Trabajo de Grupal Cchh - Mantaro

Centrales Hidroeléctricas 1.- ¿Cálculo de la potencia nominal de la central Hidroeléctrica del Mantaro y su eficiencia total?

HISTORIA Las Las prim primer eras as inve invest stig igac acio ione ness sobr sobre e el uso uso de la ener energ ga a !idr !idráu áulic lica a en el Mantaro fueron en la década de 1"#$ por el ingeniero peruano y fsico %antiago  &nt'ne( de Mayolo Mayolo.. )n 1"#* se comen(+ el estudio de una planta de energa !idroeléctrica en Mantaro. )n 1",1 la Corporaci+n de )nerga )léctrica del Mantaro nace con el obetivo de reali(ar el proyecto de una planta de energa !idroeléctrica en el Mantaro. La construcci+n de la planta de energa se inici+ en 1",/. )l proyecto se reali(+ en tres etapas. La primera fue de unio de 10,/ a octubre 1"/ con constricci+n de la presa 2ablac!aca la central 3 y el t'nel de cone4i+n entre los dos. Las primeras tres má5uinas de la central fueron conectadas a la red en octubre de 1"/. )n un segundo paso tuberas de presi+n adicionales fueron construidas y en mayo de 1"/" fue la puesta en marc!a de las cuatro má5uinas restantes. & partir de entonces la central 33 fue construida como la 'ltima parte del proyecto y fue terminada en noviembre de 1"0#.

UBICACIÓN )l Compleo Hidroeléctrico del Mantaro ubicada en la regi+n de Huancavelica en el distrito de Colcabamba provincia de 2ayacaa. )l comple compleo o !idroe !idroener nergét gético ico del Mantar Mantaro o es el más import important ante e centr centro o de generaci+n !idroeléctrico de nuestro pas.

CENTRAL 1 Santiago go Antúnez ntúnez de a! a!olo olo está La cent centra rall eléc eléctr tric ica a de Santia está situad situada a cerca cerca de Campo &rmi6o a &rmi6o a una altitud de 10#$ m sobre el nivel del mar. )l pueblo de Campo Campo &rmi6 &rmi6o o fue const construi ruido do espec especial ialmen mente te para para los traba trabaado adores res de la construcci+n. 2iene una capacidad instalada de "#$ %. La central comen(+ a funcionar en 1"/ con tres má5uinas. )n 1"/" las cuatro turbinas restantes le siguieron. La producci+n anual en 7$$" fue de *.," millones de 89!: lo 5ue corresponde al 1,; de la electricidad generada en este a6o en min. La má4ima altura de cada es de /#0 m y la má4ima velocidad de fluo es 1*/0 m>s por turbina.

CENTRAL & La central eléctrica de @estituci+n tiene una capacidad instalada de 71$ M9. %e puso en funcionamiento en 1"0#. La producci+n anual en 7$$" fue 1,0 millones de 89!: lo 5ue corresponde al *1; de la electricidad generada en este a6o en min. La má4ima altura de cada es de 7*/ m y la má4ima velocidad de fluo es de 7 m>s por turbina.

'ATOS 'E CENTRALES Central (idroeléctrica Santiago Santiago Antúnez de )a!olo *SA + 'atos técnicos de las t,r-inas. 2ipo de 2urbina s Bpor turbina largo #0$$ m Diámetro de tubo . m inyectores de la turbina # toberas 'atos técnicos de la central (idroeléctrica de restit,ci/n *RO+.

'atos técnicos de las t,r-inas. 2ipo de 2urbina A'mero de 2urbinas
Q =15.78 m / s

s Bpor turbina #0$$ m Bpor tubo *.$ m , toberas

I.CALCULANDO POTENCIA HIDRÁULICA EN CENTRAL HIDROELÉCTRICA I:  P= ρ∗g∗Q∗ H 

ρ

= 1000 kg/m3

g

= 9.81 m/s2

QMAX

= 15.78 m3/s

 P=1000∗9.81∗15.78∗748  P=115791746.40 W 

 P=115.80 MW 

II.

Potencia Total de Central Hidroeléctrica I:

 A'mero de 2urbinasE /

0NTOTAL  /F11*.0 0NTOTAL  $12342 %

Se tiene el dato de Potencia Instalada de Central Hidroeléctrica I:

0Instalada   "#$ % III3

Calculamos la Eficiencia de Central Hidroeléctrica I:



ȠTOTAL  23#2 5 23#6 5 23#" ȠTOTAL  $78 Con este resultado podemos la potencia 'til total generada en los bornes del generadorE

09TIL  23$7 5 $12342 09TIL  4"&3$2 %

Segunda Central: DATOS DEL PROBLEMA:  H =257 m 3

Q =32.00 m / s

I.

CALCULANDO POTENCIA HIDRÁULICA EN CENTRAL HIDROELÉCTRICA II:

 P= ρ∗g∗Q∗ H 

ρ

= 1000 kg/m3

g

= 9.81 m/s2

QMAX

= 32.00 m3/s

 P=1000∗9.81∗32.00∗257

 P=80677440 W   P=80.68  MW 

II.

Potencia Total de Central Hidroeléctrica I:

 A'mero de 2urbinasE 

0NTOTAL  F0$.,0 0NTOTAL  &:&32: %

Se tiene el dato de Potencia Instalada de Central Hidroeléctrica I:

0Instalada   &12 % III3

Calculamos la Eficiencia de Central Hidroeléctrica I:


 &demás se deben de tener los datos del caudal en los meses de estiae donde el caudal es mnimo y el caudal en los meses de avenida cuando el caudal es más alto 5ue en los meses de estiae.
ȠTOTAL  23#2 5 23#6 5 23#" ȠTOTAL  $78 Con este resultado podemos la potencia 'til total generada en los bornes del generadorE

09TIL  23$7 5 &:&32: 09TIL  &223#2 %

7.- ¿Calculo del golpe de &riete?

;ol
La llamada f+rmula de &llievi para el cálculo de la celeridad de la onda en el golpe de ariete no es más 5ue una particulari(aci+n de la f+rmula de Nou8oOs8i. La velocidad del sonido en el agua tiene un valor de 1#7* m>s y su m+dulo de elasticidad es 8  7$P 1$" A>m 7 a la temperatura de 1$ QC.

Primera Central: DATOS DEL PROBLEMA: Tubería  L= 4800 m 3

Q =32.00 m / s  D =3.30 m

LA ALTURA 'ESOBRE0RESIÓN Las determinaciones de sobrepresiones se basan en la formula &LL3)=3.

c  Celeridad de la onda en Bm>s R  Constante de &LL3)=3 seg'n el material e  espesor del material Bm Material &cero ,$ mm D  Diámetro de la tubera en Bm

I3

CALCULAMOS LA CELEI!A! !E LA O"!A: c  ""$$ > = B#0. S R. D>e c  ""$$ > = B#0. S $.*. .>$.$, c  11/.11 m>s

33.

CALCULAMOS LA #ELOCI!A! E" LA TU$E%A: Q = V. A 15.78 = V. (π. (3.3!  "# V = 1.8#5 $"s

III3

CALCULAMOS LA SO$EPESI&" 'E"EA!A E"EL SISTEMA:  ∆<  ρ x C x V  ∆<  1$$$ 4 11/.11 4 1.0#*  ∆<  7$"/",/."*
I>3

CALCULAMOS EL TIEMPO M%"IMO E(UEI!O PAA (UE EL CIEE !EL !ISTI$UI!O !E LA TU$I"A "O PO!U)CA SO$EPESI&": Para dic%o c&lc'lo se tiene la si'iente ec'aci)n:

t  T 4 L 4 = 4 U.% > V< T  Densidad del agua en 8g>m  L  longitud de la tubera en m =  velocidad del fluido en m>s U.%  Uactor de seguridad  7 V<  %obrepresi+n en
t  1$$$ 4 #0$$ 4 1.0#* 4 7 > B7$"/",/."* t  0.## s

>3

CALCULAMOS EL 'OLPE !E AIETE APLICA"!O LA ECUACIO" !E MICHEAU!:  ∆H  7 4 L 4 => g 4 t

 ∆H  7 4 #0$$ 4 1.0#* > B".01 4 0.##

 ∆H  71."7 m

Segunda Central: DATOS DEL PROBLEMA: Tubería  L= 4800 m 3

Q =32.00 m / s  D =3.30 m

LA ALTURA 'ESOBRE0RESIÓN Las determinaciones de sobrepresiones se basan en la formula &LL3)=3.

c  Celeridad de la onda en Bm>s R  Constante de &LL3)=3 seg'n el material e  espesor del material Bm Material &cero ,$ mm D  Diámetro de la tubera en Bm

I3

CALCULAMOS LA CELEI!A! !E LA O"!A: c  ""$$ > = B#0. S R. D>e c  ""$$ > = B#0. S $.*. *.$>$.$, c  1$#./# m>s

33.

CALCULAMOS LA #ELOCI!A! E" LA TU$E%A: Q = V. A 3!.* = V. (π. (5.*!  "# V = 1.+3 $"s

III3

CALCULAMOS LA SO$EPESI&" 'E"EA!A E"EL SISTEMA:  ∆<  ρ x C x V  ∆<  1$$$ 4 1$#./# 4 1.,  ∆<  1/$1$#.7"
I>3

CALCULAMOS EL TIEMPO M%"IMO E(UEI!O PAA (UE EL CIEE !EL !ISTI$UI!O !E LA TU$I"A "O PO!U)CA SO$EPESI&": Para dic%o c&lc'lo se tiene la si'iente ec'aci)n:

t  T 4 L 4 = 4 U.% > V< T  Densidad del agua en 8g>m  L  longitud de la tubera en m =  velocidad del fluido en m>s U.%  Uactor de seguridad  7

V<  %obrepresi+n en
t  1$$$ 4 #0$$ 4 1., 4 7 > B1/$1$#.7" t  ".7$ s

>3

CALCULAMOS EL 'OLPE !E AIETE APLICA"!O LA ECUACIO" !E MICHEAU!:  ∆H  7 4 L 4 => g 4 t

 ∆H  7 4 #0$$ 4 1., > B".01 4 ".7$

 ∆H  1/.#$ m

73 ?Ca@itaci/n ! )edidas
0re@enci/n de ca@itaci/n.
Las medidas siguientes reducen la tendencia a la cavitaci+nE • • • • • •

)vitar presiones baas. )vitar temperaturas cerca del punto de ebullici+n del fluido. Gtili(ar perfiles delgados de álabes. %eleccionar un ángulo de ata5ue pe5ue6o de los álabes.
'aos a la )a,ina
La cavitaci+n también suele producir corrosi+n. Las capas protectoras se desgastan y la superficie porosa y rugosa ofrece condiciones ideales para la corrosi+n.

Ca@itaci/n generada artiDicial)ente. La aparici+n de la cavitaci+n puede visuali(arse claramente en un tubo de =enturi. )n la parte convergente se acelera el fluo produciendo una reducci+n de la presi+n. Cuando no se alcan(a la presi+n de vapor en la secci+n transversal más estrec!as se producen burbuas de vapor. Dependiendo de la intensidad estas vuelven a desaparecer en la parte divergente o se mantienen a lo largo de una secci+n más larga.

Criterios
or),la.

Jtro criterio es la altura de aspiraci+n posible de la bomba el vapor N0SH BA)2
N0SHA *NET 
N0SHR *A)2
)l valor N0SHA de la instalaci+n siempre debe estar por encima del valor 

N0SHR necesario de la bomba

#. ¿Costos de inversi+n de una central Hidroeléctrica B[>M9 versus los otros tipos de centrales de energa?

Costos de In@ersi/n de ,na Central Hidroeléctrica @s otros ti
US $/kW

US $/MW

2,000.00

2,000,000.0 0

Dieel% M!t!r alternati&! Ga nat'ral% M!t!r alternati&!

300.00

300,000.00

600.00

Car()n%T'r(ina e *a+!r Ga nat'ral% #i#l! #!,(ina!

1,100.00

600,000.00 1,100,000.0 0

-anel !lar !t!&!ltai#!

5,000.00

E)li#a

1,500.00

Central N'#lear

1,200.00

Central Hir!el"#tri#a

800.00

800,000.00 5,000,000.0 0 1,500,000.0 0 1,200,000.0 0

*.-
)sta central tiene una cada de 10$ m y tiene una galera de aducci+n de 10 m>s BZn: disponiéndose de 11 m >s en / meses de estiae BZ est y 17$ m>s en avenida * meses BZ aven. &demás !aya una laguna con *0 4 1$, m de capacidad 5ue sirve para aumentar el caudal en estiae. CalcularE a
ESTIAE:

 P=15772.13 kW 

 T = 7 meses 3

Q =11m / s

A*ENIDA:  T = 5 meses 3

Q =120 m / s

I.

CALCULANDO E0ICIENCIA TOTAL: η TOTAL = η turbina . η generador . η tubería

ηt =0.96∗0.90∗0.94 ηt =0.812

II.

CALCULANDO POTENCIA:

!T"A#$

AV%"&A$

 P=η t ∗ ρ∗ g∗Q∗ H 

 P=η t ∗ ρ∗g∗Q∗ H 

 P=0.812∗1000∗ 9.81∗11∗180

 P=0.812∗1000∗9.81∗120∗180

 P=172059.60 k