FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
ESTUDIO HIDRÁULICO EN LA CUENCA DEL RÍO CARONÍ C ARONÍ PARA UBICACIÓN DE UNA MICROCENTRAL HIDROELÉCTRICA
Esteban José Grossmann Otaola Tutor: Ing. José Ochoa Caracas, febrero de 2.010
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AGRADECIMIENTOS Al Ing. José Ochoa, a quien tuve el honor de tenerlo no sólo como profesor durante mi carrera universitaria, sino también como tutor de tesis. Gracias por su compañía, apoyo y dedicación. A mis abuelos Julio y Beatriz, por su esfuerzo, dedicación y soporte a mi formación como persona y profesional. Serán siempre una inspiración para alcanzar mis metas. A mi mamá, por haber estado siempre a mi lado, apoyándome y guiándome durante toda mi vida. Al Ing. Sebastian Ribis, por su asesoramiento científico y ayuda incondicional durante esta investigación. A mi hermano Julio, por su valiosa colaboración y fundamental ayuda en el área de electricidad de la investigación. A los directivos de EDELCA, en especial al departamento de Gestión Ambiental por facilitarme información esencial para la realización de esta investigación. A la escuela de Ing. Civil de la Universidad Metropolitana por hacerme el Ingeniero que soy. A todos aquellos que de alguna forma contribuyeron a la realización de esta investigación, gracias.
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TABLA DE CONTENIDOS Lista de Tablas y Figuras………………………………………………...………...x Resumen……………………………………...……………………………………xvi Introducción……………………………………………………………...…………..1 Capítulo I – Tema de Investigación……………………………………………….3 I.1 Planteamiento del problema………………………………..…………..3 I.2 Delimitación del tema…………………….……………………………..9 I.3 Justificación……………………………………………………….……...9 I.4 Objetivos de la investigación………………………………………….12 I.4.1 OBJETIVO GENERAL…………………………………...….12 I.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………………………..13 Capítulo II – Marco Teórico……………………………………………………....14 II.1 Antecedentes…………………………………………………………..17 II.2 Fundamentos teóricos……………………………………………...…22 Capítulo III – Marco Metodológico……………………………………………….26 III.1 Principales características de la Cuenca del río Caroní……….…26 III.2 Centrales Hidroeléctricas en la Cuenca del río Caroní…………..29 III.2.1 Central Hidroeléctrica Simón Bolívar en el Guri………...30
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III.2.2 Central Hidroeléctrica Manuel Piar en Tocoma………....33 III.2.3 Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda en Caruachi…………………………………………………………………..………..35 III.2.4 Complejo Hidroeléctrico Antonio José de Sucre………..38 III.2.4.1 Macagua I……………………………..................3 I……………… ……………..................39 9 III.2.4.2 Macagua II y III…………………………..……….41 III.3 Microcentrales Hidroeléctricas en la Cuenca del Río Caroní (MCH)………………………………………………………………………….……44 III.4 Grupo Étnico Pemón…………………………………………………………49 III.4.1 El Hábitat del Pemón…………………………………….………...50 III.4.2 La Familia del Pemón…………………………………………..….52 III.4.3 Ética y Educación del Pemón……………………………………..53 III.4.4 Economía del Pemón……………………………………………...54 III.5 Comunidad de Karuaiken………………………………………...………….55 III.6 Estación Hidrométrica de Karuaiken………………………………….……58 III.6.1
Análisis
del
Nivel
del
Agua
y
Diámetro
de
la
Turbina……………………………………………………………………...………63 III.7 Demanda Energética de la Comunidad de Karuaiken……………….…..65 III.8 Ubicación de la Microcentral Hidroeléctrica……………………..………...67
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III.9 Potencia Suministrada y Análisis de Cargas………………………………68 III.9.1 Acumulador………………………………………………………….71 III.10 Velocidad Mínima Útil y Probabilidad de Ocurrencia…………………...75 III.11 Características Técnicas de la Turbina……………………....................78 III.11.1 Eje de Trasmisión…………………………………………………78 III.11.2 Rodamientos del Rotor…………………………………………...78 III.11.3 La Trasmisión…………………………………………………..…79 III.11.4 Generador Eléctrico………………………………………….…...79 III.11.5 Tablero de Control………………………………………………..79 III.12 Sistema de Protección……………………………………………………...80 III.13 Propuesta Económica……………………………………..……………….82 III.13.1 El Rotor…………………………………………………………….82 III.13.2 La Trasmisión……………………………………………..………82 III.13.3 Generador………………………………………………………….83 III.13.4 Tablero de Control………………………………………………..84 III.13.5 Inversor de Voltaje……………………………………………..…84 III13.6. Costo Total……………………………………………………...…85 Capítulo IV – Conclusiones………………..……………………………………..86
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Capítulo V – Recomendaciones………………………………………….………87 Bibliografía………………………………………………………………………….89 Anexos………………………………………………………………………………92 Anexo A. Aforos de la Estación de Karuaiken, Fuente: EDELCA……………92 Anexo B. Prototipo en funcionamiento, Fuente: Maldonado………………….96 Anexo C. Instalación de una turbina de río, Fuente: Maldonado………….....96 Anexo D. Prototipos de turbinas de río, Fuente: Hydro Volts…………….......97 Anexo E. Algunos modelos de turbinas de río, Fuente: Hydro Volts………...97 Anexo F. Turbina de río en superficie, Fuente: Veoverde…………………….98 Anexo G. Instalación de una turbina de río en Brasil, Fuente: Noticias del Amazonas…………………………………………………………………………..98
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LISTA DE TABLAS Y FIGURAS Tablas Tabla 1. Comparación entre diferentes fuentes de energía…………………..24 Tabla 2. Características principales de la Cuenca del río Caroní…………....27 Tabla 3. Hidrología del río Caroní………………………………………………..28 Tabla 4. Cobertura vegetal predominante………………………………….......28 Tabla 5. Bajo Caroní………………………………………………………...........28 Tabla 6. Alto Caroní………………………………………………………............28 Tabla 7. Paragua…………………………………………………………………..29 Tabla 8. Datos Embalse Central Hidroeléctrica Simón Bolívar en Guri…..…32 Tabla 9. Datos Casa Máquinas Central Hidroeléctrica Simón Bolívar en Guri………………………………………………………………………………….32 Tabla 10. Datos Aliviadero Central Hidroeléctrica Simón Bolívar en Guri…..32 Tabla 11. Datos Canales de descarga Central Hidroeléctrica Simón Bolívar en Guri………………………………………………………………………………33 Tabla 12. Datos Embalse Central Hidroeléctrica Manuel Piar en Tocoma….34 Tabla 13. Datos Aliviadero Central Hidroeléctrica Manuel Piar en Tocoma...34 Tabla 14. Datos Turbinas Central Hidroeléctrica Manuel Piar en Tocoma....35
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Tabla 15. Datos Generadores Central Hidroeléctrica Manuel Piar en Tocoma…………………………………………………………………….............35 Tabla 16. Datos Embalse Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda en Caruachi…………………………………………………………………………….37 Tabla 17. Datos Aliviadero Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda en Caruachi…………………………………………………………………………....37 Tabla 18. Datos Transformadores Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda en Caruachi………………………………………………………………37 Tabla 19. Datos Turbinas Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda en Caruachi…………………………………………………………………………….38 Tabla 20. Datos Generadores Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda en Caruachi…………………………………………………………………………….38 Tabla 21. Datos Embalse Complejo Hidroeléctrico Antonio José de Sucre, Macagua I………………………………………………………………….............40 Tabla 22. Datos Presa de Gravedad Complejo Hidroeléctrico Antonio José de Sucre, Macagua I………………………………………………………………….40 Tabla 23. Datos Tuberías forzadas Complejo Hidroeléctrico Antonio José de Sucre, Macagua I………………………………………………………………….41 Tabla 24. Datos Turbinas Complejo Hidroeléctrico Antonio José de Sucre, Macagua I………………………………………………………………….............41 Tabla 25. Datos Embalse Complejo Hidroeléctrico Antonio José de Sucre, Macagua II y III…………………………………………………………………….43
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Tabla 26. Datos Aliviadero Complejo Hidroeléctrico Antonio José de Sucre, Macagua II y III…………………………………………………………………….43 Tabla 27. Datos Tuberías forzadas Complejo Hidroeléctrico Antonio José de Sucre, Macagua II y III……………………………………………………............43 Tabla 28. Datos Turbinas Complejo Hidroeléctrico Antonio José de Sucre, Macagua II y III…………………………………………………………………….44 Tabla 29. Datos significativos de las Microcentrales Hidroeléctricas en la Cuenca del río Caroní……………………………………………………………..48 Tabla 30. Caudales medio, altura media, velocidad media, áreas medias y ancho medio mensual y anual de la Estación Karuaiken……………………..60 Tabla 31. Demanda Energética de la Comunidad de Karuaiken…………….66 Tabla 32. Energía Suministrada y Consumo Eléctrico Mensual……………..70 Tabla 33. Carga disponible en el Acumulador durante el año………………..72 Tabla 34. Energía Suministrada y Consumo Eléctrico Mensual 2…………...74 Tabla 35. Probabilidad de Ocurrencia de Velocidad Mínima en el año……..77 Tabla 36. Costos Rotor……………………………………………………...........82 Tabla 37. Costos Trasmisión……………………………………………………..83 Tabla 38. Costos Rodamientos y Poleas……………………………………….83 Tabla 39. Costos Alternador……………………………………………………...83 Tabla 40. Costos Tablero de control…………………………………………….84
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Tabla 41. Costos Regulador de Carga………………………………………….84 Tabla 42. Costos Inversor de voltaje…………………………………………….84 Tabla 43. Costos Total…………………………………………………………….85
Figuras Figura 1. Fuentes de obtención de energía en Venezuela………………….….3 Figura 2. Localización general de la Cuenca del río Caroní……………………4 Figura 3. Sectorización de la Cuenca del río Caroní……………………………5 Figura 4. Ubicación de los Centros Poblados en la Cuenca del río Caroní…..7 Figura 5. Sistema de Trasmisión Troncal de electricidad e Interconectado….8 Figura 6. Sistema de Trasmisión al sur-este del Estado Bolívar………………8 Figura 7. Volumen del cilindro de barrido……………………………………….15 Figura 8. Ubicación apropiada de una turbina de río………………………….17 Figura 9. Turbina hidrocinética de Verdant Power……………………………..20 Figura 10. Primera turbina hidrocinética comercial de Hydro Green Energy.................................... Energy................................................... ............................ ............................. ............................... ............................2 .............21 1 Figura 11. Cuenca del río Caroní………………………………………………..27 Figura 12. Perfil Longitudinal del río Caroní, Bajo Caroní…………………….30 Figura 13. Central Hidroeléctrica Simón Bolívar en Guri……………………...31
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