Central Totorani

5/24/2018 Central Totorani

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE INGENIERA MECNICA

ELCTRICA, ELECTRNICA Y SISTEMAS

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERAMECNICA ELCTRICA

MICROCENTRAL HIDROELCTRICA TOTORANI

Alumnos:-Frank Rolexs, Cruz Yucra-Felix, Arcata Maquera

Docente: Angel Mario, Hurtado Chavez

5 de junio de 2012


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Indice

1. DESCRIPCIN. 11.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Datos Generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2.1. Poblacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.2. Ubicacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.3. Potencia til de la micro central hidroelctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2. ESTUDIO DE MERCADO 42.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.1.1. Estudio Demogrfico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.1.2. Nivel De Vida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.1.3. Actividades Econmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2. Anlisis De Consumo De Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2.1. Servicio De Alumbrado Pblico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2.2. Servicio Domstico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2.3. Servicio Comercial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2.4. Servicio De Cargas Especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2.5. Proyeccin Poblacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.3. Mercado Actual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.3.1. Clculo De La Demanda Mxima Actual Del Sector Domstico . . . . . . . 72.3.2. Clculo De La Demanda Mxima Del Sector Comercial . . . . . . . . . . . 8

2.3.3. Clculo De La Mxima Demanda Del Sector Alumbrado Pblico . . . . . . 82.3.4. Clculo de la demanda mxima de cargas especiales. . . . . . . . . . . . . . 82.3.5. Proyeccin de la demanda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3. ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL 103.1. Vegetacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.2. Fauna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.3. Estado de conservacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.4. Evaluacin De Impactos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.4.1. Aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.4.2. Suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.4.3. Agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.5. Medidas a tomar para disminuir los impactos ambientales . . . . . . . . . . . . . . . 13

II


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4. ESTUDIO HIDROLGICO 144.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.2. Trabajos de campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.2.1. Aforo Del Rio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.2.2. Calculo del salto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164.3. Calculo Del Caudal De Diseo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5. OBRAS CIVILES 195.1. Esquema de la ubicacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195.2. Diseo Del Bocatoma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

5.2.1. Toma De Agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195.2.2. Diseo del Desripiador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215.2.3. Diseo del Azud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225.2.4. Diseo del resalto o colchon amortiguador . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

5.3. Canal de conduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255.4. Diseo del Desarenador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265.4.1. longitud desarenador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265.4.2. Vertedero lateral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

5.5. Diseo De Cmara De Presin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275.6. Diseo de la tubera de presin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285.7. Calculo de las perdidas en la tubera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

5.7.1. Calculo de las perdidas primarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295.7.2. Calculo de las perdidas secundarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

5.8. Espesor de la tubera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

6. OBRAS ELECTROMECNICAS 326.1. Seleccin De La Turbina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

A. Tablas para las obras de conduccin 34

B. Tablas para diseo de tubera y turbina 38

C. Nomenclatura de las obras civiles 41


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CAPTULO

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DESCRIPCIN.

1.1. Introduccin

El rio totorani se encuentra en el centro poblado de totorani en el distrito de puno, provincia depuno departamento de puno, situado a una altitud que varia entre los 3915m.s.n.m que es el punto decada de la cascada del rio totorani, y 3955 m.s.n.m en el punto ms alto de la cada del agua, teniendo

como coordenadas geogrficas de 151859.99 de latitud Sur y 700659.99 longitud Oeste. En lazona prevista existen escasas viviendas con pobladores la mayora de ellos se dedican a la agricultura,en pequeas parcelas de tierra, asimismo desarrolla ganadera pero muy mnimamente, no cuentancon tecnologa para desarrollar su ganadera y agricultura. El acceso de la zona del proyecto se puederealizar desde la ciudad de puno. Se consigue utilizando la carretera Puno -Tikillaca , el viaje duraaproximadamente 45min tiene una distancia desde la ciudad de puno de 13Km, hasta el lugar de lacasacada, la va de acceso es pura trocha y no cuenta con mantenimiento.

El objetivo del proyecto es energizar el centro poblado rural de HUERTA HUARAYA, que seencuentra aproximadamente a 3Km de la ciudad de puno.

1.2. Datos Generales

Ubicacin Geogrfica

Zona de estudio:

Departamento Provincia Distrito Altitud media

puno puno puno 3930 m.s.n.m.Cuadro 1.1: Ubicacion geografica

1


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1.2. DATOS GENERALES 2

Latitud sur : 151859.99

Longitud oeste : 700659.99

Altitud de la toma de agua : 3955 m.s.n.m.

Altitud en la cada de la cascada : 3915 m.s.n.m.

1.2.1. Poblacin

En el centro poblado de HUERTA HUARAYA segn el censo realizado en 2007 los habitantesson

CENSO 2007:

Poblacin Total 149

N de Familias 122

Cuadro 1.2: Poblacion-Fuente INEI

1.2.2. Ubicacin

El rio Totorani se encuentra segn el mapa mostrado en la figura1.1

Figura 1.1: Ubicacin del rio Totorani segn carta nacional 32v-Puno

1.2.3. Potencia til de la micro central hidroelctrica

La potencia til que podr ser utilizada por los pobladores ser segn los datos obtenidos, toma-remos un caudal de diseo deQd = 0,35m3/sy una altura neta de 40m, el caudal de diseo tiene una


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1.2. DATOS GENERALES 3

frecuencia del 75 % segn el estudio hidrolgico; no se utilizo el caudal promedio del 50 %, debido aque en la zona no es factible la construccin de una represa, para garantizar dicho caudal. El caudalde diseo se garantizara con la construccin de un reservorio.

Segn la figura 1.2 la potencia til enK wvendra expresada segn la ecuacin 1.1 , el cual nosda una potencia til para nuestra micro central de70Kw

Figura 1.2: Eficiencias tpicas del sistema para una microcentral operando aplena carga

Putil = 5 Qd Hneta (1.1)


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CAPTULO

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ESTUDIO DE MERCADO

2.1. Generalidades

El centro poblado rural al que se pretende energizar es: HUERTA HUARAYA, situado a escasoskilmetros de la ciudad de puno, en el distrito de Puno, provincia de Puno y la regin de Puno. Lamayora de los moradores se dedican a la agricultura en pequeas parcelas de tierra, la ganadera

tambin es otra opcin, entre los cuales se dedican a la crianza de ovinos, porcinos y ganado vacunoen la mayora de los casos en las familias.

En cuanto a las vas de acceso solo se tiene mediante la carretera Puno-Juliaca totalmente asfalta-da, en cuanto al rio totorani, el acceso se da por la carretera que va al distrito de Tikillaca, la carreteraes trocha y se encuentra en psimas condiciones.

2.1.1. Estudio Demogrfico

Se ha realizado en base al nico censo de 2007 obtenido del INSTITUTO NACIONAL DE ES-TADSTICA E INFORMATICA, estos datos son del centro poblado rural HUERTA HUARAYA.

Ao Poblacin Viviendas particulares2007 149 122

Cuadro 2.1: Demografia con una Tasa de crecimiento poblacional 4 %

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2.2. ANLISIS DE CONSUMO DE POTENCIA 5

2.1.2. Nivel De Vida

Los servicios como: Educacin, Salud y Vivienda; en el centro poblado se cuenta con un centroeducativo de nivel primaria tambin cuenta con una posta medica; la mayora de las viviendas son de

barro, paja y el techo de totora, algunos de calamina.

2.1.3. Actividades Econmicas

Actividades agropecuariasEn el centro poblado de Huerta Huaraya, se dedican al cultivo detierra en pequeas parcelas produciendo papa, abas, cevada, etc. La mayora de los productoscultivados son para consumo propio.

Actividad pecuaria Al igual que las actividades agropecuarias, los pobladores cuentan conpoco ganado para la crianza, esto es destinado solo para el consumo propio.

Actividad industrialNo se desarrolla la industria en este centro poblado.

Actividad comercialLa actividad comercial es bsica (tiendas de abarrotes) aun no cuentancon un mercado.

flujos migratoriosLa poblacin del centro poblado de Huerta Huaraya tiende a migrar a laciudad de puno, esto es debido a que se encuentra a poca distancia de la ciudad.

2.2. Anlisis De Consumo De Potencia

La determinacin de la Demanda de Potencia Elctrica es analizada por los tipos de servicio enbase a los planteamientos empleados por la Direccin General de Electricidad y el Cdigo Nacionalde Electricidad Tomo IV. Estos servicios considerados son los siguientes:

2.2.1. Servicio De Alumbrado Pblico

Este consumo se determina en funcin de la longitud total de las calles del Centro Poblado ademsse considera el tipo de terreno (duro, arcilloso, etc); para este caso se usar:

Factor de demanda (fd) Factor de simultaneidad (fs)1 1

2.2.2. Servicio Domstico

La determinacin de la Demanda para este servicio se efectuar considerando que existe solo unacategora, es decir son familias de muy bajas condiciones de vida, vive a nivel de subsistencia, no

tiene salario, deficiente produccin agraria con pequeas extensiones de terreno o sin ellas, pocos sonlos que tiene ganado, pero aspiran tener alumbrado y energa para el funcionamiento de sus artefactosy salir de la crisis actual que los aqueja.


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2.3. MERCADO ACTUAL 7

Pf=P0(1 +i)20

Pf= 149(1 + 0,05)20

Pf= 395

2.3. Mercado Actual

2.3.1. Clculo De La Demanda Mxima Actual Del Sector Domstico

Para el clculo de la Demanda Mxima del Sector Domstico se considera que todos los usuarios

tienen las mismas posibilidades de consumo de Energa Elctrica.

Dmax.nodiv. =Pi fd (Kw)Dmax.=n Dmax.nodiv. fs (Kw)

Donde:

Dmax.nodiv.: Demanda Mxima no diversificada. (W att o Kw).

Pi: Potencia instalada.(W att o Kw).fd: Factor de Demanda.

fs: Factor de simultaneidad.

n: Numero de usuarios del sector Domstico.

Dmax.: Demanda Mxima del sector Domstico (W att o Kw).

Equipo Potencia instaladaPi(Watt)Alumbrado 100

Radio grabadora 75Total 175

Cuadro 2.3: Demanda sector domstico

N de Usuarios Potencia instaladaPi(Kw) fd fs Dmax.Nodiv.(Kw)110 0.175 0.8 0.6 0.14

Cuadro 2.4: Demanda Mxima Sector Domstico

Dmax. = 110 0,14 0,6Kw.Dmax. = 10,25Kw.


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2.3.2. Clculo De La Demanda Mxima Del Sector Comercial

La Demanda Mxima del Sector Comercial se calcula de la misma forma que el Sector Domstico.

Equipo Potencia instaladaPi(Watt)Alumbrado 200Radio grabadora 75Computadora 250Otros 75Total 600

Cuadro 2.5: Demanda Sector Comercial

N de Usuarios Potencia instaladaPi(Kw) fd fs Dmax.Nodiv.(Kw)12 0.6 0.6 1 0.36

Cuadro 2.6: Demanda Mxima Sector Comercial

Dmax.= 12 0,36 1Kw.Dmax.= 4,32Kw.

2.3.3. Clculo De La Mxima Demanda Del Sector Alumbrado Pblico

La poblacin cuenta con 20 unidades de Alumbrado Publico, cada unidad de Alumbrado Pblicoes de 0.4 Kw. La Demanda Mxima para el Sector Alumbrado Pblico ser:

Dmax.=n Pi fsKw.Dmax.= 20 0,4 1Kw.Dmax.= 8Kw.

2.3.4. Clculo de la demanda mxima de cargas especiales.

Para estimar la Demanda Mxima de Cargas Especiales, se considera que la mayora de los usua-rios de este sector tienen comportamiento similar a la demanda de los usuarios del Sector Domsticocon diferencia solo de alguna de ellas.

Para calcular la demanda mxima de cargas especiales se utiliza la siguiente expresin:

Dmax.

=Pi

fsKw.

Dmax.= 1,8 1Kw.Dmax.= 1,8Kw.


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Descripcin Potencia instaladaPi(Watt) fd fsMunicipalidad del Centro Poblado 400 1 1Escuela Primaria 500 1 1Iglesia Evanglica 200 1 1

Saln Comunal 200 1 1Otras Cargas 500 1 1TOTALPi 1800TOTALPi(Kw) 1.8

Cuadro 2.7: Demanda De Cargas Especiales

Sector N de Usua-rios

Dmax. Neta(Kw)

Perdidas5 % (Kw)

Dmax. Bru-ta(Kw)

HorasUtil/Ao(h)

Cosumo de Ener-gia/Ao (Kw-h)

Domstico 110 10.25 0.5125 10.7625 2920 31426.5

Comercial 12 4.32 0.216 4.536 3100 14061.6Alumbradopblico

20 8 0.4 8.4 4380 36792

Cargas es-peciales

5 1.8 0.09 1.89 2190 4139.1

TOTAL 147 24.37 1.22 25.59 86419.20PROMEDIO 3147.5

Cuadro 2.8: Cuadro De Resumen De Demandas Mximas

2.3.5. Proyeccin de la demanda

La proyeccin de la demanda se da con la tasa de crecimiento de la poblacin que tiene un ndicedel 5 % anual por lo tanto la demanda mxima bruta ser:

PDmax= 25,59 (1 + 0,05)20

PDmax= 67,89Kw


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CAPTULO

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ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL

El estudio de evaluacin de impacto ambiental en lo referente al componente bitico se centra endos componentes, la vegetacin y la fauna.

3.1. Vegetacin

La vegetacin del piso ecolgico puneo se desarrolla desde los 3100 hasta 4000 m de altitud,este pueblo tiene un clima seco, en la actualidad en las cercanas no existen viviendas. Este pueblo deTOTORANI es principalmente pajonal, las cuales alcanzan por la zonas tal predominio en el paisajeque pareciera imposible que alguna vez se hubieran asentado la vegetacin. En el rea de estudio seencuentran estos restos de vegetacin del piso.

Esta zona no posee de mayor Vegetacin ya que es una zona seca, donde mayormente se puedeobservar paja y algunas yerbas, plantas y escasos arboles, que cada uno de estos son un medio por elcual se alimentan algunos animales de la zona.

3.2. Fauna

La Fauna del pueblo de TOTORANI, presenta pocas especies, pero tambin bastantes especiesrestringidas a la provincia o distrito biogeogrfico. Particularmente en grupos como aves, roedores,anfibios y mariposas, por ejemplo:

Insectos, como Mariposas, Abejas, entre otras.

Reptiles, como lagartijas.

Anfibios, como sapos.

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3.3. ESTADO DE CONSERVACIN. 11

Figura 3.1: pajonal

Mamferos, es ms reducida, sobre todo a mayor altura. Cabe mencionar la presencia de nu-

merosos roedores de campo, como Conejos, Cuyes, Mofetas entre otras, as como especies decarnvoros como el zorro andino.

Aves que visitan los pocos rboles que hay, entre ellos son los Pjaros como tambin aves quea habitan en las pajas como es el caso del Perdiz y entre otras aves.

Cabe resaltar que los pobladores ms cercanos a la rivera se dedican a la crianza de camlidoscomo ovejas llamas y los vacunos entre los ms resaltantes, y algunas aves de corral

3.3. Estado de conservacin.

El estado de conservacin es relativamente bueno, sin embargo, el sobre pastoreo, principalmenteovino presiona fuertemente la vegetacin y por tanto a la fauna asociada, asimismo, algunos rbolescomo plantas, estn muy reducidos por ser las nicas fuentes naturales.

Otras especies de ven afectadas por la cacera, como las lagartijas que son empleadas para la

medicina tradicional, varias aves son perseguidas por su alto valor, mientras que la cacera deportivaafecta, aunque en menor medida a especies de perdices. La mayor amenaza para la fauna en esta zonaes la destruccin del hbitat a causa del uso sin reposicin de las especies vegetales, la ampliacin dela frontera agrcola y el crecimiento demogrfico.


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3.4. EVALUACIN DE IMPACTOS 12

3.4. Evaluacin De Impactos

Los factores ms afectados negativamente (-), son:

3.4.1. Aire

En la Fase de Operacin, la emisin de ruido ser ms elevada y continua. La contaminacin at-mosfrica del rea del Proyecto, por las actividades que se desarrollan principalmente en la Fase deConstruccin, se valoraran por la calidad del aire a travs de las concentraciones de gases de com-bustin (CO,S0x y N0x), y de material particulado (PTS). En la Fase de Construccin, la emisinde material particulado (polvo) se genera en las actividades de excavaciones, relleno y compactacinprincipalmente (fuentes fijas), y a estas se aaden las emisiones de los vehculos de transporte (demateriales, ferretera etc.), fuentes mviles. La emisin de ruidos, por el uso de herramientas, mo-

vimiento de personal y vehculos de transporte, durante las Fases de Ejecucin, Mantenimiento yAbandono. La generacin y difusin de gases de combustin como el C0.; N0x.; y S0x, debido alfuncionamiento de maquinaria, vehculos de transporte, en las Fases de Construccin, Mantenimientoy Abandono.

3.4.2. Suelo

Los atributos del factor suelo ms afectados negativamente (?) son: Erosin, compactacin y es-tabilidad, relacionados entre si y producto de acciones en la Fase de Construccin como ser exca-vaciones, relleno y compactacin. Principalmente en el caso de una disposicin final inadecuada dematerial excedentario en los buzones, u otras reas previamente identificados. Por el trnsito de equi-pos pesados, vehculos y materiales en reas frgiles. En la Fase de Mantenimiento, causaran impactosobre el suelo todas las actividades de mantenimiento (excavaciones, reparaciones); de igual maneraen la Fase de Abandono. La disposicin de residuos slidos industriales (restos de ferretera, enva-ses, embalajes, cartones, etc.) durante la Fase de Construccin y Mantenimiento Por otra parte, en laFase de Mantenimiento, el suelo, es objeto de un impacto temporal, de corta duracin y reversible.Estos impactos negativos se los califica como localizados, directos y en algunos casos permanentes(erosin, compactacin y estabilidad del suelo).

Paisajismo:El principal impacto visual que se observa es la presencia de la tubera forzada, y enlas obras civiles siendo la ms resaltante el reservorio con un rea aproximada de ses mil metroscuadrados, este impacto presenta un grado de intensidad medio, es irreversible, permanente enel tiempo y no presenta ningn tipo de sinergismo ni de acumulacin.

3.4.3. Agua

El agua solo ser utilizada en un tramo y se devolver a su cause normal por lo que no se tendrningn tipo de impacto, al respecto de este


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3.5. MEDIDAS A TOMAR PARA DISMINUIR LOS IMPACTOS AMBIENTALES 13

3.5. Medidas a tomar para disminuir los impactos ambientales

Mantener un orden y limpieza constante en la temporada de las construcciones, para as com-pactar el menor rea posible de la zona.

En la temporada de las construcciones aislar las especies animales de la zona.

Se debe dejar pasar un caudal constante en todo el ao en el cause del rio a partir del bocatoma,ya que se encuentra una catarata ros abajo, si se dejara sin agua este lugar, afectara visualmentela zona


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CAPTULO

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ESTUDIO HIDROLGICO

4.1. Introduccin

Para aprovechar de manera ptima el recurso hidroenergetico en las zonas aisladas se requiere deinformacin hidrolgica de la regin de estudio, que por lo general es escasa, asociada con cuencasrelativamente pequeas, donde la informacin es aun menor. De todas formas, el estudio hidrolgico

para estos casos puede simplificarse sin tener un elevado margen de error. En este sentido, el estudiohidrolgico debe realizar los siguientes trabajos:

Observaciones de los caudales de agua (caudal mximo, caudal mnimo, caudal medio y caudalde mayor permanencia).

Medicin de las velocidades de la corriente.

Determinacin de los caudales

Establecimiento de las relaciones entre niveles y los caudales.Observaciones sobre los cuerpos solidos (sedimentos) que son arrastrados por las corrientes.

Con base a esta informacin se construye la curva de duracin de caudales la curva de frecuencia yse determina el volumen de sedimentos.

4.2. Trabajos de campo

4.2.1. Aforo Del Rio

1. Calculo del rea de la seccin transversal: Para calcular el rea de la seccin transversal, serecomienda descomponerla en una serie de trapecios como muestra la figura 4.1

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4.2. TRABAJOS DE CAMPO 15

Figura 4.1: seccion trasversal del cause

Midiendo sus lados con ayuda de unas reglas graduadas, colocadas en la forma que indica la

figura, el rea de la seccin mojada del cauce vendr dada por la ecuacin:

S=bh1+ h2+ h3+ ...+ hn

n

2. Calculo de la velocidad media en la seccin transversal: Como la velocidad de la corrientevara horizontal y verticalmente, es necesario medir la velocidad en un determinado numero depuntos para poder obtener la velocidad media. A continuacin se describe una de las tcnicasutilizadas en el aforo del rio Totorani.

Con un flotador.

Se coloca un objeto flotante no muy ligero - por ejemplo un tapn de madera o una botellamedio vaca - en el centro de la corriente y se mide el tiempo t (en segundos) que necesitapara recorrer una longitud L (en metros). La velocidad superficial, en m/s, vendr dada por elcociente de la longitud L y el tiempo t. Para estimar la velocidad media habr que multiplicarla velocidad superficial por un coeficiente que vara entre 0,60 y 0,85, dependiendo de la pro-fundidad del curso de agua y de la rugosidad del fondo y paredes del cauce (0,75 es un valoraceptable). Tambien se puede observar en el cuadro 4.1.

Tipo de canal o arroyo Factor de correccinCanal de concreto, profundidad deagua mayor a 15cm.

0.8

Canal de tierra, profundidad deagua mayor a 15cm.

0.7

Arroyo, ros, riachuelos o canalesde tierra con profundidad de aguamayor a 15cm.

0.5

Arroyos, ros, riachuelos, con pro-

fundidades menores a 15cm.

0.5 a 0.25

Cuadro 4.1: Factores de correccin para encontrar velocidad media.


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4.3. CALCULO DEL CAUDAL DE DISEO 16

3. Datos Obtenidos De Aforo Del Rio Totorani: Realizando los respectivos clculos para cadaseccin transversal del rio Totorani , se calculo el rea promedio del rio Totorani la cual es:2,59m2

1ra seccin 0.17 0.23 0.18 0.45 0.33 02da seccin 0 0.26 0.4 0.22 0.1 03ra seccin 0 0.35 0.29 0.39 0.36 04ta seccin 0 0 0 0 0 05ta seccin 0.13 0.34 0.43 0.335 0.2 06ta seccin 0.07 0.25 0.04 0.29 0.2 0

Cuadro 4.2: Profundidad de las secciones trasversales (m)

El flotador se comporto, segn el cuadro4.3

tiempo (seg) Longitud recorrida Velocidad superficial49 14 0.285753 14 0.264244 14 0.318249 14 0.285762 14 0.225869 14 0.2029

Prom Vel 0.2637

Cuadro 4.3: Calculo dela velocidad promedio de la superficie del rio

As obtenindose la velocidad media y el caudal respectivamente que son:Vmed= 0,197m/syQ= 0,5133m3

4.2.2. Calculo del salto

El mtodo utilizado para estimar el salto neto, fue mediante el mtodo del GPS, en la parte masalta de la cada del agua, el GPS marco 3956msnm y en la parte baja del rio marco 3916msn, a lo que

la diferencia es de 40m y este ultimo vendra a ser el salto neto.

4.3. Calculo Del Caudal De Diseo

El presente proyecto tiene como finalidad de dotar de conocimientos al estudiante para poderdesenvolverse, y tener la idea de lo que constituye una construccin de una central hidroelctrica.

En este sentido los valores de la curva de caudales (hidrograma) fueron asumidos por el autor de

este proyecto, segn el comportamiento de la zona.

El diseo de la microcentral hidroelectrica ser con un reservorio, normalmente se construyeuna represa, usando un caudal promedio equivalente al 50 %, pero en este caso la zona no permite la


21/45


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Curva de caudales

Figura 4.2: Curva de caudales (hidrograma)

construccin de una represa. Por lo que se opto por la construccin de un reservorio con una capacidadde almacenaje de 300 milm3 usando un caudal con una frecuencia del 75 %.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

8 % 1 7% 2 5% 3 3% 4 2% 5 0% 5 8% 6 7% 7 5% 8 3% 9 2% 10 0%

Curva de caudales clasificados

Figura 4.3: Curva de caudales clasificados

Segn la figura 4.3 el caudal de diseo con una frecuencia del 75 % para una toma directa sinpresa seria:

Qd= 0,35m3/s

En la figura 4.4 se puede observar que, tomado como caudal de diseo 0.43 dejaramos una granparte de ao sin agua al cause del rio por lo cual se opto por usar el caudal con una frecuencia del

75 %, y optando por la construccin de un reservorio, con una capacidad de 300 milm3

.


22/45


Figura 4.4: Anlisis de caudales


23/45


24/45

5.2. DISEO DEL BOCATOMA 20

Camara DePresin

Bocatoma

Reservorio

Canal deconduccin

casa demaquinas

Figura 5.1: Esquema de ubicacin de las obras civiles

Donde:

s: coeficiente de correccin de sumersin

M: es un coeficiente

L: es el ancho del vertedero (longitud de la cresta)

H: es la carga sobre la cresta

s= 1,051 + 0,2(hnY2

)Z

H1

3

M=

0,407 +

0,045H

H+ Y1

1 + 0,285

H

H+ Y1

2

2g

Donde:

Z: es la diferencia de elevaciones de las superficies aguas arriba y debajo de la cresta

hn: es la elevacin de agua bajo el vertedero sobre la cresta

Y2: es la elevacin de la cresta sobre el fondo aguas abajo

Para el dimensionamiento de la toma de agua se eligen las siguientes medidas mostradas en elcuadro 5.2


25/45


Y1 1.0 m altura sobre el umbralH 0.3 m altura de aguaZ 0.1 m desnivel entre las superficies de aguaY2 1.2 m altura del desripiador

a

0.1 m ancho de los barrotesVe 1.0 m/s velocidad de entrada a los barrotesb 0.2 m separacin entre barrotesh 1.0 m altura de la ventana de toma de agua

Cuadro 5.2: medidas para el diseo

se calculan los siguientes valores:

hn= H Z= 0,2mh= Y2+hn= 1,4m

s= 0,75

M= 1,88

calculamos el ancho de la toma con la ecuacion 5.1 y luego hallamos B que es el ancho total dela reja de toma de agua:

L= 1,94m

n=

L

b = 10N=n 1 = 9B =L + N a = 2, 81m

se toma como velocidad media anual, la velocidad calculado en el aforoVr = 0,2m/s, con estevalor se determina el angulo

= arcos

VrVe

= 78,46

Es decir la pared de la toma de agua debe tener un Angulo de 11.54 o con la direccin del rio.

La altura del azud es igual a:

H =Y1+ H= 1,3m

5.2.2. Diseo del Desripiador

Segn el dimensionamiento de la toma de agua, se eligen las siguientes medidas.

hn= 0,1

H = 0,2


26/45


Y3= 1,0

Z = 0,1

Y2= 1,2

El caudal que debe verter a travs del rebosadero ubicado en el desripiador debe tener un ancho iguala:

b2= Q

sMH3/2 = 2,1m

La longitud del desripiador es aproximadamente igual a la longitud de una transicin y equivale a:

Ld= ((L b2)/2)tag(11,55) = 0,28m

La pendiente del canal del desripiador, la cual debe ser elevada para arrastrar piedras y otros elementosque han quedado, se determina de la siguiente forma.

jc=v2

n2

R4/3

Donde:

v: es la velocidad del agua

n: es el coefiente de rugosidad (n=0.025, para un fondo con piedras)

R: es el radio hidraulico

5.2.3. Diseo del Azud

H= 1,3m(estimado)

b= 9m(dato)

a. Calculo de la altura de carga:Empleando la formula de vertederos, que nos parece ms ade-cuada porque toma en consideracin la velocidad de acercamieto de las aguas del rio al azud.

Qmax=2

3(b2g h+

V2

2g 3

2

V2

2g 3

2

Donde:

Reemplazando valores obtenemos la altura de carga h = 0,25m:


27/45


Qmax: caudal maximo del rio ( mxima avenidam3/seg) 3.00: coeficiente del vertedero segn la forma de la cresta parael caso, perfil Creager

0.75

h: Altura de carga hidraulica o tirante de agua sobre la cresta

del vertedero (en metros)

??

V: Velocidad de acercamiento del rio (m/seg) 1.00b: Ancho del rio (m) 9.00g: gravedad (m/s2) 9.81

b. Calculo de la Velocidad del Agua sobre la cresta del Azud

V =

Qmax

A =

2

9 0,25=1

,35m

/s

c. Calculo de la Carga Energeticahey Clculo de las coordenadas del Azud.

he=h+V2

2g = 0,25 +

1,35

2 9,81= 0,34m

Con este valor calculamos las coordenadas del Azud, multiplicando las coordenadas del perfilCreager por 0.34

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90

PERFIL AZUD

he =

X Y

0.00 0.046

0.03 0.012

0.10 0.000

0.14 0.002

0.20 0.002

0.27 0.038

0.34 0.087

0.48 0.192

0.68 0.414

0.85 0.666

1.02 0.849

Figura 5.2: Perfil del Azud

5.2.4. Diseo del resalto o colchon amortiguador

h2= 0,45 QL

h1(5.2)

Donde :


28/45


QL: Caudal de agua sobre el azud, por metro lineal (m3/seg/m)

h2:Profundidad aguas abajo

h1: Profundidad o espesor de la lamina vertiente al pie del azud.

Para este clculo efectuamos tanteos suponiendo un h aproximado, en este caso suponemos h= 1,2m.

La velocidad de caida ser :

V1=

2gh =

2 9,81 1,2 = 4,85m/s

QL=A V

b =

3

9= 0,33(m3/s)/m

h1=QL

V

=0,33

4,85

= 0,07m

La altura total del aguaHesobre el lecho del rio aguas arriba es igual a he+ 0,50.

He= Hazud+ tagua+V2

2g == 1,34m

Por lo tanto, la profundidad del colchn ser:

hcolchon=He h h1= 0,07m

La profundidad de aguas abajo ser:

h2

= hcolchon+t= aguaabajo= 0,73m

de acuerdo a la formula 5.2:h2 = 0,57mcumple queh2 h2, por lo tanto no se requiere aumen-tar la profundidad.

Calculo de la longitud de la cuenca Schoklitsch:

L= 5(h2 h1) = 2,52m

1

h2

h1

1.02 2.52

Figura 5.3: Dimensiones del azud


29/45

5.3. CANAL DE CONDUCCIN 25

5.3. Canal de conduccin

Para, aspectos de calculo se asumi la distancia del canal, esto debido a que se necesita un estudiotopogrfico de la zona, los datos necesarios son los siguientes.

Caudal del canal (Q) 350 Litros/sLongitud total del canal (L) 600 m.

longitud de seccin trapezoidal (L1) 600 m.Tipo de revestimiento: Concreto 600 m.

Pendiente (S) 0.004 m/m

Seleccionamos la velocidad adecuada segn el cuadro A.2 que lo podemos ver en el apndice A;V = 1,5m/s, elegimos el ngulo del talud del canal segn el cuadro A.1 Z= 0,58; tambin elegimos

el coeficiente de rugosidadn = 0,02segn el cuadro A.3.

Con estos valores calculamos los siguientes parmetros utilizando las ecuaciones respectivas.

A=Q

V = 0,23m2

H=

A

2

(1 +Z2) Z= 0,37m

B =H(2

1 +Z2

2Z) = 0,42m

W =B + 2HZ= 0,85m

Donde:H:altura (m);B: Base (m);W: Base superior (m).

Luego con el cuadro A.5 calculamos el permetro mojado con un borde libre de 0,15m; P =1,27my un radio hidraulico deR= 0,18m, luego con la siguiente ecuacion calculamos la pendiente:

s=

nV2

R2/3

= 0,005m/m

con este valor calculamos la perdida por caida o disnivel HL= L sel cual es 2.91m.

0.15

0.85

0.37

0.58

0.42

Figura 5.4: Dimenciones del canal


30/45

5.4. DISEO DEL DESARENADOR 26

5.4. Diseo del Desarenador

5.4.1. longitud desarenador

La longitud total del desarenador se divide en tres partes: entrada (Le), decantacin (Ld) y salida(Ls). La parte central es el rea de decantacin, la longitud de decantacin y el ancho ( W) aparecenen la figura 5.5

Figura 5.5: Esquema de un desarenador

La profundidad del desarenador se divide en dos partes: decantacion (dd) y de recoleccion (dr) ;entre otros parametros utilizados tenemos la velocidad horizontal (VH); la velocidad de decantacionvertical (Vd); las formulas utilizadas para este diseo son:

Ld =VH

Vd dd f

W = Q

VHdd

dr =capacidad

W Ld

Los datos que usaremos son:Q = 0,35m3/seg; f = 2,0(factor de seguridad)dd = 0,6m(pro-fundidad de decantacin)Vd = 0,05m/s, y tambienVH= 0,2m/segcon estos valores obtenemos lo


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5.5. DISEO DE CMARA DE PRESIN 27

siguiente:

Ld= 4,80m

W = 2,92m

luego calculamos la capacidad del desarenador que es:41.87 m3

dr = 2,99m

Le= 1,2m

5.4.2. Vertedero lateral

Para calcular el vertedero lateral usaremos la siguiente formula del cual se despeja la longitud L:

Q= 0,952

3L

2gh

los datos que asumiremos son: Q = 0,35m3/seg(caudal a evacuar);h = 0,2m(tirante a evacuarpor la ventana) y= 0,55. con lo cual obtenemos L = 2,54m.

5.5. Diseo De Cmara De Presin

Figura 5.6: Nomenclatura de la camara

Para su dimensionamiento contamos con los siguientes datos


32/45

5.6. DISEO DE LA TUBERA DE PRESIN 28

caudal captado Qc= 0,45m3/scaudal de diseo Q= 0,35m3/saltura bruta Hc = 40,00maltura de la conduccin rectangular h1= 0,34m

ancho de la conduccin rectangular b1= 0,68mdimetro de la tubera D= 0,46mlongitud de la tubera L= 70,00m

Cuadro 5.3: Datos para el clculo de la cmara de presin

El dimetro se halla con la formula 5.3

D= 1,27 Q0,4268

(Hc+ 0,3Hc)

0,1423 (5.3)

Los datos que asumimos son los que se muestran en el cuadro 5.4

Altura que evita el ingreso de posibles sedimentos en la tuberia a1= 0,30mAltura equivalente al dimetro de la tuberia a2= 0,46mAltura para no generar cavitacion (0,5D < a3< 1,5D) a3= 0,46mAltura de seguridad para el efecto del golpe de ariete a4min= 0,3mAsumimos la altura de la camara de presion h2= 1,4mAsumimos la velocidad media en la camara (V2= (0,6< 1,0)m/s V2= 0,6m/sAltura del vertedero h

v= 0,25m

Cuadro 5.4: Datos asumidos para el clculo de la cmara de presin

Usando las siguientes formulas dimensionamos la cmara de carga:

b2= Q

V2 h2h2d=

Q

7b2

h2

h

2e=a1+ a2+ a3+ h2d L2= 0,304

QL

h2

HcD2

h2e= 0,25Q

b2

h2b=

3Qc

2 0,5

2g h3/4vh2c=h2+ h2e+a4

Reemplazando valores obtenemos los siguientes parmetros para el diseo las que se muestran enel cuadro 5.5

5.6. Diseo de la tubera de presinSe requiere dimensionar la tubera de presin, sus apoyos y los anclajes para este proyecto.


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5.7. CALCULO DE LAS PERDIDAS EN LA TUBERA 29

b2= 0,417 : Es el ancho del tanque de presin (m)h2d= 0,101 :Altura del agua en el tanque para el arranque (m)h2e= 1,326

h2e< h2 : Los valores tomados son correctos

L2= 1,030 : Longitud de la cmara de presin (m)h2e= 0,177 : Altura del nivel mximo (m)

bv = 2,438 : Ancho del vertedero(m)h2c= 1,877 : Altura de la cmara de presin (m)

Cuadro 5.5: valores obtenidos para el diseo

Para su dimensionamiento se conoce el perfil de la tubera mostrado en la figura 5.7, la cual fueaproximada con fines de calculo, ya que para ello se necesita un estudio topogrfico completo con el

cual no contamos.

Para que las perdidas sean menores se opta por escavar y rellenar, para que la pendiente sea lineal, como se muestra en la figura 5.7. Esta tiene una pendiente de -35.06 o, una longitud de 70m apro-ximadamente, y un diametro de 0.45m (18) esta es una tuberia comercial segun el cuadro B.2 delapendice B hallada con la ecuacion 5.3.

Adems se conoce el caudal de diseo que es de 0,35m3/sy una altura disponible de 40m, en elproyecto se considera el golpe de ariete como una sobrepresin equivalente a 30 % de la altura bruta,el material de la tubera es el acero.

5.7. Calculo de las perdidas en la tubera

Para hallar las perdidas en la tubera es necesario obtener la velocidad en la misma la cual es:

V = Q

( D2)2

= 2,201m/s

5.7.1. Calculo de las perdidas primariasla constanteKpara el acero es igual a: 1.15

hp =

LV2

D 2g

= 0,01

K

D

0,134

= 0,011

hp = 0,435m

5.7.2. Calculo de las perdidas secundarias

Las perdidas secundarias se presentaran en las rejillas con un coeficiente de perdida r = 0,8,tambin tenemos perdidas en la entrada con unE= 0,2, en caso de los codos, solo se requieren dos


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5.8. ESPESOR DE LA TUBERA 30

anclajes para variar la pendiente vertical en los puntosA2yA11y un anclaje para variar la pendientehorizontal antes de llegar a la casa de maquinas A1, y el resto sern apoyos para sostener la tuberapor lo que optamos por elegir los coeficientes para A1, k = 0,32es un codo de 90o paraA2y A11k = 0,215; se usaran 2 vlvulas tipo esfrica como mnimo conv = 0,2y por ultimo se tendrn dos

unidades que se instalaran bifurcaciones y el coeficiente de perdidas esrama = 0,48yramd = 0,33para el ramal a y d respectivamente.Se usara la siguiente ecuacin para hallar las perdidas secundarias:

hs= (r+E+ 2kA2,11 +kA1 + 2v+ rama+ ramd)

V2

2g

hs= 0,731m

Luego las perdidas totales son:

ht =hp+ hs= 1,16m

5.8. Espesor de la tubera

Se determina con la siguiente expresin

e=(H+ h

s)D

2t Kf

Donde:

Hes la cada bruta40m

hses la sobrepresin ejercida por el golpe de ariete 30 %(H)m

tes la tensin de traccin del material para el acero 1200kg/cm2

Kfes la eficiencia de las uniones y se toma 0,8

Con lo cual obtenemos e = 12mm


35/45

5.8. ESPESOR DE LA TUBERA 31

Figura 5.7: Perfil de la tubera de presin


36/45

CAPTULO

6

OBRAS ELECTROMECNICAS

6.1. Seleccin De La Turbina

Para seleccionar la turbina utilizamos el apndice B los cuadros B.1 y B.3. Del cual optamos porelegir una turbina tipo MICHEL-BANKI.

Calculamos la potencia de la turbina que tiene una eficiencia de 0.65 % una altura neta de H =35,924my un caudal deQ = 0,35m3/s.

PT =1000QH

102 = 80,12KW= 107,54HP

Y la potencia en los bornes del generador para una eficiencia del grupo generador tr = 0,8y laeficiencia del generador deG= 0,95

PE=PTtrG= 74,6KW

el generador tiene 4 pares de polos a una frecuencia de 60Hz entonces Nv = 900; hallamos elNs

Ns =Nv

PT

H1,25 = 106RP M

De lo cual sabemos que la leccion fue correcta el Ns se encuetra en los rangos de la turbinaMICHELL-BANKI.

32


37/45

Referencias bibliogrficas

2001, RAMIRO ORTIZ FLORES;Pequeas Centrales Hidroelctricas.

1995, INTERMEDIATE TECHNOLOGY DEVELOPMET GROUP, ITDG-PERU ; Ma-nual De Mini Y Microcentrales Hidrulicas.

1996, POTES MAURICIO, GARCES GUSTAVO;evaluacin econmica de la construccinde una pequea central hidroelctrica.

GUSTAVO GILL;centrales elctricas.

NSTOR GUTIRREZ FERNADEZ;Minicentral hidroelctrica .

33


38/45

APNDICE

A

Tablas para las obras de conduccin

MATERIAL TALUD(Z=Cotan )Arena 3.00Arena y Greda 2.00Greda 1.50Greda y Arcilla 1.00Arcilla 0.58Concreto 0.58

Cuadro A.1: Talud recomendado para canales de seccin transversal

MATERIAL Velocidad MximaMenos de 0.3 m de prof. Menos de 1.0 m de prof.

Arena 0.3 m/s 0.50 m/sGreda Arenosa 0.4 m/s 0.70 m/s

Greda 0.5 m/s 0.80 m/sGreda y Arcilla 0.6 m/s 0.90 m/sArcilla 0.8 m/s 2.00 m/sMampostera 1.5 m/s 2.00 m/sConcreto 1.5 m/s 2.00 m/s

Cuadro A.2: Velocidad Mxima del agua recomendado

34


39/45

35

CANALES DE TIERRA nArcilla 0.0130Material solido, suave 0.0167Arena con algo de arcilla o roca partida 0.0200Fondo de arena y grava, con lados empedrados 0.0213Grava fina de unos 10/20/30 mm 0.0222Grava Regular de unos 20/40/60 mm 0.0250Grava Gruesa de unos 50/100/150 mm 0.0286Greda en terrones. 0.0333Revestido con piedra 0.0370arena, Greda, Grava y hierbas 0.0455CANALES EN ROCARoca medianamente regular 0.0370Roca Regular 0.0455Roca muy irregular con muchas salientes 0.0588Mamposteria de piedra con cemento 0.0200Paredes de mamposteria con base de arena y grava 0.0213CANALES DE CONCRETOBuen Acabado con Cemento 0.0100Acabado con yeso o cemento suave con alto contenido de cemento 0.0118Concreto no enlucido 0.0149Concreto con superficie suave 0.0161Revestimiento de concreto irregular 0.0200superficie de concreto irregular 0.2000CANALES DE MADERATablas cepilladas y bien unidas 0.0111Tablas sin cepillar 0.0125Canales viejos de madeera 0.0149CURSOS NATURALES DE AGUALecho natural de rio con fondo solido, sin irregularidades 0.0244Lecho natural de rio con hiervas 0.0313lecho natuural de rio con piedras y irrgularidades 0.0333Torrente con piedras irregularidades grandes, lecho sedimentario 0.0385Torrente con piedra gruesas, con bastante sedimento 0.0500

Cuadro A.3: Coeficiente de rugosidad n

calidad del agua velocidades minimasCon sedimentos finos 0.3 m/sCon arena 0.5 m/s

Cuadro A.4: Velocidades mnimas recomendadas para evitar sedimentacin


40/45

36

Tipo de seccin transversal permetro mojado(P) BASE MAYOR(W)rectangular B+ 2H B

trapezoidal B+ 2H(1 +Z2

)0,5

B+ 2HZtriangular 2H(1 +Z2)0,5 2HZ

Cuadro A.5: Caractersticas de las secciones transversales

b

W

H

Z

B

Figura A.1: Nomenclatura

Figura A.2: Coeficiente de perdidas en la entrada de la tubera


41/45


42/45


43/45

39

Figura B.2: Tuberias comerciales


44/45

40

Figura B.3: caracteristicas de las turbinas


45/45

APNDICE

C

Nomenclatura de las obras civiles

41

Central Totorani

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