DISEÑO DE T'NA MICROCENTRAL HIDROELECTRICA

LUIS FERNANDO DERAZO CIIAPARRO

JORGE ALBERTO ZAMORANO VALLECILLA

CALI5'

I CoRPoRACION UNTVERSITARTA AUTONOMA DE OCCIDENTE

DIVISION DE INGENIERIAS

PROGRAI.,IA DE MECANICAtj a". i+,.r

I 1988l.tDIt

i,

DISEÑO DE T]NA I'trCROCENTRAL HIDROELECTRICA

LUIS FERNANDO DERAZO CIIAPARRO

JORGE ATBERTO ZAI"IORANO VALLECILLA

Trabajo de grado presentado como

requisito parcial para optar altítul-o de Ingeniero Mecánico.

Director: INGEI'IIERO ALVARO OROZCO

lutonorno dr Otda.ib

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10 9 Z g

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CALI

CORPORACION IJNIVERSITARIA AUTONOI',IA DE OCCIDEI{TE

DIVISION DE INGENIERIAS

PROGRAI.,IA DE MECANICA

1988

+ait':'?Du J\^

Nota de Aceptación

Presidente del Jurado

Jurado

Jurado

Cali, noviembre de 1.988

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecinientos:

A ALVARO OROZCO, Ingeniero Director del Prograna Ingeniería Mecánica de

la Corporación Universitaria Autónona de Occidente y Director de 1a

Tesis.

A la COK)RACION UNMRSITARIA AI]T0NOMA DE OCCIDENTE DE CALI

A todas aque1.1-as personas que en una u otra forma colaboraron en 1a rea-

lización de1 presente trabajo.

INTRODUCCION

1. :

1.1.

L.2.

L.2.r.

L,2.2.

r.2.3

L.2.4

2.

2.L.

TABLA DE CONTENIDO

.HIDROLOGIA BASICA

OBJETIVO

CAUDAL DEL PROYECTO

Eval-uación rápida

Nivel de las aguas de desvío del río

Máximo caudal-

Mediciones rápidas de1 caudal en un curso deagua

Páe.

1

3

3

3

3

4

4

7

7

9

l0

11

72

16

22

22

22

23

23

I.2.4.L. Medición con flotador

L.2.4.2 Medición con vertedero

L.2.4.3. Medición con vertedero

I.2.4.4. Medición por vadeo

1.2.4.4. l.Estinación del caudal

1.2.4.4.2.Ntétodo del- 0.6H

rectangular

triangular

OBRAS DE DERIVACION

PRESA DE CONCRETO

2.L.L. Generalidades

2.t.2.

2.1.3.

Adecuación de1 lugar para el aprovechamiento

Sección típica y características

2.L.4. Principatres detátrtres constructivos

2.L.4.I. Marcación de 1as áreas

2.L.4.2. Linpieza de las áreas

2.I.4.3. Excavaciones

2.L.5. Información sobre el concreto

2.I.5.I. Materiales

2.1.5.2. Conposición de1 concreto

2.1.5.3. Mezcla y transporte del concreto

2.I.5.4. Utilización del- concreto en 1a obra

2.I.6. Construcción de la cuenca de disipación de 1asaguas

2.L.7. Diseño de la presa

2.I.7.1. Obras de captación

2.1.7.2 Estructuras de caPtación

2.L.7 .3. Fuerzas actuantes

2.I.7.3. l.Empuje hidráulico

2.L.7.3.2.Enpuje de sedimentos

2.L.7.3.3.Peso de1- dique

2.L.7.4. Verificaciones

2.l.7.4.l.Verificaclones aL deslizamiento

2.I.7 .4.2.Yetificación al volcamiento

2.l.7.4.3.Verificación de 1a posición de la resultante

2.I.7.4.4.Verificación de la estabilidad

2.2. BOCATOMA

2.2.L. General-idades

2.2.2. Diseño de l-a bocatona

24

25

25

25

26

26

27

27

28

31

31

31

32

34

34

34

35

35

35

35

35

36

37

38

38

2.2.2.I. Rejil-las I

2.2.2. 1. l.Rejillas de derivación

2.2.2.1.2.Diseño de la rejilla de derivació.n - .

2.2.2.2. Diseño de l-a canaleta de derivación"

2.3. DEPOSITO DE DECANTACION

2.3.L. Diseño de la artesa de decantación

2.3.L.L. Conpuertas de 1a artesa de decantación

2.3.L.2. Cálcul-o de la fuerza ascensional en las compuer-tas

3. DESARENADORES

3.1. GENERALIDADES

3.2. DISEÑO DEL DESARENADOR

3.2.1. Consideraciones de diseño

3.2.1.1. Zona de sedinentación

3.2.L.2. Zona de entrada

3.2.1.3. Zona de salida

3.2.L.4. Zona de Lodos

3.3. CANAL DE EI(CESOS DEL DESARENADOR

3.4. CANAL DE LIMPIEZA

4. CAI,IARA DE CARGA Y II]BERIA FORZADA

4.L. GEI{ERALIDADES DE LA CAI,IARA DE CARGA

4,2. DISEÑO DE LA CAMARA DE CARGA

4.3. CEI{ERALIDADES DE LA TTJBERIA F'ORZADA

4.4. DISEÑO DE LA TTIBERIA FORZADA

4.5. CLASES DE NEERIA

4.5.1. Tubería de hierro fundida

43

45

47

52

54

57

60

62

64

64

66

68

69

73

74

74

75

75

77

77

78

80

82

84

87

4.5.2. Tubería de hierro fundido dutil 88

4.5.3. Tubería de hierro galvanizado 88

4.5.4. Tubería de asbesto cemento 89

4.5.5. Tubería de pl-astico 90

4.6. OBRAS COMPLEI'{ENTARIAS ruBERIA FORZADA 92

4.6.L. Fuerzas en los anclajes 94

4.6.1.1. Anctajes en codos 100

4.6.L.1.1.Codos colocados horizontalnente 103

4.6.L.1.2.Codos colocados en sentido vertical- inferior 104

4.6.L.1.3.Codos colocados en sentido vertical- superior 105

4.6.2. Dimensionamiento de los apoyos 106

4.6.3. Ejemplo de cálculo .I-Lz

4.7. GOLPE DE ARIE-TE tO8

4.8. VALVI'LAS 111

5. TURBINAS BANKI, 115

5.1. GENERALIDADES 115

5.2. DISEÑO Y CAIJCI]LOS HIDRAI]LICOS 116

5.3. DIAGRAI.{AS DE VELOCIDAD LL7

5.3.1. Tr-iágu1o de velocidadés.... 118

5.3.2. Triángulo de velocidades a a la entrada de laturbiña 119

5.3.3.

5.3.4.

5.3.5.

5.3.6.

5.4.

Triángulo de velocidades en el interior derodete L23

Ecuación de continuidad entre los puntos 1 y 2 L25

Punto de salida de1 agua de rodete L27

Angulo del álabe o(2 L28

Dinensiones de1 rodete L28

5.5.

5.5.1.

5.6.

5.6.1.

5.7. "

5.8:

5.9.

s.9.1.

5.10.

5.10.1 .

5.10.1.1.

5. 10.2.

5. 10.2. 1 .

5.L0.2.2.

5. 10. 2 .3.

5.11.

5.L2

5.12.1 .

5.13.

5.13.1.

5.L3.2.

5.13.3.

5.13.4.

5.13.5.

5.13.6.

Geometrla del- álabe

Angulo central

TRATECTORIA DEL CHORRO EI.I

RUEDA

EL INTERIOR DE LA

Longitud del rodete

REI{DIMIENTO HIDRAI]LICO MAXIMO

NIN{ERO DI ALABES

DIMENSIONAI',IIENTO DEL INYECTOR

Generalidades

Cál-culos necánicos

Diseño y cálcu1-o de1 rodete

Verificación del- álabe a la rigidez estáticatransversal

Cálculo de1- eje

Verificación a fatiga

Verificación estática torsional

Verificación a las velocidades críticas

SELECCION DE RODAI',IIENTOS

CHAVETAS

Verificación de las chavetas

NORMAS PARA EL CALCULO DE I'NA TRANSMISION CON

CORREAS TRAPEZOIDALES

Potencia corregida

Elección de la sección de correa

Diámetro de' l-as poleas

Velocidad de la correa

Distancia entre ejes

Longitud prinitiva de l-a correa

131

r32

t34

L37

138

139

139

L40

140

140

L46

L47

148

150

151

151

L52

t52

153

153

153

154

155

155

155

5.13.7. Corrección de 1a distancia entre ejes

5.13.8. Potencia transmitible por correa

5.13.9. Deterninación del núnero de correas

5.13.10 Dimensiones de las Poleas

6. UNIDAD GENERADORA

6.1. Generalidades

6.2. Selección del tiPo de turbina

6.3. Selección del generador

6.3.1. Potencia instalada

6.3.2. Rotación

6.3.2.1. Vel-ocidad específica o número especlficorevoluciones

de

156

156

L57

t57

158

1s9

159

t64

t64

164

L67

168

168

170

L70

17L

L7L

173

L73

L73

L73

L74

174

L75

L76

6.6.L. Componentes tíPicos

6.6.2. Instrumentos de nedición

6.4.

6.5.

6.6.

6.7.

7.

7 .I.

FACTOR DE KNENCIA

REGI]LACION DE FRECUENCIA

TABLERO DE CONTROL

DISPOSITIVOS DE PROYECCION

CASA DE MAQUINAS

GENERALIDADES

7.2. DrSEÑ0 DE LA CASA DE MAQUTNAS

7.2.L. Estructura

7 .2.L.L. Infraestructura

7.2.L.L. Cimientos

7.2.L.1.2.Pisos

7.2.L.2. Superestructura

7.2.l.2.1.Paredes 176

7 .2.L.2. Cubierta 177

8. CANAL DE FUGA T79

8.1. GEI.IERALIDADES L79

8.2. DISEÑO 180

9. SIEESTACION Y LINEAS DE TRANSMISION 190

9.1. SUBESTACION 190

9.1.1. Generalidades 190

9.L.2 Diseño 190

9.2. LINEAS DE TRANSMISION 193

9.2.L. Generalidades 193

9.2.2. Diseño 193

9.2.2.I. Tensión de transmisión 193

9.2.2.2. Sel-ección del tipo de conductor Lg4

9.2.2.3. Selección del tipo de posre Lg7

9.2.2.4. Aislantes I97

10. CALCULO DE T'NA MICROCÉNTML DE 30 KT,¡ 205

10.1. GENERALIDADES 2O5

IO.2. INTRODUCCION 2O5

10.3. RECOLECCION DE INFORMACION BASICA DE CAI'{PO 206

10.3.1. Aforo de la quebrada Pavas 206

10.3.2. Levantamiento topográfico de1 tramo elegido deIa quebrada Pavas 206

10.4. CALCULO DE LAS PARTES QUE CoMpoNEt¡ LA MTCROCEN_TRAL 2I4

10.4.1. Obras de derivación 2L7

10.4.1.1. Verificación analítica de1 diseño de la presa ZL7

LO.4.2.

10.4.3.

10.4.3. 1 .

10.4.4.

10.4.5.

10.4.6.

10.5.

10.5. I .

10.5.2..

10.5.3.

10.6.

10.7.

10.7.1 .

to.7.2.

10.7.3.

LO.7.4.

10. 7.4. I .

LO.7.4.2.

10.7 . 5.

10.8.

10.8. 1 .

10.8. 2.

10.8.3.

Cálculo de la rejilla de derivacÍón

Cálculo de la canaleta de derivación

220

223

228

229

230

233

235

236

237

238

239

Cálculo estinativo deI caudal captado en larejilla cuando se presenta un caudal nedio 226

Cál-cul-o de la artesa de decantación 226

Cálculo de l-as compuertas de la artesa dedecantación

CáIculo de la fuerzas ascensional en las con-puertas

Dinensionnniento del desarenador

Dinensionaniento de la zona de entrada

Dinensionaniento de la zona de salida

Dimensionamiento de la zona de lodo

CALCULO DE LA CA},IARA DE CARGA

CALCUITO DEL DIAI.{ETRO DE LA TUBERIA FORZADA

Calculo de1 golpe de ariete

Pérdida por recorrido y accesorio en l-a tube-ría forzad,a 24O

SeLección del tipo de tubería 243

Método de anclaje para l-a tubería seleccionada 244

Zanja para tubería de PVC 246

Empotraniento de tubería de PVC. 247

Selección de la válvula 24g

Cálculo de 1a turbina 250

Cálculo hidrául-ico 25O

Gál-culo de la velocidad de entrada 25O

Cálcul-o de las velocidades en el- interiorde rodete 25L

10.8.4. Cálculo de 1a velocidad de salÍda del- rodete

10.8.5. Deterninación de la geonetría del- rodete

10.8.6. Cálcul-o de la trayectoria del' chorro en eI- in-terior de la rueda

10.8.7 Cálculo del ancho del rodete

10.8.8. Cálculo del rendiniento hidráulico náxino

10.8.9 Cál-cul-o del rendimiento hidráulico de l-aturbina

10.8.10. Cálculo del- núnero de álabes

10.8.11. Cálcul-o del álabe

10.8.13 Cálculo y dinensionamiento del eje

10.8.13.1.Cá1cu1o del peso de la polea de transmisión

10.8.13.2.Verificación del eje a fatiga

10.8. 13.3.Verificación estática torsional

10.8.13.4.Verificación a la velocidad críctia torsional

10.8.13.5.Verificación a la velocidad crítica transver-sa1

10.8.14. Selección de 1a chaveta

10.8.15. Cálculo y sel-ección de las correas detransnisión

10.8.15.2.Distancia entre ejes

10.8.15.3.CálcuLo de 1a longitud primitiva de la

10.8.15.4.Cá1cu1o de la potencia a transnitir por

10.9. Selección del generador

10.10. Casa de máquinas

252

253

255

256

2s6

260

260

267

269

269

275

275

correa 276

corea 277

278

269

279

279

255

255

255

27t

274

10.10.1. Diseño de la casa de náquinas (ver plano)

10.11. Canal de fuga

10.11.1. Valor numerico del factor de seccií¡ Zo

:

11. SELECCION DEL SISTEI''A DE BOMBEO

11.1. GENERALIDADES

LL.z. DISEÑO DEL SISTEMA

11.2.1. Características de1 fluido

LL.2.2. Velocidad o caudal

L!.2.3. Diánetro de las tuberias

11.2.4. Cál-culo de l-a cabeza teórica de la bonba

11.2.5. Cálculo de las pérdidas por friceión

L1.2.6. Pérdidas por accesorios

LL.2.7. NPSH

11.2.8. Altrira náxina de succión

1I.2.9. Velocidad específica de succión

RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIA

283

283

284

284

284

284

285

286

287

287

289

289

326

328

330

LISTA DE TABLAS

TABLA 1. Val-ores del- coeficiente dejescurriniento segúnel tipo de suel-o

TABLA 2. Valores reconendados de l-a franja para nedicióndel caudal por vadeo.

TABLA 3. Conposición de un netro cúbico de concreto

TABLA 4. TÍempo de nezcla del concreto

TABLA 5. Tabla tipo para fuerzas y nomentos en la seccióntransversal del dique.

TABLA 6. Vi.scosidad del agua

TABLA 7. Valores del cosciente a/t:

TABLA 8. Clasificación de los materiales en suspensiónasegún el- ta¡¡año

TABLA 9. Valores del coeficiente C para orificios sunergi-dos.

TABLA 10. Val-or de1 coeficiente o¿ para e1 cálculo del diá-netro en la tubería.

TABLA 11. Valores del coeficiente o( para cálculo del diá-metro en la tubería

T4

27

28

Pág.

5

37

58

70

59

6s

85

86

TABLA 12. clases de tubería en función de la presión.nor- 9lmas A[ü4.

TABLA 13. clases de tubería en función de la presión nornas 91ISO.

TABLA 14. Coeficiente de fricción entre el_ concreto y eJ_suelo IOO

TABLA 17. Distancias reconendadas entre apoyos para tuberíade acero d,e l/4' de espesor 107

TABLA 18. Módulos de elásticidad de a1-gunos naterial-es 110

TABLA 19. Tienpo de cierre nínino para válvulas de tubería 111

TABLA 20. Val-ores de m para diferentes valores de o(1 l3O

TABLA 21. Máxina caida adnisible para diánetro de rodete

TABLA 15. coeficiente de fricción más usuales del concre-to sobre el_ suel_o

TABLA 16. Presión adnisible para diferentes tipos de te-rreno

TABLA 22. Tipos de correas en v

TABLA 23. Núnero de polos segúna la velocidad de rotación

TABLA 24. Reconendaciones paraanplificación

seleccionar el sistena de

TABLA 25. Valores reconendados de la

103

113

131

t54

165

r66

ínclinación del talud L82

TABLA 26. Coeficientes de rugosidad de Manning 188

TABLA 27. YaLotes del borde libre recomendados

TABLA 28. VaLores de plantilla b y tirante y

TABLA 29. Secciones hidráulicas de náxima eficiencia

184

185

TABLA 30. Relación agua cemento con revestimiento de con-creto fundido Insitu 186

t82

TABLA 31. Rel-ación arena grava en revestínientos deconcreto fundido

TABLA 32. Valores reco¡nendados de espesor de revestinien-to de concreto

TABLA 33. Secciones transversales y sus relaciones entreelementos geonétricos

TABLA 34. Niveles de tensiones prinarias

t

TABLA 35. Características de los transfornadores dedistribución tipo poste

186

186

187

L92

192

TABLA 36. Uso recomendado del cabl-e de aluninio desnudopara transmisión de energía 195

TABLA 37. Uso recomendado del cable de cobre desnudo paratransnisión de energía f95

TABLA 38. Uso reconendado del cable de aluminuio reforza-do con alna de acero para transnisión de energía 196

TABLA 39. Val-ores adnisibles para distancia de transmisión..Sistena monofásico de 110 vol-tios. ZO4

TABLtr 40. val-ores adnisibles para distancias de transmisión.Sistena nonofásico a 22O voltios 2O3

TABLA 41. Valores adnisibles para distancia de transnisión.Sj$grFtrifásico a 22O voltios 2O2

TABLA 42. Valores recomendados de altura nínima delos conductos sobre el nivel del suelo

TABLA 43 Características de los postes de concreto

TABLA 44. Datos para 1a aplicación de postes de concreto

TABLA 45. Características de aluminio de los cables deal-uninio reforzados con alna de acerdo

TABLA 46. Resultados aforo con nolinete. Quebrada PavasFecha, febrero 20/84.

TABLA 47. Resul-tados aforo con molinete. Quebrada PavasFecha, Agosto 20/88.

TABLA 48 Datos levantaniento topográfico del sitio deemplazamiento.

TABLA 49. Tabla de nomentos y fuerzas que actuan en l-asección transversal de l-a presa

TABLA 52. Velocidades sedimentación de arena. DensidadP=2.65ra10oC

TABLA 53. Velocidades l-ímites según el tipo de uraterialde l-a tubería

TABLA 54. Longitudes equival-entes de accesorios para tube-

TABLA 50. Valores cal-culados por tanteo para la rejilla dederivación 222

TABLA 51. Cálculo por tanteo de las alturas de la cana-l-eta de derivación. Método de Zanarín 224

198

200

201

r99

208

209

zLO

2L9

227

240

rt_4.

TABLA 55. Dimensiones nornalízadas de anclajes paracodos

TABLA 56. Centro de gravedad y nonento de inercia de1á1abe del rodete

252

248

145

LISTA DE FIGT]RAS

Pág.

7FIGURA 1. Método del flotador par estimar caudales

FIGURA 2. Método deL vertedero rectangul-ar para deterni-nar caudales

FIGURA 3. Método del vertedero triangular para fls¡s¡¡!-nación del caudal-

FIGURA 4. Divisiones inaginaria del cause para la deter-ninación del caudal Por vadeo

FIGURA 5. Aforo con molinete, caudal-es por cada franja

FIGIIRA 6. Aforo con mol-inete, vertical-es inaginaria

FIGURA 7. Método del 0.2H - 0.8H. Aforo con noLinete

FIGURA 8. Método del 0.6H. Velocidad pronedio, aforopor nolinete 17

FIGURA 9. Molinete

FIGURA 10. Vel-ocídad pronedio de l-a franja

FIGURA 11. Areas de cada franja. Aforo por molinete

FIGURA 12. Sección presa de gravedad tipíca

10

13

L4

15

16

18

19

20

24

FIGURA 13. Fuerza actuantes sobre la sección transversaldel dique

FIGURA 14. Posición de la resultante en la base deldique

FIGURA 15. Disposición típica en una bocatona

FIGURA 16. Planta disposición bocatona proyecto

FIGURA 17. Seccion transversal y longitudinal de lapresa de derivación

FIGURA 18. Sección transversal de 1a rejilla de deriva-ción

34

36

40

43

46

49

FIGURA 19. Vertedero presa de derivación

FIGURA 20. Esrimativo del caudal captado por 1a rejilla

FIGURA 21. Planta artesa de decantación

FIGIIRA 22. Zonas del desarenador

FIGURA 23. Sección longitudinal de l-a cámara de carga

69

79

94

96

97

FIGURA 24. Fterzas en una reducción

FIGURA 25. Ancl-aje de tubería con canbio de pendiente

FIGURA 26. Fuerzas actuantes en el anclaje con cambiosde pendiente

FIGURA 27. Perfil- y planta de tubería con canbio en an-bos Lados del anclaje

50

51

60

99

FIGURA 28. Fuerzas actuantes en el anclaje

FIGURA 29. Posición de l-a resul-tante de las fuerzas enel ancl-aje en la base del misno 100

FIGIIRA 30. Fuerzas en un codo debido a la presión está-tica 101

FIGURA 31. Esfuerzos en un codo debido a la presión diná-nica LOz

FIGURA 32. PLanta y elevación de un codo colocado horizon-talnente. 104

FIGURA 33. Codos colocados en sentido vertical inferior 105

FIGURA 34. Codos colocados en sentido verticaL superior 106

99

FIGURA 37. Geometrías para transfornar energía hidrául-icaen energía necánica 2IO

FIGIIRA 38. Íriángulos de vel-ocidadee. notación internacio- 119na1

FIGURA 35. Dinensiones del anclaje. Método de tanteo

FIGURA 36. Dinensiones de apoyo

FIGURA 39. Triángu1-o de velocidad en el rodete

FIGURA 40. Triángulo de velocidad a la entrada

FIGIIRA 41. Incidencia del chorro a la entrada y sa1-idadel- rodete

FIGURA 42. Fuerzas entre los puntos I y 2 d,eL rodete

FIGURA 43. Geometría de1 álabe

113

108

LzL

L22

L24

L26

133

FIGURA 44. Trayectmia delchorro en el interior del-rodete

FIGURA 45. Fuerzas sobre el ál-abe

FIGURA 46. Deflexión en vigas doblenente enpotradas

FIGURA 47. Diagrana de Goodnan nodificado

FIGITRA 48. Sitio de emplazamiento de 1a microcentral

FIGIIRA 49. Al-tura bruta. Sitio elegido para la mircocen-tral

FIGURA 50. Características de1 sistema de bonbeo ne-cesario

FIGURA 51. Dimensiones de la presa

FIGURA 52. Sección transversal de la rejilla

FIGURA 53. Rejilla derivación

FIGURA 57. Corte longitudinal- zona de salida

FIGURA 58. Corte longitudinal- planta del desarenador

FTGURA 59 Excavación típica para conducción de tuberíassobre tierra

136

L43

L46

zTL

2L2

22L

222

213

2r8

FIGURA 54. Alturas de l-a canaleta de derivación 225

FIGURA 55. Secciónes transversal- y longitudinal. Zona deentrada 233

FTGURA 56.Espacio entre agujeros de la pantalla deflectora 234

235

237

244

FIGURA 60.

FIGIJRA 61.

FIGT]RA 62,

FIGURA 63.

FIGURA 64.

Dinensiones del anclaje 248

Dinensiones de l-os anclajes en codos a 90o 25L

Dinensionee de los anclajes en codos a 45o ZS3

Diagrama de fuerzas en Y :ZSg

Diagre'na de fuerza conrtante y nomento flec-tor en Y. 262

263FIGURA 65. Diagrana de fuerzas en X

FrGtlRA 66. Diagrnma de fuerzas cortante y momento flectoren X.

LISTA DE GRAFICAS

GRAFICA 1. Velocidades de asentamiento de esferas en fLujoestático

GRAFICA 2. Selección del tipo de turbina a utiLizar deacuerdo a la cabeza neta y aI caudaL de di-seño

GRAFICA 3. Valores de vel-ocidad específica para cada tipode turbina

GRAFICA 4. Factores de ¡nodificación de acabado superficialpara el acero

GRAFICA 5. racE,ores de nodificación a la entalladura

GRAFICA 6. Curvas adÍmensionales para determinar la pro-fundidad nornal

GRAFICA 7. Curva característica de1 sistema de bonbeo .Acueducto rural

GRAFICA 8. Diagrama de MOODY

PAG.

67

l_61

L62

189

294

29s

268

268

LISTA DE ANEXOS

pág.

ANEXO I Selección del tipo de correa en función del nú- 296

mero de revoluciones n y l_a potencia.

ANEXO II Selecci&rdel diámetro prirnitivo de la polea menor

ANEXO rr sel-ección de la ]-ongitud primitiva de 1a correa

ANEXO Motencia a transnitir según la sección de la co-rrea.

ANEXO V Coeficiente Ck para el cálculo de1 diánetro pri-nitivo.

ANEX0 W Coeficiente CL para el cálculo de l-a potenciaefectiva.

ANEIO VII Coeficiente Cx para el- cáIculo de l"a poténciaefectiva.

ANEXO \IlTf Nornalización de las dinensiones de la poleas

297

298

301

309

309

310

311

ANEXO IX Válvulas seleccionadas para tubería de presión PVC 316

AI{EKO X Características tubería PVC, ref. RDE 41. Grado1. lJní6n Z.

3L7

ANEXO fi Características accesorios PVC. Unión Z. 318

ANE(O XII Generadores Algesa Tipo A

ANEXO XIII Dinensiones de la bonba

AIIEXO XW Curvas características de la bomba

319

323

324

RES[]MEN

Esta obra tiene por objeto ofrecer una solución alterna al- problena

econónico y social, generado por la falta de fl-uldo eléctrico en nues-

tros campos, proporcionando un texto guía, el cual pueda ser usado como

obra de consulta para el diseño de nicrocentrales hidroeléctrica, con

las cuales se puede solucionar, en parte, este grave problena.

A cada conponente de la nicrocentral- se le ha dedicado un capltulo, de

nanera que el diseño de cada estructura está sustentado, en debida for-ma' antes de llegar a1 dimensionamiento o cálculo de ella. De esta na-

nera logranos nuestro objetivo básico de proporcionar a los constructo-

res' estudiantes de ingenierías e ingenieros un texto que 1-os ayude en

el- diseño y construcción de nicrocentrales.

El capítu1-o uno, trata sobre 1os estudios hidrológicos que ae deben ade-

lantar para e1- diseño de nicrocentraLes. En é1 se describen l-os dife-rentes métodos para estinar el- caudal del río o corriente de agua que

se haya elegido para realizar los estudios. Tanbién se puede llegar

a determinar, usando estos nétodos, el caudal náxino que presente lacorriente.

El capítulo dos, comprende las obras de derivación necesarias para cap-

tar el caudal estinado para el diseño. Se inicia con los estudios per-

tinentes para e1- diseño de una presa de gravedad de baja altura, Con-

tinua con el diseño de 1a bocatoma o derivación propiamente dicha.

Para esta derivación se usa una presa del tipo dique forna, esto es la

toma se hace directamente en la cina del vertedero de la presa de gra-

vedad. La últina parte del capítul-o está dedicada al- diseño del depó-

sito de decantación.

El capítulo tres esta dedicado al diseño de desarenadores del tipo con-

vencional, en é1 se estudian las diferentes zonas que conprendan un de-

sarenador, asl como tanbién, 1os diferentes dispositivos para que dste

trabaje en forna eficiente, decantando arena, arcillas o 1odo.

E1- capítul-o cuatro estudian en su prinera parte el diseño de l-a cámara

de carga, su función y sistenas de protección. La segunda parte abar-

ca el diseño de la tubería forzada y las obras conplementarias a el1a

cono Lo son los anclajes y apoyos.

El capítuLo quinto, estudia, en su primera parte, el diseño de una tur-bina del tipo Michel-l- Banki, asi cono l-as verificaciones pertinentes

que se deben de efectuar a cada componente de la turbina. La segunda

parte se dedica al- estudio del sistena de anplificación necesaria para

dar al generador las RPDÍ deseadas.

En el capítulo seis se dan l-as reconendaciones y paránetros para 1a

sel-ección del- generador adecuado para 1a capacidad de l-a turbina.

Tanbién se incluyen l-os datos para la +eccfh del tabl-ero de control

de la estación generadora.

El capítulo siete, hace referencia a Ia casa de náquinas y en é1 se

dan l-as características constructivas de una casa de náquina típica

para asegurar la protección del grupo generador de l-a nicrocentral.

E1- capítulo ocho, está dedicado a la pequeña subestación de transmi-

sión de energía. En é1 se dan l-as recomendaciones para l-a selección

del- transfornador y los cables de transnisión.

En el capítulo nueve se estudia el canal de fuga necesario para descar-

gar las aguas que sa1-en de l-a turbina al río.

En el capítu1-o diez se diseña compl-etamente una microcentral hidroeléc-

trica de 30 kw de capacidad. Se inicia con los estudios hidroLógicos

pertinentes y termina con e1 diseño del canal de fuga. trgg*eiry!p1_-_q-9¡g_ p_glg_ggys_ada_ como fuenre de porencia para un acuedug-

E9_I"re1_:lE_u.::.¿"_tegg_,_gr"i.ipi" d. p"sr", v .

El capítul-o once, se dedica a l-a sel-ección del sistena de bonbeo ade-

cuado para el acueducto rural en la vereda parraga.

INTRODUCCION

Esta obra tiene por objeto brindar una orientación a1 proyectista y

constructor de Microcentrales Hidroeléctricas¡ por ello se ha querido

presentar un texto $e atiende directanente la secuencia de diseño to-

mando la infornación de base requerida y orientando al diseñador hacia

una meta muy definida, e1 diseño de un proyecto eficiente y de bajo

costo.

A través de los once capítulos que conponen esta obra-hidrología básica

obras de derivación, desarenadoresr. tubería forzada y cánara de carga

turbina, generador, casa de náquinas, canal de fuga, subestación y 1í-

neas de transmisión, se presentan los criterios básicos para el dÍseño

de cada una de las partes que confornan una estación generadora de1 ta-

naño Micro; criterios éstos que son indispensables para garantizar el

buen manejo de la información requerida para cada etapa del proyecto,

1o que permitirá l-a óptima util-ización de la energía potencia del- cau-

dal el-egido para accionar la turbina. El capítulo diez nuestra el pro-

ceso de diseño y cálculo de una nicrocentral hidroeléctrica de 30 kw de

capacidad equipado con una turbÍna del tipo Michell-Banki, la cual fue

diseñada para ser usada como fuente de potencia para accionar las bom-

bas de un acueducto rural en la vereda de Parraga, nunicipio de .Dagua

(Valle).

En eL desarrollo de cada uno de los capítulos, se ha real-izado una

anplia revisión bibl-iográfica, de 1a cual se han exttactado reconenda-

cionee de diseño, tablas y gráficas que resultaron de gran utiLidad

práctica.

Abriganos la esBeranza de que esta obra contribuya al desarrollo ener-

gético de nuestros canpos' tan injusta.mente olvidados hasta ahora y'

a su vez sirva a 1a fornación profesional de los estudj-antes de inge-

niería cono texto de guía y consulta'

I.OS AUTORES

Cali, Novienbre de 1.988

I. HIDROLOGIA BASICA

1 .1. oBIETTVO

Los estudios hidrológicos que sean realizados en los proyectos de ni-

cr.ocentráleshidroeléctricas, estudian básicamenüe, 1o siguiente:

Caudal del proyecto, a ser utilizado por la turbina' para la deter-

minación de la potencia a ser instal-ada.

Nivel de l-as aguas de desvio del- río, para secar el l-ugar donde se

va a ubicar 1a presa.

Ifáxino nivel y caudal alcanzado por las aguas' para e1 dinensiona-

miento del vertedero y para la posición de1 piso en l-a casa de ná-

quinas.

T.2. CATIDAL. DEL PROYECTO

L.2.L. Evaluación rápida

Para las centrales hidroeléctricas de pequeña capacidad, el nétodo que

se ha utilizado durante mucho tlnpo consiste, en hacer algunas nedi-

ciones de caudal en los cursos de agua en los periodos de sequíá adap-

tando el rnínino caudal hal-l-ado, como caudal del- proyecto'

q = Qmin Q = Descarga para el proyecto (caudal para la deter-

ninación de l-a potencia a ser instalada).

Qmin = Caudal nínino estinado en el curso de agua ob-

tenido en los periodos nás secos, según datos

obtenidos por los noradores del lugar.

L.2.2. Nivel de las aguas de desvlo del río

Cuando fuere necesarío ejecutar construcciones en el lecho del río, se

procede al desvlo de las corrientes naturales, para pernitir 1a inpl-an-

tación de lae obras proyectadas. El periodo apropiado para esta etapa

es cuando las aguas estén bajas o en periodo de seqüí.a.

En el caso de preaas de concreto, el desvío del. río será hecho en épo-

ca de se{üía, adoptándose cono nivel de agua probable de ocurrir e1

nenos frecuente del periodo de seqúta. en los últimos cinco años, obte-

nido por indicación de los moradores l-ocal-es.

I .2 .3. l,láxino caudal-

El caudal máxino a utilizar para el dinensionamiento del vertedero pue-

de ser hecho basándose en la siguiente fórrnula:

4

Q = 0.278 Cd. I. Ad.

Donde: Q = Caudal de crecida en t3/"g

Cd= Coeficiente de escurriniento superficial

I = Intensidad de lluvia en el- proyecto, en nn/h

Ad= Area de la cuenca en kn2

El área de la cuenca Ad, podrá ser obtenida a través de napas, fotogra-

fías, át."" de la región o levantanientos topográficos rápidos de la

cuenca, donde será instalada la nicrocentral. Se deberá tanbién deter-

minar la diferencia de elevación entre e1- punto más alto del curso de

agua principal y el punto en estudio, así nisno cono su extensión.

El coeficiente de escurrimiento, Cd, se puede evaluar a partir de las

condiciones deL suelo, vegetación' etc., de la cuenca.

La tabla No. 1 da unos valores aproxinados de Cd

.TABLA I Val-ores aproxinados de Gd

Cobertura de la CuencaTIPO DE SUELO

Cultivado Pasta Bosque

Con alta tasa de infiltración:genenalnente arenosa 0.20 0.15 0.1

Con nedia tasa de infiltración:areno-arcill-oso 0.40 0.3s 0.3

Con baja tasa de infiLtración:pesadamente arcilloso 0.5 0.45 0.4

Para la deterninación de la intensidad de la lluvia, se hace necesario

el conociniento de La altura de la l-l-uvia y de l-a respectiva duración

esta intensidad se calcula con la siguiente fórnula:

I = hc hc = Altura de la lluvia, en ¡[m

td td = Duración de la l-l-uvia, en h

La altura de l-a lluvia, correspondiente a un tiempo de ocurrencia pre-

fijado, puede ser obtenido a través de un estudio de lluvias intensas

donde existan registro pluviográficos de razonable periodo histórico.

Para la obtención del tienpo de duración de 1a lluvia generadora de es-

currimiento, se puede util-izar 1a observación directa o nétodos indirec-

tos.

Este tienpo puede ser tonado, con cierta aproxinación, como'el tiempo

de concentración de la cuenca.

td=tctc= Tiempo de concentración, en horas

i = Extensión del curso principal de

agua, en kn.

hp= Diferencia de elevación entre elpunto nás al-to de la cuenca y el pun-to en estudio, en n

Se reconienda como nivel- de agua náxino aquel observado por los morado-

res antiguos de las proxinidades o por indicaciones evidentes. Este

valor servirá para la colocación de la cota del piso de la casa de

." =/o.rz r\o.sas

\" /

máquinas.

L.2.4. Mediciones rápidas del caudal en un curso de agua

Entre 1os procesos para uredir e1 caudal- de una zania, quebrada, ria-

chuelo, o de un pequeño río de forna rápida, los nas reconendables son

aquellos realizados por medio de flotadores' vertederos o por vadeo.

A continuación se explicará ett que consiste cada uno de los anteriores

procesos.

L.2.4.1. Medición con fl-otador

14

W#ú

-fJ #,ffill',,' /',1 / r' ,' r1

*/,,

12 /,"Y //,(^,

-/ / \/ \-sss¡g¡hE r* hr -T

LA

h2

N^f

h. h' 1!

FIGURA 1 Medición con flotador

Se escoje un trecho recto de1 curso de agua, cuyo Lecho sea uniforne y

donde eL agua fLuya aerenamente.

Se nide la extensión 1 que de ser posible debe aer superior a 10 nts'

ae narca su inicio y su final, 1o que puede ser hecho con dos cuerdas

anarradas en estacas clavadas en Las nargenes y en posición perpendicu-

1ar al- eje de 1a quebrada.

En seguida se coloca a algunoa netros otras del inicio del trecho esco-

gido y en ¡nedio del- lecho, un flotador consistente en una botel'la tapa-

da y lastrada con agua en Il3 de su volumen.

Con un cron6metro, se deternina el tienpo, en segundos que el- flotador

gasta en recorrer el trecho escogido para la nedición de1 caudal.

Las áreas de las secciones transversales limitadas por los niveles de

agua y el fondo de la quebrada deben ser determinadas' como nínino, pa-

ra los puntos inicial y final del trecho de nedición.

Si la extensión de ese trecho fuere Largo, se aconseja deterninar las

áreas de una " :" secciones intermedias.

Cono se muestra en l-a f ig. 1.

El caudal Q, en r3/"g, se puede calcular por La fórnula siguiente:

Q=0.8L.ft

Donde: L = Extensión del- trecho nedído entre las dos secciones trans-

versales, en nts.

f = Media de las á.""" de las secciones transveraales, levan-

tadas a 1o largo del trecho, en n2.

t = Tienpo de recorrido del- flotador, en sg.

0.8 4oeficiente de corrección de la velocidad superficial para

veLocidad promedio en la sección de nedición.

I.2.4.2. Medición con vertedero rectángular

ffi;-á"o-lJg'. | -[¡,,,, /?:\] ffi.- i,7,

(i,, /t,i,'4)) ,

:ri':'.lll¡f,¡1" tt " Rotccc¡onoscontrd ro

"- nlttl n

FIGIIRA 2 Medición canvertedero rect{ngular

El proceso de nedición con vertedero rectángular conlleva a resultados

nas precisos que el proceso de nedición con flotador, empero requiere

un poco mas de trabajo y se linita a los casos en que 1as condiciones

morfológicas del curso de agua pernitan su realización.

í'7 7',

Se coloca en el curso de agua un panel de tablas que tenga un abertura

rectangular en el centro, suficiente para que pase toda eI agua.

El- ancho del vertedero debe de tener hasta dos tercios del- ancho del

9 Uniu¡irH luhnom Ú¡

0Al!. tiilfrüo

curso de agua.

Se debe cortar l-os bordes de l-a abertura en forma de bisel .para produ-

cir filos agudos en 1a dirección del flujo del agua.

Después de tapar todas 1-as grietas del panel-, se clava aguas arriba, a

uno o dos netros de distancia, una estaca cuya parte superior debe que-

dar al nivel de l-a cina del vertedero.

Cono se nuestra en la fig. No. 2.

Se espera que el escurriniento de agua se haga normalnente, a través

del vertedero, se nide la altura del nivel de agua rrhfr sobre la parte

superior de l-a estaca.

Despreciándose la contracción l-ateral- de la l-anina de agua, la descarga

puede ser calculada por la fórnula de Francis:

Q=1.84bh3/2

Donde: Q = Gaudal-, en n3/sg

b = Ancho de la abertura del vertedero, en mts

h = Altura del nivel de agua sobre la cina del vertedero,

mts, nedida en e1 lugar donde fue clavada la estaca.

I.2.4.3. Medición con vertedero triangular

Medición ccnvertedero triangularFIGI]RA 3

10

Cuando l-as deargas son nuy pequeñas, inferiores a 200 lts/sg, o cuando

la quebrada tiene un ancho reducido en relación a su profundidad difi-

cultandose 1a colocación de un vertedero rectangular' se enplea un ver-

tedor. con sección triangular en rrvrr -

Cono se indica en la fig. No. 3.

Los procesos de instaLación y nedición para este tipo de vertedero aon

los nisnos ya presentados para un vertedero rectangular, siendo por 1o

tanto la descarga cal-culada por 1a fornula de Ttrónpson.

Q = 1..4 h5l2

Donde: Q = Descarga' en t3/"g

h = Altura deI nivel de agua sobre e1 vertice inferior del ver-

tedorr en mts, nedida en el lugar donde fue clavada La

estaca.

L.2.4.4. Medición por vadeo

En este rétodo se util-izan diferentes dispositivos necánicos tales cono

los nol-inetes o correntdnetros para determinar indirectamente el caudal

de agua que transPorta un río.

El nétodo por vadeo consiste basicanente en la estinación de la veLoci-

dad del- agua a 1o ancho del sitio de aforo sobre diferentes puntos de

la sección.

11

Sitio de aforo

para realizar las labores de un aforo por el tétodo por vadeo se proce-

de inicialnente a seleccionar el sitio, para l-a cual se debe tener en

cuenta:

El caudal conducido por el canal o rio en el tramo de aforo, debe 11e-

var el total del caudal a estinar y no como en el caso de un rfo; afo-

rar sobre un brazo solamente.

El- tramo seleccionado para el- aforo debe ser recto, de tal- ¡nanera que

las líneas de flujo sean paralelas entre sí y no se presenten renolinos'

turbul-encias ni contraflujos.

La sección de aforo estará libre de la presencia de grandes piedras que

inpidan el nornal flujo de agua y el desplazaniento de los operarios.

El sitio para adel-antar el aforo por vadeo, estará despejado de grandes

troncos, no debe tener vegetación flotante ni de fondo.

La profundidad máxina de 1a corriente de agua a aforar debe ser taL que

pernita e1 desplazamiento de las aforadores a 1o ancho de ella.

1 .2.4.4.1.Estinación del caudal

El método de aforo por vadeo no es nás que una forma de nedición con

12

equipos necánicog

de continuidad.

Q=VxA

y como tal. se base en la utilización de la ecuación

Q = Caudal, en m3/sg

V = Velocidad de la corriente, n/sg

A = Area de flujo, .n t2

)Donde e1 valor de la velocidad se deternina nediante la u.tÍlización de1

nolinete y el area de f1-ujo con el- conociniento de las características

geonétricas de la sección.

una vez seleccionado el sitio del aforo, se procede a 1a ejecución del

mismo de 1a siguiente forna:

Subdividir la sección de aforo en un núnero de franjas inaginarias

deterninadas cada una por la superficie del agua' el fondo del cau-

ce y l-íneas verticaLes inaginarias igualnente espaciados, una dis-

tancia f, fornando asi subsecciones de forna triangulares (en las

orillas) y trapezoidales en el resto de la sección co¡no ae muestra

en 1a fí9. 4.FRANJA IMAGINARIA

FIGURA 4 Franja imegrraria

13

Para subdividir la sección de aforo se debe tener en cuenta que través

de cada franja inaginaria de la sección no debe pasar nás del 102 de1

caudal total que transporta 1a corriente en ese punto.

Teniendo en cuenta 1o anterior se reconienda utilizar la tabla No. 2.

TABLA 2 Franja inaginaria

Ancho del rio (nts) Ancho reconendado de la franja f (nts)

L.20 0.10

1.20 - 3.00 o.20

3.0 - 5.00 0.30

5.0 - 3.00 0.40

8.0 -12.00 0.50

t2.o -18.00 0.80

18.0 -25.00 1.00

25.O -35.00 1.50

35.0 -50.0 2.00

50.0 -70.0 3.00

70.0 -1@.0 4.00

100.0 5.00

E1 caudal- total que pasa por La sección de aforo es igual a la suna de

1os caudal-es que pasan por cada franja inaginaria como se muestra en

la fig. No. 5.

FIGIIRA 5 Caudales franja inaginaria

L4

El caudal que Pasa por cada franja imaginaria se puede estinar utili-

zando Ia ecuación de continuidad con cada una, así:

qí=vixai

Donde: ei= Caudal que pasa por la franja i-ésina, "n

t37"g

vi= Velocidad pronedia de1 agua en la franja i-ésina, en n/sg

ai= Area de la franja inaginaria i-ésina

La velocidad pronedia del agua en cada franja inaginaria se deternina

pronediando el valor de 1a vel-ocidad obtenida en cada una de las dos

lineas verticales inaginarias que encierran la respectiva franja'

Las verticales inaginarias se numeran en orden ascendente: 0' l, 2, 3..

.. n-1, n. Donde frórr corresponde a la orilLa donde se inician las

nediciones y rrnrr para la orilla opuesta, como se muestra en la fig'

No. 6.

FIGURA 6 Verticales inaginarias

Puntos difirentes de ella'

agua, nedidas a Partir de

local-izados en 0.2 H y 0.8 II dentro deL

1a superficie del agua. Siendo H el valor

15

de la profundidad del agua en cada vertical.

FIGURA 7 Método del .2H-;8H'

Es de notar de la fig., que los puntos A y B representan exactamente

la posición donde se debe hacer la nedición de la velocidad del agua,

o sea que a estas profundidades se colocará el eje del- moLinete' en ca-

da vertical-.

El valor de la velocidad pronedia en cada vertical (Vt) ' se debe pro-

¡uediar 1os valores de la velocidad obtenidas a 0'2H - 0.8 H, asi:

Vv=V0.2H+V0.8H

1.2.4.4.2. Metodo 0.6H

La velocidad pronedio de 1a vertical, se halLa soLo determinando la

vel-ocidad en un punto de cada vertical, local-izado a 0.6 H nedida dee-

de la superficie del- agua. Ver fig. 8.

L6

FIGIIRA I Método del 0.óH

En este rétodo, entonces en cada vertical del punto locaLizado a 0.6 H

de l-a superficie deberá coincidir con el- eje de nolinete al nomento de

l-a nedición.

En este caso la velocidad en la vertical (Vv) equivaldrá a 1a velocidad

hallada a 0.6 H (V 0.6H) en la nisna vertical, o sea:

Vu = V 0.6H

La nedición de 1a velocidad en 1os diferentes puntos a considerar en el

aforo de una corriente de agua se realiza empleando el nolinete, el

cual consi-ste en:

Un dispositivo necánico que gira al-rededor de un eie' este disposi-

tivo puede ser helicoidal o de cazoletas y es obligado a girar por

acción de la velocidad del agua.

Mediante un sistena de contactos eléctricos accionados por l-as co-

pas o 1as hélices. Se cierra un circuíto a través de una bateria

y un alambre eléctrico o de Ias varill-as que aoportan el cuerpo

T7

del nolinete, produciendose un inpulso eléctrico que es contado ya

que está conectado a un tacdnetro de revoluciones que totaliza los

giros de elemento rotatorio.

E1 cuerpo del nolinete formado por el- si-stema de rotación, el- eje,

la cánara de contactos y las aletas van montadas sobre unas barras

o varil-l-as que permiten sobre ellas, se gradue la profundidad de

nedida o sea l-a posición del eje del molinete. Ver. fig. 9.

HETICE

FIGIIRA 9 Molinete

Se puede tener para un mismo mol-inete un juego de helices de diferentes

caracteristicas que se acomoden a díferentes rangos de velocidad.

Las revoluciones que se producen en la trélice y contabilizadas con ta-

cometro para un terminado periodo de tiempo (usando crondmetro alrede-

I rcoü8rtr9

vlRrr t r

18

dor de 30 sg) expresadas en revol-uciones/sg, llevadas a la llanada ecua-

ción caracteristica de1 nolinete y que se expreaa cono una relación li-

neal entre 1a velocidad y el numero de revoluciones por sg, asi:

V=an*b

Siendo: V = Velocidad del agua obtenida por el- molinete en el pto de

nedición, expresado en n/sg.

n = Níuero de revoluciones por sg, rev/sg

a y b = Constantes caracteristicas del- nolinete.

a = Paso del molinete

b = Velocidad del- agua mínina para e1 funcionamiento

del moLinete.

De esta nanera, determinando l-a velocidad en cada vertical- por aLgunos

de los metodos expuestos anteriornente, se pronedia los valores de la

velocidad de l-as verticales consecutivas que delinitan cada vertical-'

hallándose de esta for¡¡a la velocidad promedia de cada franja. Fig.10

Vf3= V2+V3

2

Vf3 = Vel-aidad de la fTst$ 3

Vc Ve = Vel-cidad de las verticaleshr¿ 2v3

FIGIIRA 10 Velocídad pronedia en cada franja

El area de cada franja se calcula, considerándo1a cono figuras geométri-

Unir¡ridod tutonomo ft (kiüilh

0egtr Biblídcco

IIIII

19

cas de fornas triangulares en las orillas y trapezoidales en el resto

de la sección. Ver. fig.ll

ff.ft

\A2 A3 Ac

Í I I

A5 A n-¡ ^/

FIGURA. 11 Area de cada franja

De la fig:

A1, A2.... AG: Representan el area de las franjas 1, 2, n-ésina respec-n

tivanente, e' n2

h1 h?.....hs: Profundidad del agua en las verticales L, 2r....n-1 é-¿t n-r

sina respectivanente en n

f: Ancho de las franjas Ir 2,..... n-l ésina, en m

g: Ancho de la franja n-ésina, en n

E1 area de la franja 1, A, será:

A1=hlxf

Para la franja l-ésina (Al): Ai =

Para la franja n-ési¡na (An): hn - 1 x f

hi-r+hi\ f,)

20

Reenplazando l-os valores correspondientes a velocidad pronedio de la

franja y área de e1-1a, se obtiene el caudal que pasa por esa franja.

El caudal será la suna de los caudales obtenidos para cada franja.

2L

a

2. .OBRAS DE DERIVACION

2.r. PRESA DE CONCRETO

2.L.r. Generalidades

La presa de concreto consiste en un muro, cuya sección transversal se

aproxima a un triángulo rectángulo, y que resiste la presión de1 agua

del- reservorio y la subpresión de las aguas que se filtran por los ci-

mientos, con su propio peso. PoSee un trecho central rebajado a ver-

tedero, destinddo a pernitir el desague del- excedente de 1as aguas.

Este tipo de posos son reconendables para val1-es relativanente estre-

chos, con aproxinadanente 100 nts de ancho, donde el represamiento re-

quiere alturas prdxinas a 3 nts con buenas bases en roca poco fractu-

rada.

La decisión de 1a construcción de la presa de concreto debe ser tonada

después de un concienzudo análisis de l-as condiciones del terreno don-

de va ha estar ubicada la fundación, disponibilidad de los materiales

y equipos apropiados para la construcción.

,,1

22

2.t.2. Adecuación del lugar para el- aprovechamiento

Para la adopción de l-a presa de concreto para el aprovechaniento, el

lugar debe poseer las siguientes caracterlsticas.

Disponibil-idad de piedras para 1a obtención de balasto y yaciníen-

tos de arena fdciLnente explorables en 1as proxinidades del lugar.

Facilidad de conseguir cenento en cantidad suficiente en 1a región.

El- terreno debe ser de roca resistente y poco fracturada' en caso

de que este posea una capa de arena, esta no debe ser nuy espesa'

no debe tener nas de 2 ntsr -para no encarecer la obra con los tra-

bajos de remoción de La nisna.

Facilidad de accesos para 1a construcción.

2.L.3. Sección tipica y sus caracteristicas

La sección tipica reconendada para las presas de concreto aon Las si-

guientes:

En 1a parte posterior de la presa se deberá hacer una cuenca de

disipación o tanque, cuya función será la de anortiguar el inpac-

to del agua que pasa a travds del- vertedero, este tanque deberá

tener el nisno ancho deL vertedero y en su fondo una roca resis-

tente, en caso contrario deberá hacerse el- fondo con organaÉta para

protejerlo contra La erosión.

Alrededor de1 tanque, externamente' será col-ocada una capa de pie-

23

dra de protección para evitar que el agua que salga del tanque da-

ñe la superficie de la roca, pricipalurente cuando esta no sea de

buena calidad . ,,''

Si 1a presa es muy l-arga deberá ser construída en bloques, entre

los cuales deberá haber juntas vertical-es, debidamente señaladas

contra e1 agua. En la fig. No. 12 se muestra la sección típica

de una presa de gravedad

FIGURA 12 Sección típica de una presa de gravedad

1 Altura de la limina de agua (1.00 nts nar)

2 Cína de la presa

3 Cina del vertedero4 Muro l-ateral de la cuencia de disipación5 Muro final de la cuenca o tanque de disipación6 Rocas de protección

7 Masa de concreto

8 Superficie natural del terreno

9 Area de |inpieza10 Superficie natural de la roca

Principales detal-lea constructivos?.L.4.

24

z.I.¿+.L. Marcación de las áreas

Los ejes de referencia, alineamientos y puntos caracterlsticos de l-as

obras deberán ser señalados en el terreno por nedio de narcas cuidado-

samente protegidos, de nodo que queden bien definidos.

2.L.4.2. Linpieza de las áreas

Los servicios de l-inpieza comprende 1a desmalezada y que el área quede

sin piedras, por 1o nenos 5 nts nas aL1á del perlnetro externo de l-as

obras.

2.L.4.3. E:rcaracfones

En l-a zona donde se ubicatá La presa, se le deben renover cual-quier na-

terial de tierra roca desquebrajada, hasta aLcanzar en todos 1-os puntos

La zona donde la roca será apropiada para la fundación. Se entenderá

en este caso por roca apropiada, la roca que presente buenas condicio-

nes de imperneabilidad, o poco fracturamento' y pueda soportar eL peso

de la presa sin grandes defornaciones.

En La encavación en la roca se debera evitar e1 uso de expLosivos, por

tratarse de pequeños volumenes de excavación.

La éxcavación debera ser conducida de tal nodo que la superficie de la

roca, después de concluida La excavación se Presente bien rugosa y pla-

25

na.

Los trabajos de excavacíón solo deberdn ser dados por concluidos des-

pués de que el Lugar este bien li:npio y sin fragnentos de roca.

Los nateriales extraldos de las éxcavaciones deberán se depositados en

áreas fuera del 1-ugar de La obra y del reservatorio.

2.L.5. Infornación sobre e1 concreto

2.1.5.1. Materiales

El- concretó estará compuesto de cemento' agua y agregados, este ültino

constituído de arena y balasto, los sacos de cemento deberan ser de

50 kg y seran enpleados en el orden cronológico en que fueron llevados

a la obra. Cada lote de cemento deberá ser alnacenado de tal forna

que se pueda deterninar facilnente su fecha de llegada, sabiendo ser

tonadas todas las medidas para evitar su deterioramiento y ser alnace-

nado en pilas de no náxino 10 sacos durante un periodo nunca superior

a 90 días, en lugares cerrados y convenientenente ventilados.

El agua destinada a La preparación del concreto deberá ser linpia y no

debera contener sales, aceite, acidos, aLcal-inos y sustancias orgdni-

cas. En caso de que no se cunplan estas condiciones se debera utili-

zar agua potable.

E1- origen de Los agregados inportantes deberán ser de canteras o de

26

depósitos, o tambien provenientes del lecho del río.

2.L.5.2. Conposición del concreto

Las cantidades de nateriales para obtener 1 t3 de concreto, serán l-as

siguientes:

Cenento = 26Q kg o sea 5 sacos de 50 kg c/u.

Conponentes = Las cantidades de arena y piedra son dadas en la tabla

No. 3 en lts; el numero entre parentesis se refiere a la cantidad de

paLadas de 0.45 x 0.35 n de base y 0.3 n de al-tura.

TABLA 3 Conposición del concreto

Arena Piedra 1 Piedra 2 Piedra 3Ihstaslm lhsta 25 m lhsta 38 m

Ei¡a 47O 47O 24O 24OIbsta 2.4.m (10) (10) (s) (s)

lbrlia y gnEca 470 24O 24OIbsta 4.8 m (10) (s) (s)

Agua = I2O a 150 1-ts, o sea 24 a 30 lts por cada saco de cenento

Ej: Para 1 13 d" concreto, se util-izará.5 sacos de cenento; 15 pala-

das de arena gruesa, 20 paLadas de piedra; L2O a 150 l-ts de agua.

2.1.5.3. Mezcl-a y transporte de concreto

27

La dosificación de los naterial-es componentes de cada nezcla sera hé-

cha de acuerdo con el item b, esto es, e1 cenento nedido por nr¡mero

entero de sacos; la piedra, la arena y el agua por volumen.

Los conponentes deberán ser introducidos gradualmente en la nezclado-

ra, poniendo una parte del agua, para la otra ser colocada, después

de terminada 1a carga de los otros elenentos de 1a nezcla.

El tienpo de nezcla no deberá ser inferior al- establecido en la tabl-a

No. 4.

TABLA 4 Mezcla y transporte de.concreto

Capacidad de nezcla Tiempo dnjrc de nezcla

Ilasta 1,00 n3 L L/2 minutos

Hasta 2100 m3 2 ninutos

Las nezcl-adoras deberdn descargar directanente en los recipientes de

transporte del concreto.

2.1.5.4. Utilización del concreto en l-a obra

Esta deberá hacerse en un dla claro, en caso contrario deberá utilizar-se una iluminación adecuada. Deberá de evitarse 1os periodos calien-

tes, cuando la temperatura anbiente fuera nayor a 32oC.

La colocación del concreto será continua y conducida de tal forna que

28

no deba haber interrupciones superiores a dos horas.

El concreto no ""tá "*puesto a la acción de las aguas de cura antes

de que esta halla endurecido l-o suficiente' para que no sea dañado

por e1 hr¡nedeciniento de la superficie.

Todo el- concreto deberá ser Lanzado a una altura inferior a 2 mts, pa-

ra evitar la segregación de sus conponentes.

El concreto se deberá Lanzar 1o nás próxino posible de su posición fi-

nal, y no depositarl-o en grandes cantidades en puntos deterninados,

para después ser esparcido o manipulado a 1o largo de l-as formas.

Las capas que fueren concluidas en un día de trabajo o que hubieren

sido colocadas poco airtes de que se interr¡ryi€ra.. . temporalnente las o-

peraciones, deberán ser linpiadas luego que l-a superficie se hubÍera

endurecido la suficiente, retirándose el. cemento que queda en l-a super-

ficie y todos l-os materiales extraños.

las superficies de concreto deberán per¡nanecer hrinedos despues de 7

días de su conclusión. E1 nétodo a utilizar podría ser cubriendo la

superficie con arena nojada, o utilizando cualquier otro sistena que

1-o nantenga continuemente mojada.

Las superficies de concreto que queden a la vista y que no hubieren te-

nido contacto con noldes durante su seca.iento deberan ser al-isados

aun cuando el concreto aun estuviere fresco.

29 -:-:::::.+

fl tlni'uni&d Aulc¡omu úo ttcci'Jtxrru [

I Cq,to Bibli*eco lf

La superficie de concreto deberá ser protegida adecuadanente de la ac-

ción directa del sol- y de l-a l1-uvia, de aguas en noviniento y de agen-

tes necánicos. El agua utilizada para la cura debera ser potable.

[,as fornas de nadera que pernanezcan en el lugar deberán ser nanteni-

das húnedas hasta el. final de la cura, para evitar el resecaniento de

la superficie del concreto.

Para unir concreto fresco con otro ya endurecido, la superficie ya en-

durecida deberá ser raspada para retirar la arganasa superficial, e1

material suelto y los cuerpos extraños. Esta superficie l-avado y ba-

rrida con escoba de acero, deberá ser nojado y conservado asi hasta el-

reinicio de la construcción.

Toda la madera utilizada en las formas debe estar excenta de agujeros

nudos, grietas, curvaturas y otros defectos que perjudiquen a au re-

sistencia o a la apariencia superficial final de la obra, 1a nadera

enpleada en La construcción de fornas, después de aparejado, debera te-

ner por 1o nenos 2 cns de espesor.

Las fornas de nadera serán nojadas hasta la saturación, antes de echar-

le el concreto.

Las formas nuevas solo deberan ser retiradas después de 14 días, y su

retiro debera serlento, usandose cuñas u otros dispositivos, para que

1as cargas no sean apoyadas bruscamente sobre las piezas nuevaa.

30

2.L.6. Construcción de la cuenca de disipación de las aguas

Esta será el-aborada con piedra arganaaada, esta piedra será extraida

de l-as mismas excavaciones del aprovechaniento o con l-as piedras ex-

traldas de1 lecho del río, las piedras deberdn tener un tanaño náxino

de 30 cms y serán colocadas cuidadosanente en capas, de tal forna que

cada piedra aea envueLta conpletanente por la argamasa a ser utiliza-

da. Antes de su colocación final de las piedras serán previanente

nojadas.

Alrededor de la cuenca o tanque de disipación externamenter se deberá

Lanzar una capa de piedras con 0r5 nts de espesurar y dinensj-ones de

piedra igual o superior a 20 cns. El lanzamiento será hecho en una

franja de 2 nts de anchura.

2.L.7. Diseño de la presa

2.L.7.1. Obras de captación

la obra de captación consiste de una eatructura colocada directanente

en la fuente a fin de captar el gasto deseado y llevarlo a la línea

de conducción.

Estas obras de captación de fuentes superficiales se pueden dividir

en dos clases:

3t

Fuentes superficiales sin regulación

Fuentes superficiales con l-a regulación de sus caudales

2.1.7.2. Estructuras de captación

E1 diseño de una obra de captación de una fuente sin regulación supo-

ne un caudal- de1 rio superior aL gasto máxino diario para cualquier

época.

Desde el punto de vista hidráulico, el problena se reduce a deterni-

nar una altura de aguas sobre el area de captación, tal que el gasto

nínino aforado asegure la captación del- gasto deseado (Q nax diario).

Desdeel punto de vista estructural, el diseño deberá proveer seguri-

dad a la acción destructiva del- rio; desl-izamiento, volcamiento, ero-

sión, sedinentación, etc.

Si se trata de rios de poco caudal- o quebradas, puede diseñarse una

estructura de captación interceptando eI flujo del río y asegurando

la captación del gasto requerido.

Un dispositivo que intercepte al curso del- rio estará expuesto a una

serie de factores negativos, por 1o cual debera ser ta1 que presente

las nejores condiciones de funcionaniento, entre otros:

El nivel de entrada de las aguas debe quedar a 1a naxima altura

32

posibl-e para evitar ser alcanzada por los sedinentos.

El área de captación debe protegerse contra el paso de naterÍal

grueso.

La vel-ocidad de la corriente en las cercanías de l-a estructura de-

be ser tal que no provoque excesiva sedinentación.

Debe ofrecer seguridad de volcamiento y deslizaniento, mediante

anclajes firnes y seguros.

Una de l-as estructuras que mejor satisface estas condiciones consiste

en un dique-toma con area de captación ubicado sobre la cresta del

vertedero central.

En la práctica, se diseña un vertedero central para pernitir el gasto

medio de 1a fuente superficial- y un vertedero de crecida para pernitir

el paso de1- gasto náxino aforado y evítar socavaciones en las laderas

y fundaciones del dique.

Bajo el punto de vista estructural, un análisis de l-a sección del di-

que se hace necesario.

Este aspecto tiene por objeto la deterninación de las dinensiones de

1a seccíón transversal-, con el fin de contrarrestar los efectos del

volcamiento y deslizaniento causados por:

Enpuje hídráulico

Empuje de sedinentos

33

En el caso de represas, los factores principales son el enpuje hidráu-

l-ico, la subpresión, el enpuje de sedinentos y la presión negativa de

la lánina vertiente, pero en el caso de diques pequeños, estos dos

últinos factores son despreciables en la nayoría de 1os casos. En la

figura No. 13 se indican estas fuerzas.

2.L.7 .3. Fuerzas actuantes

FIGURA 13 Fuerzas actuantes sobre la sección

transveraal de un dique tona

2.1.7.3.I.

Empuje hidráulico

p=t?H22

; fagua = 1000 kg/n3

2.1.7.3.2.

Enpuje

ps =!2

de sed

fsrl2

inentos

; d"sedimentos = 1.800kg/n3

34

2.L.7.3.3.

Peso del dique

p = A ú.t F'= p""o.especifico del- concreto = 2300kglnr

fosedinentos = 1.100 kg/^3sunergj-dos

2.I.7 .4. Verif icaciones

2.L.7 .4.L. Verificación al deslizaniento

Se usará un factor de seguridad al deslizaniento ) 1.5

M - Coeficiente de fricción del- concreto y roca = O.IO'.Y

rd = l1.Ebr.st EH

Si Fd )¿ L.5 No se necesita dentellón

Si Fd < 1.5 Se usara dentel-l-ón

2.L.7.4.2.

Verificación aL volcamiento

Se usará un factor de seguridad a1 volcaniento)1 2

Fv = :x!- > 2

ES,N

2.L.7.4.3.

Verificación de La posición de la resultante

e = Excentricidad

35

La posición de l-a resul-tante debe pasar por el tercio central- de l-a

base del dique, para eliminar todo riesgo de tracción, cono se nues-

tra en la figura No. 14.

EHn - zl'lvEv

para que se cunpla 1o anterior

FICURA 14 Verificación de J-a. posÍción de la resultante

2.I.7.4.4.

Verificación de la estabilidad

Esta se calcula por la fórnula siguiente:

g = Ew /, * 6" \b.100 \ b /\

=..¡[ ; e=¿ AI.{Ev2F

e (_D_ ;6

36

Donde: l{ = Peso por netro Lineal de nuro o presa en kgs

b = Base transversal en cms

e = Excentricidad en cms

Con e1 signo (+) da la comprensión náxina en la pared exterior y el

signo (-) la nínina conprensión, o la tensióir, en la pared interior.

Para facilidad deL cál,culo de las fuerzas y momentos actuantea se re-

conienda La utiLización de la siguiente.':Tab1a No. 5

TABLA 5 Fuerzas y monentos actuantes en lasección transversal

2.2. BOCATOMA

I

Fuerza Brazo Mom.vol Mon.resist.

EnpujeHidráulico

F1.

EnpujeSedinentos

F2

EnpujeSed.sr¡mergidos

Fq

Concreto

37

2.2.I. General-idades

La captación de la corriente del río, que dará noviniento a la turbi-

na, se hace por nedio de una estructura ll-anada bocatoma.' Esta estruc-

tura es conún a obras tales cono acueductos, plantas hidroeláctricas y

sistemas de regadios.

La bocatona se ubica generalmente despues de la presa, pero en ocasio-

nes se puede diseñar como parte de l"a nisna presa' cuando esta se ha-

lla sumergida.

A la bocatona se conecta directanente la tubería forzada cuando la to-

pografía del- terreno 1o perníta y los costoa sean favorables' Cuando

esto no sea posible y se haga necesaria la utilización de una conduc-

ción abierta, 1a cánara de carga puede en ocaslones cumplir con las

funciones de la bocatoma.

La bocatona cumple 1-as siguientes funciones:

Control-a eL caudaL que ll-ega hacia la conducífin fotzada, perni-

tiendo en cualquier momento' suspender l-a circulación del agua

por la tuberÍa para el mantenÍniento de la microcentral.

Retiene los cuerpos flotantes y nateriales sólidos (sedinentos)

transportados Por las aguas.

2.2.2. Diseño de l-a Bocatoma

38

La bocatona ea una obra de captación que se usa para derivar el caudal-

necesario de1 rlo o corriente de agua, que Ímpulsará la turbina para

generar energía eléctrica. r'

Cuando el caudal que se deriva y conduce hacia la casa de ndquinas,

este alrededor de los O.L n\/sg (100 Hs/sg) o nenos; la cdnara de car-

ga puede cunplir con las funciones de la bocatona, esto es' se puede

el-iminar la bocatona y colocar la cánara de carga inmediatamente des-

puds de la pequeña presa o enbalse.

Existen varios métodos para la captación del caudal necesarior depen-

diendo en muchos casos de 1a topografía y la geología del terreno don-

de se proyecte la construcción del enbal-se o presa. La tona se puede

hacer lateralmente, si la pared de1 sitio de enbalse 1o pernite; se

puede hacer de fondo, cuando se dispone de un caudal regulado la nayor

parte deL año., o se puede captar directanente Ébbre la cresta de la

presar por nedio de una rejilla a través de la cual se hace directa-

mente la toma.

La eiección del- tipo de captación se hace evaluando los siguientes

factores:

Geología y topografía del- sítio elegido para el enbalse

Hídrología, caudales nedios, náxinos y níninos

Tecnología disponible, facilidad de construcción

Costo de la obra

39

En general una obra de derivación debe constar cuando menos de los

siguientes elenentos: presa o e¡nbalse de derivación, canal de descar-

ga, bocal regul-ador con rejilla de troncos, depósito de decantación,

canal de limpieza, vertedero de crecl.das y cotttpuerta de regul-ación.

En 1a figura No. 15 se da la disporción en una bocatona típica.

Planta General Bocatona TípicaDistribución típica

E I'BA LS E 1 Presa2 Canal de descarga3 Vertedero de crecidas4 Depósito de decantación5 Conpuerta de reguLación6 Rejilla de troncos7 Canal- de l-inpieza

FI 15 Planta General- Bocatona Típica - Distribución típicaNo existe en realidad normas para la dispocisión de los dúversos ele-

mentos que componen una derivación, ni la disposición de la derivación

nisna en el sitio del enbalse, su ubicación depende exclusivanente

del diseñador apoyado generalnente en el costo del- diseño y su facili-

dad de construcción y nanteniniento.

Para la obra, tena de esta tesis, henos elegido la captación por ne-

dio de rejilla sobre la cresta de la presa. Esta elección se hizo apo-

o.:D|!

'+

40

yados en los siguientes parámetros:

Costos: La construcción de una presa degravedad es relativamen-

te nás ventajosa que otro tipo cualquiera de presa para ser usa-

da en nicro y pequeñas centrál-es eléctricas, debido a su bajo

costo y facilidad de diseño y construcción.

Diseño: Cuando se hace 1a captación directamente sobre el verte-

dero de La presa se pueden diseñar presas de nuy poca altura,

las cuales no ofrecen resistencia considerable al paso de gran-

des caudales durante Las épocas de lluvia, Por 1o tanto su resis-

tencia al volcamiento es alta. Por ser de baja altura este tipo

de presa resulta poco costosa y de gran resistencia, adenás el

área ínundada por el embalse es pequeña ya que no se necesita una

gran reserva de agua.

Nueatros rlos de montaña arrastran durante las crecidas gran can-

tidad de sedimentos sólidos y como en su nayoria aon rlos de rá-

ginen torrencial-, carentes de regul-ación no es raro encontrar

riadas del- orden de 100: 1 con respecto del caudal medio de se-

quía. Con unos caudales tah altos durante las riadas o crecidas

de los ríos resultaría impropio y hasta peligroso diseñar presas

de gran altura debido a au costo y al peligro de sedinentación

excesiva por e1- arrastre de sedinentos sólidos Los cual-es inuti-

l:ízacj'ín en poco tienpo el enbalse.

Con una presa de poca al-tura 1os excesos de caudal pasarlan li-

brenente por encima de la cresta del- vertedero arrastrando tras

4L

de si ios sedinrentos, mrteniéndose asi libre el ernbalse de sedinen-

tación y conservando su capacidad de alnacenaje.

La captación directa desde 1a cresta de l-a presa por nedio de re-

jillas ayuda a la f-inpieza del caudal captado al inpedir e1 paso

de grava y piedras de gran tamaño hacia el desarenador ayudando

asi a 1a conservación de los elementos que confor¡nan la nicrocen-

tral.

El- hecho de que se haga una 1-inpieza desde la'misna captación ayu-

da en el proceso de desarenación de las aguas que van hacia la

cánara de carga, aumentando 1a eficiencia de los desarenadores y

prolongando la vida fitil de todo e1 sistena que conpone la micro-

central.

Geol-ogla y Topografía: Sitio de emplazamiento de I'a bocatoma

, presenta al suelo sól-ido en roca, pero las paredes laterales son

de tierra y roca nuerta 1o que implica e1 uso de refuerzos en

concreto para estas paredes con el peligro de filtraciones si

se construye una presa de gran altura con captación lateral. De

otro l-ado vuelve nuevamente e1 factor costoa' pues existe una

relación directa entre la altura de la presa y e1- costo de la

migna.

42

I23

\s67I910

"11

L2l:!

EnbalshesaMros laterat€sReiilla de derivacisthrcsi.to de decartrisrCcq-"t"" Upósito de decmtei.ctbsarenadcCtrral de ercertr¡ desaenadcCdral de lilr[tieza desarer¡admCdmra de cargaTkqa de tuspcciónkjilLa de g,otcci¡nIl¡bería fqzcca

FL UJ o

+

:FIG[JM. 16 Planta Disposición Bocatoma Proyecto

De acuerdo a 1a dispoeióión nostrada en la Fig. No. 9, iniciarenos el

diseño de l-a derivacíón del río siguiendo el mismo orden nunerico a-

doptado para designar cada uno de Los elenentoa que conforman esta

obra.

2.2.2.L. Rejillas de protección

Para l-a protección de la nicrocentral se disponen de rejillas de pro-

tección las cuales tienen l-a función de detener el- paso de rocas de

43

tanaño considerable asi como tanbien el paso de cuerpos flotantes ta-

l-es cono hojas, raíces y troncos, los cuales son arrastrados nornalnen-

te por toda corriente de agua y en Bayor proporción cuando se presente

una riada o crecida durante epocas lluviosas o de invierno'

Estas rejiLlas generalnente se fabrican en perfiles de cerca ya sea re-

dondo o rectangular, pero tambien sd puede disponer para au construc-

ción de láninas de acero perforadas o ranuradas aunque estas tlltinas

presentan bastantes perdidas de carga debido a la obstrucción que pro-

ducen, adenás de resultar mucho nas costosas que las fabricadas a par-

tir de perfiles de acero estructural'

La distancia requerida entre cada barra o perforación que forma 1a re-

jilla deberá ser menor que el pronedio de los diánetros de los cuer-

pos flotantes y sedinentos que normalmente se encuentren en la corrien-

te, de agua, e1-egida para aécionar la turbina. Para calcular y escoger

esta dístancia se deben tener en cuenta 1os siguientes factores:

Distancia entre 1as paLetas de1 distribuidor

Distancia nínima entre aspas de1 rotor en una turbina Francis

VáLvula de agua de1 inyector en la turbina Pelton

Bocal cónico de l-a rueda Pelton

válvula de registro del- flujo de accionamiento de l-a turbina

Adenás se deben seguir l-as siguientes nornas generales de diseño y

construcción Para las rejillas.

44

se deberá construír con barrotes poco incl-inados con respecto

de l-a vertical, con una inclinación de 10o a 15o, la elección entre

barras redondas o rectangulares se linita exclusivanente a costos

de construcción y nantenimiento.

La distancia entre barrotes varía según sea una rejilla superfÍcial

o profunda. Esta distancia es constante entre ellas y varla de 3

a 12 cns.

La rejilla debe ser seccionada en tableros o paneles de tamaño y

peso limitados a la capacidad de los elenentos de que se disponga

para su nanejo. Los apoyos deben ser dispuestos de manera que los

tableros queden fijos por simple contacto despues de ser desliza-

dos entre las guÍas de apoyo.

Se debe disponer de un sistema de rastrillo, con el objeto de efec-

tuar linpiezas periodicas a 1a rejilla. Este rastrillo puede ser

de accionamiento nanuat o necánico dependiendo del ta¡naño de la .

rejilla y del conportamiento de la corriente y de.1_os sedimentos

arrastrados por ell-a.

Cuando las condiciones asi 1o requieran se puede diseñar una reji-lla de barrotes con ma1la netálica o te1a, para garantizar la 1i¡n-

pieza de1 flujo de agua que llega 1a turbina. si se proyecta con

nal-la netálica se debe disponer de un sietema de linpieza efecien-

te pues es mucho nás factible la obturación de la rejilla con elconsabido aumento de la pérdida de carga.

2.2.2.1.1. Rejilla de Derivación

45

Esta rejil-l-a va dispuesta sobre l-a pequeña presa y por nedio de el-la

se hace l-a derivación del caudal requerido para inpulsar la microcen-

tral.

Por estar dispuesta sobre la pieza esta rejilla deberá ser 1o suficien-

temente rígida y robusta para soportar los frecuentes inpactos de sedi-

mentos sól-idos los cuales aumentaran su frecuencia de inpacto cuando

se presente una crecida; pero tanbidn deberá disponer de 1á nayor área

libre conpatible con su costo, con el fin de evitar daños o obturacio-

nes con pérdidas de cargo que afecten la eficiencia del sistema de de-

rivación. En 1a figura 17 se indica la ubicación de la rejilla en la

presa de derivación

Rejtlf a de derir/aci.G¡Tl¡bo de captacjónPr€sa de deri\¡acjst

FIGURA TI Sección transversal presa dedsiración

1

23

46

I Rejilla de derivaci,sr2 GüE1de c€Dtaciát3 Presa4 Arteea de decartrisr5 Saüda al desil€nadtr

FIGURA 17 Sección longitudinal presa de serivación

No existe un método ap1-icable para el- cálculo del área de las rejillas

en las derivaciones, el cual pueda ser usado con certeza Pata deter-

minar el área de esta, en cada caso específico. Basándose en experien-

cias de gampo¡ se reconienda que eI- ancho nínino sea de 0.40 nts y 1-a

longitud de la rejilla se calcul-a a partir de la velocidad de paso a :

traves de los espacios libres (área neta del paso) la cual deberá es-

tar entre 0.10 n/s y 0.20 n/s. Se acostumbra a dar una longitud nínl-

na de 0.70 nts. Todos los cálculos se hacen tonando' como nargen de

seguridad, el doble del caudal aforado o requerido.

2.2.2.1.2 Diseño rejilla de derivación

Para e1 di¡nensionamiento de esta rejilla de derivación usarenos la

47

ecuación de Bakr¡neteff y Baussinesg.

r\312Q=7,L2 ICKLf *b

2,'-LJdonde: Q = Caudal que se desea caPtar

C = Coeficiente de descarga

b = Longitud de l-a rejilla

L = Ancho de la rejilla

K = Constante

Para determinar K, usarenos:f\t(= f 1-f I s\,\ s+e

donde: f= Factor de obstrucción, generafunente se toma'entre el 152

y el 302

s= Separación entre platinas o barras. Se reconiendan valoresentre3y12cn.

e= Espesor o diámetro de las platinas o barras

E1 coeficiente de descarBa C, depende de la relación e esto es:s

C = 0.5 - 0.35 tang e3 para e -( 1 :s

C = 0.6 - 0325 tang * para e

a

E = o7o1 (_y\ztz\b,

Yc= 2 E

3

48

FIGURA 18 Sección transversal- rejiLla

En la figura 18 se indican los ángulos y al-turas correspondientes a

1-a rejilla. La figura 19, nuestra la 1-ongitud del vertedero y la al-

tura H de1 vertedero.

La inclinación de 1-a rejilla debe estar entre: Oo < 1(200

Despejando la longitud (b):

S= a -7.2(Cr)312L3/2

Cono vemos l-a 1-ongitud (b) de La rejil-la esta en función del ancho

49 itl,ii.,,*li:t .i,,¡,',t',,',,n r.l,rro"t.*.1': .i

'l: r: -,: .-.:r ij.i¡t.' ti :l¡ ll -:{r!

L de la nisma. Usando la geonetría de 1a sección podemos calcular el

valor de la longitud (b).

(Ver figura No. 47) entonces:

¡ = (Lr - 2a) cos o(

Lt = L+2acos ol

Por el método de tanteo podemos L1egar a una solución adaptable a las

dimeneÍones de 1-a Presa.

Vertedero presa de derivación

50

FIGURA Lg

Estinativo del- caudal- captado en la rejil-la cuando ae presenta un

caudal nedio.

Usando el caudal. nedio (Q nedio) o cualquier caudal-' con el cual- se

desee obtener este dato, podemos calcular el- caudal- captado por la re-

jil1a co¡no una verificación.

De la figura No. 20 aplicando la ecuación de continuidad:

Qr=Ql-Qz

FIGURA 20 Estinativo del.caúdal eaptado por 1a rejilla

= Yl + Vt 2_ = 'IZ +_!:229 29

(€ - Yr)Q1 = bY1

51

Q2 = bY2 Vze te - Yz)

L=-G-rcuy@

g_=1#-Q1 Q1

Ql= 1-Q1

-

Q. = Yl V€- Yl -'Y2 V€- Y2_Yl €- Yl

t--

-

L = b V2e (ylV€- Yl - Y2 VÉ- Y2)

kcb 29

Kelj1f=tryffi-]In\@Entonces:

0r = Ql KCLw2.2.2.2. Diseño de la canaleta de derivación

Método de Zanarín

Aplicarenos el nétodo del calculo paso a paso hasta 1,1-egar a encontrar

e1- perfil de1 fondo del canal.

Se divide l-a longitud de la rejilla en AX partes iguales

Esto es: Qx = -Q- xb

donde: Qx = Caudal que corres¡ponde a la distancÍa X

a = Caudal total a caPtar

b = Largo de la canaleta, que es e1 largo de la rejilla

X = Distancia desde eL inicio de la canaleta

'.1LffiYl YE- Yl

52

Es necesarj.o evitar La sedinentación en la canaleta para e1lo se

deben garantizar vel-ocidades que p"ttit.r, el arrastre de 1as par-

ticular que pasen a través de la rejilla.

Velocidad inicial en el- tramo: Yo = 1 n/sg

Velocidad final en la rejilla: Yf = 2 a 3 n/sg

vx=.-.H-x+vob

Corno la entrada deL agua por la rejill-a se hace de nanera turbu-

lenta, tomaremos un valor de n entre 0.035) n( 0.045 para aer

usada en 1a ecuación:

So = V2 * n2 (forrnula de Manning)

-

,'-'i4/3,',

donde:

So = Pendiente de la canaleta

n = Coeficiente de la rejilla de l'fanning

R ,= Radio hidráulÍco

V = Velocídad en el tramo

Necesitarenos ahora calcular 1as cotas de fondo de la canaleta'

entonces:

yl + \rÉ = y2 +J2L +ahf.2g29donde: hg = So A X

Qx= 0.1.!9.x=0.06542.r4

Vx =LL_-l)dss.x + 1¡n/sg2.14

53

Vx=047+l

Sr=V2*n2 con n=0.035'TEi_Sf = Sf *AX

2.3 Depósito de decantación

Cuando se deriva agua de un río o corriente de agua sienpre se encon-

trará que el agua captada viene nezclada con sedimentos sól-idos de di-

versos tamaños y fornas las cuales deben ser fiLtrados y retirados

para evitar que el-los lleguen a la tubería fotzada y a la naquinaria

que forna la nicrocentral.

La pureza de las aguas que inpuLsan la turbina es de vital inportancia

para 1a vida de toda la estación generadora por ello se disponen de

varios decantadores o estaciones de sedj-nentación las cuales garanti-

zatarr la pureza de las aguas conducidas.

La prinera decantación se hace en 1a presa donde a traves del nisno

enbalse se logra detener y expulsar 1os sólidos de gran tanaño los cua-

les pasan por encina de l-a rejilla de derivación y vuelven al- lecho

del rÍo o sinplenente son acunulados para posteriornente ser expulsa-

dos por una compuerta de l-impieza.

La segunda estación de decantación se hace en e1 depósito de decanta-

ción en el cual se sedimenta 1os sólidos de nedianb ta¡naño" y l-a a-

rena que la rejiLLa de derivación halla dejado pasar debido a la dis-

54

tancia o separación de los barrotes que la confornan. Estos se acu-

nularan en este estanque y serán expulsados cuando se efectue la lin-

pieza de esta estructura.

La tercera decantación se hace en el desarenador en el cual se sedi-

nentará la arena, arcilla y lodo que trae el agua para asi poder garan-

tLzar que eI agua que se envia hacia la casa de ndquinas está libre,

en un alto porcentaje, de sólidoa en suspensión.

Para un decantación efic¿ de sólidos en el depósito de decantación

se debe asegurar la adnisión de agua de nanera que eetá entre con gran

unifornidad y nínina turbulencia, con el fin de poder decantar sól-idos

desde I nn de diámetro.

Para el cálculo del depósito de decantación se deben seguir una serie

de recomendación y nornas para garantizar la efectiva sedinentación

de las particul-as que en é1- pretenden decantarse, estas norttna son

l-as siguientes:

Toda partlcula que ingrese al desarenador esta sonetida a dos

movimientos:

Translaclónhorizontal con velocidad uniforne

Translación vertical con velocÍdad uniforne, correspondiente

a la velocidad de sedinentación de la particula que desea re-

moverse.

55

E1 tanaño de 1as partículas sedinentadas es función ,rrri""t rrt"

del área (A) del desarenador o sedimentador, los valores de Q y

K (constante igual a g/tg (Rs - P)lf) son constantes.

donde: Ps = Peso específico de l-a particula (arena valor medio2.6s)

P = Peso específicio del agua (agua 1.00)

/^l = viPcosidad del- agua a la tenperatura de La misma en¿

cmsg

Se designa como carga superficial 1as relaciones entre caudal y

superficie del desarenador o sedimentadorr para velocidades de

sedimentacLón, conprendida entre 0.17 mn/sg y 1.00 m/sg. Las

cargas superficiales expresadas en Hs/sg/n2 tienen el nisno valor

númerico que 1as unidades de sedinentación expresadas en mm/sg,

por ejenplo, si la velocidad de una partlcula es de 0.20 nn/sg,

la carga superficial debe ser de 0.20 litros/sg/n2

Todo canal- desarenador o de decantación debe ll-evar pantallas de-

fl-ectoras o defl-ectores que ayuden a repartir el fl-ujo en forma

uniforne en toda la sección de la arteBa de decantación.

En un decantador, la relación entre l-a.velocidad de trasl-ación y

La velocidad de sedinentación de las partfculas nás pequeñas que

se quieran decantar no debe exceder de 20:1; esto es, la velocidad

de translación náxino debera ser de 20 x velocidad de sedinenta-

ción de la partlcula. La raz6n de esta relación es que se quiere

inpedir que las partlculas sedimentadas rueden por el fondo del

s6

canal.

No es conveniente reducir denasiado la profundidad de los desare-

naderos o sedimentadores, debido a que con Pequeñas profundidades

las perturbaciones producidas por las corrientes ascendentes y

descendentes por ca^nbios de tenperatura se acentuan. No son reco-

nendables profundidades inferiores a 1r50 nts.

Experinentalnente se ha encontrado que la relación entre largo y

ancho debe estarpróxima a 4:1.

La pantalLa defectora debe diseñaree de forna que la velocidad

de paso a través de los orificios no eilceda de 0.20 n/sg. Estos

agujeros pueden ser cuadrados, circularea o rectangulares.

Se debe disponer en la artesa de decantación de un vertedero de

éxcesos para evitar que penetren flujos variables, según el nivel

de agua en el río, así nisno será la rata de captación. El rebo-

sadero':se diseñará para rébosar la totalidad del- caudal náxino

que pueda captar la derivación.

La artesa de decantación debe disponer de una cortina de Sólidos

flotantes, la cual consiste en una vigueta que penetra unos 10

cn bajo la superficie deL agua.

2.3.L. Diseño de la artesa de decantación

57

El primer paso para el dinensionaniento de la arteaa de sedi-nentación

consiste en calcularla vel-ocidad de desimentación de l-a partícula a

que se desea retener. Usando l-a fdrmula desarrollada a partir de 1os

estudios de Hazen y Stokes se puede calcular esta velocidad.

/^\V=e.¡rPs-P )¿218\ ,L /donde: V = Velocidad de sedinentación de la partícula ert cn/sg

g = Aceleración de l-a gravedad, cm/sg/seg = 981

Ps= Peso espeeífico de la partícula (arena valor nedio =2.65)

P = Peso específico del- líquido (para eL agua 1,00)

d = Diámetro de la partícula en cn

/l= Viscosidad del agua a la tenperatura del agua "n "^2¡tg

TABLA 6 Viscosidad del- agua

T en oc ilen cmzlsg T en oC J.Len "^2¡"g40 00157 18o 0.0106 Fóm¡b:60 00L47 200 0.0101Bo 00139 22o 0.0096 y'L= 194 33.3

100 00131 240 0.0092L20 00124 260 o.OO88t40 00117 280 0.0084160 00112 300 0.0080

T+8.3

En la tabla No. 6 se dan valores de viscosidad del agua a diferentes

témperaturas, para eL cálculo de l-a vel-ocidad de sedinentación.

EL segundo paso es el- cálculo del tienpo de sedinentación, el cual se

calcula a partrir de l-a profundidad nínina pernitida de 1.5 nts.

58

t = 1500

v

Con este tienpo calculamos el periodo de retención g el cual depende

del tipo,.de deflector utÍlizado, en la tabla No. 7 se dan valores del-

cociente a/t a partir de los cuales se puede calcular el periodo de

retención (a)

TABLA 7 Valores de a/t

Condiciones Renociónsoz

Renoción752

Renoción87.52

1.Máximo teórico

2.Depósito con nuy buenosdeflectores

3.Depdsitos con buenosdeflectores

4.Depósito con deflecüoresdeficientes o sin ellos

0.500

0.730

0.760

1.00

0.750

1.520

1.660

3.00

0.875

2.370

2.750

7.00

El- tercerpaso es el cálcul-o de la capacidad (C) a partir deL periodo

de retención (C[).

C =Q'Q "n .3

Con l-a capacidad (C) podenos calcular el área de la artesa de decan-

tación (A)

A-C .n121.5

Se puede calcular la nínina superficie de acuerdo a la carga tuáxira.que

59

es 1a velocidad de sedinentación V a partir del caudal- Q, como verifi-

cación del área de la artesa.

Para el cáLcul-o de las dinensiones del ancho (b) y del largo (L) ' 11a-

namos Z al ancho y 42 a la longitud, entonces:

área de 1a artesa = 42 x Z = 422

I = /Ñ = b = ancho de la artesaVT

2.3.1.1. Conpuertas artesa de decantación

Para la remoción de 1os sólidos sedimentados en la arteea de sedimenta-

ción, se dispone en esta estructura, de conpuertas las cuales tienen

cono fin pernitir el flujo de agua que linpiara la arteaa en forna au-

tonática, debido a la fuerza del flpjq' cada vez que esta. sean accio-

nadas.

Con el objeto de aumentar. la eficiencia de la renoción de sedinentos

la artesa de sedinentación tiene el fondo inclinado con una pendiente

cercana al 57, en dirección a la conpuerta de descarga de sedinentos.

I &bai|e2 Rejilla de deriveión3 Preea de deri\¡ci-at4 DEffirge de d€rivd"úI5 Artesa <le decartcisr6 Tmn de agua7 Crysta de crgaI Ccqsta de de*aga

FIGI'RA 2L

60

Pl-anta flt€sa de dstaci"qr

Sección A: A. Artesa de decantación

FIGURA 21 Artesa de decantación

Las conpuertas se fabrican en una variada gana de nateriales, asi se

pueden construir en acero l-aninado o fundido; fibra de vidrio; concreto

y nadera. La elección del tipo de naterial depende de varios factores

a saber: costo, facidad de construcción, nanejo y nanteniniento, cabe-

za quie soportará e inportancia dentro de la estructura.

En l-a microcentrales se manejan pequeños caudales con cabezae.tanbién

pequeñas y en el1as e1 factor costo necesarianente es el- factor desici-

vo al momento de elegir e1- tipo de naterial a usar en las compuertas y

en general en toda la estructura; por e1-1-o es nornal el uso de compuer-

tas fabricadas en madera con herrajes en acero y en menor escala el de

conpuertas en lámina de acero.

.2.3.1. Dinensionamiento conpuertas artesa de decantación

6r

Las dinensiones de estas compuestas, tanto la de carga o entrada y 1a

descarga o salida, están directanente relacionadas al ancho 1o de la

artesa de decantación.

Su función, como ya se dijo, es la de crear una corriente de agua que

arrastre tras de si, los desimentos depositados en el fondo de la arte-

sa, cada vez que se haga el nanteniniento a esta estructura; por 1o

tanto el caudal que se debe captar por la conpuerta de adnisión debe

ser tal que al ealir de l-a artesa no afecte el caudal captado por la

rejilla de derivación de la presa para no crear flutuación en el cau-

dal- de entrada a la cánara de carga, pero, tanbién debe tener la fuer-

za suficiente para efectuar e1 arrastre de sedinentos.

El caudal náxino captado por la conpuerta de adnisión 1o suninistrará

el- embalse debido a la capacidad de alnacenaje de este' pero no se de-

be mantener abierta durante un tienpo prolongado esta cotnpuerta pues

se corre el riesgo de consumir la capacidad de alnacenaje del enbalse.

La dos conpuertas pueden tener la núsma área, ya que' en general nunca

estarán abiertas a su capacidad máxina de adnisión o descarga pues 1a

cabeza de presión en la compuerta de descarga sera suficiente para ex-

pulsar los sedinentos y la conpuerta de ad¡¡isión solo sr¡ninistrará el

caudal compensatorio al perdfdo en la salida.

Cdlcul-o de la fuerza ascencionaL en las conpuertas2.3.t.2.

62

El cálcuLo de esta fterza es necesario para deterninar el uso de volan-

tes o manivelas de elevación en 1as conpuertas. Una compuerta en un

canal es una placa sunergida y como tal se trata en el cáLculo de la

¡1¡erza ascensional, agregándol.e a 1a fuerza d,eI fluido sobre la placa

sumergida, el peso de la compuerta incl-uyendo los herrajes. Cono se

sabe la fuerza del- flufdo actua sobre el centro de presión de la placa

y para el caso de compuertas rectangulares se tonará como 1a nitad de

la cabeza máxima en el canal.

Para el cálculo de esta fuerza usarenos la fórnula:

F =$r$l2 AclL + W

donde: P= Fuerza ascensional, en kg

l{= Peso específico del aBE¡ 1000 kg/n3

H= Cabeza náxina en e1 canaL' en n

)l= Coeficiente de fricción, Yo = estático = 0.69 Acero-acero'y't = dinánico = 031 Acero-acero

Irl= Peso de 1a conpuerta incluído los herrajes y eL eje, en kg

Ac= Area de 1a compuerta, "r,

t2

63

DESARENADORES

3.1 . GENERALIDADES

En 1os desarenadores se efectúa la últina decantación de sólidos en

suspensión, antes de conducir el agua hacia la casa de náquinas'

En las líneas de conducción por gravedad o tubería forzada se debe con-

siderar sienpre e1 diseño de una estructura llanada Desarenador con el

fin de proteger la tuberíar ya que generalnente la captación de una

fuente superficiaL pernite el paso de naterial sedinentario de cierto

tamaño, sobre todo en las epocas de lluvias, el cual a causa de sus e-

fectos abrasivos pueda dañar la tubería de conducción y 1os demás ele-

mentos que conforman la casa de náquinas.

Un desarenador ea un dispositivo que pernite la reüención del agua crean-

do una zona de baja velocidad, de tal nodo que partÍculas de arena y

naterial sedimentario puedan decantar codo resultado de varias fuerzas

entre ellas la de gravedad.

Si la conducción se efectúa por canal abierto' sería inoperante Proyec-

tar desarenadores a la inÍciación de 1a conducción ya que de seguro

3.

64

en el recorrido penetraría nueva¡[ente naterial sedinentario y arena.

En estos casos es nás lógico proyectar el desarenador al final de la

conducción abierta y antes de la cámara de carga y la tubería forzada.

Si la conducción se hace por nedio de tubería, el desarenador se debe

proyectar 1o más:cerca posible de La obra de captación o boca-toma. En

este caso 1a tubería de conunicación (si, se hace necesaria) entre l-a

tona y el desarenador se debe proyectar con una pendiente uniforme,

tal que su veLocidad sea el- orden de 1,10 m/60 para evitar el- arrastre

de rnaterial.

Los desarenadores son tranquil-l-as de flujo horizontal, que mantienen el

caudal- de sal-ida igual- al de entrada, esto es, un de f1-ujo continuo.

El tanaño de las partlcul-as de arena se tonan dentro de ciertos límites

con el fin de abaratar costos. (Ver tabla No. 8).

Estas estructuras se diseñan con compuertas de linpieza pata ayudar a

1a renoción de sedinentos, la cual se debe efectuar con regulada ayu-

dada por la conpuerta que generalnente tienen un tanaño de 6tt.

:TABLA 8

Clasificación de nateriales en suapensión según el tamaño

Gravilla gruesa Q í rá" Fango . 0.05 - 0.01Gravil-la fina - 2-- L . Fango fino O.Ol - 0.005Arena gruesa I - 0.5 - Arcl[a O.0l - 0.001Arena nedia 0.5 -'O.25 Arcilla fina 0.001- 0.0001Arena fina 0.25 - 01 Arcilla coloidal menor de 0.0001

65

3..2. . Diseño de 1os Desarenadores

De acuerdo con la teofía de sedinentación stokes estableció el valor

de La vel-ocidad de asentamiento con predominio de 1as fuerzas de visco-

sidad (réginen de láninas) para 1o cual estableció 1as fuerzas que pro-

vocan un asentamiento a velocidad uniforne.

Una partícula cayendo librenente en un líquido, 1o hará de acuerdo con

una fuerza igual- a la diferencia entre la fuerza gravitacional y 1a de

volumen de1- agua desplazada (Enpuje).

Fi,=t s.s.v -9 e.v = (t'"-/ ) ev

donde: V" = Densidad de la partícula (gr/cn3)

1t = Densidad del líquido (er/cn3)

V = Volumen de partícula ("t3)

Fi= Fuerza de inpulsión

A esta fterza se opondrá la fuerza de fricción cuyo valor es:

Fd = CDA nlt Y"2'T

donde: CD = Coeficiente de fricción

A = Area transversal de la partícula en cm2

Fd = Fuerza friccional

Vs = Velocidad de asentaniento

La velocidad de asentamiento se hace constante cuando:

Fi = Fd = (ls -9 ) eV = CDA ?J4TVs= Z(!s-VtsV

CDA

66

Para partfculas esfe'ricas: Como:

y= L,ld3 t>'^aV T"-V_=S-1TI = @. .V=_= S = gravedad específica

4

Entonces:_! =2 dA3

Reenpl-azando:

Vs = _4- _g-(s - 1) d

3 cr)

Para flujo laninar: R(.1 lR= Núnero de Reinol-ds-:'

CD=L R=Vs4- V=viscosidadcinenática

Reempl-azando:

Vs=/4 gV5d (S-1)dI-vgñ

v"=-(#.18r

Para fl-ujo transición:

CD=J!_+ 3 +034R,r1o cual pre'senta problenas.para deterninar Vs. Se puede hallar

una solución gráfica simplificando 1-a expresión:

Si l-lananos: ( eG - 1) Y)f/S - V" térnino de velocidad\- / _

K2

/eG - I) !/3¿ = Krdtérnino del diámetro\7)

+

Réginen turbulento:

67

CD = 0.4

Entonces: Vs =.ffiv

Cono la decantación se hace generalmente en réginen de transición

en desarenadores la ecuación conocida como ley de stokes

Vs= (S-1)g<12 \

-8Fes apl-icable para valores de núnero de Reynolds nuy bajos

( R 1.0) 1o cual liiuita su aplicación a regínenes laninares no

siendo aplicable a particulas sedi¡nentando en réginen de transi-

ción o turbulento.

3.1.2.1. Consideraciones de Diseño

En e1 diseño del desarenador, debenos considerar los siguíentes fac-

tores: Caudal de diseño, tanaño de partlculas a renover, concentración

de arena, tenperatura del agua y dispositivos de control.

El diseño define cuatro (4) zonas:

Zona de sedinentación: la cual deternina e1 volunen útil de se-

di-nentación. Largo, ancho y profundidad, en relación tal que

pernitan la sedinentar las particul-as deseadas.

Zona de entrada: la cual- deterninará l-os dispositivos convenien-

tes para nantener una distribución uniforne de vel-ocidad en la

sección transversal de l-a zona de sedinentación.

68

Zona de saLida: Deberá diseñarse cuidadosanente para evitar ve-

locidades altas que pernitan l-a resuspensfón de partlculas.

Zona de lodos: 1a cual permitirá el alnacenaJe de 1as particu-

las sedinentadae', entre periodos de linpieza pre-eatablecidos.

Dispositivos de Linpieza y.de rebose.

3.i.2r1.1.

I. Zona de sedLmentación:

Sl consideranos una eatructura de forna rectangular' con una par-

tícula penetrando en elLa a una velocidad Vh y si llananos Vv a

La veLocidad de la partfcula sedinentando, la partícula sedinen-

tard a la su¡¡a vectorial de a¡Ubas velocidades. En la ftg. 22 se

indican las zonas'y medidas L de un desarenador.

FIGURA 22 -Zon¡s dc un dc¡rr¡nrda.

Vh=LVv=VhPLdonde:

&= LxVv PxVvP

P = Profundidad de la zona I

L = I¿rgo de l-a zona I

No-Dotrtti

=¡D3

.l.oIDItD?I

zox¡ oc sEotrEftTlctotl

Un¡nciricd ¡rutcnomo ds 0ttlhntr69

TABLA + GoEnclE{TEs DE DEs¡cAnGA

PAnA vAtlo6 Tlifts DE (nFlclo8 tl'ilEncllxts

: | , , ' ' 'Qt'

o'Étt,III

qc | | | ,3.q?.,

ao ¡t

q'C

r r r r8€.e.,coo

q!t ággg8ge ,

dddddo-d

qG' 3333,93,

q, E..Eg. r 'i -r-1"ctocc

C' $*$.É.8 , ' ,c o€oc

c ,3i8,,,3.

!2ESESEEE'-EEE EVrtatnt^U,,G .ú ,iiiiiññ,;

ilm70

8= ancho de la zona I

Si hacemos: p. a = área transversal = At

.L. a = área superficial = As

Entonces: Vh = é As =& ArVvVv At

la velocidad horizontal podemos cónsiderarla equivalente a la velocidad

de1 flujo de1 agua' entoncea:

Vh= QAt

Esta vel"ocidad horizontal debe ser tal que permita 1a sedimentación de

partlculas en la zona prevista, por 1o tanto debe nantenerse dentro de

línites menores que 1a velocidad de arrastre correspondiente a cierto

tamaño de particulas que se quiere retener'

Se puede calcular esta velocidad con bastante aproxinación mediante una

expresión de acuerdo a la fórnula de T.R. Camp'

donde: !/s= Peso específico del- sólido

?= Peso esPecífico del agua

d= Diánetro de Partlculas, cm

Va=Velocidad a la cual se inicia al arrastre, en cn/sg

K= Constante

Ya= !2s rllG -il sj- hacenos s = 2'65

Ya= 125 u[lm= 161vf;-

para efectos dediseño de esta zona se requiere conocer el caudal de di-

seño y el ta^naño de l-as partlculas a remover y 1a tenperatura del agua'

El proceso sería:

v,, = K .l(v" -v) d

7L

Deterninar la velocidad de sedimentación para un tleüermi¡ado.¡ diáne-

tro de partlcula y tenperatura de agua' nediante la apLicación de

1a ley de Stokes, Allen o Newton, según corresponda a régimen 1a-

ninar, de transición o turbulento.

Deterninar la velocidad de arrastre para el tanaño de partlculas

seleccionado, mediante la aplicación de la expresión de Canp

Shiel-d.

Seleccionar una velocidad horizontal- inferior a la velocidad de

arrastre. Usar un coeficiente de seguridad del orden de 0.5 a

o.25.

Calcul-ar el área transversal requerida, en función del gagto y

la velocidad horizontal- asumida.

CaLcular el área superficial en función de La relación entre velo-

cidad horizontal y velocidad vertical o de sedinentación.

As=E-AtVv

Conocidos As y At fijanos dinensiones:

As-Lxa

At=PxaDe forna de l-ograr 1a nejor relación ahco, largo y de profundidad

que permita disninuír los factores adversos tales cono corrientes

72

cruzadas, dificultades de Mto y linpieza, corta circuitosr se

debe guardar una relación L de 5 a 9 con ancho no menores de 60P

cn.

El- fondo del canal- desarenador se puede inclinar con una pendiente

d,eL 27 hacia las conpuertas de limpieza al final del canal.

3.L.2.L.2.

II Zona de entrada:

En esta zona va instalado un dispositivo de pantaL1a o conpuerta

1a cual tiene una serie de perforaciones que perniten, prineramen-

te discipar la energía de velocidad y faciLitar, luego una dis-

tribución uniforme del flujo hacia La zona de sedinentación, man-

teniendo veLocidades relativanente bajas en toda 1a sección trans-

versal, V< 0.30 m/s.

E1 ancho se puede tomar cono el ancho b de la zona de sedinenta-

ción y La altura c debe ser tal que pernita el paso del- caudal

necesario con la vel'ocidad predeterninada (v< 0'30 n/s) por ne-

dio de un n{rmero N de perforaciones.

Estos orificios se calculan de acuerdo a la expresión de descarga

en orificios sunergidos:

Q = cA VEh-C = Coeficiente de descarga

A = Area de 1a pantall-a

73

Se reconienda que los orificios más bajos entren a una profundidad

de P/4 del fondo. De la fdrnula anteriot \Fes la velocídad

de f1-ujo 1a cual- se asume V < 0'30 n/sg. En la tabla No. 9 se

dan l-os valores de G para orificios sunergidos (Nota sacar tabl-a

No.6 libro Abastec de agua de S. Arocha pag. L27).

En algunos caaos se utilizan ranuras rectangulares en lugar de o-

rificios circulares o cuadrados, Pero esto va en detrinento de la

eficiencia en la distribución de l-a velocidad.

3.1 .2.1 .3.

fII Zona de SaLida:

Esta zona se diseña de forna que pernita el flujo constante y

¡nantenga velocidades por debajo del l-inite que pudiera provocar

resuspensión de partlculas.

Está provista de un tabique o conpuerta que evita la resuspensión

de sedinentos. La altura de la compuerta debe ser ta1- que perni-

ta la continuidad del caudal de diseño para 1-a carga requerida.

3.L.2.1.4.

fl Zona de lodos:

Esta zona para a1-macenamiento de l-odoa se provee a partir de la

profundidad de l-a zona de sedinentación y estará definida del na-

74

terial a decantar (concentración y peso específico) y por la fre-

cuencia de linpieza. No resulta econónico grandes capacidades con

intervalos de linpieza largos. En ..épocas de lluvia se procede a

hacer linpieza después de la crecida a fin de nantener linpia la

zona.

Estazona va equipadas con conpuertas de linpieza, o de autolinpie-

za con un diánetro nínino de 6tt. La pendiente de esta zona es del

orden de]- 2 aI 57 y se puede ubicar en la nitad o al final del

canal desarenador.

Los desarenadores se deben equipar con dispositivos de reboae

para evitar daños en la estructura del desarenador o de La cámra

de carga, cuando se presenten crecidas en la fuente de abasteci-

miento.

3.1.2.3. Canal de 1-inpieza desarenador

Este canal tiene cono función captar el caudal que sale por la com-

puerta de lirnpieza o La válvula, para verterlo directamente aI trecho

del rfo.

Se dispone de este canal para evitar erosionar la cinentación del

desarenador, o cualquier otra estructura de la nicrocentral.

3.L.2.2. Ganal de excesos desarenador

Este canal tiene como función evacuar eI exceso de caudal que even-

75

tualnente pueda llegar hasta el- canal desarenador, con el- fin de

proteger esta vital estructura en 1a nicrocentral.

Generalnente se encuentra en la entrada del canal desarenador y se

puede clasificar como un vertedero lateral. Para su cáIcul-o se debe

tener en cuenta e1 caudal- náxino que pueda captarse por nedio de la

rejilla de derivación para verter este exceso hacia el cause del río.

76

4. CAI"IARA DE CARGA

4.L. GENERALIDADES

La cá.ara de carga es una instaLación internedia entre la derivación

del río o fuente de agua aprovechada y la tubería de alta presión;

tiene por objeto proveer un volumen de aguá suficiente a la tubería en

el caso probable de conexiones sinultáneas de grandes cargas a la

línea, con el fin de evitar el colapso de la tubería por subpresiones

1o que perturbaría e1 sistena generador; tanbién sirve para amortiguar

l-as ondas de presión' por golpe de ariete, causados por el cierre

brusco de las turbinas, restableciendo rdpidanente la estabilidad de

dstas.

Dependiendo de la topografía que presente el sitio donde se desea em-

pLazar la nicrocentral, y la distancia donde se localice el- sitio pro-

picio para la derivación o bocatona y l-a casa de máquinas se puede

penaar en el uso o no de cánara de carga. Estas cánaras de carga so-

lamente se usan en centrales eléctricas que poseen conducíón abierta

entre la bocatoma y la tubería fotzada, si esto no se presenta se Pue-

de dejar que el enbalse y la bocatona cunpla con estas funciones. Si

77

el caudal conducido es pequeño estas funciones las asume la bocatona

adicionando a esta estructura el canal desarenador.

4.2. DISEÑO CAI.{ARA DE CARGA

La cánara de carga es una estructura que sirve esencialnente para di-

rigir e1- flujo de agua hacia la turbina. Su p1-anta puede ser rectan-

gul-ar o poligonal según 1o permitan la topografía y las condiciones

del terreno. En la figura No. 23 se muestra el corte longitudinal de

una cánara de carga típica.

Para su diseño y cálculo se deben tener en cuenta las siguientes nor-

nas:

La cdnara de carga debe tener la capacidad suficiente para llenar

la tubería en el caso de un vaciado rápido'de ésta.

Se debe disponer de una rejil-l-a de protección contra cuerPos f1o-

tantes en la entrada a l-a cánara.

El fondo de esta cámara se debe inclinar con respecto a 1a horizon-

taL a razbn de 2H: lV con el fin de inpulsar el flujo hacia el- re-

servario.

Las paredes-de 1a cámara de carga deben eLevarse por 1-o nenos 0.3

mts por encima de1 nivel náxino de agua previsto en la cánara y a

esta altura se practicaran los vertederos de excesos de agua por

sobrenivel, debido a1 golpe de ariete.

78

1

2Il¡beríafczadaviga c&nara tle caga

34

ResuarioRejilla

5 Vertedero de erces

,// FIGURA 23 Seccional 1ongitudinal cánara de carga7

Se debe disponer , a La entrada de esta cámara, de una compuerta para

e1 cierre del paso de caudal hacia l-a tubería forzada, cuando se efec-

tüe el mantenimiento a la estructura'

para el cál-culo de la capacidad del reeervario de 1a cámara de carga,

necesitamos conocer el tienpo de vaciado de esta que sera:

T-ViVa

donde: T = Tienpo de vaciado

Vi- CaPacidad de la tubería

V = Velocidad media de escurriniento

a = Area de la tubería, puede tonarse el área nedia si hay

canbio de diámetro.

En el mismo tienpo, 1-a cánara de carga cederá a la tubería y deberá

recibir, en un sistena balanceado' una cantj-dad de agua igual a:

Uniücidfd Aulo;¡or*o,J* ifr.i*nW,

OE¡iu fliiiic*utu

79

s$ Qrnáx.T

En condiciones corrientes bastará un poco nás de la nitad del volumen

neto rltil en l-a cámara, pues cuando se abran los alabes en forma brue-

ca el agua no se vaciará con la^misna prontitud y cuando la demanda de

la cánara se nanifiesta, La porción inferior de 1a tubería ya ha eido

l-l-enada por la porción superior de ésta.

Entonces: Vc = 0.60 QnáxT

donde: Vc = Volumen neto útit de la cánara

Este volunen neto de agua serd el- requerido entre el- nivel nínino acep-

table y e1 nivel normaL de la superficie del agua en l-a cánarar enton-

ces:

Ve = hS = 0.60 Qnax.T //

donde: S = área de 1a cánara de carga

h = Altura o diferencia de nivel entre eL nínino aceptable yel nivel nornal de l-a superficie del- agua.

Entonces: $ =

4.3. GENERALIDADES NIBERIA FORZADA

Para llevar el caudal necesario para dar inpulso a la turbiira en l-a

nicrocentral, se debe usar una l-ínea de conducón. Esta l-ínea llanada

comunmente Tubería Forzada, es la que conduce el gasto' con la presión

y velocidad adecuada, hasta la casa de náquinas, donde 1o descargará

sobre los alabes de la turbina para producir la energía eléctrica de-

80

seada.

partiendo de la base de que todo diseño debe estar sustentado sobre

criterios técnicos y econóruicos, una 1ínea de conducción ea una nicro-

central, debe aprovechar al náxino la energía disponible para la di-

ferencia de elevaciones entre enbal-se-bocatona y 1a casa de náquinas.

Generalnente este anáLisis conducirá a La sel-ección del diánetro níni-

no que satisfaciendo razones técnicas pernita presionest tal que no

se sobrepase 1a resistencia física de las tuberías comerciales exis-

tentes (locales).

Para el- diseño de la tubería forzada deben tenerse en cuenta los si-

guientes criterios:

Carga dísponible a diferencia de el-evación

Capacidad de conducción de1 caudal máxíno estinado (diánetro)

Clase de tubería capaz de soportar las presiones hidroestáticas.

Cl-ase de tubería, en función del naterial-, que la natural-eza del

terreno exige; necesidad de e*cavaciones para colocar tubería en-

terrada o por el contrario dificultades o excavaciones antieconó-

micas que inpongan e1 uso de tubería sobre soportes.

En concordancia con 1o anterior para la conducción del caudal se pue-

den ll-egar a usar dos tipos de tubería: una tubería de baja presión

que puede ser sustituída por un canal abierto de conducción y una tu-

bería de al-ta presión o forzada.

Guando 1as condiciones del terreno 1o pernitan; se puede usar un canal

81

de conducción abierto o una tubería de baja presión para Llevar eL

caudal hasta un'punto de la geografía del terreno, donde se quiera

instalar la nicrocentral, {u€ se propicio para construír una cánara

de carga y a partir de ésta instalar la tubería forzada; de nanera que

se use una nenor longitud de tubería de alta presión' 1o anterior con

el único fin de abaratar costos de construccÍón.

Si se usa una tubería de baja presión entre la bocatona y la cánara

de carga debe procurarse que esta.cf.ara esté al nismo nivel- que 1-a

bocatoma.

4.4. DISEÑO TTIBERIA FORZADA

Para calcul-ar el- diámetro interno de la tubería de aducción se usa nor-

malnente 1a fórmula de Hazen - l{illiams, cuya expresión es la siguien-

te:

V = CR 063 S 054 9.991-0.04

donde: V = Vel-ocidad nedia

R = Radio hidraúl-ico

S = Pendiente del gradiante tridrát¡lico o pérdida de carga

C = Goeficiente de rugosidad

Buscando una expresión mas sinple para ser usada en nuestros cálculos

tenenos:

Radio hidrfilico (R) es el coeficiente entre el área nojada del canal

y el perínetro del nisno, entonces para una sección circular tendrenos:

82

lnZR= 4 =¿fD 4

Pendiente de1 gradiente hidráülico (S), es e1 cociente entre la pér-

dida de cargo (J) y la longitud de la tubería (L)

S= JL

Apl-icando la ecuación de continuidad:

Q = V x A = 1.318 C¡ O'\063 *d-\054 * ú-\27 \T/ T

Convirtiendo la ecuación original- de Hazen-ltliLlians aL sistena nétrico:

0 = 1.318 x C / R \063 x /S \054 xlfD2 \x 0.3048\omas7 \ / \T/Q = 040173 c(_r \063 ¡¡¡osa ttDz \' \6SaE-/ \t (T'Q = 040173 c x_poffi x #i e)Q = 0.08861¡ 92.63 J054

ü0s4

92*63 = QLOÍ02785C J054

D = 1.63 a038. x L0205 Fórmula para determinar el diánetro

C038 J0205 interno de l-a tubería de conducción

donde: D = Diánetro interno tubería en m

Q = Caudal en n3/s

C = Coeficiente de rugosidad

L = Longitud de la tubería' en m

83

J = Pérdida de carga, en m. Para aprovechar a1 náxino eL des-

nivel se hace J = AII

Si expresamos la pérdida de carga (J) en función del- diánetro (D)'

con Q en Hv/sg

J = 1,21957 x 1010 x L x Q185

cl85 x D487

donde: Q=é-;D=nmi J=ntsr L=mts.sg

La fórnula se ha generalizado de la siguíente forma:

Si hacemos:

1.2D!Z-.101L = or

9185 * p487

Entonces:

J = g(LQn

donde: o( = Coeficiente dependiendo de C y D

L = Longitud de la tubería en m

Q = Caudal expresado en Hs/sg

J = Pérdida de carga en n

.n=1.85

Para una mayor facilidad en los cálculos se han establ-ecido tablas;

las tabl-as No. 10 y No. 11 se tabulan los valores deL coeficiente

para diferentes diánetros de tubería.

4.5. CLASES DE TIJBERIA

Existen en el mercado diferentes tipos de tuberías de presión, la

84

TABLA 10

VALOnES DEL CoEFlclEñ¡TE Eni 14 rolttlllL+ J-i "lq-.c¡"renr

DIFEnEÑfEs vALonEs DE 'G'-A - GAST(X| E¡¡ LT3SEG

!Iu EEEigEEE i EIgÉEEEéE

Iv EEEEgiEÉiEIEgÉE:gec

I(, É rgEglEg E EE c EÉÉE{É66l

t(J ÉEE8i{EEE EiÉÉEgiEEEI(J EgEEEEEEEEEEEEEEEEo

IU

geeÉiÉÉEEE:ÉgEÉE:E

gT

U lEÉÉ5iÉÉiiiiEEEg:5III :EEEÉg:lIeÉieEEiE€tIg iüEEEilÉÉ EiiÉgEEc:F

IU #EEEEEEEEÉgÉEE:8Iu EEEEEEEgEEgEÉgEEEÉE¡(J :3EEEÉE$ÉÉTiEgEÉg{ta

.. r¡ ñ tt t¡ . - I "J = I = R ;¡ '|

t et ¡

85

TABLA 11

vALoR!:s t El. cot:tstct]:¡iT]: Ht[ t.A ]'0RIr-lL',LA J = u L Qt's PARA DTFERENTES UALonEs ¡tE 'C'Q - G.{S'|'OS li¡i LTS^|EG

C'!I

II rEiiit¡i¿il{g¡rsri=¿=tl

e i g i it€ t i i : iÉ{ "i,!,?,

a¡

IEÉi3i{ÉEÉ1E:ÉEg{ÉE

¡*U Tt:ii:tlÉE:IÉeEgÉE

ll

U iEÉiITEÉiEE3jAEgEÉ

=t¡ IÉEig:ÉEIEEÉÉEEa{E

f,

5

iJ rEEiiEÉiaEEtiEii{iÍ¡u EEEigiEÉiÉiÉ€iÉÉÉEa{U EEEÉÍiéiiiiEiiiE{i3I iiüEri¡A¡i{iiilEÉictl

EiEAi*iEtÉi¿eiilE€EEc

33EEEññ33939.ñe3p¡3

86

selección deLnaterial a enplear debe hacerse atendiendo a diversos

factores¡ Qu€ evaluados, permitiran lograr un nejor diseño tanto téc-

nico corno econónico.

En la fabricación se usan diversos materiales; a saber:

Tuberías de hierro fundido (H.F)

Tuberías de hierro fundido ductil- (H.F.D)

Tuberías de acero galvanizado (H.G)

Tuberías de asbesto cenento de presión (A.C.P)

Tuberías de policloruro de vinilo (P.V.C)

El- conocimiento del- naterial- inplica su posibil-idad de utilización de

acuerdo a sus propiedades y a los riesgos que soportarán. Así, fragi-

lidad, grado de conosividad, flexibilidad, rugosidad y peso, entre

otros, son algunos aspectos inportantes para el diseño más apropiado.

4.5.1. Tuberías de hierro fundido (H.F)

La tubería se fabrica a partir de lingotes de hierro, el cual se ob-

tiene adicionando al mineral de hierro, carbón coke y caLíza. La

presencia de grafito en la estructura noLecular le dá cierta resisten-

cia a la oxidación y comoción, pero asi mis¡to la hace nás fragil.

Esta caracterlstica linita el uso de la tubería IIF a ser usada ente-

rrada pues su fragilidad, esto es, poca resistencia al, inpacto, l-a ha-

ce inadecuada para ser colocada sobre soportea.

87

.Es un naterial de gran durabilidad bajo condiciones de instalación

apropiadas. Tiene un coeficiente de rugosidad de C = 100.

4.5.2. Tuberías de hierro fundido ductil (H.F.D)

La obtención del naterial es la nisna que el de la tubería H.F pero

tiene 1a ventaja que se le adicionan nateriales como nagnesia, 1o que

con un adecuado proceao de refinación, logra una estructura, en el

acero, en la cual el grafito adopta forma granular, con 1o cual se

obtiene una nayor honeneidad del naterial.

Esta característica 1o hace menos fragil- que el Il.F pernitiendo su uso

tanto enterrado como sobre soportes pues sus propiedades físicas per-

niten su uso tanto en terrenos rocosos como en terrenos blandos, pef.mi-

tiendo el- uso de un solo tipo de tubería.

DependÍendo de los costos iniciales, puede resultar una alternativa

nás econónica que una tubería IlF, por ejen: en razón de su menor pe-

so y menores porcentajes de pérdidas por roturas durante el transpor-

te, carga, descarga y colocación. Tiene un coeficiente de rugosidad

de C = 100.

4.5.3. Tuberías de hierro galvanizado (H.G)

Se obtiene nediante el tenplado deI acero, 1o que permite obtener

una tubería de hierro de gran resistencia a los inpactos y de gran

ductil-idad.

88

Debido a que posee un nenor contenido de carbono que eL H.F. ' su

resistencia a 1a oxidación es menor, Por 1o cual se l-e da un recubri-

niento de zinc, nediante un proceso de gaLvanizado, tanto irÍferlor

cono exteriormente para aumentar su resistencia a l-a comosión.

De acuerdo a estas caracterlsticas esta tubería se recomienda para ser

usada superficiafunente, ya que presenta una resistencia a los impactos

nucho nayor que cualquier otra' pero no resulta conveniente para ser

enterrada en zanja debido a l-a acción agresiva de 1os suelos ácidos y

al estableciniento de corrientes tónicas por la presencia de dos ne-

taLes, Fe y Zn.

Se usa en terrenos accidentados o rocosos donde la excavación se haya

nuy costosa; posee un coeficiente de rugoeidad entre 100 y 110.

4.5.4. Tubería de Asbesto Cenento (A.C.P)

Se fabrica por enroLlado a presión de una mezcla de asbesto y cemento

en capas nultiples, siendo sonetidas a fraguado nediante procesos es-

peciales.

Interiornente presenta una superifice bastante lisa Lo cual pennite

usar coeficientes de rugosidad menores y en consecuencia una mayor ca-

pacidad de transporte, coeficiente de rugosidad C, entre 120 y 140.

Esta tubería es más fragil que las de H.F. por 1-o cual su uso se reco-

mienda para ser enterr'ada aunque no se descarta su uso sobre soportes.

89 ttffi

Es inerte a la conoción pero presente un nayor porcentaje de pérdidas

por rotura durante la carga, descarga, colocación y traneporte (por

encina de 7%).

4.5.5. Tubería de plástico

Se fabrican a partir de polivinilo de cloruro aunque se pueden encon-

trar en otros nateriales corno pol-ietileno P.E. o cortro acrilontrilo-

butadieno, estrreno A.B.S.

El- nás usado en tubería de presión es el PVC de alta resistencia. La

característica nás inportante de este tipo de tubería es su poco peso

en comparación con cualquiera de las otras tuberías antes nencionadas

1o cual reduce Los costos de tranaporte e instalación, adenás de su

gran facil-idad de instalación debido al- tipo de unión que usan.

Se usan normalmente enterrada en zanja debido a su fragilidad al inpac-

to, esfuerzos externos y'aplastaniento.

Es un naterial totalnente inerte a la srosiih y no se ve afectado

por I-a calidad del agua. Presenta un coeficiente de rugosidad C = 140.

Un diseño ventajoso es aquel- que logra la utilización del naterial

apropiado, aprovechando al náxi-no sua características.

Esta condición de diseño econónico y funcional puede lograrse si uti-lizanos la tubería correcta para cada caso.

Siendo l-a tubería un elenento sujeto a presiones ínternas, resulta

90

conveniente conocer y cl-asificar l-as distintas clases de tuberías en

función de 1a presión de trabajo. Se han establecido diferentes de-

noninacÍones para 1as clases de tuberías en función de su presión de

trabajo, así l-a ASMI (Anerican Society for Testing and Materíal), 1a

IS0 (International Organization for Standadization), la AlüllA (Aneri-

can tüater t{orks Asociation) y otras organizaciones de standarización

han establecido diferencias en 1as tuberías de un nisno naterial en

función de su resistencia a los esfuerzos provocados por las presio-

nes internas. En La tabla No. 12 de 1a clasificación según la Al'lWA.

Clase

100150200250300. 350

Presión de trpbajoen lbs/inz

100150200250300350

Equivalencia en netrosde coh¡nna de agua

70105140L75zLO245

Tabla No. L2

Cl-ases de tubería en función de 1a presión

Nornas Al'llrlA

Las nornas ISO clasifican l-as tuberías denominandoLas de acuerdo a

la presión de trabajo expresada en kg/cmz. En la tabla No. 13 se da

la cl-asificación rs0' Tabl-a No. 13 cl-ases de tubería en función de

Presión. Norna IS0Clase^ Meta de agua Presión de trabajo Atnósferakg/em¿ en PSI

5 50 7L.5 5

10 100 143. 1015 150 2L4. , 1520 200 286. 2025 250 357.5 25

91

Los costos de las tuberías de un mismo nataial se increnentan en fun-

ción de la clase, conro consecuencia del mayor espesor, esto lleva al

proyectista a seLeccionar cada clase aprovechando a1 náxino su capaci-

dad de trabajo y utilizando divereas clases cuando lae condiciones de

funcionamiento del- sistena hidrátrLico l-o inpongan.

Como resultado de l-os estudios de cempo, levantaniento topográfico e

inspeccíón del sitio, se dispondrán de los planos de planta y perfil

del trazado. Tanbién 1a información adicional acerca de la naturale-

za del terreno, pernitirá deterninar la clase de tubería nas conve-

niente.

4.6. OBRAS COMPLts.{ENTARIAS fi]BERIA FORZADA

[,a tubería que conduce el agua desde la bocatona hasta ]-a casa de

náquinas se debe colocar sobre soportes, si es tubería de acero, o so-

bre el mismo suelo, es tubería de concreto. la función de estos so-

portes es la de absorver los desplazamientos longitudinales de la tu-

bería de presión, pennitiendo a la vez, de soportar el peso muerto de

la tubería, que e'óta se deslice libremente sobre él- evitando asi daños

en 1a línea de conducción. Estos soportes se colocan especialmente

en 1os puntos donde l-a tubería canbie de dirección e inmediatamente

trrf." de la casa de máquinas. Se distribuyen estas eatruscturas igual--

mente espaciadas a todo 1o largo de la tubería, con una distancia ná-

xina de 80 nts, entre cada uno.

92

Las fuerzas resultantes debido a Ios cambios dodirección tanto ho-

rizontal- cono vertical son las que provocan el desplazamiento de la

tubería en las líneas de conducción..

En algunoa casos bastarán aPoyos o anclajes senciLLo, dado que 1as

fuerzas son de pequeña nagnitud. Se puede decir que tuberías de pe-

queño diánetro (hasta 10rt) soportando presiones estáticas de hasta

100 m de agua no requieren, dinensiones especiales de un anclaje' da-

do que e1 peso de la nisma tubería equilibra las fuerzas de desplaza-

miento.

La unión entre cada tramo de tubería puede hacerse nediante uniones,

codos, y reducciones previniendo asi la hernetizidad de la línea.

En estas uniones es donde se pueden preaentar fuerzas de enpuje' en

sitios específicos de la línea y es allí donde se requiere el cálcu-

l-o de un tipo especial- de anclaje.

Para eL diseño de estos ancl-ajes se calculan las siguientes fuerzas:

En un extremo de la tubería la fuerza de enpuje se calcula

como:

F = /n.t donde: V = P""o específico del agua

A = Area de la tubería cn2

F = Fuerza de ernpuje

H = Altura de agua

En un ángulo, e]- enpuje está dirigido de acuerdo a la bisect-tiz

del ángu1o y tiende a dobl-ar o desplazar eL tubo hacia afuera.

En el. caso de una reducción, la fuerza del empuje tiende a sacar

93

o a desplazat eL accesorio en la dirección del diánetro menor' Esta

fuerza tiene un valor dado por 1a expresión:

F=P (Ag-Ap)

donde: Ag = área deL 6 r¡ayor

Ap = área ¿etb menor

P = presión hidroestática

La dirección de la fuerza se indica en la flgura No. 24.

La fuerza sobre cada lado deL accesorio

vendría dada por la exPresión.

(= Fa

-

2sen 6T

FIGURA 24 Fuerzas en una reducción

Cuando l-a tuberfa está colocada en pendLente, adicionalnente a

las fuerzas ya mencionadas, existe la posibilidad de despLazamien-

tos, eata posibilidad se aunenta con la pendiente, aunentando

los riesgos de desPLazanientos.

4.6.L. Fuerzaa en el anclaje

Fuerza debido a la presión estática del agua en la sección con-

siderada. Esta fuerza actúa en ambos l-ados del codo:

94

r=t/n aH

donde, (= Peso específico del agua

A = Area de la tubería

AII= Diferencia de elevación o línea de carga para el puntoconsiderado

Fuerza debida a 1a velocidad del agua originada por el cambio en

la cantidad de novimiento.

F= / a vg

donde: t' Peso esPecífico deL agua

B= Aceleración de la gravedad

F Caudal

V= Velocidad del agua para la sección considerada

Esta fuerza puede despreciarse cuando se tienen presiones del

orden de 150 n y vel-ocidades de 2 a 4 n/sg-

La fuerza debida al golpe de ariete. Cuando la onda de sobrepre-

sión sea de consideraci-ón esta'fuerza puede incLuirse dentro de1

valor AH. de la expresión de fuerza estática:

p= f,(AII+r¡ A

donde: P = Exceso de presÍón por goLpe de ariete

I = Peso específico deL agua

AII = Diferencia de elevación o línea de carga para eL pun-to considerado.

A = Area de la sección o tubería

95

Las fuerzas provocadas por eI peso de La tubería.

Aguas arriba: Se considera La tuberla desde el eJe del codo

hasta la Junta de dilatación aguas arriba y se

considera la componente tangencial del peso de

La tubería. En La figura 25 se indican los án-

gulos en el anclaje.

Entonceg.

F = P sen4

donde: P = Peso de la tubería haata la Junta de dllataclón

G = Angulo fornado con I'a horizontal.

Aguas abaJo: Se consideraría la parte de tuberla desde el eje

hasta la junta de dilatación aguae abajo y éu valor

será:

F ='P senp

donde: P = Peso de la tubería hasta la Junta de dilataclón

P = Angulo fornado con ta horizontal

FIGURA E

$üjr...:

fnt$

rlAnclaje de tuberla con canbfo

96

de pendiente

II

I

i

Las fuerzas de fricción entre el concreto y La tubería, las cua-

les se generan en las apoyos aguas abajo y aguas arriba del slcla-

je, .en

sentido convergente hacia eL eje en caao de dilataciones

y opuestas direccionalnente en caao de c,ontraccionea.

Aguasarriba: F= f cos0P+l{ --t-

Aguas abajo: f = f cos6rP+ltt- Pl2

donde:

Siendo: f = EL coeficiente de friccfón concreto tubo

O= Angulo definido por La pendiente de la tuberla

€rl = Angulo definido por 1a pendiente de la tubería

P = Peso de la tubería hasta 1-a junta de dilatación

Pl= Peso de la tubería con.agua hasta el apoyo nas cer-cano

l{ = Peso del agua en la tubería hasta la junta de dila-tación

FIGURA 26 Fuerzas actuantes en el- anclaje con

cambios de Pendiente

J.!.- ryffi

97

Las fuerzas de fricción en la junta de dil-atación'

aguas arriba: F =Pl ry(d + 2t)

donde: Pl = Coeficiente en la junta

d = Diá.netro

t = Espesor de la tubería

aguas abajo: se genera una fuerza de igual nagnitud y de sen-

tido contrario al de aguas arriba. Estas se

anulan para tuberías de igual diánetro y espesor'

Fuerzas longitudinales por canbio de sección: canbios antes y

despuÉs del ancLaje se deterninan:

n' = Au (Al1- \)(donde: H = Carga en la reducción

Al = Area Para 1

A2 = Area Para 2

l/ = Peso específico del agua

Se calcul-a La nagnitud de l-a resultante; deberá verificarse que el1-a

pase por el tercio central, a fin de evitar fracción en el concreto.

El- dinensionado deL anclaje deberá hacerse para dtsegurar su estabili-

dad al volcamiento, deslizaniento y asentaniento.

Una vez deterninadas l-a dirección y nagnitud de todas las fuerzas ac-

tuantes, se procederá a calcular la posición y valor de la resultante.

Si se presentan cambios de dirección en a¡nbos planos, vertical y hori-

98

zontal, como se tnuestra en la figura No. 27

Perfil (Elevación FrGtnA 27' Planta

donde: C = Angulo r¡ertical antes del anclaje (incl-inación)

t¡¡ = Angulo vertical- despues del anclaje (inclinación)

( = Angulo horizontal o canbio de dirección

Elevación

FiH = Fi cos 0FdH = Fd cos c¿FiV = Fi sen SFdV = Fd sen (¡,

= FoV + Fdv

FiH-FdH=FxFdH = FdH cosxFdH = FdH senx

Resultmte ftI =

HIGIIRA 28. Fuerzas actuantesen eL anclaje

Unirltsld¡C Aulonomo d'

0cpto. libliolcto

Glldr)2 + Gk)2

Planta

99

En planta, las dos proyecciones horizontales no actuan a Lo largo del

misno eje por 1o cual desconpondremos una de el-las en dos conponentes

de acuerdo a ejes nornales, uno de los cuales contenga a la otra pro-

yección.

La restrltante de todas las fuerzas que actuan sobre el anclaje, debe

caer dentro del tercio nedío de l-a base de cimentación del-

ancl-aje para que halla estabilidad, y los esfuerzos sobre el suelo de-

ben caer dentro de 1os líntes pernisibles que correspondan al tipo de

suelo que presente el. sitio donde se planea la instalación del ancla-.t

je. En la figura No.'?9 se indica la ubicación de la resultante en

l-a base de ancl-aje. Los coeficientes de fricción, entre e1 suelo y

el- concreto se dan en la tabla No. 14

TABLA 14 Coeficientes de fricción entre concreto y sueloArena gruesa y grava

Arena y grava mezclada con linoArena y lino o grava y limo con altocontenido de arcil-l-aArcil-la dura

Arcil-l-a blanda o lino

0.5 a 0.6

0.4 a 0.5

0.3 a 0.4O.E a O.4

0.2 a 0.3

Coeficientes de fticclfu' entre concreto y suel-o

4.6.1.1. Anclaje en codos

Para el cálculo del- anclaje, es necesario deterninar los esfuerzos

a que se ve sonetido éste, debido a la presi-óri . estática yifA!-¿"Ui¿"ul

100 .

a la pesian dinámica.

Es.fuerzos por Presión estática:

' FIGURA.. 30 Edr.przcen codo

donde:

P = Presión unitaria del agua

lrl = Sección recta del tubo

t=P[{T = 2 PfJ sen O

2

Cono:p = H donde: H = Altura de

colr¡nna de agua

l= Pe"o espe-cífico.del-agua.

Entonces:

T = 2fHt sen O¿

debi.do a la p,esión estática

Esfuerzos debidos a la presión dinánica:

La fuerza centrlfuga por unÍdad de longitud de la curva se expresa

como:

C = !fV2 donde: M = Masa en movimiento por unidad de longi-tud del eje del codo.

R = Radio deL codo (nedio)

V = Vel-ocidad del fl-ujo

La fuerza centrífuga que actua sobre un elenento infinitesinal de lon-

gitud Rdx será:

dfc = Mv2dx

la proyección de esa fuerza sobre el eje nn será:

dPc = df c cos o( = !lV2 cos o( - dx

t01

FIGURA. 31 Fl¡erzac en un codo debidasa la Presión dinánica

Integrando para valores de oc entre g y 0 se obtiene el esfuerzoT-correspondiente a l-a nitad del codo y duplicando esta expresión obten-

drenos un esfuerzo d,e todo eI codo.

(u.= elz

Pr = llfV2 cos

,/l= o

lx=e/zd = MV2 senx I = !fV2 sen g

ln.=o T

P = 2P1..= 2 lfl2 sen

como: p""o = fi,t

o2

u=l/ülg

Entonces:

P=(g2

El esfuerzo total sobre el- tubo sera:

donde: l= P."o específico del-agua

If = Sección recta, tubo

I = Acel-éración de la gra-vedad

Er = p * T = zlw ="++ (2y'U ) v2 se¡ Q

LOz

ET = 2 ( w sen-y(n + v2 I cono hl = ld,2 para tubos2s4

u=Y+u ""+ (t.*lLos anclajes se deben proyectar de manera que soporten Los esfuerzos

a que se ve sometido el codo.

4.6.1.1.1. Cddos colocados horizontalnente

El esfuerzo Lo debe soportar la fricción del terreno y el concretó , y

la resistencia del terreno sobre el anclaje en caso de que se halle

enterrado. Generalnente se excava el terreno donde va a ser instala-

do el anclaje y este se rellena de forna nuy cuidadosa; se puede tonar

como reacción del terreno, en estas condiciones, L/4 de 1a capacidad

portante del terreno natural.

TAPLA 15 Coeficientes de friccióh

Coeficiente de fricción nás usuales del- *n"t"ao sobre el terreno

F = 0.30 para arcil-las hrinendas

F = 0.50 para arciLl-a seca

F = 0.40 para arena

F = 0.60 para grava

Nota: peso:concreto ciclop€o = 2.4 tonlm3

Para el dinensionado del ancLaje se recurre al nétodo de tanteo:

103

j''FIGURA . 32 Pl-anta y elevaciónde un codo colocado horizontalnente

E=Pf+LHPI

donde: P = capacidad de soporte del terreno natural

pL= !4 P capacidad de soporte del terreno debidamente compac-

tado.

P = peso del anclaje

f = coeficiente de fricción entre concreto y terreno

E = esfuerzo total sobre e1 codo

4.6.L.1.2 Codos col0cados en sentido vertical inferior

En este caso el terreno debe soportar 1a suna del esfuerzo E mas el

peso del anclaje A.

104

'' .FIGURA33 E+A=BLP

donde: L = longitud de la superficie del anclaje en contacto con elterreno.

B = Ancho de la superficie deI anclaje en contacto con elterreno.

P = Capacidad portante o soporte de1 terreno.

A = Peso del anclaje

E = Esfuerzo en el codo

4.6.1.1.3 Codos colocados en gentido vertical euperior

En este caso ae diseña el anclaje con un peso igual al esfuerzo,

cuyo caso se debe calcular el liganente entre anclaje y codo.

105

4.6.2

FIGURA 34 Codocolocado en sentido verticalsuPerior

Dinensionamiento de 1os apoyos

Apoyos: Estos se distribuyen a Lo largo de la conducción forzada y

deben pernitir el deslizamiento libre de 1a tubería sobre eL1os.

Dependiendo del tipo de tubería que se esté utilizando para la conduc-

ción forzada asi mismo se escogerá entre enterrar la tubería o mante-

ner la condución "ott" el terreno por medio de apoyos.

Si se usa tubería de aceró ésta debe ir necesariamente sobre apoyos

para evitar daños por corrientes parásitas y por conoción por tierras

ácidas. Cono orientación en la tabla No. 17 se dan distancias entre

apoyos para tubería de acero de L/4 de espesor.

Para espesoree diferentes de chapa recomendamos verificar l-a deflexión

del tubo con diferentes distancias de apoyos.

106

TABLA L7

Diánetroen mts.

Distancia entreapoyos en mts.

Diánetroen mts.

Distancias reconendada. entre apoyode Il4"

para tubería de acero

Distancia entreapoyos en nts.

0.150.200.250.300.350.400.450.s00.550.60

3.003.503.904.204.s04.805.005.30s.505.70

06507007508008509009s100105110115

5.906.006.406.506.706.806.907.107.207.307.4Q

Los apoyos para tubería de acero se fabrican en concreto pero La tube-

ría no debe descansar nunca directanente sobre ét;"apoyo, ya que el no-

viniento debido a la dilatación y contración puede llegar a desgastar

la tubería produciendo su ruptura.

La superficie de concreto debe estar cubierta Por papel grafitado o

pLástico en el sitio de contacto entre el acero y el concreto.

E1- apo¡lo se debe asentar sobre terreno establ-e con una buena resisten-

cia a la comprensión. Si el- terrno no presenta estas característicaa

se debe acondicionar el misno con tierra y mortero de nodo de dar una

buena compactación al terreno antes de colocar el apoyo.

Para el- dinensionamiento del apoyo se deben usar 1as fórnul-as dadas

para e1- cálculo de anclajes, respetando las dinensiones dadas en la

fig:" No. 36.

107

_i_ I

L=1.05D

A3= 0.25D + 0.03

Az= 2 (*. r)A1=

B=1.05D+D.14

donde: D en nts

€9 en grados

FIGURA 36 Dinensiones de apoYo

4.7. Golpe de arÍéte

Es un fenóneno de sobrepresión producido en una tubería por el cierre

súbito de una vál-vul-a.

Los que sucede al cerrarse la válvula se puede resumir en 1as siguien-

tes etapas:

Fluyendo e1 agua con una velocidad Vo, al cerrarae l-a vál-vula su-

bitanente, la energía cinética se transforna en presión la cual

108

conpri¡ne la naea de agua y expande la tubería.

El agua conienza a expandirse y la tubería a contraerse, 1o cual

produce una inversión en el- sentido de flujo.

El agua continua su novimiento alejándose de la válvula debido a

l-a inercia adquirida como consecuencia de la expansión de la nasa

de agua y la contracción de 1a tubería.

Se invierte nueva^mente el sentido de1- flujo, repitiéndose el fenó-

meno descrito en le etapa 1.

Una sucesión de etapas se repite por un espacio de tignpo, hasta que

el sistena vuelvg a quedar en reposo. Este reposo se consigue gracias

a fricción que existe en la tubería la cual hace cada vez nás ¿étites

l-as etapas que las anteriores hasta anularlas.

La onda de aumento o disninución de presión se mueve con una velocidad

A. Si L es 1-a longitud de l-a conducción hasta la válvul-a el tienpo en

que efectua cada etapa será:

t=!A

Si igualanos la energía cinética de1 agua con el trabajo de conpren-

sión del agua y el de La expansión de 1a tuberia se obtienen expresio-

nes de la velocidad de la onda y la sobrepresión pór golpe d" 9Jiflt".Ver golpe de ariete en el Manual- de Hidráulica, de King.

Uniwmidad Autonorno do Occiúe.rh

0epm. 8!blíorao

109

+ lD_Et

[= I420 h=A Vog

donde:

( = Módu1o de el-ásticidad del agua = 20.670 kglcl¡.z

D = Diánetro de la tubería en cm

E = Módu1o de elasticÍdad del naterial- de1 tubo

t= Espesor de la pared del tubo en cm

Vo = Velocidad del agua en el tubo en m/s

B = Aceleración de la gravedad = 9.8L m/s2

A = Velocidad de 1a onda de presión, m/s2

h = Sobrepresión debida al- cierre instantáneo' m

TABLA tB MODULOS DE ELASTICIDAD

Fundición

Acero

Asbesto Cenento

PVC (según ttPAvco" )

1O545OO tcglcnz

2067000 ks/cÁ2

230000 kslcn2

2.81 x lo4 kg/eÁ2

110

TABLA 19 Tienpo de cierre nínimo para válvulas para tubería

DiánetroVá1vu1a(in)

¡ ...

Numero de vueltas Paraabrir 1a vál-vula

Tienpo de cierrenínino (seg)

46I

10L2L41618202224

9132732.538.5455258647676

91842586991

105LT7158188188

4.8. VALVIILAS

Para efectuar nanteniniento en la casa de máquinas se dispone de una

válvu1a que corte e1- fl-ujo de caudal hacia l-a turbina, tanbién 8e usa

como recurso adicional de protección cuando É¡e preaente una faLla o pa-

rada en el- normal funcionamiento de 1a turbina.

Esta válvula se instala entre la tubería forzada y la caja espiral o

distribuidor, según sea el caso, y la turbina. Su operación es nanual,

generalmente se usan volantes o nanivelas para accionarlas.

Las válvulas son de fácil- instalación y nanteniniento pernitiendo una

o

operación rápida y asegurando una efectiva estan$uiedad. En e1 merca-

do nacional se consiguen vál-vulas de diferentes tipos y en dinensiones

estandarizadas las cuales se pueden escoger por catálogo, garantizándo-

se e1 suministro de piezas y accesorios propios de ellas.

111

4.6.3. Ejenptro de cálculo

Calcula el esfuerzo a que está sonetido un codo de 12 pulgadas de diá-

netro, con un ángulo de deflexión €: 45o. El sitio donde se instaló

e1 codo tiene una altura de 50 mts en la línea piezonétrica de carga.

La tubería transporta un caudal- de 109.5 l-itros/seg con una velocidad

de 1,50 n/sg.

Datos:

Diánetro tubería, d = 12 pulgadas = 0305 n

Caudal, Q = 109.5 litros/sg = 01095 n3/sg

Vel-ocidadrV=1.5n/sg

AlturarH=50nts

Angulo, S-= 45o

Usando: E=i+ hl.sen0 H*l¡22e

Cono:

w =Íd,2

Y: senO =0.382682

Reenplazando:

E = 2 (100 keln3) (oozg 12) (ogaz68) (so m + (1.50 n/sg)21Tslffi2 '

E = 2810 kg

Dinensionamiento de1 apoyo:

Para un codo colocado horizontalmente: se tonará un terreno con

grava cuya capacidad de comprensión es de I kgf/cnz (ver tabl-a

Tl d2 = (0.305)2r= oo73 n24 -T','.

LTz

No. 16 . El esfuerzo que soporta el codo es de E = 2810 kg.

Usando la fórnula: E = Pf + HLP1

Tonando un coeficiente de fricción, f = 0.6 según la tabla No'16

wt& Pf + HLPIkg

G

cmELHKg cm cm H.,Pl P Pf

kgkgkg

2810 ro

2810 $mos2810 s

@

&

70

rc

tfi

50

50

o

15

15

15

15

lffi.5

n52

zLn.7

2tü

w w.&g2g t#.8,

ffi fr.4

w.4 flL.6

1888,

ylg'

?5Tl¿L

gn:6

..FIGURA. 35 Dinensiones del anclajeMétodo de tanteo

Datos obtenidos Por tanteo para el dimensionamiento de1 anclaje

113

TABLA'-16 Presión adnisible para diferentes ülPoe de

TIPO DE MATERIAL

terreno

ValoresBasicoÉ .kgf/cn!

Roca macj-za, sin laninaciones o signos dedesconposición

Roca l-áninada, con pequeñas fisuras estratifi-cadas

Suelos concrecionados

Suelos pedregosos, nal gradados, comPactos

Suelos pedregosos mal gradados, flujos

Arenas gruesas y arenas pedregosas bien grada-das conpactas

Arenas pedregosas y arenas gruesas nal grada-das flojas

Arenas finas y nedias nuy conpactas

Conpactas

Medianamente comPactas

Arcillas y suel-os arcillosos

Consistencia dura

Consistencia nedia

50

35

15

I5

8

4

6

4

2

Presión admisible para diferentes tipos de terrenos.

LL4

5.1. GET{ERALIDADES

5. TI]RBINA

Las turbinas Michell-Banki, son turbonáquinas se clasifican cono tur-

binas de acción, porque el agua conducida hacia e1-1-a, por e1- inyector,

sale en forma de chorro y choca contra el rodete, a presión atmosférica,

transformando 1a energía adquirida por el agua, en e1 8a1to, en novimien-

to de rotación útil para realizar trabajo.

Su nonbre se debe aL ingeniero hidráulico Donat Banki quien realizó los

prÍneros trabajos, en este tipo de turbinas, hace ya nás de nedio siglo.

Desde entonces se han desarrollado nuchos modelos, obteniéndose altos

rendiniento, I aunque se desarrolló a 1-a par con turbinas del- tipo Fran-

cis, las turbinas Michell-Banki, no son muy conocidas en nuestro mediot

su versatilidad para operar en diferentes nivel-es de al-tura de carga y

de caudal 1as hace 1as nás adecuadas para operar en estaciones genera-

doras de energía del tanaño nicro.

La principal característisca de este tipo de turbina es que es de flujo

cruzado, esto es, e1- ancho del chorro golpea dos vces las á1abes del-

rotos, el proceso es el siguiente: El agua fluye a través de 1os ála-

115

. bes, inieialmente de la perisferia hacÍa el centro del rodete' pasa

a través del espacio vacío en la parte interior del rotor y luego gol-

pea de nuevo los álabes de adentro hacia afuera para saLir al canal

de descarga.

La construcción de este tipo de turbina es nuy sinple en conparación

a la tecnologla'requerida para la fabricación de cualquier otra turbi-

na de acción o de reacción, con 1o cual se obtiene una ventaja ¡¡ás al

utilizar esta turbina, pues Ia tecnología asociada con su diseño y

construcción ta¡nbién es de bajo coeto. En la gráfica No. 37 se pueden

comparar l-as diferentes geonetrlas para transfornar energía hidráulica

en energía necánica y a sinple vista se puede observar la sencillez de

su-geometría y diseño.

5.2. DISEÑO Y CALCT]LOS HIDRAULICOS

Los cálcul"os hidráulicos de una turbina se realizan para deterninar

las dinensiones de sus elementos principaLes con base al diseño que

caracteriza a cada típo de turbina.

El diseño de la turbina Michel-1--Banki se basa en que el inyector acele-

ra y regula el flujo de agua que ingresa a la turbina y orienta el cho-

rro de sección rectangular hacia los á1abes del rodete, dandole un pri-

ner inpul-so, para que l-uego de atravesar e1 interior deL rodete, dar

un segundo impulso a los álabes, antes de salir hacia la descarga de

La turbina.

116

5.3. DIAGRAMAS DE VELOCIDAD

Los perfil-es de los álabes del rodete de una turbina, se deterninan en

base a los diagránas de vel-ocidades en cada punto del- rodete. Para de-

terninar estos diagranas, es necesario definir la velocidad de salida

del agua del inyector, 1o que se deternina con base a la ecuación de

la energía aplicada entre 1a superficie del reservorio, donde la velo-

cidad del agua es aproxinadamente cero, y a la salida del inyector.

Pb *Co2*Zo=PL?2srEn donde:

Co y C1' rePresentan

ficie del reservorio

* c12. + zt + AHt + aHi2s

la velocidad de una partículadé agua en la super-

y en la salida del inyector respectivanente.

Po y P1, representan Laa presiones en la superficie del- reservorio y

en la salida del inyector respectivanente. En este caso ambas presiones

se pueden considerar iguales a 1a atnósfera cuando l-a deecarga de la

turbina se realiza sin tubo de succión.

Zo y 21, representan los niveles topográficos, en la superficie del- re-

servorio y la posición del inyectoa respectivementer y au diferencia es

igual al salto bruto.

f v g, representan el peso específico del agua y la aceleración de la

gravedad respectivamente.

LL7

AHt, es la pérdida de presión por efecto de la fricción de1 agua con

1-as paredes de la tubería de presíón.

AHi, es la pérdida de presión por efecto de la fricción de1 agua con

las paredes del inyector.

Con todas estas consideraciones se determina que la velocidad de sal-ída

del agua de1- inyector es:

cr=

en donde: H, es el salto efectivo o neto de la central, obtenido de 1a

diferencia entre el salto bruto y las pérdidas en l-a tubería. Asinisno

se define

tado por:

, como el coeficiente de veolocidad de1 inyector represen-

9=

con la cual la velocidad de salida del agua

do por:

del inyector queda expresa-

ci=g\@-En forma práctica Y posee valores comprendidos entre 0.96 y 0.98

Triángulo de velocidades5.3.1.

Notación internacional. En 1a figura 38 se

Lizat.

indica la sinbología a uti-

1r8

FIGIIRA 38 Triángüo de Velaidades

V1 - Velocidad absoluta del álabe. a la entrada o velocidad periférica

a l-a entrada.

C1 - Velocidad absoluta del- fluido a la entrada

hl1 - Velocidad relativa a la entrada (del fluido con respecto al álabe)

Cirn- Conponente neridional de la velocidad absol-uta del fluido a la en-

trada.

Ciu- Gonponente periférica de l-a velocidad absoluta del fl-uÍdo a la en-

trada.

a<1- Angulo que fornan las dos velocidades C1 y U1

(3 1- Angufo que forna tJ1 con (-Ut). Se puede notar que el- ángulo que

forma lrll con (+U1) es el Pl suplenrario del l3f .

5.3.2. Triangulo de velocidades a la entrada de la turbina (Punto 1)

La velocidad del- agua a l¿ .salida de1- inyector es igual a la velocidad

de ingreso del agua, al rodete. Este chorro de agua a su vez se orienta

hacia e1 rodete con un ángulo pronedio denoninado (l el cual para estas

turbinas posee val-ores prácticos que se encuentran alrededor de 1os 16

a#g:g=+alq1:#i:a,Yti

Univarsitt*rl üuttnrrrrru rra {,ktidmh i{tr

Üc¡rtu :iihiir'i+cu ¡í¡

''-'- --:----:-¿'I

119

grados que fue el- utilizado por Donat Banki, o tanbidn la casa 0ssber-

ger utiliza ángulos con valores conprendidos entre los 15 y 20 grados.

Ci=Cl

cl = ? \EH-Según la fig. 39 se tiene:

En las turbinas de acción l-a velocidad U1 viene expresada por:

Ul = Ku C1 cos (,1

Siendo Ku el- coeficiente de vel-ocidad tangenci.al que en el caso de las

turbinas de acción posee una valor aproxinado a 0.5.

Ul = 0.5 C1 coso(1

L20

VELOCIDADES EN EL ROTOR

F"IGURA 39 Velocidades en .eI . rotor

Lzl

Cim = C1 seno(1

Ciu = C1 coso(1

Cálcul-o del ángu1o del árabe pt

Ul=Wlcospl(1)tambien

Ul = C1 coso(l Q)2

De la fig. 40 tenemos:

Wl = C1 sen o(l (3)senpl

Reenplazando (2) y (3) en (1)

C1 cos o(1 = CI seno(1

1FIGURA .40 Triángulo de vel-aidades

lm

queda

x cos [|lsen ptAconodando:

C1 coso(l = C1 seno(l x cos p1

2

Cl cosdl _= 1

C1-senc(1 tg Pl

=12 tgo(1 tg p t

sen p1

r22

tspl 2 tge\1

(3r = Arc tg (2 tgo(1)

De l-a fig. No.40

Ciu=U1 +tl1 cosplwr = ur_

cos pl

5.3.3. Triángulo de velocidades en el interior de1 rodete

Anál-isig de la trayectoria absoluta del agua en el- interior del- rodete'

PuntosZy3-Figura39.

El agua al sblir deL álabe no se desvía, por 1o tanto el ángulo de la

velocidad relatj-va del flujo será igual al- ángu1o de áIabe. Se debe

establecer el- val-or del dicho ángulo.

Observando 1a fig. 4!a, que nuestra un ángulo nayor de 90o,a la salida

del priner paso, se ve que el agua chocará contra el álab6 al entrar

a la segunda etapa creando una incidencia negativa.

La fig. 41b, nuestra e1 caso de un ángulo nenor de 90o y e1- choque se

producirá por el lado opuesto de1 álabe creando tanbien incidencia

negativa.

L23

) D\.\\\\I I1\l Iñ-\\\ \..

tta

\ \

.+/\

u2

/\I \.,w2\\\\

t\\))-/ )

o,4,

ñ

ñ

'FIGURA 41a

'I\

\\

0frGgRA. 41d

L24

.FIGIJRA 41c

La nisma situación se presenta para 90o. Figura 41c'

Ahora, si se aslae que hay desviación del chorro al sal-ir de la prine-

ra etapa y el ángulo de desviación es d , con un ángulo del- álabe igual

a 90o, al entrar a 1a segunda etapa e1- ángulo de incidencia ttitr - ¿f'

para conpensar "i" se debe escoger un ángulo de álabe gO + élZ y de

esa forma rrirr "" aproxina a cero. Nornalnente los valores de1 ángulo

de desviación son de 20 o 80, 1-o que indica que eL ángu1o rle safiá ?el

álabe está entre 91o y g4o; obvianente tomando el ángulo 90o no se afec-

tará nucho el rendimiento.

Lo anterior nos permite establecer las sÍguientes relaciones:

FZ=p3=90o

u2=u3

x2 = tl(3

tgD(2 = t8o(3 =_W2

ü2

C2m = 1il2

Las características del- punto 2 son sinilares a 1as del punto 2'

5.3.4. Ecuación de continuidad entre los puntos I y 2

Teniendo en cuenta que e1- caudal- no varía a1 entrar al rodete, se puede

afirnar que:

t25

FIGURA 42

Qr=Q2

Cim A1 = Czm A2

Continuidad :

[ü1 sen Pf Af =flZ42

pero

A1 = rle Bo

A2 = 12$ Bo

Bo: Ancho del- rodete

O: Angulo entre los á1abes

Al =rl= IAZ12mrl = radio exterior

tZ = tadío interior

n = relación entre l-os radio interior y exterior

W2 = I{l sen f3ln

üz=Ín.D2

v2=ü2tgx z

cz =wz--sen o(2

6o

t26

5.3.5. Punto de sal-ida del agua del- rodete (4)

Por construcción sabenos que (3¿ = 0f

también:

ul=u4

El ángulo de salida con respecto a la tangente del rodete se obtiene

con la siguiente exPresión:

(4 = "'. """ I

.

kf sen pzx/ 1 - ku (2 - ku) .o"2 o< 1

W; k" "ir2n2 (ku - krze _ ku) - kr)-

Siendo kf el- coeficiente de velocidad relativa que expresa la pérdida

por fricción del agua con los álab:e del rodete y 8u valor aproxinado

es de 0.98.

La veLocidad relativa estaría expresada por:

!rl4 = kf Wl

C4 = Cl tgo( 1

C4u = C4 cos o( 4

y co¡no a1 pasar del punto 3 a1 punto 4 el caudal sigue siendo el mis-

mo tendremos:

l{3 = I{4 sen P 1

n

tgD(3=t{¡=I{3

u3 u4.

De donde resulta tg x3 = W¿ -""" h_

ü4 ^2

127

5.3.6. Angulo de1 áLabe o(2

t{2 = W3

u2=u3

tg*2=tga(3=l'¡3U3

W3 = lf4 sen p1

WZ = Wf ""t Ff.m

U4 = Iü4 cos pl

tg a(3 = t{3 = tl4 sen P Im U4 n.n.ttl4 cos P t

tgo(3 = tBY Z =-iug9L_m2

a-z= arc ts | .rPr IlTrl

5.3.7 Relación del radio interior al radio exterior (n)

Tomando la ecuación de Euler

He=U12 -UZZ +W22 -Wt2 +CL2-CZ2

2s 2s 2g

En La cual-

cLz - C22 representa la energía absorbida por el rodete

sen p1

2g

L28

ttp-Ut2 -UZz + WZZ - Wr2 representa 1a energía de presión

y como la turbina Banki es una turbina de acción en l-a que:

6 = h. = O; Hp = 0, porque el grado de reacción es ceroHe

resul-ta que U12 - UZ2 = tilL2 - WZ2

Atrora aplicando el teorena de los cosenos' y según la figura No. .40

t{12 = Ct2 * Ut2 - 2 UI Cl cos o<.1

W2 = C2a = Cim rl = Cl sens( 1

w2 = cL2

2 7r o v.t2 = c.,2 "o"2xl_ü2- = UIt ^" 4

Reemplazando estos val-ores en y haciendo m2 = X, resulta la siguien-

te ecuación.

1¡4cosz c(l (1 -X) =1+.o"2o41 -.o"2e(1-rer2o41T T TSinplif icando tenemos :

X2 cos2<1+ 4 sen?e( I X - 4 sen2 D(l = O

A continuación en la tabla 20 se darán algunos valores de n para dife-

rente ángulos o< 1

2g2g

12m

""t2 oq 1

^-

+.48-..::-:--1 i".!----: *'-'--' ;lt

ii tl¡,i',nrsi.l:r';l ,1u19;i.llllc :i¡ lltdü"i¡ttt .i

i" ,-,,,.. ,,,,,r:f:ii ____ ü

L29

\\

TABLA 20 Vatóres de n para diferentes valores de ¡( ¡

Angulo x1 Valor de n

16 0.6574

L7 0.6726

18 0.6871

0.700819 il20 0.7139

D2=dl i r2=nr1

5.4. Dinensiones del rodete

Diámetros exterior (Dl) y diánetro interior (DZ)

Uf-nffDf =Clcoso<1602

n = Velocidad a la que gira el rodete en r.p.n.

Reenpl-azando:

-Cl = 0.97V Zeh

CI = 0.97 (4.43) tfuct = 4.3. \rH-

" nfrDl. =

4s{T cos cr{ 1

602

nTf D1 =30x4.3trfr- coso(1

nDl = 41.06\ft- cosc*1

Para o(1 = 160

nDl = 3g.46JT

Df =39.a6ff ¡ n=39.46\nnDl

-1

130

De la anterior ecuacj-ón se obtiene la veloeÍdad óptina de rotación de

una turbina Michel-1-Banki.

Se ha podido conprobar en la práctica que l-a p¡f¡¡ina velocidad de rota-

ción de estas turbinas es de aproxinadanente 1000 rpn.

To¡nando n nax = 1000 rpn y enpl-eando la ecuación anterior, se obtiene

el náxino valor de caída ad¡nisible en cada rodete, según ae nuestra

en la tabla 21.

TABLA 21 Máxina caida adnisfblé par.á diánetro de rodete

Diámetro, D1 (m) 2qp 3

tD,L

I'drdrn cafda, H'(nts) 25 ' 100 100* 100* 100*

* Fijados por náxina caída adnisible en estas turbinas

5.5. GEOMETRIA DEL ALABE

El círculo que genera la curva de los ál-abes tiene au centro en la in-

tersección de dos rectas perpendiculares, una en la dirección de La

veLocidad relativa lü1 I la otra en la dirección. de la tangente a l-a

circunferencia de radio rZ en el punto donde el álabe corta dicha cir-

cunferencia, punto B en la fig. 43.

Considerando los triángulos BOC I Affi, lado conún 0C, tenenos por teo-

reüras de los cosenos:

CO=

62 = Fo2 + Fcz - z ñ lT cospl

-^ -6 -4 -t0B¿ + BC¿ = AO¿ + AC¿ - 2A0 AC cos p I

T55

400 500 600' 700

13L

A0=11

ñ=r2

IE = fr = R = radio de curvatura del álabe

f,= ,L2-rZ22r1 cos (01

El lugar geonétrico de los centros de los arcos de cincunferencia que

constituyen los álabes es otro círculo con centro en rr0rf y radio 0C

cuyo valor será:

ft2=dB2+ft2-''

.t .t@t=t2t+R'

5.5.1. Angulo central

rt = sen ( l8O -6/2)

;ffi1tL = =en

tf?.

12W

W tlz - cos PlSenltl+12/11

e/\d=2arcrgl cosh \.I senpl + 12 lrl l\/

L32

FIGURA 43 Geometría del Alabe

133

5.6. Trayectoria del" chorro en el interior de la rueda

En el.diseño de 1as turbinas Michell-Banki tanbién se debe considerar

que desde el- punto de vista teórico existe una limitante en cuanto a1

arco de adnisión, exPresado Por:

BOC=2arct'g

-

/t - ku (2 - ku) .o" 2.r.1

+l -" coso(1

Si considera¡¡os que 1a trayectoria de una partícula de agua en el inte-

rior del rodete es rectillnea, se obtiene que eI diánetro náxino de1

eje que atravlss¿ el rodete debe ser:

IId= D2cosl 4¡oc Ilzl

:

El_ grosor del chorro (Y) en 1-a parte interior de la rueda es calculada

por 1a ecuación de continuidad Qt = Q2

q = V.A.

ClSo = CrY @U2 = C2 cos c(2

!2 =(r2lrf ) Uf

Ul=Cl coso(l2

Entonces combinando las ecuaciones queda:

c2 co8 4z = G2/t¡ c1 cost{1

-cz = G2/r1¡ Gtlz) cos c< I

t34

Reenplazando en O a"n"to"t

ClSo = (r2lr1¡ Gt/Z) cos o( 1 Y

cos o(2

Despejando Y;

Y=2C1 Socoso(2

(r2/ry¡ c1 cos<1

l=2Socosx2(r2/rr¡ cosc(1

Siendo So el- espesor del- chorro en la tubería, éste se debe de deterni-

nar experi¡nentalnente ya que si se escoge nuy grande puede suceder que

algunas l-íneas de corriente no entren a la rueda con el ánguLo de ata-

que adecuado aumentando las pérdidas. En la figura 44 se indica 1a tra-

yectoria del- chorro y los ángul-os de ataque.

Banki obtuvo una relación directa de So con D1 enpírica, tal que:

So = KDl

Siendo K una constante que tiene val-ores entre 0.075 - 0.1

r35

TR,AYECTORIA DE I]N CHORRO EN EL

II{TERIOR DE LA RUEDA

o

X'..t,

FIGIIRA 44 Trayectoriq fe qn .chApe en el interiorde la rueda

136

La distancia entre el diár¡etro exterior del eje que atraviesa el rode-

te y la parte exterior deI chorro que está pasando a través de la rue-

da es Y1 f se puede deterninar Por:

YI = 12 sen (90 -aZ) - Ylz - ds/2

Y2=Yl+Y-12

5.6.1. Longitud del rodete (t)

Siendo Q = V.A.

La velocidad a la salida de l-a tobere se puede expresar por:

vs = V\Edii-

El área será función de la longitud de la tobera y del ancho del cho-

rro So (ver fig.44)

A=SoL

A=KDlL

Q = l(DlL tlr,Es'H

Despejando L se tiene

l= O

kDrg/rsH

''5.7 ; Rendi¡¡ieqtp hiilráulico náxino

El rendiniento hidráulico de una turbina viene dado por

tl^l H = Hu

\HSegún la ecuación de Euler se tiene que la altura hidráulica Hu es:

Hu=UlClu-U4C4u

r37

H=UlClu-U4C4u

gH

Como se trata de aprovechar l-a máxina cantidad de energía en eL rodete

el diseño entonces deberá estar encaninado a que el segundo térnino del

nunerador sea el menor posible. Si el agua sale de la rueda en direc-

ción radialx4 = 90o. Se anula C4 cos o(4. Esto real-mente no ea posi-

ble, pero se acepta cono cierto para efectos de cálculo.

tL * = Utarr_

gH

cl =\0\E-Elevando al- cuadrado

CLZ =92 zglt

Despejanos la energía absorbida por el rodete H

lf = Cú

Mttt=U1C1u = 922U1 C1o

g.cL2.----'-

2tQ.e

como

Ui = Wt cos p1

Clu = U1 + hr1 cos pl

Entonces

C1u = 2u1

[u = 2Ut92 .o"20(1

Qt2

2üt

138

tlt = 92 .o"2r(t

Lo que indica que eL rendiniento hidráulico solo depende del- ángulo de

ent.iada.

5.8 Núqiero de á1abes

El- núnero de á1abes viene dado por un equilibrio en base a Las siguien-

tes consideraciones:

Un núnero de ál-abes excesiva daría co¡no resultado una disninución del

rendiniento debido al aunento del roce por tener nas superficies en con-

tacto con el chorro de agua y un escaso número de ál-abes daría como re-

sultado, gu€ el- noviuriento de rotación, se diera en inpuLso bruscos y

no fuera de nanera uniforne, adenás que e1- chorro de agua podría, en

instantes, pasar sin chocar con ningún álabe reduciéndose 1a eficien-

cia de la turbina.

Por 1o anterior es necesario encontrar una cantidad adecuada de álabes,

para 1o cual D. Banki encontró una relación entre el- número y el ángulo

de los álabes.

La relación entre el núnero de álabes, Z, Y e1- paso, t, es:

z =_r, \r1

En investigaciones de1 profesor Stefa¡ Zarea se reconienda

t1 = (0.4 - 0.s) (Dr -DZ)

5.9. DII.,TENSIONAI.{IENK) DEL INYECTOR

139

5.9.1. Generalidades

E1 inyector tiene cono finalidad hacer que la energía potencial alna-

cenada por e1- agua se transforme en energía cinética de nanera gradual,

para minimizar las pérdidas y aumentar la eficiencia de la turbina.

Para el- dinensionamiento del inyector se debe tener en cuenta que e1"

agua que pasa por é1, no choque violentamente contra Los álabes y que

el ánguloo(1 se conserve, se reconienda que el ángulo de abertura sea

de 45o para inyectores sin álabe directriz o regularadores de flujo.

En eL plano constructivo se dan las dinensiones de1 inyectorr.para un

diámetro de rodete de 300 rnm, si este diánetro es diferente estaa nedi-

das hay que alterarlas proporcionalmente dependiendo del diárnetro que

se tengd.

5. 10. CALCULOS MECANICOS

Los cálculos necánicos se realizan para verificar si el naterial utili-

zado para cada pieza está en condiciones de soportar los esfuerzos que

se presentan en el-l-a.

5.10.1. Diseño y cá1-culos de1 rodete

El rodete está constituldo por:

Alabes

140

Discos

Existen varias alternativas para fijar los álabes al disco' una de e-

1las consisten en fresar en el disco e1. perfil del- álabe para luego mon-

tarlo y efectuar una soldadura exterior, dándole un nejor acabado al

rodete.

Cabe señalar que no se descarta la producción de rodetes fundidos en

una sola píeza.

Los planos nos detallan el diseño del- rodete, el prinero noa nuestra

las dinensiones deL nisno y el segundo nos muestra el depieCe de sus

elenentos.

El- espesor de los álabes generalmente se asume y posteriormente se rea-

l-iza un chequeo de esfuerzo, considerándolo cono una viga enpotrada en

sus extremos, por efecto de la sol-dadura, y cargada unifornemente. La

fuerza que actúa sobre cada uno de ellos, considerando el caso desfavo-

rable, que se presenta cuando e1 rodete por al-gún motivo es frenado y

1a turbina se encuentra con apertura totalr se expreaa por:

P= FQCf cos0BeEoz

Donde de acuerdo a lafig. 45

F - es la conponente y, de la fuerza del agua sobre cada álabe, en kg.

Q - es el caudal máxino que fluye por e1 inyector, ett t3/"g

Cl- es la. velocidad del agua a la salida del inyector, en n/sg

Z - núnero de álabes del- rodete

L4L

go - constante iguaL a 9.81 @- ntgr ;s2

ko - es el porcentaje de área de adnisión

d - es un ángulo deterninado Por:

t!2 +t32 +tz}€O = arc cos

ko = *BOC360

2t1rg

+ = *1 +Q

Siendo:

13=2Rsen(

11 = D1/2

tz = D2l2

6 /D f es el ángul-o de curvatura del álabe

t42

FIGI]RA 45 FI]ERZAS ACTIIANDO SOBRE Et ALABE DEL RODE1E

I43

E1 esfuerzo máxino al que será sonetido el álabe del- rodete por acción

de l-a fuerza del agua a Lo largo del mismo, se obtiene con l-a siguiente

fórnula:

6uax = F.1.c.-12 Tgx

Donde:

t = l-ongitud del rodete, expresado en nts.

c = radio de giro, que se deterni-na con:

c=(R+e) -Cg

Siénilo Cg, es el centro de gravedad del álabe que se determina con la

fórnula:

ce = 12ol (R + e)3 - R3 | (cos €l - .o" €?)

donde:

e = es el espesor de1 álabe en mts

R = es el radio de curvatura del áLabe en nta

€t=180- E

Donde

A2=d¡9,

f es el ángulo de curvatura del ál-abe

Igx es el momento de inercia de1 ál-abe determinado por:

Igx = (n + e)4 - n4 f d- ".r, 2o2 - sen 2O1I

8lzen este caso d , se expresa en radianes

t44

TABLA 56

CENTRO DE GMVEDAD Y MOMENTO DE INERCIA DEL ALABE

DEL RODETE

Estos valores son válidos para álabes de rodete ¡(1 = 160

Diámetro

Rodete

Dt

(nn)

Espesor del

Alabe

e

(nn)

Area de

Esfuerzo

A

("r2)

Centro de

Gravedad

Cg

(cn)

Monento de

InerciaJ-' -'rgx'

'(cn4¡

Radio de

Giro

c

(cn)

300

300

300

300

2

3

4

6

L.27

1.93

2.s9

3.96

4.66

4.70

4.75

4.85

0.1134 \o.1822

o.2633

o.475L

0.43

0.48

0.53

o.64

400

400

400

400

2

3

4

6

1.68

2.55

3.42

5.2t

6.18

6.22

6.27

6.37

0.2610

0.4098

0.5760

o.9779

0.54

0.59

o.64

0.75

500

500

500

500

2

3

4

6

2.LO

3.L7

4.25

6.46

7.707.75

7.79

7.89

0.5018

0.7780

1.0778

1.7680

0.650.70

0.75

0.86

600

600

600

600

2

3

4

6

2.52

3.79

5.08

7.70

9.23

9.27

9.32

9.4L

0.8587

1.3215

1.8146

2.9L59

0.75

0.81

0.86

0.97

145

En este chequeo de esfuerzos debe cunplir que el esfuerzo máxino

resultante en el álabe debe poseer un val-or inferior aL 667 del esfuer-

zo de fluencia, Sy, del naterial seleccionado para el álabe.

El espesor del- disco se as¡ume con el criterio de evitar su defornación

por los efectos de calor en el proceso de soLdadura al unirse con los

álabes.

El cubo del rodete se diseña en base al diánetro del eje, reconendando-

se un diánetro exterior igual a dos veces el diánetro del eje. Los ca-

nales chaveteros que se tallan en é1, se deben dinensionar considerando

chavetas estandar.

5.10.1.1. VerificacióndeLálabe a l-a rigidez estática transversal

Considerando el álabe cono doblemente enpotrado con carga uniforme la

deflexión náxina será:

FIGURA. " 46 hfleciar en vigas dobl.mrne

De acuerdo a la fig 46 tenemos que Ynax es:

r46

Ymax = -J,-384 EI

Siendo: L = longitud del- rodete

E = Módu1o de elasticidad que para el acero es

E = 2.1 x 106 kgf /cnz

I = mon€oto de inercia

Se reconienda que l-a defl-exión máxina sea

Ymax S0.0002 x L

Siendo ttltt la distancia entre apoyo

5.10.2. Cálculo del eje

Para el dinensionamiento del eje se utilizará la fórmula del código de

la ASME 1a cual se basa en la teoría de falla por esfuerzo cortante

náxino la fórnula es la siguiente.

d3 = 16 / ttr. l,lnax)2 + (kt. Tnax)2rrsa v

l,fmax - es el- momento flector náxino que se presenta en el- eje en kn-m

Donde las fuerzas que actuan sobre el eje en la dirección rrYrr serán

por e1 peso de1 rodete y por el peso de 1a polea.

La fuerzas que actuan en la dirección ttXtt será la fuerza tangencÍal

del rodete y la fuerza ejercida por la tensión de l-a polea.

Para calcular las diferentes fuerzas se harán 1os respectivos diagrarnas

y se obtiene con la fórnula

¡4*,2 + MyZ

r47

de fuerzas y nomentos

Tnax - es el monento torsor náxino que se Presenta en el eje, en kg-m

y se obtiene con la fórmula:

T = 974..PT PT = Potencia de la turbina en kw

n n =RPM

km - es e1 factor de nonento fl-ector para carga establ-e estimado con

un valor de 1.S'

kt - es eL factor de ¡nonento torsor para'carga establ-e estinado con

un valor de 1.0

Sd - Es el esfuerzo de sieño, en kg/mz, del naterial- utilizado para

el eje, que se estina cono un 20% deL vaLor de esfuerzo de fluen-

cia cuando se utiliza canal- chavetero.

Deterninado el diánetro del eje, se procederá a verificarlo a:

Resistencia - rotura a fatiga

Rigidez estática torsional

Rigidez dinámica FlexiónTorsión

5.10.2.1. Verificación a fatiga

Se' = 0.S Su

Siendo:

Se' = linite de fatiga real

Su = resistencia últina

Su = 500 | gHN[ psi para nateriales cuya dureza es menor de 350 BHN

148

Se = limite de fatiga real-

5s = (KL x KA x KS x Kt x KE) SE'

Donde:

Kl = factor de carga, si el- eje está sonetido a torsión la constante

k1 tendrá un valor de 0.58

kD = factor de tamaño

KD = 1.0 para carga axial

KD = 0.9 0.4"< d. < 2'I cuarrdo e1- eje está sonetido a flexión) v a torsión

KD = 0.8 d>2" J "

Ks = acabado superficial

Se obtiene del gráfico 4

kt = tenperatura

kr = 620 Tenof460+T

cuando T <1600 F ; KT = 1.0

KE = Factor nodificativo por concentración de esfuerzos

kf = factor de concentración de esfuerzos

KE =Ikf

kf=1+q(kt-1)ks

kt = factor de concentración de esfuerzos teóricos o geonétricos.

Los factores geométricos de concentración de esfuerzo co-

rrespondientes a ranuras de chaveta, cuando el eje trabaja

a flexión son, según Peterson Lr79 para un chavetero fresa-

do en los extrenos y 1,38 para un cuñero en bajada¡ kt = 3,

se debe util-izar cuando el eje está sometido a flexión y

torsión conbinadoe.

Unirsidod lulonomo ó (ltcidüt

0catu 0iblírro

r49

q = sensibilidad del naterial a l-a ental-ladura, estos valores

se encuentran en la gráfica .5..

Utilizando La línea de Goodnan nodificada

sy

FIGURA 47 Diry@ de footh¡ mdificada

Trabajando c{rr factor de seguridad

/^0a + UIn = 1

Se Su F.S.

6a=32 14a .ftJlD=fi'-d3

De 1a ecuación anterior despejanos el factor de seguridad y venos si

tiene un valor adecuado.

5.LO.2.2. Verificación estática torsional

S¡¡

16 Tm

JTT-

O = 585 T..L- en gradoscd4

De donde: T = nomento torsionante, en kg-nts

1 = longitud del eje en nts

G = nodulo de rigidez

150

para el acero G = 8.08565 x 109 kg/nz

d = diánetro deL eje, en mts

Linitaciones 0,25 - 2,5 o/nt de longitud

5.10.2.3. Verificación a l-as velocidades críticas

El eje se chequeará tanto a velocidad crítica torsional cono a veloci-

dad crítica transversal utilizando para este últino eL nétodo de Dun-

kerley.

l,as recomendaciones serán que La vel-ocidad anguLar t{ del eje opere con

el siguiente rango:

0.7 W critico a,1.3 I{ critico

5.11 SELECCION DE IOS RODAI'ÍIEI'IIOS

Esta seleción se realiza determinando 1a capacidad de base dinánica re-

querida.

C=(XFr+YFa)

Donde:

C - es la capacidad de base diná¡rica nínina requerida para el rodanien-

to., expresada en kg.

X - es el coeficiente radial del- rodaniento considerado como 1.

Y - Es el coeficiente axial del rodaniento que para el caso de la tur-

bina no se utiLiza por rio existir carga axial, Fa.

60 nl,h

-

100

151

n - es el núnero de revoluciones por ninuto a los que gira la turbina.

th- es 1a duración noninal en horas de funciona¡niento

p - es 1/3 para rodanientos de bolas y 3/lO para rodanientos de rodi-

11os

FR- es 1a carga radial sobre el rodaniento deterninada del diagrana de

fuerzas y nomentos de la fÍgura No. 10

FR=

Con 1a capacidad de base dinánica, el dÍá¡netro de1 eje obtenido y el

núnero máxino de revoluciones a las que girará la turbina se realiza la

selección de rodaniento en los catálogos comerciales.

Con las dinensiones del rodamiento encontrados en eL catálogo' se selec-

cionan los soportes para rodanientos.

5.L2. CHAVETAS

Las chavetas utilizadas son cuadrados se recomienda que su ancho sea

aproximadanente la cuarta parte del diá¡oetro del- eje, y su longitud ten-

ga un valor de 1.2 y L.3 veces e1 diámetro del eje.

5.L2.1. Verificación de las chavetas

Utilizando la teoría de

tante será:

Ssy = 0.577SY

1-a energía de distorsión, la resistencia al cor-

Rx2 + Ry2

L52

Trnax - SsyF.S.

7= 2T

Dxl,xb

Siendo: T = Par de torsión transnitida a la chaveta

D = Diámetro del eje

L = Largo de La chaveta

b = ancho de la chaveta

El torque máxino tiene que ser nayor que el torque transnitido a la

chaveta

s.:Tg N0RMAS .PRA Et cAI.qnO DE T]M lRA¡BfiSilO{ O'I ffiAS NAMMU¡S . ;

5.13.1. Potencia corregida para e1 cál-culo

La potencia nonínal o a transnitir Pn debe ser nultiplicada por un

coeficiente de corrección Cc para obtener 1-a potencia corregida Pc que

se utiliza para el- cá1cu1o.

Pc=PnxCc

Este factor de corrección para el caso que nos interesa tiene un valor

de 1.6

5.L3.2. Elección de la sección de correa

En el anexo I y en fuTción de La potencia corregida y el núnero de re-

voluciones lmminuto de la polea nenor se determina la sección de correa

que debe util-izarse.

153

PIRELLI fabrica correas trapecial-es de serie en las siguientes sec-

ciones: tabLa 22

TABLA 22 Sc6sr de las correa¡¡

Secciónahap

nm mm mm

z

A

B

c

D

E

F

10

13

L7

22

32

38

51

6

I11

L4

t925

30

8.511

L4

19

27

32

43

Ap es la anchura prinitiva de la correa, al nivel de la cual se con-

sidera nedido el desarrollo primitivo.

5.13.3. Diánetro de las Poleas

El diánetro prinitivo de l-a polea menor d puede establecerse de acuerdo

con el anexo II, en la que figura el- óptino, nornal y nínino para cada

una de las secciones antes detalLadas.

Se recomienda no enplear diánetros inferiores a los nornales. Los diá-

netros níninos sienpre reportarán una menor duración de las correas y

sólo deben adoptarse en aquellos casos en que sea j-mposible colocar po-

Leas de tanaño nayor.

Multiplicando e1 diánetro prinitivo de 1a polea menor por 1a relación

de transmisión K obtendrenos el diánetros prinitivo de la polea nayor D.

154

D=kxkK ee el regultado de dividir el número de revoluciones por ninuto de

la n(uina mas rápida N por el- de las nas lenta n'

K =-[ por consiguiente K

n

5.13.4. Velocidad de La correa

La velocidad de la correa se calcula con la siguiente fórrnuLa:

V = TfdN =L60 x 100" 60 x 100

E:rpresado los diánetros en nn La velocidad nos viene dada en n/sg

5.13.5 Distancia entre eies

Cuando el. intereje I no está previanente establecido puede ser deter-

ninado con e1 siguiente criterio

f> (k+a) d.+d parakenrrely3

T> D gara kV 3

5.13.6. Longitud prinitiva de la correa

Conociendo los diánetros prinitivos de las poleas y la distancia entre

ejes, la'longitud prinitiva de la correa L se caLcula con la fórnula:

L = 2I + 1,57 (D + d) + (D - dP-4T-

=l)--

155

5.13.7.. Corrección de la distancia entre eies

Como sea que dificilmente coincidirá dicha longitud prinitiva con

alguna de las de serie que figuran en e1 anexo III, el- intereje I

podrá ser calculado, con suficiente aproximación, en la forna siguien-

te:

Ir=I-L-L SiLr<L2

Ir =I+Lr -L SiLf>L2

Se entiende por It 1a Longitud primitva de la correa de serie elegida.

5.13.8 Potencia transnitible por correa

En el- anexo IV se detall-an las potencias que pueden transnitir las co-

rreas de cada sección, que denoninaremos P, en función de la veloci-

dad y el diámetro virtual dv para un arco de abrazaniento de 1800.

El- diánetro virtual, puranente teórico para eL cálculo, se halla nulti-

pl-icando el diánetro prinitivo de la polea menor con un coeficiente Ck

que puede obtenerse en el anexo V y depende de La relación de transmi-

sión:

dv=dxCk

la potencia efectiva Pe transnitida por una correa se determina con 1a

fórnula:

Pe=pxC¡xCen 1-a que

Ctr es un coeficiente que depende de la longitud prinitiva de la correa

156

elegida y viene dado en el anexo VI.

Co< es un coeficiente que depende del arco de contacto de la correa

sobre l-a polea menor y se obtiene de el anexo VIII.

El arco de abrazamiento o contacto se calcula con la siguiente fdrnula:

e(o = lgoo - 57 D-dI

5.13.9 Determinación del núnero de correas

No. de correas = Pc

P"

Si el coeficiente no es un núnero entero, se reconienda redondear por

exceso.

5.13.10 Dimensiones de 1as poleas

En el anexo VIII se facilitan las nornas para las di-nensiones de l-as

pol-eas.

L57

6. TINIDAD GENERADORA

6.1. GENERALIDADES

E1 alternador o generador de corriente alterna (C.A) es una náquina

rotativa que recibe energía necánica de l-a turbina y 1-a transforna en

energía el-éctrica, se distingue de los dinamos por 1a forna de entregar

1a corriente al- circuíto exterior y en que, por razón de 1os voltajes

relativos en campo y en la armadura, en 1os alternadores, al contrario

de los dinános, es eléctrica y necánicanente nás conveniente que la

arnadura sea estacírrtffiia; : , dispuesta en forna de anil-la exterior y

qué e1 campo inductor que deintro de la arnadura.

El generador sincrono de CA acoplado a la turbina entrega directanen-

te la CA inducida al circUíto exterior que La 1leva a las barras'coles-

toras o buses, ya sea para que de e1la la tomen los circuítos de dis-

tribución prinaria o de transnisión corta, si 1os centros de consumo

están próirinos y eL voLtaje de generación es suficientenente a1t3- o

bien para papar a Los transfornadores el-evadores' que levantan el ni-

vel del potencial a un val-or adecuado para 1-a transnisión.

158

En una microcentraL hidroel-éctrica la unidad generadorarla cual con-

prende turbina, regulador y generador, es el equipo nás inportante

de toda la obra. Su costo oscila entre w 2OZ y 407 deL costo total-

de la microcentral en conjunto, por ello se debe prestar especial a-

tención al seleccionar este equipo.

Para las nicrocentrales se deben usar turbinas que tengan bajo costo

pero que ofrezcan:

Construcción robusta de bajo peso

Núnero nínino de conponente.s además de geonetría simple

Necesidades níninas de nantenimiento

Facilidad de sustitución de conponentes

Fabricación seriada

0peración excenta de rufdos, vibracionea y cavitación en todo el

canpo de carga, con la obtención de estabilidad operacional excen-

ta de variaciones de carga.

6.2. SELECCION DEL TIPO DE TI]RBINA

En l-a sel-ección del tipo de turbina a usar en la nicrocentral predo-

nina el criterio de costo del- equipo generador. Dos paránetros, ini-

cialnente, se tienen en cuenta en esta selección: prinero: la altura

neta o cabeza neta de que dispone, en nts.; segundo: e1 caudal de di-

seño o caudal disponible en la fuente, en mts3/sg. Con estos datos

y con ayuda del- gráfico No. 2 podenos sel-ecionar el tipo de turbina a-

decuado para 1a nicrocentral y tanbién l-a potencia del conjunto turbi-

na generador que se puede llegar a obtener de acuerdo al tipo de tur-

Uninrsiriad rtulononu da 0t¡idün¡r159

bina.

Cono nicrocentrales hidráulicas se clasifican las centrales hidroeléc-

tricas que producen hasta 100 Khl, con alturas netas de hasta 100nts

y caudales de 20 n3/sg, pero esto no inpide que los diferentes tipos

de turbinas que se clasifican en el gráfico No. 2, pueden llegar a pro-

ducir hasta 2000 Khl.

A1 usar este gráfico se deben tener en cuenta las siguientes reconen-

daciones:

No existen fronteras definidas entre los diferentes tipos de tur-

binas, por l-o tanto se deben analizar cuidadosanente el costo de

La turbina y la tecnología disponible localnente para la construc-

ción del tipo de turbina elegida.

r.60

GRAFICO 2

t urbino segúnSelección del tipo

161

Hn y O

2000

2000

f'*I

roo

lsoHn(m) ¿o

l'oI'l2

o

de velocidod

-oqa-

GRAFICO 3

especifico poro codo

t62

turbino

lgs . nt -O'jl n(rPa): Q(¡n3/¡)

-g y=pr3t. xn (,f /Kgl

KAPLIIN IT'RBINES

FRANCIS TURBI

t-táro-FERrAz ruRlr¡MrcnELL- |BATIKI I

Volorec

Las turbinas Pel-ton son util-izadas anplianente cuando se tienen al-

turas de carga altas y pequeños caudales, pues en estoa casoa un rotar

Francid .rnceei.taf.íA . pasajes nuy pequeños los cuales no podrán ser aca-

bados en forna adecuada presentandose entonces bajo rendimiento. EL

sistena de cucharas de la Pelton evita lste irrconveniente.

Las turbinas tipo Michell-Banki pueden ser utilizadas con una em-

plia gana de caudales y alturas. El costo de una turbina Michell-

Banki es menor que el costo de una turbina Francis de la nisna po-

tencia. Una turbina Banki puede ser fabricada casi que en cual-

quier lugar debido a la sinplicidad de su construcción.

El presente estudio de grado se refiere al dj.S de una microcentral

hidroeléctricar l-a cual genera a partir de una turbina deL tipo Michell

Banki, por 1o tanto se centraran los estudios en este típo de turbina.

Esta elección se ha hecho pensando en la eccnda, tanto en el diseño

como en la construcción que presenta eate tipo de turbina, este crite-

rio prina durante la elección del tipo de turbina aunque no se des-

carta de entrada el factor de eficiencia de los diferentes tipos dispo-

nibl-es.

Las turbinas MicheLl-Banki son turbinas hidráulicas de acción de flujo

cruzado. Debido a La senciLl-ez y a 1-as facilidades constructivas que

presenta esta turbina se puede disponer de tecnologías no convenciona-

les para su fabricación, 1o cual- la hace nucho nás ascequible p.r" ""tusada en nuestrss qempos.

163

6.3. SELECCION DEL GENERADOR

Para la sel-ección del generador se deben de tener en cuentg varios

factores a saber:

6.3.1. Potencia instalada

Esta se deternina cuando se elige el tipo de turbinas y ae puede obte-

ner de 1-a expresión:

P = I rlt 'r rlg.,Q. HL = 2.16 QHI

dónde: P = potencia, en Ktrl

g = aceleración de la gravedad, 9.8I mlsg2

nt= rendiniento total de la turbina. Cuando falta datos tonaro.77

nB= rendimiento de1 generador. Cuando faltan datos tonar 095.

Q = caudal de diseño, en n3/sg

HL= ..b"ra neta a altura neta' en m. Si fal-ta datos tonar:

HL - 097 H para distancias entre l-a bocatona y La casa denáquinas nenores de 80 n.

HL = 096 H para distancias entre 80 y 230 n

HL =.095 H para di-stancías entre 32O y 800 m.

6.3.2. Rotación

En CoLonbia se genet?a 60 ciclos por segundo por 1o tanto para genera-

dores sincrónicos su rotación en revoluciones por ninuto (RPlf) esta

suJeta el nrinero depolos (Zp) del generador. En la tabl-a .23. se in-

L64

dican las velocidades según e1 número de polos; las cuales se calcula-

ron a partir. de la fórmula:

n

zp zp zp

2

donde: n = número de revoluciones

zP = nírmero de Polos

f = frecuencia = 60 cid-c/sg

TABLA 23 Númo de polos qún la velaidad @f49gI9

RPM Núnero de Polos

900

I .200

1.800

Cuando no se disponga de datos se puede calcular esta velocidad de

rotación usando 1-as siguientes expresiones:

Rotores tipo Pelton (un inYector)

nl = 6.HL075 Q-0'5

0.28n1 {n(1.7n1

Rotores tipo Michell-Banki

nt=38.5 IP75xQ-05

043.n1 { n (1.6 n1

Rotores tipo Francis (simPle)

n = 450 H¡025 q-05

Para estas expresiones:

n = rotación de la turbina, en RPM

8

6

4

165

HL = altura neta o caida neta, en m.

a = Caudal por rotor o inyector en la turbina

Es e1 caso de que velocidad de rotación de la turbina resulte menor

que 500 RPM 1o nás indicado será usar un sistena de anplificación de

nanera que la vel-ocidad de rotación del generador sea 1800 o 3600 RPM.

De preferencia, el grupo turbina - generador debe ser montado sobre un

solo eje horizontal.

Los amplificadores pueden tener correas o engranajes. Reconendanos

eI uso de pol-eas y correas debido al bajo costo y a la sencil.lez de

manteniniento e instalación.

De otro lado la transnisión por correas tiene un rendiniento de1 882.

En la tabla 24se da recortndación para seleccionar el sistena anplifi-

cador.

TABLA 24 Recomendaciones para seleccionar el sistena anplificador

Relación detransnisión

P<200 Ktü P >200 KrJ

16r(2

r)2

Pc

PC-EN

Se reconienda genera-dor especial de bajarotación

EN

EN = engranajes

PC = sistena polea-correa

L66

' 6.3.2.L. Velocidad específica o núnero específico de revoluciones

Cada turbina se caracteriza por la nagnitud de la velocidad específi-

ca. Flsicamente esta nagnitud representa la velocidad de rotación, en

RPM, que tendría una turbina instalada con una caída H¡ de un metro

(1 n) pernitiendo un flujo o caudal de Q = I m3/sg

trQ = n Ql/2H¡3/4

Tanbián se puede usar la siguiente expresión que usa nagnitudes bási-

cas:

Ns = N. PRL/Z

H¡s/ 4

donde! Dr en rpn

Pe = Potencia en e1 eje en CV

HL = ..ida, en m

o su equivalente en e1 sistena nétrico:

nqA = 103 n. QL/z

fl4Entre esta.s veLocidades específicas existen las siguiente relaciones:

ris = 1,214 n!5 nq¡

nqA = 0,824 rto5r"

ns = 3,642 na05 nq

nQA=3nq

Gada tipo de rotor que caracteríza una turbina posee línites en esta

velocidad específica:

Pelton (un inyector) 4 I nql ( gO

L67

Pelton (dos inyectores) 25 € nq¡ -1 42

Michell-Banki 50 ..< nq¡ -< 180

Francis Lenta 60 ( nq¡ ( 150

Francis Nornal- 140 -< nq¡ é 260

Francis Rapida 150 -< nQ¡ 4 400

Kaplan-Helice 250 -¿ nq¡ -<900

En la gráfica 3 se dan valores de velocidad específica.

6.4. Factor de potencia

Este factor para el generador deberá ser de 0.8.

El generador preferible¡nente será trifásico con una tensión de 120 V

o 22O Y. Se escogerá la tensión que se use en la región donde oPera-

rá La microcentral.

6.5. Regul-ación de frecuencia.

Los regul-adores de velocidad son equipos de gran costo. Este costo

1-1-ega, en ocasiones, a ser mayor que el val-or de l-a microcentraL hi-

droeléctrica en conjunto, por 1o tanto la decisión de uaar o no un

regulador tendrá que ser evaluada conjunta^nente con 1os beneficios que

pueda ofrecer la construcción de la nicrocentral.

Cono orientación en la elección de usar o no reguladores de velocidad

podenos recomendar que se use regulador en microcentrales cuya poten-

cia de generación este por encina de los 25 Kül. Cuando se genere por

168

debajo de esta potencia se puede regular ¡¡anualmente, el caudal que

llegue a la turbina por nedio de la válvula de la tubería en la casa

de náquinas.

El sistena de regulación tiene por finalidad nantener una rotación

constante,y por tanto, l-a frecuencia de la unidad generadora dentro de

los línites consj.derados aceptables, cuando se presente variaciones de

denanda en 1as líneas de condución.

Los sistenas de regulación enpleados en nicrocentrales hidroeléctricas¡

son del- tipo mecánico, constituído por un servo-necanismo accionado por

aceite a presión, e1 cual es conandado por un péndulo centrífugo. E1

péndulo detecta cualquier variación de 1a velocidad de rotación en la

unidad generadora, debido a una variación en lacarga. de la red. EL

péndulo .pone en funcionamiento entonces e1 servomecanismo, al detectar

La variación, accionando e1 distribuidor de la turbina, controlando de

esta forna la potencia de La nisna.

En unidades generadores pequeñas, ocurre frecuentenente que el- momento

de inercia (GD2 = M) tle 1as nasds giratorias es insuficiente para

garantízar una regulación estable. Por elLo se hace. necegario el uso

de volantes de inercia, 1os cuales pueden ser fabricados en hierro fun-

dido o acero fundido.

169

6"3. TABLERO DE CONTROL

Este tabl-ero contiene los indicadores y dispositivos de control- nece-

sario para la operación del generador, y cunple las siguiente funcio-

nes:

Protección del generador por nedio del- interruPtor. A través de

sus :reles térnicos. tiene dos protecciones por sobrecarga y por

corto circuíto.

Control de la energía que se está entregando a l-a red. Este con-

trol se hace por nedio de instrunentos.

6.6.1. Componentes típicos

Interruptor principal: pernite conectael- generador a 1-a red y

también para quitar carga al generador.

Posee tres reles termonagnéticos que actuan cuando se presenta so-

brecargas o corto circuítos, abriendo el- interruptor y evitando

daños al generador, La capacidad de este interruptor depende de

La potencia del generador.

Transfornador de nedición: como su nombre l-o indica pernite me-

dir La energía que se está suninistrando. Estos transformadores

pueden ser de dos tipos:

Transfornador de corriente: Pernite reducir La corriente nominal

a 5A para alimentar los instrumentos. Esto se hace necesario pues

normalmente los instrumentos de nedj.ción trabajan a 5 a.nperios.

170

Transfornador de tensión: cuando la tensión generada es de 440V

es necesaria la utilización de estos transformadores para reducir

la tensión de generación a 220Y. debido a que no se consiguen fa-

cilnente voltinetros a 440V. En caso de que se genere a 22OY no

se usa este tipo de transformador.

Fusibles: estos se usan para 1a protección de Los instrumentos de

acuerdo a la tensión de salida así:

440V se usan de 2 anperios

220V se usan de 4 anperios

6.6.2. Instrunentos de ¡nedición

Anperínetros: niden la corriente en l-as tres (3) fases. Se en-

plea nornalmente un connutador para obtener lecturas en amperios

para las tres fases, 1o cual evita el enpleo de 3 instrunentos.

Voltímetro: permiten nedir el voltaje (tensión) entre las tres

fases. Se enplea normalmente un connutador para dar l-a lectura

ante fases.

Frecuentínetro: pernite nedir la frecuencia en Hertz o el cicla-

je de generación.

Kilovatí¡netro: nide la potencia activa que está consumiendo la

carga o potencia activa entregada por el generador.

6-7 - DISPOSITIVOS DE PROTECCION

Conección a tierra: todo equipo el-éctrico debe estar solidanente

L7L

conectado a tierra. En las nicrocentrales hidroeléctricas tanto

el tabl-ero de control como el neutro del- generador debe conectar-

se a tierra, a menos que el fabricante del- generador expresa 1o

contrario, en este caso se recomienda leer detenidanente e1 diagra-

na de conexiones que aconpaña a toda máquina eléctrica, y consultar

con el distribuidor sobre las reconendaciones de instalación de1

equipo.

Para aterrízar las conexiones de la estación generadora se debe de

enterrar una varill-a de cobre de por 1o menos 3 nts de longitud' I

de diánetro 16 m. A esta varilla deberá conectarse todo equipo

que necesite una conexión a tierra.

Para-rayos: se debe proteger el generador contra sobretensiones

de origen atnosférico y se pueden presentar dos tipos de conexión:

Conexión directa del generador a La línea de transmisión: en este

caso se recomienda usar para-rayos del tipo distribución a línea

y para-rayos especiales de 650V y capacitores de lF por cada faseI

en los terninales deL generador

Conexión del generador a la línea de transmisión a través de trans-

fornador: en este caso se reconienda l-a instal-ación de para-rayos

solamente junto al- transfornador elevador.

Los generadores no ligados a líneas aéreas no necesitan de capaci-

tores y para-rayos para su protección.

t72

7. CASA DE MAQUINAS

7 .L. GEI{ERALIDADES

Esta estructura cobija el grupo generador de energía eléctrica asi co-

no tanbién todo el- equipo necesario para el- funcionamiento de la nicro-

central hidroeléctrica.

La ubicación de la casa de náquinas está relacionada con la cánara de

carga y el canal de fuga, esta reLación tiene inplicaciones de costo

pues a nayor distancia entre cada una de estas estructuras nayor será

el costo de construcción de 1a microcentral. Se debe procurar en la

posibl-e ubicar esta casa de náquinas 1o nás cerca del lecho del río que

se pueda para facilitar la descarga de las aguas util-izadas al río.

TanbÍén se debe ubicar esta estructura a una distancia urínina de la de-

rivación o de la cáoara de carga para disnj-nuír l-a longitud de 1a tube-

ría forzada, teniendo especial- cuidado de no perder 1a elevación o al-

tura de carga que requiere la turbina elegida para accionar el genera-

dor.

El piso de la instación deberá estar a una altura suficiente con rela-

L73

ción a1 lecho del río de nanera que cuando se presente una crecida del

río éste no llega hasta el grupo generador. Esta precaución es de vi-tal- inportancia para la vida útil de l-as partes el-éctricas de 1a casa

de náquinas.

Una vez definida l-a ubicacíón de l-a casa de náquinas en cuanto a altura

hidráulica que necesita la turbina; se debe nirar la distribución, en

planta, de los equipos electronecánicos, teniendo en cuenta l-os espacios

requeridos para el nontaje de los mismos asi cono para futuras repara-

ciones y nanteniniento general.

Definidas ubicación hidráulica y distribución en planta para la casa

de náquinas podemos definir el área de la construcción de la casa de

nráquinas teniendo en cuenta que cuaLquier sofistifj-cación conl-l-eva ne-

cesariamente al- aumento de costos construcción.

7.2. DISENO DE LA CASA DE MAQUINAS

E1, aspecto arquitectónico debe considerarse de manera que respecte las

condiciones nríninas de estética, procurando en Lo posible, usar nate-

riales de uso común en la región o en su defecto, gü€ sean de fácil

consecución en el área donde se realice e1- proyecto. La econonía en

los costos debe sienpre orientar eL diseño en la nicrocentral.

7.2.L. Estructura

t73

Esta debe ser 1o suficientemente rígida para soportar el peso de Los

equipos nás pesados que confornan el grupo generador, asi cono tanbién

los dispositivos requeridos para 1a elevación y transporte de 1-as pie-

zas más voluninosas y pesadas durante el nontaie del equipo.

7.2.L.I. Infraestructura

Esta es la parte de la casa de náquinas que tiene relación con e1 cir-

cuíto hidráulico y el tipo de turbina a usar, en e1La se incluye el

piso y l-os cinientos de la casa de náquinas.

7.2.1.1.1. Cinientos

Estos deberán diseñarse de acuerdo el peso de los equipos asi como tam-

bién de acuerdo a1 nivel- de vibración que se pueda producir durante la

fase de operación de l-a naquinaria.

Se debe tener especial- atención al tipo de terreno que presente el si-

tio, pues de ell.o depende el área de Los cimientos asl como la profun-

didad de los nisnos.

El circuíto hidráulico de alinentacÍón de 1a turbina y el de restitu-

ción de las aguas a1 río son parte inportante de la cimentación de la

estructura. La llegada de la tubería forzada a la casa de náquinaa se

hace ampotrando l-a tubería a1 piso y por.ende se necesita una buena

cimentación en el- enpotraniento. El canal de fuga o de restitución

de aguas servidas debe revestirse necesariamente en concreto reforzado

174

para evitar queseaerosionado por las aguas. Este canal for¡ua parte

de la ci-mentación ya que se encuentra en el subguelo de la casa de ná-

quinas y aunque no está sonetido a presión excesiva, si debe ser 1o

suficientenente inpermeable para evitar fugaS de agua o filtraciones

que puedan erosionar el sitio de enplazamiento y desestabil-izar la ci-

nentación.

Los cinientos pueden ser ciclopeos usando cemento en Proporción de 1:2

con arena gruesa.

7.2.1.L.2, Pisos

Se recomienda e1 concreto para ser usado cono piso en 1a casa de ná-

quinas. Cuando las condiciones del terreno 1o pernitan la losa, de

concreto que forma el piso puede constituír por sl solo un buen cinien-

to para Ia casa de náquinas. El terreno debe ser compactado inicial-

mente con tierra de relleno' posteriormente se dispondrá una capa de

balastro y por últino se fundirá la losa de concreto que fornará el pi-

so de la casa de náquinas y a su vez servirá de ciniento a la estruc-

tura. Si se usa este tipo de losa se deben fundir al nisno tienpo las

bases sobre l-as cuales descansará l-a turbina y e1 generador.

Si se adopta el piso de baldosa sobre tierra se debe tener especial cui-

dado con los cinientos o bases sobre los cuales descansaran tanto la

turbina cono eL generador asi cono e1- soporte sobre el cual se enpotra-

rá la tubería forzada al suelo de La caea de náquinas. El- terreno para

L75

piso detplósas tanbién deberá ser compactado suficientemente, antes

de añadir el balastro y la baldosa.

7.2.L.2. Superestructura

Esta es la parte de la casa de náquinas que tiene que ver con el empo-

tramiento de1 tablero de control, la iluninación, aireación y protec-

ción de equipo eletronecánico contra 1as inclenencias del clina.

7 .2,L.2.L . Paredes

Las paredes confornan entre sí una estructura que soportará el techo

de la edificación, adenás de cunplir la función de soporte a la cubier-

ta exterior tiene la finalidad de aislar la naquinaría electronecánica

contra el- nedio ambiente y sus inclemencias y proteger de posibles a-

tentados contra el buen funcionamiento de l-a estación generadora.

las paredes se pueden construír de diversos materiales, pero se debe

tener especial atención cuando se escoge e1- tipo. Se procurará de usar

de preferencia naterial-es nativos o de fácil adquisición en el mercado

l-ocal-, disninuyendo asi el- costo de la obra. Las paredes pueden ser

de:

Madera con o sin tratamiento

Piedra

Ladrillo común

176

Prefabricados

Concreto arnado

Las paredes deben proporcionar al interior de la casa de náquinas sufi-

ciente luz natural durante el día, adenás de proveer una buena ventila-

ción natural al interior, ya que el generador cede continuanente cal-or

al ¡nedio anbiente, pudiendo llegar esta, si no se discipa adecuadarnenter

a niveles perjudiciales para la.naquÍnaria.

Las dinensiones de la puerta principal deben ser sienpre conpatibles

con las dinensiones del equipo que sea nás voluninoso. Es aconsejabl-e

dejar cono nínino una holgura, de 70 cm en el ancho y 50 cm en el alto

con relación al equipo, turbina-generador en conjunto, con eL propósi-

to de facil-itar el nontaje.

7.2.L.2.2. Cubierta

El techo de 1a edificación deberá construírse con naterial-es de baja

conductibil-idad térmica, de nodo que se pueda evitar la condensación de

vapor y el- consiguiente goteo. Se aconseja acondicionar en la cubierta

claraboyas que ayuden a sacar e1- vapor a La atnósfera.

Como en las paredes, existen diversos materiales para construír la cu-

bierta la el-ección del tipo de naterial se hace sienpre nirando el

factor costo y facilidad de instalación. La cubierta puede ser de:

L77

Téja de barro

Teja de asbesto

Láninas de zinc

Plancha de concreto

Los material-es netálicos se deben evitar en clinas fríos debido a la

condensación que propician.

178

8.1. GENERALIDADES

Este canal se instala innediatamente después de salida o descarga de

la turbina para conducir el agua servida en la casa de máquinas, hacia

el lecho de1 río.

Su función consiste en conducir, el flujo de agua que sale de la tur-

bina nuevamente al- cause deL río. Debe poseer una seccj.ón transversal-

suficiente para conducir el caudal náxino que pueda llegar a la casa

de náquinas. En las turbinas que necesiten tubo de succión (ver tur-binas Francis)' es necesario disponer de una altura suficiente en este

canal para dar cabida al tubo de succión, esta altura queda definida

cuando se hall-a calculado l-a turbina.

Dependiendo de l-a cota entre la casa de máquinas y el I-echo del río,

se dispone en el canal de fuga, de un vertedero de fondo que propor-

cione la cabeza necesaria en el tubo de succión para asÍ garantizar e1

correcto fucionaniento de la turbina.

8. CANAL DE FUGA

ti UnuniC,+'J luHnomo rf¡ 0ctiú'ntti;t,,ii i;,r''1.t ,ili¡:l:l''|Ctl!...'.:..- --

-.-'

L79

Si la ubicación de l-a casa de náquinas es directanente sobre el l-echo

del río se debe disponer tambien de una díferencia de alturas entre la

cabeza necesario en el tubo de succión la cabeza que pueda aLcanzar

el río durante una crecida, con e1 fin de garantizar una cabeza de

presión constante sobre el tubo de succión, esto se consigue adicionan-

do al.canal de fuga devertedero de fondo que permita nantener una cabe-

za pernanente en e1 tubo de succión, eL cual tambien impedirá e1 paso

de agua del- vío a1 canal cuando se Presente una crecida.

El canaL de fuga se pude construlr e! tierra cuando las condiciones

del terreno-tq_pe-rnitan, generalnente su construcción se hace en con-

creto reforzado para dar nayor resistencia y durabtlidad a eata estruc-

tura ya que la fuerza de las aguas a la salida de la casa de náquinas

erosiona rapidanente este canal. En turbínas donde ae use tubo de

succión se debe necesarianente construír al nenos la prinera parte de

este canal en concreto refotzado o ciclopeo en proporción de la mezcla

7.2 o I.2.3 (cuando es ciclopea).

8.2. DXSEÑO DEL CANAL DE EUGA

Este canal- se calcula con criterir. netanentehidráutico y se aplica la

for¡nula de l,tanning directanente para obtener una sección transversal

de fl-ujoz\

Q=AV=(l .r ) 2/3 st/z\T/donde: Q = Caudal de diseño

"tt t3/"g

A = Area

180

V = Vel-ocidad media en n/sg

R = Radio hidrául-ico en n

S = Pendiente de la llnea de alturas totales

n = Coeficiente de rugosidad

Tanbién se deben de tener en cuenta los siguientea factores para el-

diseño:

Material- de revestimiento, ésta determina e1 valor de rugosi-

dad de Manning (n), La selección del naterial depende de la

disponibilidad y costo del naterial, del nétodo de construc-

ción y propósito del canal. En l-a tabla 26 se dan valores de

n.

Velocidad nínina pernisibl-e, con la cual se asegura que no

crecerá vegetación y no se presentará sedinentación en eL ca-

nal. Se recomienda un valor de 0.7 n/sg como velocidad nínina

de flujo.

Incl-inación de 1as paredes laterales (Tatrud Z) en la tabla

32 se dan valores recomendados de acuerdo al tipo de suelo y

de1- grado de profurdilad del canal.

Nota: Se considera profundo cuando la relación tirante plan-

til-l-a es nayor que J_> 1 en caso contrario se considerab,

poco profundo: ¿) fb

181

TABLA 25 Valores reconendados ,o.inclinación del talud

Tipo de suelo

Tal-ud Z

Canal poco profundo Canal profundo

- Roca

- Arcilla conpacta oconglonerado

- Linos arcillosos- Linos arenosos

- Arenae sueltas

Vertical

0.5:11.:11.5:1

2zL

025:1

1:1

1.5:12. zL

3:1

Pendiente 1-ongitudinaL del- canal: está determinada por las carac-

terlsticas topográficas de la ruta *leccianada: para la descarga y

el objetivo para el cual- se t-raza el canal

Borde libre (F): coulnmente se le asigna a este borde libre un

valor entre el 18 y eL 2OZ de la profundidad de flujo. En la tabla

No. 34 se recomienda valores de borde libre en función del caudal

circul-ante en el canal.

TABLA 27 VaLores'.de .bofde libre recomendado

Q n3/sg

040

045

0s0

055

060

075

080

090

1.00

1.05

a (n) b (m)

o28

o57

085

1.40

2.80

570

8.50

L4.20

28.30

56.70

015

015

015

0.20

0.20

0.20

0.30

0.400.50

0.60

L82

Valores de borde l-ibre recomendados por U.S Bureau of Recl-amation

para canales revestidos.

Sección de máxina eficiencia: es la sección hidrátllica para la

cual un área (A) dada presenta la náxina conductancia K' esto es'

l_a náxina capacidad de conducción. Aplícando la fórnula:

donde z Zo =-s-= ¡g2/3 = factor de sección

sol/g

Z = TaLud

Y = Profundidad &f1ujo

E1 valor d,e Zo se puede calcuLar para canales de sección trapezoi-

dal y rectangular como:

Zo = IR2/3 = (b+Zy) YslS

(u* "

(L+z)Ltz )ztsPara solucionar esta ecuación se presentan dos incognitas y (profun-

didad de flujo) y b(p1-anti1la). Se reconienda el siguiente procedi-

miento para su cálculo:

se asignan valores de pl-antilla b y tirante Y segun la tabla

No.28 donde se dan valores reconendados:

Y=r.ts( z" \3/8\ z r+22-z /

183

TABLA 28 Valores de plantill-a b y tirante y

Plantilla en n(b)

Q13seg

Tirante en m

(y)

o28

060

085

1 .15

I .70

2.80

5.70

8.50

11.35

17.00

28.30

56.70

1 13 .40

0.60085

1.00

r.201.30

1.55

1.90

2.15

2.30

2.60

3.20

4.60

9.45

o.52

061

061

067

085

1 .13

1.65

1.45

2.L3

2.44

2.74

3.35

4.45

Valores recomendados de plantilla (b) y tirante (y) para

canales revestidos (tonado del texto Open Channel- Hidrau-

lics de Ven Te Chow).

184

Sección

TriangulaF1/€ cu¡¡dnad3

TABLA 29 Secciones hidrául.icar{ de máxi¡¡a eficierrcia

Secciones hidráulicas de náxinra eficiencia

I lr=o I . i ,rI I a'o.s | ''" | ''z¡f

o.es I r.es fz = 1.o I o.6.t I

zEt.5 I o."t l:'rr¡Éz=!.o | ¡.¿t Ia.az¡F

"{E v4y

9.47 y

3.66 Y

4.22 y

4.5 y

3.61 y io.5sY

l.r.a7 ¡' I O.55 Y

\|.f e{E v t ür"

I

:t/? i zvI

do . Dlánetro de la secclón circular

Revestiniento del canal: El canal puede cubrírse con diferentes

naterialea a saber: piedra, nanpoeterla' cenento' morteror I tie-

rra debido a la alta velocidad que puede llegar a presentarse a la

salida de Las turbinas en una microcentral, es obligado el uso de

revestimientoa duros que soporten al,tas velocidadeg y de gran dura-

ción. Por ello se réconienda el- ueo del concreto reforzado y mor-

tero en la construcción de este canal de'fuga'

En las tabl-as Nos. 30, 31. y 32 se dan las relaciones entre el agua

y el- cenento, arena, grava y espesor del revestiniento de concreto

PAra canales.

'tT tz2

185

TABLA 30 Relación agua cenento

Relación agua - cemento en revestimiento de concreto fundido

In Situ

calidad de1 agua Relación en peso Litros de agua poren el_ canal agua - cenento sacos de cenento

de 50kg

Agua dulce 053 - 062 26-27 a 30-32

Agua de nar 048 - 058 24-25 a 29-3Q

TABLA 31 Relación arena grave

Rel-ación arena - grava en reveatimiento de concreto fundidoIn Situ

l,faxiruo tanaño Arena en los Relaciónde 1a grava (in) agregados (Z) arena - grava

1.5

0.75

38-4243-49

1.8/3.0 - 2.2./3.O

2.313.O - 2.913.O

TABLA 32 Espesorde revestinieqto. ..

Valores recomendados de espesor de revestiniento de concreto

Concreto Caudal- (Q t3lsg) Espesor (cns)

Sin refuerzo

Con refuerzo

0-66-15

15-4343-9080 - 110

0-15L5-5757 - 110

5.66.17.98.9

10.4

8.910.411 .1

186

E7aI(tsÉt¡¡at,!oo

lstslt S

IEB1"5li'* o

ItL¡;.!EEr?c||aoo

II

I É{l

riqr lt +

a

t;l! "TteE

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l=-SS/'loolA

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iiIEl.'1.5l5lÉIFt€It€IEtorl-il .!táEIP

ot¡¡zIL'Jl¡¡Év,aU'

U'' l¡¡Jv,Él^l,n2GFv,l¡¡z,oC't)l¡¡o

187

TABLA 26 VALoF¿ES DE 'fnrr

VTATERIAL DEL CrANLqLValon de rnr

Mtntmo lVledto M&trno

o.

o.@o

o.o2ct

o.@3

o.e5

o.e8

o.@g

o.010

o.012l

o.013

o.015

o.o11

. o.o17

o.@5

o.012

o.o40

O.G¡9

o.@T

o.@5

o.@75

o.Gfo

o.G6

o.olg

o.015

o.014

o.016

o.()12

o.@25

o.@7

o.o15

9.o45

o.o95

o.e5

9.@7

o.Glo

o.Gx¡

o.o40

o.014

o.()18

o.o15

o.018

o.olg

o.@o

o.og2

o.017

Roca ásPera I

I

Roca tgualadas tas asPerezas ]

Canales grandes en br'¡en es-tado

Canales grandes en estadorrcgulan

Can¡les gnandes en mal esta-do

Canales malQs semt-derrum-bacbs

I

lC"t-f lnregular. con vegetación

lr"r"o""" ceptlladaII

lrvra¿ena stn cePttlanII

lnonmtg6n sln altsaócon buen

l encofnaooIt-lnormtg6n con tr.¡ellas de tablar

Ilrrorvntgón alteadoI

lrutamposterta, PiedraII

lGabtonesI

I u.¿.tuo enlucido

Diseño Tco -SVIATOSIAV KROCHINTabta tomada del texb

. 188

IÉÉo

7!Bees8",GÉ 9.

=áÉFF-. H¿

É2.d64rá.b2t¡¡l o

=EeE3z8.027l-) v

Lll<l

€aao-o

\o

IrÉC9C)o i;lú

c)ouUr r)

o0/,r^ o q/u^ ap ¡oroloA

iii,t189

g. srIBESTAcroñ v LTNEAS on rnenswsroN

9.1. STIBESTACION

9.1.1. GENERALIDADES

Una subestación de energía es el sitio donde l-legan Las iíneas que

salen del generador en 1a casa de náquinas para ser conectadas al

transformador de potencia para su transmisión, a través de las líneas

de transnisión, hasta l-os sitios donde se necesita 1a energía eléc-

trica.

En las nicrocentrales hidroel-éctricas esta pequeña subestación debe

ser ubícada junto a la casa de náquinas y está compuesta principaLmen-

te por el transformador de potencia y 1-os sistenas de protección del.

mismo. Se instala el transformador fuera de la casa de náquinas por

notivos de seguridad, generalnente previendo incendios que puedan da-

ñar 1a totalidad del grupo generador.

9.1.2. Diseño

Para determinar el uso o no de subestación de transnisión se determina

190

primeramente la. distancia a1 centro de consuno o sitio donde se desea

que llegue la energía. Si éste se ha1la nuy próxino a la estación

generadora se puede tomar la energía directamente de las barras colec-

toras o bases y 1Levar1a a través de líneas de transnisión primaria

hasta el centro de consu.mo.

Cuando e1 centro de const¡mo se halla nuy distante del sitio de produc-

ción de energía, y adenás, el voltaje de generación es muy bajo se de-

be disponer antes de las líneas de transnisión de un transfornador de

potencia a un valor adecuado para 1a transmisión.

A1 escoger el transfornador se debe de elegir uno de igual potencia

a 1a de1 generador en KVA. La tensión nominal del circuíto prinario

debe ser igual a l-a tensión del generador y la tensión noninal del se-

cUndario debe ser iguaL a la escogida para la línea de transnisión.

En 1a tabla No. g¿ se dan los nivel-es de tensiones prinarias, para la

microcentral-es 1a tensión nás elevada de transnisióir será de 13800

V dentro de la clase de 15KV.

191

TABLA 34. Nivelesde tensión piinaria

Cl-ase en KV Tensión entre fases en KV

2.5

5

5

8.615

15

15

20

34.5

Capacidades noninales en KVA

Tensión en el- Primario, voltios

Tensiones secundarias, voltiosConexión

Frecuencia

Clase de boquillas de alta ten-sión KV. aisla.miento

Clase de aisl-aniento en boqui-lLas de baja tensión KV

Impedancia en fl

de 13200 voltios trifásicos

15,30, 45, 75, 1L2.5

13200, 13530, L287O, L254OL22TO

2201L27

Delta, estrella60

15 (3 boquill-as)

1.2 (4 boquill-as)

2, hasta 45 KIJA

3, para 75 y LL2.5 KVA

2.4

4.L6

6.07.2

12.47

L3.2

13.8

19.1

23.O

33.0

En colunnas las tensiones nás usuales aon: 6.6, L3.2, 34.5 KV.

En la tabla No.35.. se dan a manera de orientación datos de transforna-

dores de distribuCión: tipo poste con tensión prinaria

TABLA35 Características de los transfornadores de distribución tipoCaracterísticas Valores Doste

L92

9.2.

9.2.L.

LINEAS DE TRANSMISION

General-ldades

En el diseño de una línea de transnisión aérea la prinera consideración

que se hace, esta relacionada con las características eléctricas, de

modo que se pueda transnitir la potencia deseada dentro de línites per-

nisibles de caída de tensión cubriendo los requerimientos de aisl-amen-

to y tanbién considerando los factores necánicos que intervienen.

En general 1as nicrocentrales hidroelétricas no requieren de cálculos

dispendioso para deterninar e1- tipo de cabl-e de transnisión, ni l-a

posteadura necesaria y accesorios requeridos para 1a linea de transni-

sión debido a l-a baja potencia a transmitir y a las cortas distancias

que recorren estas l-íneas.

9.2.2. Diseño de l-as líneas

Existen dos paránetros esenciaLes para el cálculo de l-a l-ínea de trans-

nisión; la tensión de transnisión y eL tipo y calibre de los cables a

utiLizar, además del tipo de porte y el aislante para cada caso.

9.2.2.L. Tensión detransnisión

Esta tensión es función de otros dos paránetros: la potencia generada

o la transrnisión y la distancia al centro de consumo.

193

Siempre que sea poÉf.blé la tensión de transmisión debe ser igual a la

tensión de generación, sin embargo cuando esto no es posible, debido a

1as pérdidas de potencia o a 1a necesidad de enplear conductores o ca-

bles de gran díánetro y alto costo; la tensión de generación deberá au-

mentar por internedio de un transfornador de potencia hasta una tensión

adecuada para transnisión de potencia a bajo costo'

9.2.2.2, Sel-ección del tipo de conductor

Los materiales nás usados en las l-íneas aéreas de transnisión son el

cobre, aluninio y aluninio con acero (AcsK). Para la transmisión aé-

rea en microcentrales reconienda el alanbre de cobre, cuando las dis-

tancias son.- rDuy pequeñas. cuando l-as distancias son relativamente

grandes se reconienda usar cable de ah.rminio con alna de acero ' La

el-ección de uno u oto tipo de cable se debe a cuestiones puranente eco-

nónicos pues cono ya 1o henos dicho; el factor costos sienpre debe te-

nerse en cuenta cuando se diseñan microcentrales hidroeléctricas ya que

cualquier sofisticación pueda acattear grandes costoa de fabricación y

nanteniniento.

Para la elección de| cable adecuado podenos usar las tablas Nos' 36 '

.37y 38 donde se dan reconendaciones sobre el uso de cada uno de los

tipos de cable que existen en el nercado'

L94

TABLA 36 lbo rec.íFtdadodeLcable deal.wi¡tio desrn¡fu

Cable de aluninio desnudo

CalibreiWC^á-llCU 600 v 6 KV 13.2 KV 23 Kv 34'5 Kl'¡

3/o266.8

336.4

s56

TABLA 37 tho rec(rlgdadodel cable "decohe'demdo

x

xxxxxxxxx

xxx

x

x

x

4

2

t/o

Cable de cobre desnudo

Calibres^ 600 V 6 KV 13.2 KV 23 KV 34'5AtrlG o nn¿

4x2xx

l/Oxxx2lo

3lo4/o

xxxx

xx

195

TABLA 38 Recm¡dado del cabledre alur[ir¡iorÉmdo

Cable de ah¡minio reforzado (ACRS)

Cal-ibre BT 6 KV 13.2.KV 23 KV 34.5 KV

2

r/o3/O

266.8

336.4

xxxxxxxxxx

xxxxxx

xxxx

En las tablas Nos. 39. , lfi; y 4tr se dan valores de adnisibles de distancia

de transnisión para internas monofónicas y trifásicos dentro de Las si-

guientes condiciones:

Tipo de cable: Aluninio de 6 filanentos, con alna de acero o sin elLa.

Factor de potencia: 0.8

Frecuencia: 60 Hz

Pdrdida de tensión: 5Z

L96

9.2.2,3. Selección de1 tipo de poste

Para 1a transnisión aérea de las líneas de distribución a 1as nicrocen-

trales se pueden usar postes de nadera o concreto. En l-as zonas rura-

les de dificl acceso es recomendable el uso de postes de nadera ya que

estos tienen un costo inicial bastante bajo en relación al costo de los

postes de concreto o netálicos, aunque estos últimos tengan una vida ú-

til mucho nayor que los de nadera, la distancia o claro entre cada uno

de los postes puede ser de 60 nts o menos dependiendo del tipo de poste.

Aunque el costo inicial de Ios postes de concreto es'a1tg, su larga vida

y resistencia por Lo que se prefieren en líneas de transmisión relativa-

mente l-argas o cuando se hace necesario La instalación de transfornado-

res. En la tabl-a No.43 se dan l-as características de los postes de

concreto, y €n la tabla No.4r se dan los datos de ap1-icación del poste.

9.2.2.4. Aislante

Cono norna en l-os postes de transnisión aérea para las nicrocentrales

se dan aisl-antes tipo alfiler debido principalnente a los coatos de los

nismos y a la facilidad de instalación en las redes.

En la tabla No. 42 se dan valores reconendados de altura nínina reco-

nendada para conductores sobre el nivel del suelo.

t97

TABLA 42 Al-tura uúnima recomendada'para conductores sobre elnivel ,'del- .suelo

Tensión de operación eLéctrica Al-tura nínina de los conduc-tores sobre el nivel deLsuelo

No nayor de 750 voltios¡ CA

No mayor de 66 KV; CA

De 66 KV a 115 KV; CA

De 115 KV a 165 KV; CA

5.9

6.15

6.52

6.80

198

TABLA 45 Garacterlsticas principales de los pablesde ah¡minio reforzado

cARACTEn¡sTrCAs ;'RII$¡PALES 0E q¡oLE3 0EÁr-rn¡U¡c tuF6nz¡rDol: r.¡¡¡N ACEíIO (A0t¡fl) .

Crltbrr Dl6¡ntrorrt¡lLol

l¿CtuREntrEilcIñL-

PeEo t[ún¡ohl16r

Tcn¡lónl. ü¡itüta

R:et¡trnct¡ dC ll¡rlto]b¡llo

Gro¡útil-c.c 60 Eg!adcJ[fi n tttltr Al/AE ñ3

a65¡t2I

1nAotr!rm

265.tstt6.¡tl6¡¡D7¿5TI.Jrynt77

't6.t5!6.5

6t66t6?7r.5?rr.579Jn5EJg?¡.5fo9*t0lt.5fltt1192.'1tntt5t.5t¡ltIflo.51fr

t.05.O5.?6.¡?.18.09.0

lo.l11.¡12.¿"ll.t16.t17.t18.!lf.l19.9ú.521.8U.\21.62h.2

2t.22).926.?26.18.1?j9.Oút.629.18.5tr.¡t1.7,2.4t¡.ot5.l,6.2lt.2,f¡.t*t.2

RryrzurloPluoTol¡bElt|r¡Eolonó¡tHaosslúnPrtlroJo

Q¡rroGo¡lc¡lzPtcfúnPtr¡ltlnPrldlrlvl¡ü¡r¡zülelt¡rsoOÉcflb8rCr¡ürlst.llüEónC¡¡llmPrlnAer¡llr

.

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204

to.' cu,cul,o DE IINA úrcnocnnrnm'Dg 30 Ksl

GENERALIDADES10.1.

El presente capltulo desarrolla en su totalidad el proceso de cálculo

de una microcentral hidroeléctrica de 30 Klrf de potencia. Esta esta-

ción generadora de energía se diseñará para ser usada en la vereda

Parraga, nunicipio de Dagua (Va11e). hde-*hace necesaria su utiliza-

ción para accionar lasbombas de un acueducto.. rural, el cual llevará a-

gua a las viviendas de l-os habitantes de esta vereda l-os cuales carecen

del vital elemento.

LO.2. ]NTRODUCCION

Durante el desarrol-l-o de este capltulo se empl-ean todas l-as recomenda-

ciones fornuladas y tablas que se han dado en los ocho capltulos ante-

riores a este. El proceso de cálculo consta de dos fases, cada una de

las cuales se subdj.vide en etapas. La prinera fase es la recolección

de la infornación básica de canpo. La segunda, toma toda Ia infornación

básica y con base a ella se dimensiona cada una de las partes que com-

pone la nicrocentral.

205

10.3. RECOLECCION DE IMORMACION BASICA DE CAI'{PO

Con el fin de recolectar la infornación de canpo necesaria se efectua-

ron cinco visitas al, sitio d. .rpt"ramiento para determinar la poeibi-

lidad de utilizar la quebrada Pavas como fuente de energía para el

sistena de bonbeo de las aguas a utilizar, lae cuales se deben de en-

viar hasta una altura de 237 tnts por encima del nivel donde se piensa

instalar la nicrocentral 1o cual permitirá su distribución por grave-

dad. Las visitas arrojaron los siguientes resultados.

10.3.1. Aforo de la quebrada Pavas

Se practicaron dos aforos por vadeo. (ver hidrología básica, capltulo

1), 19 cual dió cono resultado un caudal para época de verano (febre-

ro de 1.984) de 183 l-itros/seg y un caudal de invierno' o caudal me-

dio (agosto de 1.988) de 224 litros/sg. Los datos correspondientes a

cada aforo se conc¡ignan en 1as tabl-ae 46 y 47.

10.3.2. Levantanlento topográfico del trano del río elegido

Mediante un recorrido preLiminar se deterninó un trano de la quebrada

de aproxinadamente 170 nts, como zona de proyecto, Para evaluar topo-

gráficamente su aprovechamiento cono fuente de potencia.

Este trano presenta un sitio que muestra las características recomen-

dabl-es para la instaLación de Las obras de derivación de agua' siendo

206

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FIGURA 5O Instalación del sistena debonbeo

el lecho rocoso en este trano del río. En la figura No. 48 se mues-

tra este tramo.

A una distancia de 120 nts' en l-ínea recta' se Presenta un sitio roco-

so y amplio que puede ser empleado para 1a entrega de la tubería a pre-

sión, en la casa de máquinas.

Después de 1as mediciones con teodolito se obtuvieron los siguientes

resultados:

Altura bruta, H bruta = 33137 nts

Longitud tubería, L = 196 nts

En la figura No. 49 r*e se indica la altura bruta (H bruta) que

se ha escogido y en la figura No. 50 se dan las características del

sistena de bonbeo necesario.

En la tabl-a No. 48 se consignan los datos obtenidos del Levantamiento

topográfico del sitio de enpl-azamiento enpLeando instrumentos.

10.4. CALCULO DE LAS PARTES QUE COMPONEN LA MICRoCENTRAL

En esta segunda fase se toman todos los datos recolectados y en base

a estos se inician los procesos de cá1cu1o de casa una de las partee

que conponen una nicrocentral.

E1- proceso de cálculo consta de las siguientes Partes:

Obras de derivación

2L4

Cálculo de la presa de derivación

Cálculo de La rejilla de derivación

Cálculo del caudal captado por la rejilla cuando se preaenta

un canal nedio

Cál-cul-o de l-a artesa de decantación

Cálculo de las compuertas de la artesa de decantación

Cál-culo de la fuerza ascencionaL de Las conpuertas

Desarenador

Dinensionamiento de l-a zona de sedimentación

Dinensionaniento de la zona de entrada

Dinensionamiento de la zona de sal-ida

Dinensionamiento de la zona de l-odos

Cánara de carga

Cálculo de la capacidad de la cánara de carga

Tubería forzada

Cálculo del diánetro de la tubería

Cálculo del golpe de ariete

Selección de La tubería requerida

Método de anclaje para el- tipo de tubería seleccionada

Selección de váLvulas para la tubería

Turbina. Michell - Banki

Cálculo hidrául-ico

2L5

Cál-cuLo de La veLocidad de entrada

cá1cu10 de las vel0cidades en el interior del- rodete

cálcul_o de la velocidad de sáHdadel agua de1- rodete

Geonetría de1 rodete

Cálcul-o de La trayectoria del chorro en e1 interior de la rue-

da.

Cálculo del ancho del rodete

Cál-culo del rendimiento hidráulico náxino

Cálculo del- rendiniento hidráulico de l-a turbina

Selección del- núnero de á1abes

Cálcul-o del álabe

Cálcu1o del esfucrzo náxino en eL álabe

verificación del á1abe a la rígidez estática transversal

Cálculo del diámetro del eje

Verificación del- eje a fatiga

Verificación estática transversal-

Verificación estática t'orsional

Verificación de l-a velocidad crítica

Selección de los rodamientos

Cálculo de las chavetas del eje

Verificación de la chaveta

Cálcul-o del sistena de nultipLicación

Cálculo de la Potencia corregia

Cálculo de la vel-ocidad de la correa

Seleccisr de1- tipo y núnero de correas

2L6

Generador

Selección del generador requerido

Casa de máquinas

Diseño. Ver planos

Canal de fuga

Cálculo del canal de fuga

Líneas de transnisión

Selección del tipo de cabl,e

Planos constructivos

10.4.1. 0bras de derivación

10.4.1.1. Cá1cu1o de 1a presa

Para e1 dinensionamiento de 1a presa se le darán unas nedidas prel-ini-

nares, dependiendo del espacio disponible en el lugar de enpLazamien-

to para luego verificarla a las diferentes fallas, para luego optini-

zar sus dinensíones. Ver pl-anos, presa.

10.4.1. U Verificación analítica del diseño de la presa

2t7

II?r

*¿l

Fuerza de enpuje

Sin escala cotas encns.

n =ÁlzArea=HxbF = ¡f'li Area ;

Sib=lmetroF=t2

?ip

Pss= 1 x lLoox (L,2)2-792kg.2

Pagua = ¿ x 10OO x (1,2)2 = 72O kg2

f,^gu = 1000 gf;F

frsedineTlo" =sumergr-oos

,\H = 112 mt.s)

1100 ke/n3

Peso de 1a presa

tl.,=2300xl x0,8xLL-f

WZ=23OOx0.6xI.2.'=

¡¡ = j"Ar.a transversalft'corr.teto = 230O !4!-

mJ

= 920 kg

1656 kg

2L8

TÁWA 49 Fuerzas y nomentos actuantes en l-a sección transversal

fuerza(kg) Brazo (m)nom. vol(kg - nt)

mom. resist(kg - nt)

Verificación a1 deslizaniento

Verificación al- volcaniento

¡¿ =f'zH LsLz

316.8

288

604.8

487.6

1821.6

2309.2 ,/''

t V = suna fuerzas verticaleslH = suna fuerzas hotizontales

EMR = suna de monentos debidosa fuerzas verticales

LlfV = suna de nomentos debidosa fuerzas horizontales

Sedinentos

Agua

Concreto tl1

Concreto lrl2

0.4

0.4

0.53

1.1

0.03835 < 0.233

792

720

L5L2

920

1656

2576

Fv = UMR

.E I.{V

!_= !4= 0.233 nts66

\2:Fv=2309.2=3.8L72. 604.8

Verificación a la posición de La resultante

EMR - EMv = 2309.2 - 6!4'8 = 0.661 ntsEv 2576

e =f{_ - 0.661 = 0.03835 mts2

Verificación al hundiniento

s = 2576 l, *6 x 3.83s \ = 0.2!42 ks/n2

Unlvrrui¡c,J rrr*ffi or.iotu*ri.r2L9

/\S = 2576 | 1 - 6 x 3.835 \ = 0.03024 ke/n2

l-l

1402100 \ 140 I\1o que es adnisible para el naterial de la presa, ya que l-a nonposte-

ría adnite de 8 a 10 kg/cn2

LO.4.2. Calculo de derivacidn

Datos para el cál-culo

Caudal a captar: Qcapt = 140 lts/sg

Espesor de 1as barras i (L = 3/8 pulgadas

Seearación de las platinas o barras: S.= 2.5. cn

Angulo de la rejill-a: { = 10o

Entonces:

e = 0.952 cn = 0.381

S 2.5 cn

Cono: @ r( 1 ; entonces usa¡nos la ecuación 1, para calcular C.

S

C = 0.5 - 035 tang e(

C = 0.5 - 035 tang 10o =

C = 0.438

Con este valor ya podenos calcular K:

K=(1-f) S (1)

s+easumimos f= 0.3 eL náxino deI rango de obstrucción

l( = (1 - 03) 2.5 cm

(0.952 + 2.5) cn

K = 0.50

220

Uando:I t3l2

Q = 7.12 ICKLI x b

y despejando el ancho b:

b=L7.12(cK)3 12

'L312

! = 0140 n3/ss ,

7.L2(o438 x o5o)312 ¡3/2

b =-W-L 3/2

Conro el- valor de la 1-ongitud b de la rejiLla está en 'funcfóñ del- ancho

L de la misma, nos valenos de la geonetría de la sección para calcular

el valo'r de b.

Q = 0.05 nts

¡ = (Lr-2Q cos o.

T-- Tu¡- -3-

+ 2aAcos á

,1

<-..*l

FIGURA 52 Sección transversal rejilla

podenos llegar a una solución aceptabl-e paraPor el rnétodo de tanteo

22L

l-as dinensiones de la rejill-a. En La tabla No.

res de estas nedidas; eleginos 1as del- iten No.

TABLA 50 Valores calculados por'tanteoIten L en nts Lr en nts b en nts

50 se dan varios valo-

2

1

2

3

4

5

0. 15

020

o25

0.30

0.35

o.2520.303

0.353

0.401

0.455

3.302.L4

1.53

I .17

Escogemos las dimensiones que más se adapten a la presa de derivación

que se ha calculado.

0.30 nlAL

FIGURA 53 Rejil-la Sección A - A

222

Siguiendo con el proceao del cáLculo, podemos ahora calcular la altura

de carga sobre el vertedero de la derivación. Usando la ecuación 3 y

4 tenemos:

lc =J_3

É=0701 ($rttHo=

Entonces

Yc= 3 (Q/u)2

Yc=

Entonces:

Ho =-L (0.076 nts) = 0.1142

10.4.3. Cdlcul-o de l-a canaleta de derivación

Método de Zo'arín

En 1a tabla No. 51 se resumen los cálcul-os de la canaleta de derivación

,y la figura No. 54 se dan 1os resultados para cada al-tura de la canale-

ta¿

Q¡qz x 9.8

223

+c\¡ I o0>lN

I+' .+{

>{

\orn@ñ¡Í)tñÑt\o\o\oON(nA'ÚCtlOOoi'o ao

xF,l N

@\OO\O.ÜOC\¡l,O(r¡Ft{.ü 0Ooc,Hñl

Bls(f) o \o|nFOÉ)\o{Oc|-ndO...Al .Nooooo

(Ht

Flt\í)@(\(nC71FO\Cqg

Oc|c'FII\Í).FlF{Nooooo

l+.1t-;.t

F F{RS$üE(f)oonooBdd8c;

hrn

t9 (J@\Of\(nr-l .ü .ü f\ct\ o\ ñ¡ .ÜO F{ r-{ r-{o.oo

CY)\ooo o

(f)

.úÉ

F{O@N.üt\OH(Aoñ¡aDÍ)(noñoooo¿5oooo

É.it t\ ñl f\(Y) \O f\ rn f\oooobl>ó¿d88

prooo(f) o ñ¡ ñt o\o$95.80

oo

;1"ts\

lnOO-t\OO\OO(DO¡Ññl'-{dlFt(V)ooooo

l"0n(Y.ñ¡ooñroN\9 1>- q88qgoooo

o0

l1

F{ (rl (O .Üoooor{ñl .S\O@ (\

Ft t-l F{ r{

o0o

Cf \.(flE.

8\o.üñ¡OO ñ¡ rn @ '-t .ifOOO'-tóoooo

o*+¡E

-S ñ¡@\O@F{'S

ONTNNFd.if @óOF{Hñ¡

EIrQ.r{(Jd'r{f{o€o

6lJor-l(otr(úu(ü

r-{

oÉo(l¡{É+rF{6o6

F{

ot,o0)+JEi(IlrJ-t-.oAot-l=or'lr@C)

rñ

rlcc¡

H

224

Canaleta

SECCION LONGITI]DINAL PRESA DE DERIVACION

rl2.¡a tr - I

I

. f:.',tb

D.

,b'

Canaleta

SECCION LONGITIIDINAL PRESA DE DERIVACION

z:25

FIGURA 54

10.4.3.1. 'cálculo estinativo del caudal captado en 1a rejilla cuan-

do se Presenta un caudal nedio.

Datos:

K = 0.50

C = 0438

b = 10 nts, ancho del cause del río

Entonces:

É = o7o(-g_\2/3\6t

/\É= o7o1 [ ozos m3/se \ 2/3

--t\ lo¡n /\

€= 0.0623 mts

Cono:

'tc = 2/3 €

lc = 2/3 (00623) =

Yc = 0.041 nts

Entonces:

Qr = Ql KCLrre

---l

Yl v/é- YI

Qr = 0265 n3/sg 0.50 x 0438 x 0.20 (0062I¡I/Z

0.041 ,IO.OAZS - 0041

Qr = 0l+84 r3/"g

LO.4.4. Cálculo de la artesa de decantación

Datos:

226

Caudal, Q=140Hs/sg

Sedimentar eL 7576. Partículas de 1 nn de diánetro

Tenperatura del- agua: 20oC

Velocidad de sedinentación: cuando la fórnula de llazen y con ayuda

de la tabla No.6 tenemos:

Vsed, T en oc = Vs 10oc Toc + 23.3

33.3

donde:

Vsed = Vel-ocidad de sedinentación a la tenperatura deseada

VslOoc = velocidad de sedinentación en agua a 10oc

Toc = temperatura del agua, en la cual se hace la sedinentación. En

grados centígrados.

TABLA 52 Velocidad de sedirnentacibn

Vel-ocidad de sedinentación. Arena densidad P = 2.65 a 10os

Diánetromn

1.00

0.80

0.60

0.50

0.40

030

Velocidad desedimentación

mn/sg

100

83

63

53

42

32

Diánetro

0.20

0.15

0.10

0.08

0.06

0.05

Velocidad desedimentación

nm/sg

2L

15

I

38

29

Vsed 20oc = 100 nn 2ooc + 23.3 = 130 nn/seg

""g f

Tienpo de sedinentación, tonando la profundidad nínina reconendada

227

t=1500m = 11.53 seg130 m/seg

De la tabla No. 7 con un depósito con defLectores buenos, calcularenos

e1- peribdo de retención (q):

(t= t x 2.75

Q= 11.53 x 2.75 = 31.7 segundos

la capacidad de 1a artesa de decantación será:

C = 140 Hs/sg x 31.7 seg = 4.44 m3

el- ancho de l-a artesa será:

a =./@. = 1.05 nY4-L=4b=4.2Om

Verificando de la velocidad de translación:

y1 = Q/bx¡ = (0140 n3lseg) / (1.05 x 1.5) n2 = 0.088 n/seg

W = 88 nn/seg

10.4.5. Cálculo de las conpuertas artesa de decantación

E1 ancho de la artesa es de: b = 1.05 mts y la velocidad de1 agua en

e1 río es de: V = 0.217 n/sg.

Podenos entonces escoger un ancho de conpuerta de adnisión que 8e puede

aconodar a1 ancho de la artesa y determinar el caudal que se tonará del-

embalse, entonces:

Si escogemos un ancho de compuerta bc = 0.60 mts con una altura de

228

conpuerta hc = 0.80 mts' tenemos:

Ac = Area compuerta = bc x hc = 0.60 x 0.80 = 048 n2

Con esta área de conpuerta podenos captar un caudal de:

Q=VAc

Q = 0217 n/sg * 0.48 n2 =

Q = 0.104 n3/sg

Como, venoa este caudal es 1o suficientemente grande para arrastrar

tras de si loe sedimentos por 1o tanto la conpuerta tendrá las dinen-

siones seleccionadas que son:

Ac = área conpuerta: 048 n2

bc = ancho cornpuerta: 0.60

hc = altura conpuerta 0.80

10.4.6 Cálculo de la fuerza ascensional en 1-as compuertas

Necesitanos conocer cono priner dato el peso de la compuerta. Hemos

elegido compuertas de nadera por ser estas nás baratas y faciles de

construlr.

l-a densidad pronedio de la nadera es de: Pn = 0.5-0.8-&4.dn3

Entonces:

Ac = 48 dn2 = 048 n2

Egpesor (¿ ) de la compuerta: 4= 05 dn - 5 cn

Peso nadera co¡npuerta = Ac. cx p = 48 dn2.05 dn.O7 kg/¿n3 = 17 kg

Peso eje: 2.46 kg

+i-'' '' --:i-g'r"229 t¡n-Ñi*'U iiulijlü;ltil i¿ (hti"u"+ti'

Peso herrajes: 3.5 kg

Cabeza náxina en el- embalse, H = 1.4 nts

Fuerza ascencional- estática:

Fest = lü H Ac ¡A. + trl

| 2 ' ^t^ t ^.^ | ^ñ |

Fest = lrooo kg/¡¡3 x Lr4 n x 048 m2 x 069 | + 23 kg2l

Fest = 254.84 kg

Frerza ascencional dinámica :

Fdn = [ü_II Ac ]t + ttl

2

Fdna = L27.L6 kg

Como vemos la fuerza ascensional es bastante alta para que üra peraona

pueda accionar manualnente las conpuertas, por ello es necesario el uso

de volantes o nanivelas que ayuden en este proceso. (ver detalla cons-

tructivo compuertas).

10.5. Dinensionamiento del desarenador

En este úl-timo proceso de decantación se sedinentará partículas de diá-

metro de= 0,001 rnm, correspondiente a arcilla según la tabla No. 8./

El- caudal manejado es de 140 Hs/sg y la tenperatura de1- agua de 20oC.

Dinensionamiento de l-a zona de sedimentación:

Esta zona es l-a máe inportante dentro del- diseño de un desarenador pues

allí donde efectúa 1a función nás inportante de la eatructura.

230

Usando la fórnula de Stokes, podenos calcular la veLocidad de sedi-

nentación:

v" = _(d sd2_

18Y

donde V = viscosidad cinética = 1.0105 x IO -2 ^21"g

a 20oc

_ S = gravedad específica = 2.65 pronedia para la arena

I = aceleración de la gravedad = 980 cn/sg

d = diá¡netro de 1a partícula a sedimentar

Vs = (2.6s - 1) 980 (0.01)2T]ffi =o'888cn/sg

Verificanos si está dentro de 1os Iínites de aplicabilidad de la ley

de stokes.

R= Vsdv

donde: R = númerode Reinolds

Vs = velocidad de sedimentación

Y = viscosidad cínenática

n =0.888"r/"gff =0,g7g1.0105 x 10-2 .2/"g

Para flujo laninar ( f

Cono: 0.878 < I

La fórnulada aplicada es la correcta

Con esta velocidad cal-culada se determina la zona de sedinentación en

base a la velocidad de arrastre, la cual constituirías la velocidad

náxita teórica que podria pernitirse para la velocidad horizontal.

23L

Vq = 161. rfá.=

Vq, = 1611/mf = 16.1 cn/sg

Asuniendo un factor de seguridad de 0.5, podenos calcular 1a velocidad

horizontaL Vh cono:

Vh=VaxFs

Vh = 0.5 x 16.1 = 8.05 cm/sg

Calculada 1a vel-ocidad horizontal (Vh) podemos calcular 1a del área

transversal (At) de1 desarenador:

At= Q

vh2

At = 0140 n'/sg = I.739 n2."ffiCon esta área transversal calculanos ahora el área superficial, As:

g= vhAtVsi

As=Vs 0.888 .rE?

Conocidas 1as áreas transversal y superficial del desarenador podenos

calcular l-a profundidad, e1- Largo y el ancho de La artesa:

As= LxQ

At=Px(t

Si asunimos una profundidad del desarenador P = 1.0 n, entonces:

q=-AL = I.739 n y L = 9,078 ntsP

232

10.5.1 . Dinensionaniento de la zona de entrada

Esta zona conste en una pantalla deflectora que discipa energía de

vel-ocidad y distribuye el- fojo én forma uniforme hacia La zona de se-

di-nentación.

La descarga a través de la pantaLla deflectora ae caLcula de l-a siguien-

te nanera:

-

Q = C x A x"{ 2 ghe

donde: ,rcG = se asume como 1a velocidad de flujo' la cual debe es-

tar por debajo de 030 n/sg, Vf 030 m/sg

coeficiente de descarga

área de 1a pantalla (libre)

0140'm3/sg = 0.933 m2

clÑ 0.6x0.25nleg

o

A=

Entonces:

[= a =

z

t$

\+¡r'¡,t,'1.

¡! ¡ t..- : ¡..'L r. :. '-¡.;.. !i.:

FIGURA 55 Secciones zona de entrada

Sección 1-ongitudinalZona de entrada

., ' j

.233

l*- -l

Sección tranaversalZona de entrada

1 Tubería de entrada

2 Desarenador

3 Pantalla4 Agujero

Con el área libre de l-a pantalla deflectora podenos calcular el núnero

N de agujeros necesarios para permitir el paso del caudal-.

Q = 0.140 n3sg a una velocídad de 025 m/eg, entonces: '',\"

A = 0.9 n2 = 9000 cn2

Si se disponen agujeros circulares de diánetro 5 cmr esto dará un área

de 19.6 "u?,

por cada orificio circular. La placa defectora posee un

área de L3g2O cEZ, con unas dinensiones: ancho L74 cn y largo de 80

cm. El ancho .de la placa es el misno que el- ancho del desarenador, so-

1o varía un poco la nedida del largo la cual se disninuye en 20 cn para

dar cabida a un flujo por encina y por debajo de la placa.

FIGTIRA 56 Eepacio éiitre agujbrb$

Ilejando un área de 2610 .t2 por debajo de

por encina de el-La tenemos que el área de

gujeros será de:

A' = 9000 - 4350 ='465O cm2

la placa y otra área de 1740

Ia placa a repartir en la a-

234

Entonces: N =l_ - 237 agujeros19.6

En la figura 56 se dan las dimensiones del espaciniento entre cada agu-

jero. (Ver detal-les constructivos).

10.5.2. Dinensionamiento zona de salida

En esta zona debe proporcionar un flujo conatante y nantener velocida-

des por debajo de1 1ínete que pudiera provocar resuapensión de partí-

culas.

Un vertedero sumergido que ocupe una longitud igual aL ancho del- canal

desarenador puede satisfacer estas condiciones.

1 Vertedero

2 Cénara de carga

FIGIIRA 57 Zona de salida

Corte 1-ongitudinal-

Zona de salida

Usando la fórnula de vertederos podemos calcular 1-a carga h que el cau-

daL (Q) crea la cresta deL vertedero, para calcular la al-tura P del

vertedero de cresta aguda.

Q=1.A+W3/2

235

donde: Q = caudal- aforado

L = ancho del vertedero. En este caso es igual al ancho (a) del

canal desarenador

h = carga sobre la cresta del- vertedero

¡ 12/3h=l a \u,84 L //^\

n =l or¿o'3t* ) 2/3

\'84nx1.739m /h = 0.L24 n

10.5.3. Dinensionamiento zona de l-odos

El canal de limpieza puede ubicarse en 1a parte central o al finaL del

desarenador. Con el fin de llevar l-os sedinentos hacia un canal de

linpieza se debe inclinar eL fondo de1 nisno con una pendiente deL 27

en dirección a ta zona de salida del desarenador.

Corte longitudinaL desarenador

236

FIGURA 58 Planta Desarenador

Esta zona está provista de una salidad, la cual debe tener una ll-ave de

paso o simpLemente una compuerta de linpieza; eata comPuesta es peque-

ña y puede tener nas dimensiones de 15 x 15 cn. puea su único fin es

permitir e1- paso de lodos cuando se efectua Ia 1-inpieza de1 desarena-

dor (ver detalle constructivo).

10.6 Cálculo de l-a cá¡nara de carga

Datos:

Caudal náximo: Qnax = 140 litros/sg

Diánetro tubería: d = 10 pulgadas

Longitud tubería: L = 196 nts

La velocidad de escurriniento será:

V= Q - 0.140n3/se -2.76n/sg2^2

la capacidad (Vi) de la tubería será:

Vi = 'If d2x L4

ATr4

237

vi = T @254)2n2xl96n=9.93m34

Tienpo de vaciado será:

T= Viv-

f = 9.93 m3 = 7I seg

4

El volunen útil neto será:

Vc = 0.6 Qnax T

Vc = 0.6 (0.140 r3lse) 71 sg

Vc = 5.964 n3

Areft de cámara de carga, con una altura h = 1,2 ¡¡

S=Vc.h

s = 5.964 n3 = 4.97 n2

L.2 m

Entonces tenemos las siguientes dinensiones para 1a cátara de carga:

Area superficial z 4,97 m2

Altura: 1,2 n

10.7 Cálculo de1 diánetro tubería forzada

Datos:

' Caudal; Q = 0.140 t3/"g

longitud de la tuberíB¡ L = 196 nts

Coeficiente de rugosidad, C = 120. Usaremos tubería de P.V.C. que tie-

238

neünC=

seguridad.

Pérdida de

Usando la

150 pero tomanos un coeficiente nás bajo cono nedida de

cargarJ=AII=28nts

fórnula de llazen t{iLLians:

D 1.63 Q 038

c038

,0205era

(196 n)o2os

(28 n) o2os

10.7.1. Cál-culo golpe de arriete

Datos:

Q = 140 Hs/sg =

D = 8 in 20.32 cn, t = 6.73 nn

Usando la fórnula para go1-pe de ariete para cierre

[= L42O = I42O

E = 2.81 x #Wd=16&¡1ode el-aeticidad rubería PVC RDE 32.5 Igrado 1.

K = 2.06 x 104 tg/cn2 = Módul-o de conprensi.ón del agua

Cálculo de la vel.ocidad:

Vo = -Q- = 4 (D.L4O n2l3) - 4.3! m/sA re70-'5finstántáneo.

¡

= IZ'9...V vn'ls

' ..':

t 4 :. r* -:..:::i:.. .:....,-",u{a.j.-,=..,t.-;j¡-..*,!..*¡;'$ llnio;vsí;l:r.Í tgtinjrno i.; $cd,il,rrrcf

ü-_ {'.r,i',:'$ji*xa 'f

J0205

D = 1.63 (o.r¿o rn3/"t)oge

(1zs¡ora

D = 0.1865 n

I + tL2.06 x 104 x 20.32 cn)(2.81 x 104 x 0673 cn)

239

h=A-Vog

= 295.22 m(4.31 m/s) = L29.7 m

ñ^ltz

Tienpo crítico para cierre instantáneo:

T = 2L = 2 (150) n = 1.016 segundos295.22 nls

Para cierre lento de la válvula se usa la fórnula de'JoIKoIJSKI:

h e pLVo

tcdonde: P = densidad del fLuido en kg/n3

V = velocidad del- fluido

tc-- tienpo de cierre de la válvul-a

L = l-ongitud de la tubería

[¡ = 1000 kg/n3 x 150 n x 4,31 n/s = 11146.55 kel^2

58S

h=1,IL46kglcnz

TABLA 53 Velocidades l-inites tuberías

Velocidades línites según el material de la tubería

6.0 n/s5.5 n/s4.5 nl e

4.O r.ls4.5 nls

IO.7.2. Pérdidas en la tubería forzada

Datos:

Caudal Q=0.140n3/sg

Acero

Hierro fundido

Concreto

Asbesto cemento

Cloruro de po1-ivinil-o

240

Altura bruta; H = 3313 mts

Diánetro tuberla, d = 8 pulgadas, (20 cn)

1 Velocídad del agua en 1a tubería:

V-Q _0.140n3/sg =4.32m/sgrT¿2 t'il (0.2032 n)-44

Para el sistena trabajando a una tenperatura de 20oc en el agua.

\/= 0.000001007 ^Zltgf= rooo kelm3

V2 = 0.95119 nEEl- nrinero de Reynolds será:

R = V.D. = 4.32 n/sg x (0.2032 n) = g7!72L.9

\r@Para eL PVC, É = 0.0015 nn

Entonces:

g =-9r-@- = 0.000007389

D 203m

luego del- diagrana de Moody:

f = 0.0076

Pérdidas por accesorlos:

Calculanos la longitud equivalente según l-a tabla No. 61

Codos a 45o de gran rgdio.6 8" = 1.5 n

Válvula de conpuerta Í I0" = 1.7 m

Le=3(1.5)+L.7=6.2mts

24L

iIils4e!iü€

EI P !

ir ü2

242

lA-añ{ltuo{

_rat¡TEI-l¡:ü¡trIa-I¡-iribTIF..ñIstGT

3srA¡rl5ts\¡.-.sqf

\trñ

-ltcl

F

Pérdidas total-es Por recorrido Y

Hf=f(L+Le) VZ =

D

Hf = 7.399

10.7 .3 Selección del tipo de tubería

Se dispone en e1 mercado de tres tipos de tubería de presión. La selec-

ción se hace en base a cuatro factores a saber:

Disponibilidad en el mercado

Costo por netro lineal

FaciLidades de instalación y nanejo

Presión de trabajo

En el cuadro siguiente se :conparar l-as características de los tres ti-

t¡ós de tubería que son: tubería de acero, tubería fibro-cenento' tu-

bería de PVC.

0.0076

por accesorios:

/\I Ie6 + 6.2 \ ogs¡gl- |\ o.zo32 Iw29

fiEUflEftss

: Tipo de

.. Tubéría

B'rerns Sobrepedido

PVC RDE 41

grado 1

243

seleccionamos la tubería de PVC. Ref. RDE 41. Grado I Unión Z debido

a sus características favorables para el proyecto'

En e1 anexo X se consignarán los datos de la tubería de PVC elegida y

en el anexo XI se dan los datos pertinentes de los accesorios'

L0.7.4. Método de anclaje para l-a tubería seleccionada

cuando se usa tubería de concreto, fibrocenento (Asbesto) o de PVC

alta presión, éstas se pueden apoyar directanente sobre e1 piso o en

zanjas practicadas Para tal fin.

En l-a figura No. 59 se dan las dinensiones básicas de 1a zanja que se

debe pacticar cuando se desea apoyar la tubería directanente sobre

la tierra

FIGURA 59 Excavación típica para tubería sobre tierra

Si se usa tubería de PVC se deben seguir las instrucciones y reco-

nendaciones deL fabricante para su instalación en zanja.

244

En el- proyecto'

alta presión.

su instalación.

tena de esta tesis, selecciona'mos tubería de PVC de

A continuación danos las instrucciones pertinentes para

Se debe nantener una buena linpieza durante la instalación de na-

nera que el lubricante usado para e1- nontaje no se contanine con

tierra.

La tubería debe probarse inicial-nente después de unas cuantas unio-

nes náxino por una longitud de 400 nts. Después debe probarse a

intervalos no ¡nayores de 1000 nts. La prueba se hace con una pre-

sión igual a 1.5 veces 1a presión de trabajo y tiene por objeto

verificar las uniones.

Todos 1os ca¡nbios de direcci&rdeben enpotrarse. se pueden usar

bloques de concreto pero debeinterponerse una menbrana flexible

para proteger la tubería de Ia abrasión'

Cuando se pruebe la tubería debe llenarse l-a zanja, dejando las

uniones expuestas.

Si no hubiese narca para 1-a longitud de entrada, como ocurriría

si se corta un trano de tubería, debe narcarse eL extreno del tu-

bo de tal forna que e1 espigo penetre hasta dejar una luz entre

L3 y 25 nn. del fondo de La campaira .

24s

La tubería de PVC de alta presión pernrite 1-as siguientes defle-

xiones por cada trano de 6 nts. Para deflexionea Dayores ae

deben usar codos de gran radio de PVC o los codos de II.F.

Diá¡netro olo

3tt l0o

4" 100

6tt l0ogtt 20

10t' 20

Lzll Zo

10.7.4,1. Zania Para tubería PVC

No debe hacerse una excavación denasiado profunda para la colocación de

la tubería. La zanja debe ser Lo nás angosta posible, un ancho de 20

cn adenás de1 diámetro exterior del tubo es satisfactorio la altura ní-

nina del rel-leno por encina de la tubería es de 60 cn.

En eI- fondo de La zatja se deben elininar todo obJeto duro. tal cono pie-

dras, troncos, etc. No es neCesario Usar capa de relleno eSpecial Cuan-

do el- fondo es de naterial suave y fino, libre de piedras y que sea de

fácil nivelación. Cuando se Pasa la tubería sobre piedra se debe pro-

veer el fondo de La zanja con un naterial fino taL cono arena o gravil-la

fina (partícula náxina de 9 m).

EL relleno se debe compactar firmenente alrededor de la tubería' Este

naterial debe ser, fino alrededor de la tubería. Si e1 naterial- de re-

246

l1eno contienen piedras se debe usar una capa de arena o naterial- fino

por 1-o menos 15 o 10 cm por encima de la tubería.

LO:7.4.2. Enpotraniento de la tubería de PVC.

Se debe proveer de empotraniento externo a todas las curvas, tapones'

válvulas, etc, para que aguanten 1as fuerzas de enpuje. En la tubería

de PVC se deben empotrar prinordialnente las curvas o canbio de direc-

ción.

Los enpotramientos consten en bloques de concreto colocados entre la tu-

bería o los accesorios y la pared de la zanja, para que estos transni-

tan al terreno las fuerzas de enpuje. Las dinensiones de l-os bl-oques

dependen de 1a resistencia naturaL del suelo.

Es conveniente que los accesorios tengan la mayor parte de su pared en

contacto con e1 concreto, de nanera que el bloque sirva de restricción

al desplazamiento del accesorio mismo. El. concreto no debe envol"ver

totalnente la tubería.

En la figura No. 60 se muestra el enpotramiento en bloques de concreto

y en la tabla No. 55 se dan las dinensiones corresPondientes.

247

CODOS A qf I

T t50 2ü' 250 l|n lll a0 a'(r'{n

6(n

u.s. f r lr t7 ta' tf tr 2V 2a'

D 30 l0 30 t0 l0 30 to f, 50

L ,15 60 75 85 t05 t!.r r35 r35 t75

w l0 40 lf 60 70 70 E5 t00 I lrl

T 2-r l5 a5 5S 75 90 9.t il0 I !.r

4IIEÑS¡ONES DE I,(¡S ANCL/\JES EN COTX)S DE 9T

TABLA55 Dimensiones de anclajes

DIMENSIONES DE ANCLA|ES EN COIXX¡ I'E '5F

FIqRA 36

'Tlimensiones de anclajes

248

coDos A at'

¡ll rto 2m xn loo Ito ¡m aso ln 0

u.s. t r tc l! ti tf tr 2t 2:

D It t5 l5 t5 20 m 25 25 10

L lo ¡O f¡ 60 ?(, t.t tul t¡5 ta0

w 30 35 a0 45 5(t 5.f ó-f ?0 t0

T 25 35 ¿O ft 55 ó5 70 ü¡ 90

TABLA 55

10.7.5 Selección de l-a válvula

Se ha seleccionado del catálogo de váLvuLas de industrias Thury ltda. '

una válvula de conpuerta de 10 pulgadas de diánetro para ser usada a

La entrada de La turbina. En las tablas siguientes se dan las carac-

terísticas de esta válvula l-a cual se ha escogido de extremo liso para

ser usado en tubería de PVC, asl cono Ias reconendaciones de nontaje.

En el anexo IX se dan las caracteríeticas del tipo de válvula seleccio-

nado.

,l ¡1,.,1 ..rri ' i .it;l.li¡,;l^¿lr: ;-: il;fi ;.;;l'i:

.. :t .: r¡. r ¡.;1,.i

249

10.8. Cál-cul-os de la turbina Banki

10.8.1. Cál-cul-o hidráulico

Según l-os datos de caudal- y aLtura obtenidos anteriormente se diseñará

una turbina para que trabaje a esas condiciones, siendo:

Q = 140 litros/sg

H = 28 metros

10.8.2. VeLocidad ée entrada (punto 1)

cl = vGHAdoptando para nuestros cálculos \P = 0.97

-

Cl = 0.97 JZ * 9.81 n/sg? x 28 m = 22.74 nt/sg

Tonando un ánguLo de entrada de agua al- rodete * 1 = 16o

Ul = 0.5 C1 cos oa' 1

Ul = 0.5 x 22.74 n/sg x cos 160 = 10.93 nt/sg

C1m = C1 sena( 1

Clr = 22.74 mt/sg x sen 160 = 6.27 mt/sg

Clu = C1 coss(

Clu = 22.74 mt/sg x cos 160 = 2L.86 nt/sg

fl1 = Arc tg (2tg s(1)

[3t = Arc tg (2tg too¡ = 29.830 = 29o 50'1.94"

250

wl = ul / cos l3r

Wl - 10.93 nt/sg I cos 29,830 = L2.59 mt/sg

10.8.3. Velocidades en el- interior del rodete (puntos 2 y 3)

Fz = f3 = 9oo

oq2 = o(3

De acuerdo con l-a tabla No. 20 para un ángu1o de 160, n = 0.6574

trl2 = Wl sen P 1

n

I¡l¡ = L2.59 n x sen 29.830 = 9.53 mt/sgsg 0.6574

De la tabla 2L

\Para una caida H d 28 mts, se tiene que el diánetro exterior del rode-

te es Dl = 300 mn

La velocidad óptina de rotación será:

n = 3g.46 v H = 39.46 'l ZA = 696 RPI.{

tt tt

U2 = Tfn.D2

D2 = n.D¡

D2 = 0.6574 .x Q.3 = 0.19722 mts

D2 = I97 '22 rm

uz = I-4-

25r

6o

60

uo = Tr . OgO . o.lg722 = 7.I9 nt/sg60

d2=arctsl+l

dz = arc tg | .* ,n.t,I o.osttz

= 52.990 i 53o

WZ=X2tgo<2

WZ = 7.19 mtlsg x tg 50 = 9.54 nt/sg

CZ = VZ / se¡ c<2

CZ =_9--4q¡!54- = 11.94 ntlsgsen 53o

C2m = W2 = 9.54 mt/sg

o(3 =o(,2 = 53o

10.8.4. Vel-ocidad de salida del- agua del rodete (punto 4)

fa= pr =29.830

U4 = U1 = 10.93 nt/sg

o(4 = arc sen

Siendo o(1 = 160

0 r = 29.830

kf = 0.98

ku = 0.5

t-tt sen pt Vl - ku (2 - ku) cos2 o< 1

V ntz + ku cos2 ^,2 lku - kfZ (2-ku) - kf I

[tS-Lt'¡

252

o14 = 87.78o - Ñs

lrl4 = kfl{l

W4 = 0.98 x L2.59 nt/sg = 12.34 nt/sg

G4=cltgo(1C4 = 22.74 nt/se x tg 16o

C4 = 6.52 nlsg f

C4u = C4 cos o( 4C4u = 6.52 n/sg x cos 87.78 = 0.2526 mt/sg

10.8.5 Deterninación de la geometría del álabe

De la

f,=

n = (150 nn)2 (98.61 nn)2 = 49.1 nn

2 x 150nn x cos 29.830

ú=V rz2 + R2

tTóE = /{ea.or¡Z + (49.t)2 = 110.16 m

Angulo central ,Í

6=Zarcts ( cosp, \\"' P" - '16, /

253

6=2arctg cos 29.830

sen 29.83 + 0.6574

$=n 83o = 73o 4g'48t1

10.8.6. CálcuLo de l-a trayectoria del

rueda

chorro en el interior de la

Según l-a fig No. 44

/t - ku (2 - ku) cos2 o(1+ BOC = 2'arc tE

D2 . ku.cos o< 1

D1

ku = 0.5

ol = 16o

DZIDf =m=0.6574

4 noc = 120.60

d = D2 cos +BOC2

d = diánetro náxino que debe tener el eje que atraviesa el rodete

d = 97.71 m

So = ancho del chorro

So = lcDl

k = constante cuyos valores van desde 0.075 hasta 0.1'

para K = 0.087

So=0.087x3@m=26.1 nm

Y = Ancho del chorro en el interior de1 rodete

254

Y = 2So coso(zf-t" 2/ r1) cos oa 1

Y = 47.71 m

Yl = 12 sen (90! d.2) - l/2

Yl = 98.61 nn x sen (gOo - 53o) - 47.7U2

Yl = 35.47 m

10.8.7 Cál-culo del ancho de1 rodete

[=L= a

-kDltP y' 2gh KDt Cl

L = 0.140 nts3/se0.087 x 0.3 mt x 22.74 nt/sg

L = 0.236 nts = 23.6 cm

10.8.8. Cálculo de1 rendiniento hidráulico náxino

tt = V2 .o"2 o<1

tt = (0.97)2 .o"2 16o = 0.8963

10.8.9. Cálculo del rendiniento hidrául-ico de l-a turbina

H=UlClu-U4C4u

9.H

255

H = (10.93 x 2I.86) - (10.93 x 0.2526) = 0.0597

9.81 x 28

10.8.10 Cálculo del' nú¡nero de álabes

Dl = 300 mn

Dz = L97.22 m

2 = fTDl

ttt1 = (0.4 - 0.s) (D1 - D2)

tl = 41.112 nn a-, 51.39 nn

Zt=f *3oo =22.92á1abes4r.Llz

Zt = llx 300 = 18.34 álabesL _

51.39

Para La turbina que estamos diseñando escogemos Z = 2Q, ángulo entre

los ál-abes: 18o

10.8.11 Cálcul-os del álabe

La fuerza que actua sobre cada álabe es:

. F=ftQC1 cose'gokoz

Í,.gu" = 1000 kg/n3

Q = 0.140 n3/sg

CL= 22.74 m/sg

256

go = 9'81

Ko = 4¡oc3600

€o = arc cos

..1kgn-n/kgf - sgl

= LN.L = 0'3353600

t!2+r32-rr2

2r1 13

6 /z) = 2 x 49.1 x sen (73.8312)

(1SO)2 + (s8.98)2 - gA.Ot)z

2(1s0) (s8.98)

€o = 23.270

€)' = ¿(,1 + eo

e'= 39.27o

Z=20

Reenpl-azando l-os valores en la fórnula lafuerza sobre cada álabes es:

13=2Rsen(

13 = 58'98 mn

€o = .r. .o" II

F = 37.5 kg

Esfuerzo máxino:

Cta* = F.LJL2 Igx

F = 37.5 ke

L = 23,6 cns

De la tabla No.

tenemos:

Igx = O.L822 cm4

c = 0.48 cm

Reenpl-azando en

56 para un D1 = 300 ün y un espesor de á1abe g = J mm

la fórnula tenenos que:

257

f nax = L94.3 kg/cn2

Utilizando un acero AISI 1010 la¡ninado en caliente cuya resistencia de

fluencia es:

Sy = L827.8 kg/cnz

El esfuerzo de diseño del naterial- considerando flexión sería:

Sd = 0.66 Sy = (0.66) (L827.8) = 1206.35 kllc 2

1206.35 kg/cnz )> Ig4.3 kg/cn2

1o cual nos indica que el- naterial está en condiciones de soportar e1

esfuerzo ¡ráxino de los ál-abes.

258

10.8.12. Verificacióndel álabe a 1-a rigidez estática transversal

ynax = - "ta_3848I

1{ = 1.6 kg/cn

L = 23.6 cns

E = 2.1 x 106 kgf /cnz

I = 0. L8822 cn4

Reenplazando 1os valores la deflexión ¡háxina será:

Ynax = 0.003378 cns

Ynax s(0.0002 x L = 0.00472

0.003378 < 0.00472 o.t.

10.8.13 Cál-cul-os y dinensionamiento deL eje

Antes de calcul-ar el diámetro del eje, se procederá a calcular las fuer-

zas que actuan en é1.

Fuerzas en Y

ll.O3 cm

Fuerzas que actuan sobre el eje

U¡ir|lidod lulonot¡o dl

' oro" i¡blid!ü259

$¡ = peso del rodete

acero = 0.00786 kg/cn3

Peso de Los álabes

L = 23,6 cns

arcoS=6.11cns

e = 0.3 cms

V=LxSxe=43.25c¡n3

peso = 0.00786 kq x 43.25 cm3 = 0.34 kg (peso de un álabe)cm¿

20álabes=P=6.8kgs

Peso de los discos externos

Dext = 30 cns

V = e x n De2 = 0.3 x -!- (30)2 = 2L2.Q.5 cm3

44

P = 2L2.Q.5 cn3 x 0.00789 ks = 11673 kg.13

2 Discos¡ P = 3.34 kgs

2 cubos: P = 0.5 kgs

Peso total de1 rodete: Peso de l-os á1abes + peso de los discos + peso

de los cubos

WR = 10.64 kgs 3 llkgs

10.8.13.1. , Peso de 1a polea de transmisión

De acuerdo a la tabla 9 donde se encuentran las dinensiones de la po-

260

lea encontramos e1- Peso

I{p ='Tf x Dm x t x b x p

t = espesor de 1a llanta de la polea = 4r0 cn

b = ancho de la pol-ea = 18,7 cm

Dn= Diár¡etro nedio de la polea = p - t = 4814 - t¡ = 4414 cm

I = 0.00786 kglcn3

Wp = 82 kgs

26r

DIAGRAI.{A DE FUERZA CORTANTE Y MOMENTO FLECTOR EN Y.

ll13 fg-Cm

FIGURA 64 DH€gr@ de figza @tflte y nu'Fnto fletm en

Conociendo 1os pesos que actuan en e1 eje, calculamos las reaccio-

nes Rly y RZY

Fy = o = Rly - 6 kgs - 6 kgs + R2y - 82 kgs

RlI=94kg-R2Y

Ml = O = - 6 (IS.OS) - 6 (44.25) + 59.3 (R2Y) - 82 (76.9)

- 666I.6 = - 59.3 R2I

R2I = 112.33 kg

RtI=94-IL2.33

Rly = 18.33 kgs

Fuerzas en X

FIGUM 65

Donde Fr es 1a fuerza tangencial del rodete en kgs, obtenido de:

Fr = 1948 PT

P.¡ es la potencia de la turbina, en kw

n es e1 número de revoluciones de giro de la turbina, en RPM

D1 es eñ diámetro exterior del rodete, en mts

rD"

Fuerza sobre eL eje en X

263

P1 = óQHtPT = 1000 kc x O.laO n1 x 28 nr x 0.8 = 3136 &g nt

n3 sg

Pr = 30.74 kto

n = 700 r.p.m

Dl = 0.3 ttReenplazando:

Fr = 285.15 kgs

Fp es la fuerza debido a la polea

FP=Fl+F2

Fl =!F2

n = 700 rpn x 3Z de deslizaniento por las carreras = 679 rpn

Fr =Tx2D

Donde:

D = diánetro de la pol-ea, en nts

T=TTxk

TT= torque de la turbina, en kg nts

k = Rel-ación de transmisiín = 2.142

,F

'T = 974 PT

n

Tt=fr4*Nil =44kgnts679

T = 44 x 2.L42 = 94"5 kg nt

Ff {4,.5 x_2_ = 390.3 kg0.484

sg

264

F2 = Fl = 130 kgs

3

Fp=390.3+130

Fp = 520.3 kgs

Conociendo las fuerzas que actuan en e1 eje calculanos las reacciones

R1x y R2x

Fx = 0 = Rlx - L42.57 - L42.57 + R2x - 520.3

Rlx=805.44-R2*

Ml = 0 = - 142.57 (15.05) - L42.57 (44.25) + R2x (59.3) - 52O (76.9)

- 47729.5 = R2x (59.3)

R2* = 804.8 kgs

RI*=805.44-804.8

R1x = 0.6 kgs

De acuerdo a las fig. No. 64 y No. 66 tenemos que el momento máxino es:

t-

l"fnax= f/Gt+r2 + (gLS7,2)2

l"fnax = 9270.2 kg-cn

= 92.7 kg-nt

Tnax = 974. PT

Pr = 30.74 lw

n = 700 RPM

Tnax = 42.77 kg-nt

utilizando para el eje un acero Arsr 1045 cD eetirado en fríó cuyas

propieades necánicas son:

n

265

Resistencia de fluencia:

Dureza Brinell 179 Hb

Resistencia a la tensión:

. DIAGRA},IADE

FIGURA 66 Diagrnrna deflector en

5413. L ks/nz

6397.3 kslcnz

T'I]ERZA CORTAI{TE Y MO.{ENIO FIECIOR EN X

.t,

fuerza cortante y momentox' 266

2Ea.5¿Ü

9rtt

Sd = 0.2 Sy = 0.2 x 5413 = 1082.62 kg/cm2 = LO8262OO kglnz

¿3- 19

{1x10826200

d3 = 6.84 x 10 -5 nt3

d = 0.0409 nts = 4Q.9 m = 45 nm

10.8.L3.2. Verificación del eje a fatiga

Se'= 0.5 Su

su = 0.5 (BHN) = kpsi

su = 6291 ,85 kglcn2

se'= o.s (6291.85 kg/cn?) = 3t45.9 ke/r z

Se = (kL x ko x ks x k'¡ x Kg). Se'

5s = (0.58 x 0.9 x 0.6 x 1x 0.8) x 3145.9 kglcnz

kE = l/kfkf=1+q(kf-1)ks

q de la gráfica 5

9=0'2kf = 3, para chavetero

kf = 1 + O.2 (3 - 1) 0,6 = I-24

KE = o'8

t' S. = 788.2 kg/cn2

9e-+ 0n =LSe Su F.S.

oa=-!4-lf€.- =LlW- = 437.118--

¿3 T(6)3 .2

267

ReCrErcia a la rrns¡ón Sur GPa

0.8 1.0 1.2 1.4

l¿lo

R¡i.Erci.. L rr|rlaül S|,, tF

¿toEtag!I

GRAFICO 4 FEetóres de nodificación de acabado superflcial para eL

acero

GRAF'I@ 5 Factores de nodificación a la ental.Ladura

F

t'tEgc¡E5'eco.n

RfiÍo de rarlúrt t' flün

0É 0.t0Pac!¡c de ranura ¡, Pt¡lg

6 n = 16 Tm- = L6 (4277) = 100.84 kg/cnz

d3 (6)3

437.L + .¡@= I788.2 629L.85 F.S.

F.S. = 1.75

Utilizando el diámetro calculado por la ASIÍE e1- eje falla a fatiga, en-

tonces aumentamos el diánet,ro a 60 nn y nos da un factor de seguridad

a fatiga de 1.75 que consideramoa reconendable.

10.8.13.3 Verificación estática torsional

g =ru.L. en grados

cd4

T = 42.77 kg - nt

I = 0.905 nts

G = 8.08565 x 109 kg/nz

d = 0.06 nts

Reenplazando en l-a fórnul-a

O = 0.210

O= 0.23870/nt de Longitud

O.2387o/nt ( 0.25olnt o'k.

269

10.8 . 13.4. Verificación a 1a velqcidad crítica torsional

Donde los diámetros de 1a nasas girantes son:

dl = 0.3 mts

d2 = 0.3 nts

d3 = 0.484 nts

c = 8.0g565 x 109 ke/^Z

E1 nonento de incercia de cada una de ellas es:

J = ll2 nrz

JL= Llz rttl_2 = Llz x 619.g x (o.ls)z = 0.00068g77 kg. n. sg2

Jlz= LlZ ^2t22 = Llz x 619.8 x (0.15)2 = 0.006877 kg. n. sg2

J3= Llz r3t23 .= LlZ x 8219.8 x (0.242)2 = 0.245 kg. n. sg2

K=GIp

rp= .TT ¿432

kl = 8.08565 x 109 x rl3z * (0.06)4 = 34755.86 kg-nt

oJ96

k2 = 8.08565 x 109 x \gz * (0.06)4 = 31557 .47 kg mt

o.326

269

- Jgt{2 + t2

0

- 31557.4

( - 1.1588 x 10-5 tf + ur .66 w4 - 78387375.89 W2 + 7.273 x 1013

+ 289ro2935.8hr2 - 7.273 x 1013¡ = g

- 1.1588 x 10-5 Iú + 171.66 hÉ + 2LO715609.9 W2 + 0 = 0

w2 (-1.1588 x 10-5 tÉ + 171 .66\t2 + 2Lo7I5609.9) = I

- 31557.47 - O.24$d2 + 31557.4

=0

-J1WZ +kl -k1

-k1 -JZW2+k1 +k2

o -k2

Reenplazando l-os valores

- 0.006877 W2 + 34755.8 -34755.8

0

-y2

- 34755.8

0

-0.006877 W2 + 66313.2 =0

Por

W2

ecuación cuadrática:

17r.66 + 1/ 1ttt.66'¡2 - 4 (-1.1s88 x t0-5) (21071s609.9)

2 (-L.1588 x t0-5)

11.,2 = - 171.66 + 198

-2.3L16 x 10-5

tiln? = - l7l- 198 = 15950120.81

-2.3L76 x 10-5

WZ = 3992.7 rad/sg

n2 = 38137.6 RPM

Por 1o que se puede observar a esta velocidad crítica nunca llegará

270

La turbina.

10.8.13.5 Verificación a la velocidad crítica transversal

Util-izando el método de Dunkerley

deje = 0.06 mts

nI = 6/9.8 = O.6L22 kg

nZ = 6/9.8 = O.6L22 kg

n3 = 82/9.8 = 8.36 kg

E = 2.L09 x tolo kg/n2

El nétodo dice 1o siguiente

diini

deflectores tonando los cargoa separados serán:

ITLos

nzi=1

=1x(0.15)2x(O.442)2 = 1.85 x 10-7

3x2.1x1010* n (0.06)4 o.sgz64

r"Iü

o-t *4i Lr i l: c

).tdtt =_nt- LZ'3 EIL

271

d22 = d:rl

yA = PLI22

d33 = PrL22 = 1 x 0.76g x (0.r7q2 = 5.935 x 10-7

Iw2

3 x 2.1 x t01o* J' (0.06)464

+ d22n2 + d33n3

Reenplazando los valores

L = (1.85 x tO7) @.6t22) + 1.85 x 107) (0.6t22) + (5.935 x tO-7)

w2 (8.36)

L=5.18817x10-6VP

W2 = L92746.O4

t{ = 439.02 rad,/sg

n =:-.É - = 4L92.41 RI'!'f

2x

Teniendo en cuenta el rango de 0.7 lücrit l{crit, vemos que el eje no

nos fallará por velocidad crítica transveraal ya que el eje opera a

700 Rmf o 73, 3 rad/sg.

Sel-ección de 1os rodanientos y soportes

s = (xFr + rra) | uo * n x th It'-llroolrl

272

3*

= dllnl

Debido a su alineación autonática, por 1o que resulta insensible a

ligeras fal-tas de alineación del- eje, en relación con eL soporte, ori-

ginadas por errores en el montaje, flexiones del eje o asentamiento de

las fundaciones escogemos rodamientos de rodillos o rótula.

deje = 60 nm

Sel-eccionamos el rodaniento con nanguita de fijación:

22213 CK + H313

cuya capacidad diná¡nica C es:

C = 12727 kge

X=1

n = 700 rpm

th para una máquina gue trabaje Las 24 horas es:

100000^,200000 horas

t*rl* n/<ao+.8)2 + (LLz.s)z

FR = 812.59 kgs

P = 3/10 - para rodillos

c = 812.59 kgs I uo * ,oo * ,*ooo I slro

lElC = 12222.47 kgs

Siendo nayor 1a capacidad dinánica del- rodamiento

L2727 kes ) L2222 Ugs

Para estos rodamientos selccionamos los soportes que están designados

con 1a serie:

273

SN 513

10.8.14 Selección de 1as chavetas

Se escogen chavetas cuadradas cuyo ancho, b = 15 m

y L=.72 tw

EL naterial a util-izar es acero AISI 1010 laninado en caliente (IIR)

cuyo Sy = !827.8 kg,lcnz

10.8.14.1. Verificación de la chaveta

Ssy = 0.577 Sy

Ssy = LQ54.64 kg/cn2

E1- torque náxino soportada por el material sería:

7 nax =ÉLF.S.

Tnax = LQ54.64 = 351 .54 kg/cnz

3

Chaverta del- rotor

? rax = 351 .54 kg/cmz

?= torque transmitido a la chaveta

7= 2T

Dxlxb

T = 4277 kg-cn

.b = 1r5 cm

274

L= 712 cm

D=6cn

Reenplazando:

1 = L32 kg/cnz

7r"* = 351 ,54 kg/cmz > T = 132 kglcnz

Tanto para el rodete cono para las poleas le colocanos estaa chavetas.

10.8.15 cálculo y selección de las correas de tranenisión

Potencia corregida

Pn = 41.78 c.v.

Pc = 4L.78 C.V. x 1.6 = 66.85 C.V.

Del- anexo 1 tenemos que la sección de la carrera es c, en la tabla

22 se erssltridl tras nedidas de dicha correa.

En e1 anexo II se encuentra el diánetro de 1as po1_eas:

d=226rm

Siendo: k=l{_ =1500 =2.L42n 700

D=kxd

D = 484 n¡n

10.8.15.1. Velocidad de la correa

275

S=

\l=

rfd N

= L7.75 mlsg

60 x 1000

10.8.L5.2. Distancia entre ejes

I( (k+1)d+d2

I ( (2.142 + L\ 226 + 2262

I (581 m

10.8.15.3. Longitud primitiva de la correa

60 x 1000

fYx226 x 1500

L=2I+L,57 (D+d) + (D-¿)24T

I = 2 (581) + 1,57 (484 + 226) + (484 - zZqz4 (s81)

L = 2305.34 nm

Corrección de la distancia entre ejes, anexo III para un tipo C90

L'= 2334 para una correa de sección C 22 x 14

I'= I + L'- L i L'>L2

I'= 581 + 2334 - 2305.342

I'= 595.3 nn

276

10.8.15.4 Potencia transnitible por correa

Del anexo V 5 halLanos el coeficiente Ck

Ck = 1.14

El diánetro virtud dv es:

dv=dxCk

dv=226x1.14

dv = 257.64 m

De1 anexo IV la potencia p interpolando es:

P = L2r282 c.v.

Del anexo VI Cl = 0.91

o=180-57 D-dI

o = 155.30

Del anexo VII C = O.94

La potencia efectivo Pe será

Pe=PxClxC

Pe=12,282x0.091 xO.94

Pe = 10.5 c.v.

Deterninación del núnero de correas

No. correas =-L = 66.85 = 6.36Pe 10.5

No. correds = 7

En el anexo VIII se encuentran las norÍlas para las dinensiones de

277

las poleas.

Debido a que el generador debe trabajar a una velocidad constante y 1-a

turbina no se Lo puede proporcionar'.se debe utilizar un volante' noso-

tros consideramos que las poleas de transmisión debido a su diánetro

y peso pueden supl-ir ésta necesidad satisfactoriamente, asi como ttm-

bién l-as denás nasas girantes.

10.9. SELECCION DEL GENEMDOR

Hemos seleccionado un generador Algesa Rango A. con un factor de poten-Hs

cia 0.8, que funciona 1800 RPM y con una frecuencia dd 60 fi[. La re-/^ferencia del General- Algesa es: Generador Algesa Rango A Modelo A415'

Te-año A415b.

En el- anexo XII se dan las características del generador seleccionado.

278

10.11 . CALCI]LO DEL CANAL DE FUGA r'

Para este cálculo necesitamos los siguientes datos:

Caudal: Q = 0.140n3/sg

Pendiente: So = 0.102

Coeficiente de Manning: n = 0.015 (tabLa 26)

TaLud: Z = 1.5

10.11.1. Valor núnero del factor de seccíín Zoz

279

Zo = Qq- = 0140 t3/"g 0.015 = 0.0664ffi@Ecuación general- para Zo:

Zo = O.0664 = (b + 1.5y) y5l3

@Sol-ución de la ecuación: si asuninos un valor de plantilla b = 060

nts, entonces:

0.0664 = (060 + 1.5y) y5l3

@Usando eL gráfico dimensional gráfico No. 6

Entonces:

Zo '= 0.0664- = n rqonr-Zs tró.ol¡lg

v' '¿¿

Leyendo del gráfico para un talud de z = 1.5 obtenenos lln valor de

Univqnidsd rlutonofitg.ó 0(cida$tt

0rrr¡m flili;;;'lt'r

.y- = 0.48 (aProxinado)b

Entonces Y = b.048 = 060 x 048 = 0288 nts

gbtenidos los valores de Tirante y Plantilla podenos caLcuLar los de-

más eLenentos geonétricos e hidráulicos de la sección transversal de

fLujo.

Canatr Trapezoidal:

Ta1ud, Z = L.5

Plantill-a, b=060nts

Tirantet ! = 0.29 nts

Area de flujo, A = by + zYz = 0.30015 n2

Perínetro nojado, P = b * 2y fA = 1.646 n

Radio hidrául-ico, R = A = 0.1823 nP

Ancho superior, T = b + 2zY = 1.47 nts

velocidad de fLujo, v =-R213 Solft- = 0.677 n/sgn

Borde l-ibre, F = 0,20 n (tabLa No. 2)

Si usamos la tabla No. 28

tenenos:

Plantilla, b = 0,60

Tirante, y = O.52

Con el talud asunido3 z = I.5

tenemos:

280

A=(b +zy) Y=0.828n2

P=b+3.61y=2,477m

R=! =03342mP

El caudal que puede transportar un canal trapezoidal con estas dinen-

siones será:

Usnado Manning:

e = ¡n2/3 sol/2 = 0B2B (03342\2/3 (o = 0.84 m3/sg

0.015

CaLculando l-a sección para lláxina Eficiencia: con ayuda de la tabla No'

29

Tonando el misno talud, z = L.5

b =061

v

Cono: A = by + zyL = z.IL y2 (Ver tabla 29)

g = yl2 (Ver tabl-a No. 3)

Entonces el- factor de sección será:

z = AR;2/3 = (z.Lty2) (v/z¡z/s = t.3g y8l3

Despejando la profunidad de flujo:

como: Zo =$- = 0.0664

soLl2

Zo=0.0664=l-33y8/3

Entonces:

y8l3 = O.O4gg248

Y = O.3249 n

28L

de l-a tabl-a No. 3:

l¡ = Z.IL y2 = 0222 m2

P=4.22y=1.371 ng = y/2 = OL624 m

T=3.61 Y=1.17m

D=059Y=0191n

b=061 I=0.198¡nts

De las tres conprobaciones que hemos hechgreleginos la últinat pues

presenta dinensiones nucho más pequeñas y económicaa para la construc-

ción del canal de flujo (ver planos).

282

11. SELECCION DEL SISTE.,IA DE BOI'AEO

11 .1. GET'IERALIDADES

Indudablemente Lo primordial- para el cálculo de cualquier instalación

de bonbeo es tener el sistena a operar definido. Por 1o tanto es ne-

cesario conocer con todos sus detal-les, los pormenores y característi-

cas que deben nanejar 1as bonbas. El conoci-niento del fluído a utili-

zar y condiciones de operación, tenperatura presencia de sólidos en el

fl-uído. Datos topográficos necesarios tales coÍto: cotas, depósitos

y distancias a recorrer. Val-ores de presión a conseguir, altura de

succión fija o variable. Por últino los accesorios e instalación del

equipo.

En nuestro caso, el tena de tesis exige la selección de una bomba, gu€

acoplada a una turbina tipo Michell-Banki, pueda levantar un caudal

pequeño de aproxinadamente Q = 3r5 litros/sg hasta una altura considera-

b1e H=234 nts, teniendo en recorrido de 2000 nts. Por las caracterls-

ticas del- sistena a operar podenos deterninar de antenano, que eL tipo

de bonba necesario para este sistena es el de bonbas de desplazaniento

positivo, ya que estas se enplean con cargaa altas, y caudaLes peque-

283

ños en conparación con la carga.

LL.2 DISEÑO DEL SISTEI.{A

El conocimiento de los paránetros de diseño resul-ta de gran inportan-

cia para la sel-ección adecuada de la bomba. A continuación ae resumen

eatos paránetros.

LI.z.!. Conoci¡nientos y caracterlsticas del fluido

Se debe conocer e1 tipo de fluido que conducirá la bonba. Sus carac-

terlsticas tales con¡o: temperatura, viscosidad, densidad, presión de

vapor, acidez, dureza, presencia de sólidos en suspensión. Son necesa-

rios para deterninar el tipo de bonba y e1- cáLcu1o del sistena.

L1.2.2. Gaudal o velocidad

Este dato pernite determinar l-as cargas de velocidad por 1a tubería

del sistema de bonbeo Lo cual dará las pérdidas necesarias de carga a

vencer por l-a bonba. Cuando se diseña existen datos de rangos de valo-

res de vel-ocidad pernitidos, por medio de los cuales de puede escoger u-

na velocidad racional a través del- sistena' en base a1 caudal dado por

la bomba y el tipo de fluido que circuLará. Esta velocidad varflq-€rl ürl

rango de 0.40 a 5 n/s y depende del tipo de tubería.

11.2.3. Diánetro de las tuberías

284

Este se le puede calcular de varias nanerag una de estas fornas. es a

partir del rango de velocidad y con ayuda de un abaco se pueden hallar

los diánetros probables.

Todas las fornas llevan a 1a selección de un diánetro de tubería que

estará afectado por varios factor s' como son: tipo de naterial- de 1a

tubería, velocidad a caudal circulante, tipo de fluído a transPortar'

precio de la tubería. De estos factores qtiZaoel más inportantesr es

elcriterÍo económico por l-o cual se habla entonces del diánetro econó-

mico, con el cual se satisfacen las necesidaddes del- sistena donde

se va a instalar y cuyos costos de instalación y nantenimiento son ní-

nimos. Este diánetro se puede calcular por:

D=K '/T

donde: D = Diánetro en m

K = coeficiente de Bresse = L.2

Q = Caudal en cn3/sg

Nota: Ver cálculo de tubería fotzada

rL.2.4. Cálculo de la cabeza teórica de la bonba

Se enplean en este cálculo las ecuaciones de Bernoully y de continui-

dad.

Hb=P2-Pl +(zz-z) +Yz2 -YtZ +IIf2g

donde: Hb = cabeza t,eítíca de 1a bonba

P2 = presión a la salida del sistema

285

Pl = presión a la entrada del sistena

Zz = cota en La descarga

Z! = "otc" en La adnisión

¡¡¡ = pérdidas por fricción

5= cabeza de velocidad a la entrada

2g

_VZ = cabeza de velocidad a la salida29

!-a, cabeza teórica de I-a bomba o en su defecto la energía teórica nínina

que la bonba debe inpartir al líquído para satisfacer un sistena es '

igual:

Hb=Hest+Hf

donde: Hb = cabeza teítíca de la bonba

Hest = cabeza estática de la bonba

Hf = pérdidas totales porrecorrido y accesorioe

IlL2.5. CáLcuLo de pérdidas por fricción

Estas pérdidas incluyen las pérdidas por recorrido y por accesorios.

Se pueden calcular a partir de 1a ecuación de Darcy-tfeisbach

hf=f L Y2

D2sdonde: f = coeficiente de fricción en función del núnero de Reynolds,

tipo de naterial y diánetro de la tubería. Se calcula a

partir del diagrana de MoodY.

L = longitud de l-a tubería

D = diánetro de La tubería

286

V2 = carga de velocidad aguas abajo de la tubería29

hf = pérdidas Por recorrido

Estas pérdidas se dan en nta equivalentes a una columna de agua.

LL.2.6. Pérdidas Por accesoriPs

Estas se pueden calcular por 1-a fórnula:

hk=k V2

2s

donde: 6¡ = pérdidas por accesorios' en m

k = coeficiente, depende del tipo de accesorio

_yL carga de veLocidad aguas abajo de1 accesorio' en n.

2s

Estas pérdidas están dadas en n de columna de agua o de1 fluído.

Tanbién podenos calcular eatas pérdidas por accesorios anexando a cada

accesorio una 1-ongitud equivalente (Le) de recorrido del sistena' Le

se encuentra tabul-ado en tablae para cada tipo de accesorio' Una vez

deterninadas las l-ongitudes equivalentes' se pueden deterninar las pér-

didas totales Por fricción:

hf=f(L+Le\ V

D2s

IL.2.7. NPSH

Se define e]- NPSH como la cantidad de energía que tiene el fluído en el

287

plano de referencia de l-a bonba, para que tenga sentido, se debe defi-

nir cono NPSHR (requerido) o NPSHD (disponible).

La cabea.Neta Positiva de Succíón Requerida (NPSIÍR) es l-a energía nece-

saria para que la bonrba opere a satisfacción. Es decir la energía ne-

cesaria para l-l-enar la bonba en el l-ado de succión y vencer Las pérdi-

das por fricción desde la superficie libre o suministro, hasta e1 pLano

de l-a bomba, donde 1-a energía es suministrada aL fLuído, es decir la

energía necesaria para llevar el fluído hasta los álabes de la bonba.

EL NPSIIR es una característica de 1a bonba, por 1o tanto 1o debe de dar

el fabricante de 1a nisna.

La Cabeza Neta Positiva de Succión Disponible (NPSHD) es 1a energía

inherente en un fluído líquido en la succión, por 1o tanto es una carac-

terística del sistena. El NPSHD puede ser calcula a partir del sistena

tomando l-ecturas en el lado de succión de la bonba.

En el- lado de succión de la bonba se puede plantear 1a ecuación de Ber-

noulli, así:

Hs = PaiPv Hfs - Ah

tdonde:

Hs = altura estática de succión desde l-a euperficie libre de suministro

al p1.ano de entradade 1a bonba.

ps = presión absoluta sobre la superficie libre del líquido o presión

atmosférica

py = presión de vapor o de saturación a la tenperatura de operación

288

hfs = pérdida en la tubería de succión.

Ah = caída de energía en el- interior de l-a bonba

En La ecuación anterior Hs será positiva cuando la superficie de sumi-

nistro está abajo del- plano de 1a bonba y negativa cuando está arriba

del p1-ano de la turbina.

Se recomienda que el NPSHD sea nayor o igual al NPSIIR para que la bonba

pueda operar adecuadamente en su lado de succión y no se presente eL

fenóneno de cavitación.

lL 2.8. Altura náxina de succión

Esta altura se puede calcular a Partir de l-a siguiente fórnul-a:

Hsnáx = Pa - Pv - Hfs - NPSHD

Esta es una característica de la bonba y nos indica que para la insta-

lación de una bonba Hs .( Hs r¡tax para evitar que se preaente el fenóne-

no de cavitación. En eL caao que se Hs ) Hs náx, se debe verificar si

el, sistena permite disminuír Hs por debajo de Hsnáx, montando l-a bonba

en un plano inferior al de diseño inicial. Si Las condiciones del sis-

tema no 1o perniten se debe buscar nuevamente una curva cuyo NPSHR sa-

tisfaga las condiciones deL sistena.

LLz.9. Velocidad específica de succión

un paránetro análogo a 1-a velocidad específica' en que una cons-

ii lhi.¡:,riirl'.:i iiiii,ti.Jfilji .1¡ flecti l¡illi.¡

,l:' , : ._

Este es

289

tante Nss que describe todas las condÍciones de entrada que produce

l-as ca¡diciires de un f lujo sinil-ar, en una bonba geonétricamente sini-

lar en Los pasajes de entrada. Se define como:

Nss =_¡_QlZ = 51.69 n Qo.5(NPrffi@-Fdonde:

Nss = velocidad específica de succión

n = velocídad de rotación en RPM

A = capacidad en GPu; 63/5

NPSH= cabeza neta positiva de succión en pies; (n)

290

Selección

Necesitanos seleccionar una bonba para e1 sistena nostrado en 1a gráfi-

ca No. 50 deonde se indican las cotas, longitudes y tipo de tubería

a utilizar en el acueducto rural que accionará la microcentral proyec-

tado para Ia vereda Parraga, Municipio de Dagua (Va11e).

Datos:

Caudal de diseño, Q = 5 litros/sB = 79.36 GPI'{

Longitud de l-a tubería:

1000 nts tubería PVC .03r'

1000 nts tubería gal-vanizada f, 4"

2000 nts

Cabeza : 237 nts

Accesorios: 2 codo de 90o y' 3"

I codo de 90o í 4"

1 válvula de compuerta

1 válvula cheque

1 reducción de 03" o ñ4"

I Cálcul-o de 1a velocidad:

Esta velocidad, para iniciar l-os cálculos posteriormente se recal-

culará esta velocidad.

v = Q =0.005Ñ/* =O.6L7n/sgA fr (o'1016 m)2

4

2 CáLculo de la cabeza teórica de la bonba:

29I

to=tZtt + v22-vL2 + (zz-z) +hff2s

Entonces:

*=(4-Z¡)+HtPara el- agua a 20oC:

f = 1000 kgln3

f = 0.000001007 n2lsg

v2 = (0.617 nlse)Z = 0.0194 n2a'| l,s:o¡;'Número de Reynol-ds:

R=--@- =@=6225L'44T o.ooooorooT nTlsg

Rugosidad de1 naterial: tubería galvanizada:

E = 0.15

Entonces:

F = 0.15,cm =0.01476D 10.16 cn

Del diagrana de Moody. (.Ver gráfÍco 8. ) . se obtiene eL valor de

f:

f = O.O42

longitudes equivalentes de los accesorios: .' .

Codo de 90 radio corto ñ4u = 3.4 nts

Codo de 90o radio corto ú3" = 2.5 nts

Válvula de conpuerta, ñ4" = 0.5 nts

Válvula cheque, 64" = 8.4 nts

292

Longitud equivalente (Le):

Le = 3(3 .4) + 2.5 + 2(0.5) + 8.4 = 22.1 nts

Entonces:

Hf = f (L + Le) V2 = O.O42 (2050 + 22.1) 0.0194D 2s 0.1016

Hf = 16.62 nts

la cabeza teórica será:

Hb = 237 - 12 + L6.62 = 24L.62 nts

Curva característica del, sistena:

Qo = 79.36 G.P.M

Hfo= 54.67 pies

Het= 738 pies

Variando el caudal para: 50, 60, 90 y 100 G.P.M

/ \rHf (50) =l 50 )' 54.67 = 21.7 pies

\-/luego: H = 738 + 21.7 = 759.7 pies

Hr(60) {A' s4.67 = 3r.24 = 769.25 piesve3/z \rHf(100)= I 90 )- 54.67 =70.3

\ ts.to /luego: H = 738 + 70.3 = 808.3 pies

293

óo

Gráfico 7

del- sistena de bonbeo.Curva característica

Acueducto rural

294

GRAFICA I Diagrarna de MoodY

E'.f!ñ

e'Eq.FoÉ!rE-3atññ$;E .litt^;:É!¡

É ¡l¡E.E'i9teE:

\-:- 3-lH ¡II5loCL|'l¡

ÉdIr!i,oc33DÉiloagF.l5c0E

neu,i.urr 6'

295

CIct

oc,0,

B9cr2rto¡l oF¡ .r¡r

GA

I'o6.u¡EGuto

ro(',6

zI t¡JlA¡Fl-- ot4

EEgg E HEHR EH:í¡í ñ

uoN3m v310d'l^l'd'u 30 oult{nN

selección de1- tipo de correa enfunciór, a.r nírnero de

revoluciones n Y la Potencia

296

ANEXO 1

Diámet¡o¡ prlmltivos polca menor (mm)

MtNlmoOPTIMO

ANE¡(oIISeleccióndeldiánetroprinitivodelapoleamenor

z

A

B

cD

E

F

80

150

200

300

500

630

?50

71

92

142

226

lss500

700.

50

75

r25

180

320

450

600

297

c

'É

, ;: EEÉFÉtsBEÉgCÉEEEfiEEEERRRKfi$fiFgHgECTcoJ

Ssesse¡Eesi g saás gg3g SÉ3AggE--.-----,--rtgv?O.

f={SSSrooerereE i *ñ s-t B s I s-* 3 s s ñ I E I I I R p E 3 B E t t s =

s s eg : i;;iooo

qt

'e

oEoE:'=C¡coJ

EBHEEÉFFHHHEERH€E

ryry. OF

o.vv.sF¡ s s ss s s

:es!RRRR8S38$$SñEENNNNNNNNNNNNNNNNN

N{EI(O III Selección de 1a longitud primitiva de la correa Z y A

qt ^^q¡F..l F¡| Fl ¡il l:l FJ ry ry N ry+ ñcñ-lOagOq, € e; -iC\lNC\|G|ci, et Ctvvvvsvv v Y

(o

Xct

Nc.ooooct

29e

I:

E ilEEpgtEEEEEEEÉEEgEÉg*ñERHgÉg$üEBEFE

t-'--IIló'=

E

io.io'='=:C¡.c.o

saBa esssss$etsgcas$$E$es$

EE-a

E s EEtstts1RHRHgñgE$$H;EEEg;E E 39:9ñ8!5=E¡coJ

es ffiEsssssggüg3gggggffi$o t- vuuv

.9F

I

II

, toooI ¿ñd,

x ssxx lf'oc|o*tEEE*RFFB BB e s$ I S ñ-iBe-ea asE pEEt 5ee =s

e:o o ó ó o o 6 @ !E ÉGO 6@ OGoÉ Éo606cOO O OO OÉoo6lo 0 6 @

ntü pEBeeH g gEEEgEEERRF gH g

oooooooooooooooooooooooo

¡

I

?

xF

ot.Oo(,oo

¡I

II

I

a'

X5l6lItv ¡

t€:olO¡oio!

correa C Y Bde la longitud Prinitiva de la

299

ANEXO III Selección

SecclónPs2 x 19

Tipo

1zo (i-D)136144158173r952252482to316360394441

I

I

t--lDlDiDlDIDloiDiDIDID!DiDID

mm

Secctónf 38 x 25

Tipo

(2-D-3)(3-D)(3-Dj3)(4-D-2)(6-D)(8-D-2)(9-D-1)(f 0-D)(12-D-21(1s-D)(1s-D-3)(16-D-2)

3f l535303t2640804460s02057265300686080309145

r0000r 1200

503857446300686080309t45

r0000| 1200

E 195E 226E 248E 270E 316E 360E 394E 441

(2-E)(3-E-2)(¿l-E-l)(5-E)(6-E-21(8-E)(8-E-2)(e-E-2)

At{Exo rrr selecdón de la longftud prinitiva de la correa D y E

300

EÉÉÉ33!-É91ft6l\F-@.

(¡!, ?ct-F-

3383t3333!9'3335tot\

33É3tÉ33 3 : 3. } g 3 38.8.999.993 g9 93 53

' -:--' "' "-

Re.B.8.EEEÉ9.3:-I-93333:'3'3'::'3'333i'S'3áctddoooo-

'

R. 5. s. q 8- É n P- B E 3 3 i 3 3 i' g $ 9 3' * s 3 :' : 3' :' 8 3'dddoooooc

EE

atÉ.;ooEfo

E gg:3833ÉÉÉ33393339=3333'33É355'

E 3 E3:E B 5 33 5É E E.EE ÉÉ É 3 g s E 3 3 E E. 3. 3

6r c' ii ¡o (o F É s' I : $ P g Pgtr 3 E R Ñ sRÑ R s ¡ s n g€Éata€E

NE€otoo

transuitir según la sección de la correa Z

301Potencia aAI{E¡TO IV

F 3 $ $ * 3 F 3- s $ $ 1- :' $ $ $ i 3 3' 3 3 I 3 5

R 3 R$* * 3 3 : 3 3 $ * 3 3 :'3$ F F6tB-s.E-E-ttRCjOJFF--(i|C\|

H 3 * R. S F R F R 5 F R F T. i. 3 R 3 *

s. s. $. 8. 8. E p. 8. E ! E E !. I. E E 3 3 3- F $ -E E 5?FFFFFFFF?F?F?!!

s sq$-5.P-O'OOO-

5. E e. ñ. 5.! !.3.i.E E E 3.3 3 i-3 : 3 3-t 3-3'cj; J J e.- .F F F F F F F ? ? !

fl,8. r. ñ qO----

G|rt.- Cfd{'

rt roo- F-(!t cit

rlcitúraat rt

ct 6tc\l o-c' rit

otrf

(\|o¡-ct

C\|@-(ri¡

c,.r'-GI

.''c!t

F6r-art

gt@-cl

¡\clr-til

(oc{r?

c)-lf

ctl\-l:¡

clt-Ít

&EF.€+rt

5- 8- 8-tüt{

r\F(9F.F.\clt c¡ cll

ooFro- ro. -T-ci, cll cl

8.5.:_ Eartttt

r3. -3.c¡ gl cl c,

:---'E.qEqc¡ c) cfl G)

B. $- S. E-cr G, Í, sl,

o6GI

¡:ct

Nro-aql

cl.c,

rrüF¡o- ro. \gt ct cl

g-3.Eat Gt at

C'C\|F's|- O- rqc, Gl 3a

GI!lG¡o-ac\[q¡ l:, l'

c, (oC! GIcl Gl

r\ C\lo_ c!'G' Ci¡

G:r ¡\or- ct-o|C'

ot?F-qG|N

-E !. r 3 s 3 E I- 3 H- :- * R- 3 3 5 R- R' R R F' R :' 3 S $ F 3 E

OOOFr? \!\!¡!

-s. I ?

=-

S E 3- g- E 3- E -a R- :- F F * $ * $ 3 3 3 3 3 E' g' : 3'

c,-OOFTFF!

o|cr-rll

or.N

oF-6|

tCO

6|

to-(\¡

ct\G|

N@-N

o)t-C\|

s I s-Ess-!R$:-R*I* _-1--I,oleeestL=BgBBR

= i 9-9-cY=-':=F;¡;iñ-!OO-FF-

I

-- l.----: I eEi.i9-E F$:-R-lcf o-FF!

-L- -jI

pi-qEi.EE!.83R-3-,OO-FF!

B.s-8-R.$-8-q5-F,Rcici;F-!--t\lS¡

u?'6r:

EE

dtEooEpo

oCD

<r¡ c'l .t ro (o F o o, 3 =

S 3 g I I F 3 I R Ñ Ñ R Ñ R F F R R g

ANEXO rv potencia a trgrsmitfr según La sección de la correa A

302

$B.gECl'O O O

E !. -..- ... i.-E ;g3iñ : o>lii, | >Er

E E. * F ; E. 3 3 5 H fl É 3 8 E É E : 3 3 É P'3 É É F F' F $

n * 3 É E E E F F 3' F :' :' 3 3' 3 3 3

s3gt3e8-E9e==t5-B-F,r, d d ai .o a, .o F ¡ i¡ ñ * ñ ó rrt.d

3ÉR-R53H-$-q**

=3P:SES3-E-É-;;*fddnnoRE.9.E.-eNC\|

* R R * H. g e. e+ 5 * B *+ É g- 3 -ag E E' É 3' $ t B 3 E'

l:lgr-rfl

ro-r''

(o_o-.tl .

orol'

8-S-8.{=.¡g16rfgr9to

=É. -. -. q

(ft CEr l¡' út st

ñB3-3 t s

sNgE.t.raroro+q

ort 83Be$.P.8.9.JJ-ño¡n¡c'ra¡ 3 $ 3- g $ 3- ? H H' ; 3 3 H 5 3 3 5 3 ?ot(oo

c'il (ft

* 3 g-s É 3 3 3 3 H'$s 33 F =

R F F

á. I s R F R F 3 s s * H 3 $ 3- g' $ 3 5' $' E' 3 g' 3 $ 3 ?' 5 5'

á q e. E * n *$ flÉBsl *I?i3e-3 33H s s3 Fi J -- -- C.| N N Gl Gil

"l c'' s' s' - -

N ol'.r n(o F o oI =

S P:99 :3 E R ÑS& ÑRRFR R t

AIIEXO rv potencia a transnitir según la eección de I'a correa B

303

ttt ;c':t I-l

I'---'ii

O:crt I

-iI

oEpt,C'oo

5REE85.8-5-5.9-dJJJo¡o¡o¡o¡cllcll

R $S * ?- 3 H- B:-q 333S3$ aE É E EEE; g ¡333

(oroo

gtF

G'N.F

utlolt I

ctr

(\|Gl,-

É

FFF

oot-t9

6lc\!lOtl

OI(o-o

rf,ct-o

rb' cl¡'F

to(r.'(o'r

FIoD- |

ol

|aeit

,É)

Io|)F)F

¡\F-or

Nof

G|(oqt

to

c1oto

o¡¡4.ot

g)o.c,

Ctlctr

3\lro.ot

óoto

tit6to

(o-F

to

o-F

rtro.o

(ool-F

EE

atEooEso

@g¡F

C\lF(0

I

H I EF3=$*B3E3P *33$ :'lry

__ l__. .. __I

I

= I :- a- e- e s 3 É *t :- P 3 3-

g- 3 ;' 3' 3 5' 3 g' 3 l

It__I

H ! E R-*3-3HH-É3EF3F*5t333;';3'.._l .-- - !

I

R i

s.$ i F $e* H-*H-: 3 P: 3s'3 5ss'5$

-+ --i

E i ! 3 33 3- g ;- 3E F $p- 3pF3' :'3 3:FF

o|r¡t(o

t\F.ro

roC\|.!o

ct¡od

tto-F

rftcit-F

6gr-+

u)F.

rtot(od

aor.ro

F-¡o

P.B.E g-F(f'(O@

ro otq¡¡r-ro ul

e.8.g.t-\|o<tlitat

.Ctll¡-+-l.Fl

DOqo.t(o

i͡f,Ndrr;

¡\n).F

o@.F

tto.F

totrft !oññIttrtF

Flt rlot-G'F

-tNro_ \co (o

etC,|--q(o(!

cltot@

All?If-r'tt- -a'ir-tr-1OFFF

rtNFOO_ r:O- Ot-o(o(o(0

¡totctQ--C{-t-f-¡o(o(o(o

t¡o(oF

FO¡o. llt-(o (,o

6¡ sfts- o¡.lft t¡lt

Ncil

qH.t ñ-8-ñ.8-t ilq!.-ñ$t¡"rqtrtútro¡oro

E R.8.B.E E F.=-S.P-E-ññcr¡aas-ütttrttút@

E R.flR.E:.9.8:.ES-ñC\tC')Ctrttt'rOlttl¡,i

ñ¡a)qfrocol\@or9=9

ootF:

tttco

o@

!t.c -:9 .: oir, x o,o.=o.D ' o ='¡1, > Er

o0(\| C'(0FooN (\I C\I

D(\l(\|(Oq\rf?-o|-!o(0r0(0

'----'T---

Fil lt, ? CilN-_e-0o-rft-r0 @ lft I''

C\| Íit t' ¡aCr|C\¡(\|C\|

8-8.¡\ (g

g.B.(g(9

RÑ

rf ¡\c¡oñÉ

ol?ro ro(0 (o

oot

AI{EXO IV Potencia a transnitir segfin la seción de la correa c

n I I g: g H-8F.3 É3 a p : :' ü E' a' ü' E' t i i' p I' E p É E

=

e i * g

=

e-93 :F g-3-$ p p s : E !' F E ü E E' E E E E' E t Éi_

R i.3$3FE -qs33E 3$c;'3 ¡:3FSEEE SF3::

R FR' g i3*8833$33 s s E F :' l 3 : : :';'3 :'s' EE'

* *FgsesEBI 33835 3p¡aps:338E'EE'E5

N c) rt roto F oo, P =s 9: P I : P P E ¡s R ÑRRF RRB

ANEI(O il Continuación sección de la correa C

R s ;3$N.BH..AB33 3 gP}: E.E F !. E E. E E EEÉEÉ.

305

F. rn e.o¡ ol ct¡N(\.C\¡

otot(\l

*fr3frFFÑ*FFfrfrEfrFF*o ot oo- F- o- t- (g- - r''- F- ctt' o- o'9'9'l'F'

F'ñññ-ÉnÉNNttsRRFñR

ÑTfr3frñ.HfrE.RRR'FÉRñO_F-¡O--\--SRRRÑÑ

*83i g:E EEE F É E É FFi.* 3 ÑÑ ÑÑ Ñ: ; :i E

¡FHE?-dEarr ñt ctr <O <r|- \ C\ to, O- O- - --eÉÉEeeRRRFFñ3FR8-5---a¡.s-'rt-s.d'dñdd=SPfP

EEEEFRFsx¡FFfiHFfrfrfrfrgJ

o_ o- .o-.t a l:+roocr(\¡ll,???

Di c.¡ o¡¡ + g)- qt- \ o- Gt tf-ógjE':s:eRñ

SEgE:'ü:EEEERcr- {t {-C'' C' F-C\|6|

EüE;.E.EF:.Ññfr*3frfrFfrñ $- 5- 6. -- rs,tt.¡rOOrFC{

(00F.\rl !g

oo|tt

-q333:l3Eg-E

EE

t!t

$ 3P3 ps ü j E E E E É H R 3 ññ fr frfr fi:fi ñ fr fr il' 3_l

€. -- C).

FF(O,--:-:F. Ct- -1.(lt r¡,ll ll?F?

clt- rl. Itl-tca(\|

n$:dEF?-E-E-EgFjgSiEEAEEEFEE'El

EEEgEEEEE'EeE'E:-

F

e!(o

cltro

rt-(o

(o-¡o

ot

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ol€

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€-tt--?.

t_=

tcl'

otc'

ÍtG'

=(oo|

\ ot ot-o?o¡?fF

(ft- rt ftt-C'r(\¡_:-=

o- o- o.OtOF

si3*Ei5l._._-_-t..---.

I

Ei t3.N.8.R.*l3aúr(OcrCtt-_i--- -.-

t

RI p.e-s.D.B.Íll(f¡út(O¡\o

l -

-

-- .':c:r1l'l,341 '

I E sil9elNc'.t,o.oFo o I =$ I :P9:PERñÑRÑRRFRR I

Hc.Ootoo

Al{E¡(o IV Potencia a transnitir según la sección de la correa D

306

F I 3:.Pg *ñ R F. ;H E E á $ 3 E T$H;.F;3ü FEüüB

Fts r sR fr F' H' fi ü g ;' 3 t 3q g t; ; *tñ* 3 i; *

a ; I'gEEü F ñ F ñ E'; ;' 3 ü'

g E g ¡ !' ü $3 ü' EEE[' E 3-

e! Fi-m| -'i

el

g' $ $ ü q' s t H ; ; * ñ' A ;' fi' fi* iF:'=;EñFñs"il'3H'HI

I

s ! 3p p¡ É ñ sF ñ'; E E ;' á l $3 E q'* g a'H H' * ;';*B

:i

--.t- --.- -Il^e

I Fe t r E : F F Fs E 3 E ; s i E'

j'E €';' $a' t'a'6' a$E

Potencia a transnitir(continuación)

307

H';?'$EtEtt'üc'!.O-F-C\l(g-Or-F-$8ggsg

+-cir-

RgG¡- F- q at--qt. lo.

::_: * 1:

o¡-C)rt

c¡(ft

(o-

<t

o¡o|

r-C\¡€

oN

tC\¡t

F(\¡

(o-(\lt

(0sl

@-G|rt

ttN

-t-(\lrt

t(\|

?.N€

e)'(\¡

or- c\lÍl- qü- N- e-@-

8Sgg3E5

----:--.9:9PRÑN

O-€-tÓ-1{g-RRSSS

:;;*-FFF--

de 1a correa Esegírn la sección

ANEXO IV

* fr 3 $ fi ü H H H s* á g ;' :' ? ; ;' A g E

B * := r E' H ñ $ fr fi F H 3 E ; ñ' E E' ;' * g E g * ;' E ü É

Espaa EEÉRfrñ.8fifrfr;---.

-. -- -t ----

H 3 g F i E E E 3 ñ$ fr E' ;'R * áH'" ;' 3 ; ; 3 H' E fr fr ÑI

6_cl-rt- rf-C!

RRÑRR

RÑRRT

<' oo o-?-o-o-Úr-

*'*g8gRR

S9:99:99RFSRÑR

aO- F- lg-gt- Ot-

RRFRR

É3tssE'FFfr

É'3¡geE'ltfr

c,lfIo

Éi s: pERñ kfr F F'g fi a'gfi E g F FE á' áa FÉ;'E

R F H ; T 3 E E ; H á E EE' g' g AE' E H

rt_o-r¡t-\€-stgss

Potencia a transnitir según la sección de La 'correa E

B' ;:aa F á3kñ R ñ'fr 3$ts3fi g gEEEEe

rl2É

ooE.fo iü833t$

$38á*;g

R"H;fi$fi33iü

Ffrs;'$E'tÉ3'$

3'3:a¡FE*fr3ÉF

E*:itE'ü:ñ$kF

a

.. -LI

o:@ts.

orü

o(c'It

s¡- aco-o-<¡O¡-gl;FFF

R-*-o.o9s-t--ai Esi ,'|

I

I

\rt(\|N-rD_Nc:tN(\|

o-oN

Q-GrFOotNg'€rosTtI Ei

t¡¡g€t¡(,oo

308

ANEI(O il

At{Exo

Relaclón de f 1 1,14 1,18

t!]ütüüi r,oo l,o2 !.'04 l'oo 1'08 r'

Cx 1,00 l 'Oi I '02 1'03 1'04 1'05 1'06 1'07

i'-'-'-lt__._..-i rino \---=- ;"

_--i A ;

I i--:-*-!-' -llilrlroio,soI I

ttllztlo,agiI ", i o,u i o'u'

l*io,gzio'8?

1.22 ..1.PL.] .:yt. t 'f-llfl! :s? 3 el

'-a9-9!:a-ntc'

r.og r,09 1.10 1,ll l,l2 l'13 1'14

vCoeficienteckparaelcálculodeldiá¡netroprinitivo

42 i 0.95 0.90

48 i 088 0.93

53 i 1,00 0,95

66i t,oo

75 1,o2

8l ! ' 1'04

901.06

1.1010si"1.14128I"1,17

1,23

0,81

0.85

0,88

080

0,94

0,97

0.98

1,00

1,04

1.08

l,i l1,16

' i,22

1,28

0,87 ,

0,89

0,gl '0,94

0,98

1,00

1.05

1,1 I

1,19

'1,24

0,87

080

084

1,00

r,07

1,12

l,l81,24

0,91

0,96

r,03

1.09

1,14

1,21

144 I rr

r80

240

| 330

420

540

720

.

III

II

para.el cál'culo del

Ún¡,tn¡¿c¿ ruloflomo ú¡ 0ccifuth

$epm Billrl'xl

---lD:EI

-----i'rl IrilIrtltlrllii!liltltitt

Ilt

ANEXO VI Coeficiente ck diánetro Primitivo

".1 ,. r':: ¡ i-l ,,,il,¡ ilrcf)li (le t:Oltt.rCt(, ¡llt:lloif!:i de 180"

Cocliciente CzArco de contaclo :

sobre la Polea menor I

r80"1 75"I 70"167"164'160"157"154'150'147"144"140"137'134',130.',127"124'120| 18".| 15"1 13"1lo'108"106"104'102r0(}'98"96"94"92"90"

trapeciaUtraPsclal trapecialjPlan¡

|,000,990,980,970,960,950.940.930,920Br0,90' 0,890.880,870,860,850.840,920.810,900,79

r 0,78o,77o,770,760.75o,740,73o,72. 0,710,700,69

=0,920.830,830,8¿l0,850,850.860.850,840'820,810.800,790,780,77o,770.760,75t:

I

I

Coeficiente cx para el cálculo de laANEI(O VII

310

potencia efectiva

Dinrelrsione" 1lg iils prl!eas ¡!('"r:r;!i 'i '

Sección dc '' Z -lr corfcr -..-.'-i-

,'ao:90

a100

i-112'a

, 160

mm 8'5

mm 2'5-al - . -...--

b mínimo

c mínlmo mm, 7

tm, 12

rrl *o'3

mmB

Dlámetros

primitivos

Al3x8

É92112

a

1?2140

a200

> 200

' 11

3'3

8'7

15

*0'3f0

tolerancla sobre e

tolerancia sobre f mm I I

;-*,.0,,

)'

Ir ll"

+2-1+1"- 1"

| +1.'

- 10

de las dinenslones de las PoleasAT{EXO VIII

Montale: Seleccbne la válvula THURY oon extrerrtsiiór-t"qrinados para tuberra P'Y'9t-TIq'-:iiiüilt"niá-"n anüoi exlremos, cercir¡rándose de

á¡¡m¡nat la pintura en los espBos de la válvula antes

de aplicar el lubrhante.

Contlnle la conducckin introduciendo-.el s{pbn[e

iúJrtttt" t" nütad dé la campana llbre de la unlln de

reparaclón.

dobb, desllzllmlolo sobre el t¡tbo'

uor¡re en el otro óipbo áe la üaiwh la campana cona

áe una unión de rdpáracktn del mismo diámetro'

Válvulas seleccionadas Para

ltttoO,rtc" urp de los espigos de la válvula en la

ANETO IX

3L2

presiónde tuberíae PVG

N{Elto il

VALVULAS EXTREMOS LISOS

ANTLLOS DE CUEBpO y corpuERTAS. con¡ruido¡ on bronce segrln normas ASTM -r 45 ¡r A. roscados al cuerpo y recüficados

Dara permitir el asentamienrl *"'¡oro do la comPuerra'

hueor oE ilANEJo tüóñ'iíiÉl óiclo¡¡it - construida'en hbfto.

v As rA co. cmstn¡ldo ;;il; üst¡n notmat léifi :'á: ;i7'? ^'

(BñoNcE AL MANoANEtot'

lliTi#ifJ$[*rumrcf^'JáÉ5iDAs sEGuN NoR*As AwwA c 5oo E rcoNrEc izTo

.-c.g.FRP-9-9F-

DIMENSIONES EN MILIMETROS

rzb--r)-

r 2.1

\!r' - -:2)ta.f---¡)c,:i)at¡5,I

lo;,:¡'Q)(r,'atr-¡a)L)rr-)

,{(Ef

i.-E-

müfti l4' r6i;.i:;:;i:il'r,: Í:. I j:triz-

ap.002eo.@9¡l5.Oo360.005r5.00

e6.OO

970.00350.00¡O2.oo¡r20.0O550.00t05.00

003.00aú.@a¿lo.@¿5a.006r0.00lO,s.m

4ro.oorot.oof t9.00t2l.oo345.0O

EO.OO

5ro.oot¿l9.OO

t73.00t79.OO370.Oo

80.00

500.@200.@23O:0O2ao.oo¡lOO.OO

80.@

770.0O25tf.00a9.Oso.@500.0095.00.

AB'c.'cDE

290.0049.0067.O057.OO

290.0o80.0o

380.0o75.0Oq¡.@gt.oo

3ro.oo80.(xt

69.2 93.@ t83.OO 27E.OO 387.@PESO r5.{o 21.60 30.80

ASE IOO " C: CtlSiE 15G'C: CL

ANEXO IX

VALVULAS'"''o*il"

Lrsos MAourNADos, PARA "".t:iil-ilruqf lffi:ta éilÉÑi,::-tg=g

f-'

ao

119

170

4

6

I10

rag I 80

l¿¿ I 80

3oz I ss

80

80

93

ANEI(O il

338ÉEg

*5;t:$

gñ8HEEci c <ioo <r¡

EgREBEg:9RR$

FooE(!'rrg

F;

HeÉrigtlE:rrr53

leEsl5G6

I

Foog(tItFg9ñB.g.atof;ts$Ef

IHEi

o

=(oottoo,toerlooo€E2('co5

características tubería PVC ref. RDE 41. grado 1. Unión Z'

ANElto x 316

o|otIooÉ

E:iOEioDI O:IEól6E

N

g3r8Ei.E

EEt

gÉÉ

ANEIO XI Caraterlsticas PVC Unión Z

317

OENERALIOAOES

Un generador es un dirpositivo cue^tra-11f-o.r¡ña la energía

mcánica en energra ;íffi;"' Lbs Generadores Rango A

¡on máquln¡, sin "'"oo¡ti"s

de 4 polo-s Que-p-roducen ener'

elr ¡ 60 Hr, lsoo 'o'iifnligi" "-uq-T::-t:oo rpm (Hz=

H¡rtzio = c¡ctge po, ,.gJnJol.-ro¿ut l::-"ilt1"tt* standafd

tlcncn un rÓglmen a u"iictoi¿e potencia do o'8'

Lor generadorg de un sólo coiinete' se suministran con un

adaptador SAE v o"""tjtÑ't"t"1¡tq1111"¡'en el cxtremo

lmpul¡ado "o-o "qutpJ iliñá"to' El alineamiento del sene'

r.dor y drl motor "t#;ü;-t"do ?".t,1:-:::t"ntr¡cidad dc

ta caJr dcl Yol.nto v "i JJióuá9r 9er senlSdor' Los di¡cos

lmpt¡l5or6 flcx¡bles "itii-ín*tt"dos en-un aloiamiento de

l¡ vol¡nte, .r"gu"noo"i' "i¡'nüil"nt"' Puede ¡er necesario

colocar calce! en '"'

ptt"' del generadot.:l-1" base' con el

fln de d.r un sopottJ;ñd; úi unioaaes'con dos coiine

tcs, ticnen "orno "quipit't"t'ai¡J.o-t¡.::l:tt"t

v una exten'

iiii ¿"r cie para un acoplamiento imputsor'

Los generadorcs CA requieren "! p":?-11-torriente direct¡

¡ tr¡vés dc los devan;;; ;"1 rotor para establecer el f lul"'

magnético ou" o"r-il-qü ¡i' t"¡¿Ld -T-l-"t"

enersía' un

pequcño exc¡taoor.iÁ' q]¡e reilmente es una réplica en mr

niatura del generaooi liini¡pii'.es et lllsado de proveer

esta corriente d¡recta' -di'"i[¡t"oot

-está. montado en el mis'

mo ete que er rotor ü;;;;;J; Y¡:lI:1"' campo princF

pal gira y el inoucioo-'olu"ot fijo' el campo del excitador er

fiio y el inducitto gtti ü-pot"n-cia ¿e salida del excitador es

envlada a ¡os eremJitos -rect¡f¡ca¿oit":

i1" se encuentran

montados en el o¡s¡pailr l"- "tiát' .ltt" .coniunto

rectifica'

dor c¡tá ubicedo "níi"-ii "ttt"to l¡bre y el rotor principal

(vcr la figun al Ple)'

El excitador CA requiere corriente directa p¡ra su excita'

clón. Esta excitación "t iutliitttda mediante la 'rectifica'

Los soporteg extremos v los adaptadores están ttbrlcillos

dü hierro fundido p.-r. iu¡o ta riiiOez necesari¡ y para 'oe

tener los cotlnetes '"'o'I"'tJá-" tiaüa¡o pcsal:' un soportc

sostiene ra estructura o"i-"-"tp".r¡¡t 9-"-t-:1::t:dor' Par¡ la¡

unidacjes con un soo'lo¡-¡nei!' la-carcaz¡-tienc un adapla'

dor SAE robusto o" n¡Ilto iündido' rebaiado a precisión

para asegurer "¡

ul¡n"tti"nio'cán rá ún¡o¡dmotriz' El cubo

de hierro nodular "ttt l"iiióniraí¿o al eie-' Erte Gubo t¡e

ne un ntlmero oe o¡scoiitpuitot"t dle acero-.flex¡ble' a loj

cuales sc lcs han hec#u;;;gu¡"tot para suietarlos al vo'

lante. E¡to oa ra rpxlJ¡¡Táal-"'n íi J¡tdtt¡o-n a¡ial' micntras

que en l¡ dlrccclón '"ii"iiiiou cómo.un acoplamiento rígi'

lo. proporclon¡ndo ua entrehlerro uniforme'

Generadores ALGESA tipo A

cióndeyT-|: :ig:,i?ilrtil"l;';,"",t"""',i'j.1:"1'f.""::tüiprincipal, por un ]!*:il;;;o leitxc¡taaor está dctcrmi-

:ffi"ll"'T,lliff 1""1"-;'t-r¡J"'vqt"''-:Yvezco¡tror+ró er vottaie de sal¡da ü;;;;ierincielt Loe mcdido'

rcs. controles o "'otoJit"Jtá eie-á"to^111sario p¡r¡ 3''

' tisfacer los requlsito3;ft;;;tt"ión' e¡tán dlsponibl?¡ co'

mo equiPos optatlvos'

CONSTRUCCION MECANICA

Los gcneradores sin-e¡cobllla Rango. A:-:tto" diseñ¡clos y

f a bricado¡ con t a t tti-t- -pi*riion -tec

nic-a- y- ¡ rtesan i a' que

han dado a ¡ucesn'u'ní''-"lutut¡On touesal¡Gnte en c¡te

;;ü.L,e,::::,1.,iijiii";;.:rnl'.:i.xl':":fi :'::cuidado dol monra¡elidad al Ralgo A'

La carcara dc ¡cero laminado' sólido' da un soporte rígido

a r núcreo acr sstato J'v' i il -;: "_"'-::]lf T fr;ot l li"" ::: Í:lItt"ttiiu llrmemente anclado a preeron r

con intarfcrcnc¡a v ü-util"."tf^"i-:ocl€o v lat nervadur¡3

á"'.i"it - barra rcldadas a la carcaza'

Lr3 línG.t Gntrccott'¡t¡3 ln'tlc'n ¡' p¡||c glf'toll'

----1I rrmra I

si I'ATOR OELNERAOOR

CA

L-- ??ürYñlxüói -' ROTATNO - I

NEGULAOOROE VOLTA¡E

ANE;IO nI Genera'lores 318

RoroR EsrAroR Íf ff',"T*t"1,tT.'"'""":íi"1il*f:nq*""':":l';:n:para ros generadores con dos coiinete¡. cr ad.rptador rosd¡s- '1""-á¡['nJ';;;;,1¡ enf iamiento muy efic¡z ¡ medid¡

cos.impur5orcs frexibres son rrsiituidos por un;*gunoo so- qu" ,"--o-l-rtr¡üuye uniformemcnte el aire por todo el gencr&

porte y una extensión-oo o¡o st¿nd¡rd. ]oo9s a;o¿o,o, ¿or.. r"üu"i"iiá-* ror,o"."r*t¡'i ta rec¡rcurac¡ón de bire

están di¡pon¡bre' con extcnsión dc eie rargar#;'il:-;i; ".rr"r,üioilsoramÉnte hav uno tom¡ ds ¡irc' cl mont¡ic

cacaciones con ¡mp'r5or de correa. y p¡r¡ ¡müsór acopla- oe lo¡ sistemas dc flltración de aire puede h¡csrt€ cqn l¡cil''

do. Al seleccionarun g"nár"oor ¡nr-pulsor pof Goffea. con' dad'

su¡t¡r las recomendaciones de la paglna 3'

ROTOR

Lo¡ 4 polos gue llevan los devanados de Gampo' son lámi'

nas de una ¡ola pi€za que proporciona .u.q-1t" rigldez me'

cánica y vibración lnui-ü"íj -a.tá¡

veloc¡dad.es de operación'

Este método, por largl tiárnpo' ha probado ser superior a

las piezas de polo ,"ptioOti que tienen que.estar ensambla-

das en cola de milano'u-uná itut"ta o suietas por tornillos

al eie.

El coniunto del rotor está termocontr¡ído y enchavotado al

l¡", iál."ioo un elemento giratorio muv rígido'

5e aplica epoxy termoendurecible entre- las capar del deva'

nado dG c.mpo y tutU¡¿n en el rotor terminado' Una vez

comptctado el rotor, tl'i"lotu en un horno baio un ciclo

controlttto poro u'"gui* un-rotor mecárricamente estable y

;;iü'i.d;i.ros toioii ion rllnámic-amcnte bal¡ncc¡do¡ v'' luego probados . un"'"1-¡biload de 125 $o la velocidad de

operación.

ElinducidodelexcjtadorCAylosdisipadoresdecalorqueso¡tienen a los ¿¡ooosá¿i montaoo¡ en al miimo eie del

generador.

ESTATOR

El núcleo del *tator está compuerto por láminat de acero

J"b"¿ii d¿oilmente dispersivas' ranurado cn prensos de pre

cisión. En la¡ ,ont¡rut-I'itiidat-con m¡tcri¡l rtc Cl¿ra F' se

i"n ao¡o"u¿o regulaimentc b<¡binas ¡rroll¿d¡r cofrc(:l¡men'

te ai¡ladas. Oegpués ¿eiinserta¿o de bol'in¡s todo ci núcleo

s€ sumergc ,arias "eü y io cototo e r cl h-orno con un bar-

niz termoendurecibie mediante un proceso especial que

asegura que 5e Gubra "otplot"rnunte'

Estc excclente sittcma

de aislamiento ut¡l¡za laieriales totalmente sintéticos y no

ilg;;;;üi;;¡. nac¡enao que los devanados.¡tandard tcan re'

sistentes a tos trongos y'adecuados para^funcionar en am'

bientes de alta r,u-J.lui y abrasivos. Lue¡:, el núcleo em'

bobinado es cotocaoá en li ca¡caza y asegurado a él'

SISTEIÚA DE VENTI LACION

Los generadorú Rango A emplean un av.?.nz:do sistema de

ventilación po. "o"t"itl'0" it"' El ventilador de aleación

de aluminio lundido asp¡ta "l aire a través.dc las pcrsianas

; il;; d" oá*"s, ro-pasa por la superficie de los devana'

CONEXIONES ELECTRTCAS

La gran'caia de bornes 'riontad¡ e¡r el extremo librc' ¡¡tó

constru ida de acero ti-"liipi piiga+.' :o1 -ryt'nte espac¡o

en el Intcrior p"'" "¡ "iüiiáá4"-*1¡¡3,]:.mrvor

p¡rtc ds

iil?¡iJ"iiá;"it"¡ t¡tt-ulto v otras opcloncs' sc pu'dt usr

una broca hueca o "uolq'úi

otra herram¡cnta ad¡cuad¡ pa'

ra hacer el aguiero ie-ia-entra¿a dcl conductor port¡ca

;d. i;;ü con este ú¡ltimo' se debe usar un,conector 'Pro'bado. El regulador ¿"

"tiiá¡g puede moverse dc ubic¡clón

con bastante facilidad'

IilPORTANTE: Para reducir al mínimo la tr¡nsmi¡ión dr

v I bración, es esenc ¡al *ii-u n' "óncúcto

portacabl* tlGx ¡bltt

para todas ¡", "on"tü-it iie"i;!;;¡ lei generador' con$¡l'

tar los diagramas "'qu"tát¡"ot de las^concxiotrct quc ¡c st¡'

mlnl¡tr.n lunto con olg¡nor¡Ocr ? iT-te!',r-lodot lo5 comPo'

nentes y cablerla "ti"'-t ¿ltcucrdo a lo¡- rcgl¡mlntot tll

' i"t'ligárit.i regulatoiiás nacionales v loc'le¡' Asegurrrsc

do que la carcaza d"i;;;ñ;; esté conectado a tierrr iutr

to a los otros comPáfil"t o"."tte -si1t-11-a,con

un cablc ¡

tlerra que cumplo "on fot cótligos nacion¡les y loc¡lc¡'

Limpiar todas l.s *p"ii¡"¡"t de cóntacto par¡ ¡regur'r un¡

;,ff;.;;t¡ón crcL]ca ¿" las oreietas o b¡rra5 colectoras'

Usar orelctas tcrmlni¡es reforzad¡¡ de buena calicl¡d par'

hacer todas la¡ coneJon"s' Forrar todas l¡s.conexiones coñ

cintt alsladora, ¿e ¡ct'uiJo ¡ los reglamentor loc¡les y n¡'

cionales.

ANEXO xII 319

POTENCN; DE SALIDA OE LOS-ALIERNAOORES'"'eTüliÑcn n.iÁcton DE PoTENcIA 0'8

IRrt^slcosMor|of^slc0s

eh*fvt Íwiu rw 8r #"rw Et #"Es 11, n'looeo nnrlo lv rlv

50 Hz t5ül 4m 60 Hz tE00 rPm l|l tlt 1500 rpn 60 Hl llfl tln

^¡|51||5¡¡'|'.5?3'0||.0|1.239.0?5'0|6.0|E.o|2'll3.51L9m.m|6.0!!'12|.0mt5'|2.5r0'ól¡'1t7.5,1d,i'óiá.óÚ.6''ñió.óu.225'11'.'20.0!5.23|.0t||l¡|5.0|2.0tg.o20'.,o.0óii'ó¡ó.i29'!1''ió.óryrlI93t.252n.0E7.'3t.3t.|5ü 20.0 |0.0 10.8 26.0 ,u' il ñ.¡ il.9 ü ii'ó ¡i.s 3! ! 3?.5|t 30.0 t!.5 |5.5

trtlc 2t'r 2r'r o?'6 3''2 t; ;il ;¡'ó 129 *ió -¡i'ó u¡ :l'1'' t't 'o'o re'r ¡0'2

.^.rürr0.0ii.óii.o303ooü;;;;.ó50.5Jüñ;il5e.ü'62'5050'os2tt:' "o o rt m it 0 g0'8 tt'0 tl'm 00'0 m'l lt'l

^r2¡ r.2$ r0.0 12.0 l5'l 50'{ 50'00 r0'0o

-0!'-6 :l: $'m 52'0 00'8 II'9

rrzs! i0.0 r0.0 Ei.' 53.0 ur.io ñ 05^0 rs.9 l* eo.o ¡s'o g0'9 .ss't5 ¡5'0 gtt'l ltz'0

r.2tc 80.0 t8.0 t6.z t{.6 Iñ il c"t ry ü ii'ó ói't¡llF'0 lt2'5lt e0'0 st'l 132'0

^rztó 65.0 52.0 s6.r 00.7 1; ii'ó ir.o t*o 19ó'ió

ó'o sr'¡ ll7'5 125'00 t00'0 sr'o tr60

^!z$ r.ó á,.é or.o or.u,ou.oó il.ó ¡r't rru'o tzi'ñ tonó sl'6 tfE0 rs6'25 t250 sr'e rl20

A|l0Ms¡t00'0!0.00'.2tzl.tjtz¡.oo|tttl'081.|it53.0!P'm|20.0g2.0|'5.0|s'.bt!15009202|9.0rrs '|l.0 e2.0 87.6 rar.o !f.;; iii'ó ii'¡ "u'o 'ñ'ió

iió'ó óz'0 20r'0 2rE7t r750 s22 25r'0

r¡¡.c r¡oó '!.'.'

078 '!5e0 ''li illi ffi ffi '#S lfii ii: ;ln ffi.1; ;:li Í;l ffii

lrl0ú

llxt'm 2{'|'0 g2'' 3$'0 3t5I'Xt 300'0 9l't '39'0

;roi; -zii:ó gz'r ¡¡z'o ¡tzlo'330'0 e'3 rreo

toó'óó im¡ s3'3 180'0 rr'00 '00'0

s3'r sn'o

;;:m iao.ó $'6 5rr'0 ¡$'ri rr5'0 s3'5 6lr'0

*j . ¡rort l' r¡milScllgld

ANEXO xII

320

T¿ ¡:tlslol| lret53)

t0trx^00 2Gfll¡f.¡toll 0t 808lNls

Y llillllil0

ll,l,l|[a lhEr l|rr-i|¡tlr tlr'¡-trG¡ l5!'-fl'Úlrff-';; .,il ltl¡¡ rin llü rn l'r

tñlftslc0 a rtlilRnls ¡0

stnlf. fstnttll 60

ililAli¡ctl I ll¡Mllltls !o l't ry !:l :::lllr^rlr.¡t riiiliiiiióisiiiiili ¡o m t.o rto rr'

¡lrf^slco. rtlus¡f8 s 20 11 :l :::Sflllt 0lll^ A r.o nr lto l¡¡

!6 at¡flt alo

1lt0 230 ltto !r! lt! loc

;¡o nt t€o ¡t m ¡o

rt3201

200 at lÚro loa 120

q't¿,

'l-t'I!

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I._ -.J

Mlllltlll'ill:ll 7 r;l ¡il.

il aMttlll', ult'^xr¡lt0 {ll¡ ,tü

||Í ' llt lr.lIt|t llll ¡lll

',|tlllll

,:lll,lt

?m tt lÚ¡t0 l0l t¡t

. IU.IY'IQ I

TACMRES COBRECCIOII ALTA TEMPERATURA'AMBIENIED

!l'¡l

'ñ¡tt

l-

fACl00t .Í ftGf0i

O ll,a ü1 t 0O

rl r03l¡ l0l0It lot ¡3 I o?0

o- l0i:5 | u- { ltr(o l'0'0

6 tt!.'a l'G0I tl|t5 lü0al ltl l0 l'0t0

' o 11[ z! l'il|al t¡o(¡l¡ l mt0 ':?o l'lo¡r ltltl l ll0tl lriio I lll¡

o' 5¡ tllb ll30

5l l?stll I l'otÍ lrlm llul!¡t l¡3 lll I ll¡tl .'á, l3r.üt l'rat t/5r l3ült l ll0áq lf¡gll l l0ll

ü1, l|om | ?14

6l lr?-|tr | ?lo

62 lr3 50 l.?1ll

ñ3 rl5 $ l.?30

ül lat llt | ?10

lrr, l||l lll | :'1ll

ú u.v'w.l (] :'

ESPEClFlcAcl0l{Es 0E EMEAR$'|E

Pa¡o

Iclo

Pr¡oSruto

C¡tacrdrÉ

túlc.

1t tI Í¡r ut'lllill I ll

t CT0RES 0E C0BllEcclot'l DE AUURA

t0,lxllto,ullilJqil.¡|llrt.0|tru,st¡,00r¡.t|nra.0|¡

il.5|nrs.000

In.5m,:.Y

mtlltos

ilTT¡'llt0lun3l!0t60¡tsuna0ftl2m$50t50tE50

t0

r*lo_t

I |lll|r.t¡l¡t.rrtiI r5t5I r6t¡t.rts|.||!0r.rg!|lr.20ilt.2t50

r.2mr2fl|ils

||tt9¡?rr?¡6204

33¡lluarlr¡¡||t¡10nltúl¡0rt0ilt0||t0I,Ttt50

tll¡¡ ll¡¡ralü ¡r?mll. anüftl atz

mtÉc ' tt2ill¡a ü6t

r¡t¡. ,8,ilt$ l¡tfatÉc ¡20

iltra ¡t0tltÉ. lll5f¡¡0¡ lll5illD 16l¡

t/fB |tsil6r tt00l/s. 2ll¡tr0 zrl¡fanc 2¡Siloa 2m

tsJ rllt,r al?

l¡t ltlilr 5?l

2.2 512

!0¡ tt?¡rl ¡40

¡r|r ¡10

al, 1020'

lao l0t0505 t2lÍ0¡5 tt¡lt¡r lt¡irgi lmruo 2r!0rm 250ilo ' tÉofto Mt2t0 ¡lr

t0 010rt otor0 0l!t¡ 0:0tl 0¡¡t¡ 0¡?l'l o¡llal orltl.¡ 0 l!r3¡ 0.5t¡.3 0 ¡ttr.t 000

¡r t 0.10

a.0 !.¡0n0 0¡Ú

!t t 0.t

t!.1 0.¡.ttt l0l$.t l0l

tl3 ||ttl03 Ítcl0i Plts

¡.u lI lmr|1lÚ tlo I on|l¡,0 rtÚ l.0l2l1.5ü l!il 1.u25

t.m llo 1.6¡É

l.lÚ l0 l'oltiIn lu t.Güa.5 'tH l'üüt0 tlO t'0tüt¡o t|ü l.m¡.m to l.oot.tm ¡É0 t.tütm ü[ t.llo

A}IEXO xII32L

IIX O)ftINI

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ANEXO XW CIJRVAS CARACTERISTICAS DE LAS BO}'{T}AS

325

RECOI.{ENDACIONES

No pretenden 1os autores de esta tesis, presentar un telto autosufi-

ciente para el estudio, diseño y construcción de Microcentrales Hi-

droeléctricas. Es necesario que el usuario de la infornación aquí

consignada recurra a otras fuentes de infornación, sobre todo en el

campo de la selección deL equipo eléctríco. Esto'és generadores'

transfornadores y 1íneas de transmisión de energía, ya que por ser

estos de construcción nuy especíaLízada, forzosa^nente se salen del

alcance de esta obra. Reconenda^mos' sin embargo' consultar los pa-

rámetros que se dan en este texto y en baee a ellos consultar al

fabricante del equipo; la disponibilidad de los nisnos' nornas y

recomendaciones de nanejo e instalación.

No reconendamos el uso de presas de enbalse en nuestras nontañas,

pues en general Los ríos que las surcan son de régimen torrencial'

Esto es, en época de invierno ae pueden presentar crecidas del río

los cuales pueden fácilnente ser superiores' en grandes proporcio-

nes al caudal nedio, Lo que lLevaría a construír presas de gran ta-

maño y peso con el consecuente aunento de costos de construCción.

Adenás, durante estas crecidas e1 río arrastra tras de sí, gran

cantidad de sedinentos que se despositarán en el- enbalse l-lenandolo

326

conpletamente y disninuyendo su capacidad, haciendose necesario e-

fectuar l-impiezas costosas cada vez que se presente el- fenóneno.

Por l-o anterior reconendanos el uso de tomas de fondo para captar

el caudal.

327

CONCLUSIONES

Debido a la sirnplicidad del dlseño,cálculos' construcción y opera-

ción de las turbinas Michell-Banki, creenos que este tipo de turbi-

nas son las nás indicadas para ser utilizadas en las Micro y peque-

ñas centrales hidroeléctricas. Su bajo costo y de gran eficiencia

las hace las nás accequibl.es para operar en este rango de estaciones

generadoras de energía, donde los costos de diseño, cálculo construc-

ción y operación deben ser' para norna, míninos.

Las turbinas Michell-Banki' no requieren de una tecnología sofisti-

cada para su constucción, por ell-o se pueden construír en cualquier

taller necánico donde exista el- equipo nínino para l-a construcción

y reconstrucción de equipos nedianos' esto es: equipo de soldadura

eLéctrica o autogéna, torno paralelo de nediano volteo' prensa ne-

cánico y/o hidráulica, esneril' taladro, y herramientas nanuales.

Para el uso extensivo de turbinas Michel-L-Banki' es neceɡario aco-

gerse a 1a estandarización propuesta por la Organizaciín Latinoane-

ricana de 1a EnergíarrfOladerr, para proporcionar a1 usuario piezas

de recambio estandarízadas, 1o cual llevará a la divulgación y por

que no, a la comercialización de este tipo de turbinasr 10 que be-

328

neficiará a1 País Y a1 usuario'

E].usodeestacionesgeneradorasdeenergíadelta.mañoMicroype.

queña central hidroel-éctrica contribuye anplianente a la electrifí-

cación de1 campo Colonbiano' y es a su vez' una aLternativa de so-

lución al probleoa socioeconómico de 1a nigración del canpesinado

hacial-osgrandescentrourbanos,enbuscadeunasnejorescondicio-

nesdevida,yaqueenelcamposeveprivadodealcanzarydisfru-

tar de 1a conodidad que generan l-as nuevas tecnologías aplicables

a1 campo cuando se dispone de energía eléctrica'

329

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