subestación. Debido a la configuración topográfica del terreno, la subestación se emplazará en dos niveles para lo cual será necesario hacer cortes en el material rocoso de la ladera y rellenos en la parte baja de la terraza. Se requieren asimismo muros de contención para delimitar las plataformas. El diseño de la subestación se ha hecho tratando de optimizar el uso del terreno disponible. De esta manera tanto la casa de máquinas como la subestación compartirán un mismo acceso.
28
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca Las obras civiles correspondientes están constituidas por bases de concreto armado para el transformador principal, interruptores, seccionadores y pórticos. Adicionalmente existen canaletas de cables de fuerza y control y un cerco de protección de la subestación. IX.
Equipamiento Mecánico e Hidráulico de la Casa de Máquinas
Turbinas Se requieren dos turbinas del tipo Francis de eje horizontal, con rodete en voladizo, cada una de las cuales diseñadas para las siguientes condiciones de operación: Altura neta nominal
:
95 m
Caudal nominal
:
4 m3/s
Potencia al eje
:
3450 kW
Velocidad de rotación
:
720 rpm.
Velocidad específica
:
111.54
Velocidad de embalamiento
:
960 rpm.
Altura de succión
:
0.30 m
Cada turbina está constituida por:
Una caja espiral de planchas de acero soldadas en una sola pieza, con brida de ingreso, soldado a un anillo central que contiene los álabes directrices fijos, que constituye el esqueleto base de la espiral.
Un distribuidor formado por álabes directrices móviles de acero inoxidable con muñones que rotan sobre casquillos autolubricantes.
Un juego de soportes superior e inferior para los muñones de los álabes directrices.
Un mecanismo de mando de los álabes directrices, instado al exterior de la caja espiral, fácilmente accesible.
Una tapa superior y una tapa inferior de la turbina, construida en chapa de acero soldada.
Un rodete Francis de acero inoxidable.
Un eje de acero forjado, con bridas en ambos extremos, para su unión al rodete y al eje del rotor del generador. 29
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca
Un cojinete de empuje y de guía, con lubricación forzada.
Un sello del eje de anillos de carbón en el pasaje al exterior del eje de la turbina.
Un servomotor de presión de aceite, de simple efecto, accionado por un regulador de velocidad, provisto de un resorte para el cierre.
Organos mecánicos de conexión entre el anillo de regulación y el servomotor.
Elementos de conexión entre las partes.
Válvulas La válvula de cada turbina será del tipo mariposa, de 1080 mm de diámetro, diseñada para una presión de diseño de 12 bar y una presión de prueba hidrostática de 18 bar y serán accionadas por un servomotor hidráulico para la abertura y por un contrapeso para el cierre de la válvula Estará constituido de las partes siguientes:
Un cuerpo cilíndrico de acero provisto de bridas en ambas extremidades.
Un elemento de cierre y abertura, de forma lenticular, ensamblado sobre muñones, con sello recambiable de goma de tipo especial fijado en la periferia o en el cuerpo de la válvula para lograr un cierre hermético.
Una junta de desmontaje de brida móvil.
Soportes de los muñones provistos de casquillos autolubricantes.
Empaquetaduras de sellado hidráulico.
Un servomotor, provisto de émbolo, palanca y biela y que actúa como freno durante la carrera de cierre de la válvula.
Un contrapeso, para el cierre de la válvula, provisto de palanca y tirante de sostén.
Un indicador mecánico de posición de la válvula.
Tuberías de aceite para el mando de la válvula completas con bridas, soportes y válvulas de aislamiento.
Dispositivos de mando para la maniobra del elemento de cierre y apertura de la válvula.
El aceite a presión para el accionamiento del servomotor se obtendrá del c ircuito de aceite del regulador de velocidad.
30
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca Regulador de velocidad El regulador de velocidad será del tipo electrónico, con capacidad para operar sin inestabilidad bajo todas las condiciones de operación en red aislada y operando en paralelo con otros grupos. El conjunto electrónico de mando incluye:
Un convertidor de medida de frecuencia.
Un regulador PD de posición del servomotor de los álabes directrices.
Un regulador de frecuencia del tipo PID, que determina la diferencia entre la frecuencia del grupo y la frecuencia de consigna.
Consigna estática de apertura tipo digital/analógico de mando local y a distancia.
Circuito servoposicionador con amplificadores para la determinación del error entre el valor de consigna y la apertura real y el amplificador de salida de mando de la servoválvula.
Circuitos auxiliares del transductor de posición para la limitación de apertura.
La alimentación para los componentes electrónicos desde los servicios auxiliares 230 V, 60 Hz y 110 Vcc.
La caída de velocidad deberá ser ajustable, en el rango del 0 al 10%, con grado de precisión 0.5 %. El equipo de regulación hidráulico incluye:
Un transductor electro-hidráulico para el control de la válvula de distribución principal.
Una válvula de distribución para el control de los álabes directrices.
Una válvula solenoide de disparo, que cierra los álabes directrices, por algún relé de protección del grupo.
Un reductor de presión, para reducir la presión del aceite del actuador.
Dos filtros finos conmutables, para el aceite de regulación.
Contactos de posición de los álabes directrices, operado por un mecanismo conectado al servomotor de los álabes directrices.
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Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca El equipo de bombeo de aceite a presión para la alimentación del servomotor de mando de la turbina y de la válvula mariposa, estará constituido por:
Un tanque de aceite en chapa de acero soldada, con cubierta removible, con indicador de nivel de aceite con contactos eléctricos de niveles alto y bajo nivel, indicador visual protegido y termostato.
Un serpentín de refrigeración, si es necesario.
Una válvula reguladora de presión y de seguridad.
Un filtro para el aceite.
Dos bombas de engranajes instalados en el interior del tanque accionado por un motor de inducción de jaula de ardilla con contactor de arranque magnético y protección contra sobrecarga.
Dos filtros de aceite en la succión de cada bomba, fácilmente removible para limpieza.
Una válvula automática de seguridad, que se activa cuando la presión de aceite de regulación excede la presión de operación máxima admisible.
Puente grúa Se ha previsto la instalación de un puente grúa de 15 toneladas de capacidad, con su correspondiente instalación de alimentación eléctrica, de suficiente capacidad de izaje para manipular el rotor del generador o el componente más pesado durante el montaje del equipo de la casa de máquinas, así como para el montaje y mantenimiento de las válvulas mariposa. El puente grúa será operado con motores eléctricos provistos de frenos de retención electro-hidráulicos para el desplazamiento longitudinal del puente, para el movimiento transversal del carro y el movimiento de izaje del gancho. X.
Equipo Eléctrico de la Central
Generadores Eléctricos Los generadores serán trifásicos, de polos salientes para 720 rpm, 60Hz. Su construcción deberá efectuarse de acuerdo con los últimos adelantos técnicos en el campo de la fabricación de alternadores para grupos hidráulicos. La potencia nominal de cada alternador será del orden de 3.5 MW, debiendo ser precisada por el fabricante, en función a la potencia de la turbina que lo accionará. El 32
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca factor de potencia será 0.80 y la tensión de generación 10.5 kV, clase de aislamiento F adecuada al servicio. El alternador será enfriado por aire en circuito abierto con filtros al ingreso del aire. Cada alternador contará con instrumentación de vigilancia y protección para los devanados, cojinetes y aire de enfriamiento; para los períodos de parada contará con resistencias de calentamiento. Contará con transformadores de tensión y corriente para protección, medición y contadores de energía. Así mismo, contará con todos los dispositivos necesarios para el correcto funcionamiento del grupo. El neutro del alternador será conectado a tierra mediante una resistencia. El suministro comprenderá la conexión al sistema de puesta a tierra de la Central. Sistema de excitación y Regularización de Tensión El sistema de excitación del generador será del tipo sin escobillas, diodos rotativos con generador de imanes permanentes, contará con interruptor de campo y resistencia de desexcitación. La regulación de tensión del alternador se efectuará por medio de un regulador automático de tensión electrónico debiendo ser posible también el control manual. Contará con los dispositivos de regulación necesarios para mantener constante la tensión en bornes, distribuir apropiadamente la potencia reactiva con otros alternadores operando en paralelo y contribuir activamente a mantener la estabilidad del sistema. Sistema Eléctrico de Media Tensión en 10.5 kV El sistema eléctrico de media tensión comprenderá todos los equipos e instalaciones del nivel de tensión de generación en 10.5 kV. El esquema eléctrico seleccionado se muestra en el plano correspondiente al Diagrama Unifilar General de la Central. El sistema comprenderá las celdas en 10.5 kV equipadas con barras e interruptores para el generador y salida a la subestación de conexión al sistema; asimismo comprenderá los tableros para el neutro y resistencia de puesta a tierra de los generadores. Las celdas de media tensión serán del tipo Metal-clad para 17.5 KV de tensión nominal de aislamiento, 31.5 kA de corriente de cortocircuito, instalación interior, grado de protección IP56 en donde se instalarán los equipos de maniobra, protección y medición. 33
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca Los interruptores seleccionados serán del tipo extraíble, con cámara de extinción en vacío o SF6. La celda para alimentar los servicios auxiliares de la central contendrá un seccionador fusible y un transformador trifásico 10.5 +- 2 x 2.5% / 0.400-0.230 KV, de una potencia nominal de 100 KVA, ONAN, del tipo seco e instalación interior. Sistemas Eléctricos de Servicios Auxiliares Estará conformado por todos los equipos, tableros de distribución metálicos auto soportados y materiales necesarios, a partir de los bornes de baja tensión del transformador para servicios auxiliares trifásico 10.5/0.400-0.23 kV para la correcta operación del grupo y demás instalaciones de la central. XI.
Sistema de corriente continua
El sistema cubrirá los requerimientos de energía eléctrica en corriente continua de los equipos auxiliares propios de los grupos y de la central en 110Vcc y 24 Vcc. El suministrador podrá prever también 48 Vcc de acuerdo a su requerimiento y estandarización. El sistema comprende los tableros de distribución metálicos del tipo auto soportado, equipos, accesorios y materiales necesarios, cargadores y bancos de baterías. Sistema de Control y Supervisión El equipamiento electromecánico de la casa de máquinas deberá contar con un sistema de control basado en controladores digitales que permita la operación y control en forma totalmente automatizada. El equipo de control y mando principal estará ubicado en la sala de control de la central, desde donde se efectuará también el control y mando a distancia de los equipos de la subestación de conexión al sistema 138 kV. El sistema estará equipado con dispositivos IHM de monitoreo, PLC y sistema de transmisión de datos que permitirán también la operación y control a distancia desde el centro de control centralizado de EGEMSA en el Cusco. El enlace de comunicación entre la C.H. Hercca y el Centro de Control de EGEMSA se realizará por medio del enlace radiotelefónico que actualmente tiene contratado EGEMSA.
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Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca El radio enlace digital actualmente existente conecta la central de Hercca con la ciudad de Sicuani, desde aquí a la ciudad del Cusco la comunicación se extenderá a través de un canal de datos dedicado. Por otro lado, para la medición de la energía generada y entregada al sistema, así como para el control de los principales parámetros eléctricos, se contará con medidores electrónicos multifunción de alta precisión (clase 0.2). XII.
Sistema de Puesta a Tierra
A la red de tierra se conectarán los elementos básicos de la central como son: los neutros de los generadores, el neutro del transformador de servicios auxiliares, así como también los equipos de medida y señalización de puestas a tierra de las diferentes fases. El sistema estará conformado por una red de tierra profunda en forma de malla de conductores de cobre desnudo del orden de 70 mm² de sección, con uniones soldadas. Se diseñará la malla y definirá el calibre de los conductores, teniendo en cuenta las características del terreno. La red de tierra superficial estará constituida por una red de platinas o conductores de cobre desnudo del orden de 70 mm², instalado preferiblemente en las canaletas y bandejas de cables que recorren las diferentes áreas y ambientes de la central. A esta red de tierra tendrán que ser conectadas todas las partes metálicas no vivas de los equipos de la central como carcazas, cubículos, tableros, barandas, paneles de señalización y control, mallas de protección, etc. Para la puesta a tierra de los equipos electrónicos se ha previsto un sistema independiente, con una resistencia de puesta a tierra no mayor de 2 ohmios según lo requerido por los fabricantes. XIII.
Sistema Contra Incendio
Los equipos de generación contarán con un sistema capaz de controlar cualquier incendio desde su fase inicial y evitar la propagación del mismo. El sistema contará con lo siguiente:
Sistema de extinción de incendios
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Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca El sistema de extinción de incendios para los generadores y equipo principal estará basado en extintores portátiles de polvo químico seco apropiado a los diversos tipos de fuego y ambientes de la central. Sistema de alarmas y detección de incendios. El sistema contará con un sistema electrónico centralizado de alarma contra incendios y detección de incendios para la central hidráulica. XIV.
Subestación de interconexión
La Ingeniería de proyecto toma como base principal los resultados y recomendaciones del Análisis del Sistema Eléctrico cuyo desarrollo es tratado en el capítulo respectivo, además se han considerado los siguientes aspectos necesarios en la definición de la ingeniería de la subestación: a) Ubicación de la subestación: La subestación se ha ubicado al costado de la casa de máquinas y por lo tanto muy cerca de la línea de transmisión en 138 kV a la cual se enlazará la central. b) Selección de los equipos de la subestación Se han considerado los siguientes factores: clima, aislamiento y tensión nominal de los equipos, capacidad de transformación, potencia de cortocircuito. Clima: En la selección de los equipos se considerarán las siguientes condiciones climatológicas: Temperatura: Mínima °C:
-5
Máxima °C:
25
Media °C:
16
Altitud sobre el nivel del mar: 3800 Lluvia anual mm:
36
300
Actualización del Estudio de Repotenciación de la Ampliación de la pequeña central hidroeléctrica Hercca Humedad relativa %:
11-90
Viento máximo:
15 m/s
Nivel isoceraúnico:
30 tormentas año
Atmósfera:
limpia
Aislamiento y tensión nominal de los equipos: El aislamiento y la tensión nominal se determinan de acuerdo con las recomendaciones del Código Eléctrico y Normas Internacionales como la IEC. Se considera que el sistema está con neutro conectado directamente a tierra, es decir que la sobretensión máxima en valor eficaz de fase a tierra no superará el valor de 1.4 de la tensión nominal de fase: Nivel de 138 kV: Tensión nominal: 170 kV Tensión de aislamiento (BIL): 750 kV Nivel de 10 kV: Tensión nominal: 17 kV Tensión de aislamiento (BIL): 95 kV Para el caso del aislamiento interno en el transformador en el lado de 138 kV será de 550 kV del nivel básico de aislamiento y en el lado de 10 kV será de 12 kV. Capacidad de transformación La capacidad y el tipo de transformador para la subestación se han considerado en función a la capacidad de generación de la central de Hercca. Potencia de Cortocircuito La capacidad de los interruptores se determina en función al resultado de cortocircuito realizados en el Análisis del sistema Eléctrico, en la fase del estudio definitivo se deberá analizar con mayor detenimiento, pues las posibilidades de recierre y el análisis de las protecciones deberá desarrollarse con mayor detalle. 37
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2.2. Esquema, boceto o croquis del Proyecto Esquema General El esquema general del proyecto se implantará sobre el esquema de la central existente utilizando los terrenos de propiedad de EGEMSA. El proyecto de repotenciación de la central consta de los siguientes elementos:
Bocatoma en el río Hercca en la misma ubicación de la bocatoma existente, la misma que consiste de un barraje fijo, de concreto masivo y enrocado, muros de encauzamiento sobre ambas márgenes, ventana de captación tipo l ateral con reja, canal desgravador con compuerta de purga, canal de captación con compuerta de regulación y reja fina. Todas estas instalaciones para un caudal de captación compatible con las nuevas instalaciones.
Desarenador de una nave, con una longitud adecuada al caudal de diseño, capacidad de decantación de partículas de diámetro mínimo 0.5 mm, compuertas de purga y rejas finas.
Conducción mediante canal o tubería con flujo a superficie libre, escogiendo en cada caso la conducción que resulte más conveniente. La conducción seguirá el trazado de la conducción existente y aprovechará la plataforma construida.
Cámara de carga ubicada al final de la conducción, la misma que consiste muros y losas de concreto armado. Esta cámara conecta la conducción a pelo libre y la tubería forzada
Tubería forzada de un diámetro y espesor adecuado al caudal de diseño de la central. Casa de máquinas para albergar al equipo de generación
Subestación de interconexión en 138 kV ubicada adyacente a la casa de máquinas
Línea de interconexión en 138 kV que enlaza la central con la línea 138 kV existente entre Combapata y Tintaya.
Las características técnicas del proyecto se muestran en el siguiente cuadro: Denominación Cota
Longitud
Cota agua Cota
Caída
Caudal de
Potencia
Captación
de
Cámara de C.M.
de Diseño
diseño
Instalada
(msnm)
Conducción carga
(m)
(m³/s)
(MW)
(km) A8
3761
1.45
(msnm)
(msnm) 3758.5
38
3661
97.5
8.00
6.47
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BOSQUEJO
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