ZONA BOCATOMA CENTRAL HIDROELECTRICA

ZONA BOCATOMA CENTRAL HIDROELECTRICA

CENTRALES DEL LAJA AÑO PUESTA EN SERVICIO POTENCIA INSTALADA MW ENERGIA MEDIA ANUAL millones de kwh CAUDAL MAXIMO m 3/s CAUDAL MEDIO m 3/s CAIDA BRUTA m TURBINAS ADUCCION TUBERIAS m CENTRAL ABANICO CENTRAL EL TORO CENTRAL ANTUCO 1948 1973 1981 135 4 3 347 166 18 11 97 19 34,6 39,6 1 147 69 7 6 FRANCIS CANAL 7.1 m 4 PELTON TUNEL 9.87 m 6 37 c/u 1.446 c/u FRANCIS TUNELES 18.66 m CANALES 3.6 m 5 c/u

CONCEPTOS DE POTENCIA Y ENERGIA Para una turbina hidráulica la potencia P será: P = 8,5 Q Hn (kw) Q es el caudal en m3/s Hn es la altura neta de caída en m La energia E generada por una turbina será: E = P t (kwh) En que: t es el tiempo en horas que está generando En general, el caudal que puede llegar a una turbina no es siempre constante todo el tiempo y puede variar a lo largo del año. Se define como factor de planta f al cuociente entre la energía realmente generada por la turbina en un determinado tiempo y la energía que habría generado si hubiera funcionado en forma ininterrumpida ese mismo tiempo con el máximo caudal.

La Alternativa Corta incluye: Una bocatoma Un desarenador Un canal alimentador Una cámara de carga Una tubería en presión Una casa de máquinas con una unidad generadora Un canal de restitución. La Alternativa Larga incluye: Una bocatoma Un desarenador Un túnel de aducción Una chimenea de equilibrio Una tubería en presión Una casa de máquinas con dos unidades generadoras Dos canales de restitución.

DESCRIPCION BOCATOMA Barrera Bocatoma Desarenador partículas φ ADUCCION Tipo Longitud Geometría Caudal diseño Obras de arte ZONA DE CAIDA Control caída Longitud tubería Diámetro tubería Altura caída neta CASA DE MAQUINAS Tipo construcción Unidades generadoras Potencia instalada Generación media anual Factor de planta Restitución al río PRESUPUESTO US $ Costo kw instalado US$ ALTERNATIVA CORTA ALTERNATIVA LARGA Presa vertedora hormigón Cota 5, mm Presa vertedora RCC Cota 5 3 cm Canal revestido hormigón 75 m Trapecial 1 m base 4 m3/s atraviesos en canoa Túnel radier revestido 158 m Arco medio punto d = 3m 3 m3/s No hay Cámara de carga 18 metros 1,5 m 1 m Chimenea de equilibrio 645 metros 1,1 m 15 m Exterior 1 turbina Francis 34 kw 3.1 Gwh,78 Canal revestido 5.43.746 1.595 Exterior turbinas Francis 415 kw (3876) 3,7 Gwh,8 Canales revestidos 6.41.3 1.545

AÑO 6/61 61/6 6/63 63/64 64/65 65/66 66/67 67/68 68/69 69/7 7/71 71/7 7/73 73/74 74/75 75/76 76/77 77/78 78/79 79/8 8/81 81/8 8/83 83/84 84/85 85/86 86/87 87/88 88/89 89/9 9/91 91/9 9/93 93/94 94/95 95/96 96/97 97/98 98/99 99/ /1 1/ /3 3/4 4/5 5/6 promedio ABR 9,453 4,635,78 1,69 4,87 4,67 3,76,917 3,18 5,647 7,917 4,337,695 3,439,655 11,36,94 5,64,,15 5,845 3,7,4 4,449,644 9,845 6,684 5,87 3,77 5,337 1,56 4,476 4,981 8,88 4,6 4,35 4,841 8,886 1,74 1,54,843 5,497 5,44,373 13,8 1,4 5,19 MAY 5,781 4,861 3,15 5,13 9,894 3,935 16,96 13,89 7,86 8,664 8,77 5,149 1,115 7,554 8,716 6,784 4,94 4,96 11,639 17,3 13,86 1,68 13,711 5,498 6,874 15,8 8,159 4,35 3,19,37 7,15 7,41 6,86 9,65 19,434 14,871 3,99,33,14 6,15,716 9,318,94,937 1,371 14,331 8,535 JUN 7,4 19,831 5,98 14,16 7,596 17,661 19,88 5,85 4,86 11,48 1,31 4,9 13,787,9 5,588 13,16 15,331,473 7,74 6,717 9,494 14,3 9,195,889 4,64 13,48 9,634 1,37 6,473 9,318 17,643 3,689 5,31 1,764 31,36 19,13 3,71 9,381,637 6,336 13,554 9,634,18 6,69 18,197 7,61 11,58 JUL 6,99 9,568 3,95 11,574 4,946 9,4 1,79 8,635 9,517 16,579 15,18 18,185 1,981 5,694 6,3 9,487 6,37 14,34 17,519 6,615 5,55 7,466 1,79 6,377 4,997 1,688 7,57 11,4 1,871 5,487 3,43 5,946 3,331 5,19 3,17 1,58 3,1 15,493 5,195 7,74 9,43 9,318 7,537 4,74 9,879 5,73 9,195 AGO 4,691 5,79 1,763 5,6 9,71 9,1 4,344 8,87 5,99 11,41 8,86 14,38 1,435 7,796 5,4 5,598 3,4 6,1 5,317 1,7 1,437 5,66 11,483 4,78,196 5,538 4,14 3,965 7, 11,531 7,15 5,588 3,553 3,394 17,853 5,1 4,76 5,37 9,318 11,531 4,881 4,315 1,414 5,456 4,88 4,187 8, SEP 3,55 9,99 4, 4,83 4,989,955 3,53 6,47 3,683 8,174 7,335 7,394 4,58 3,13 3,434 5,587 3,466 5,379 7,43 5,431 4,93 5,788 6,947 3,891 3,755 4,1 3,389 5,387 3,13 3,58 4,56 7, 4,18 1,586 4,441 4,315 4,141 5,583 1,919 8,76 4,691,487 6,83 4,493 3,675 14,155 5,1 OCT 5,56 5,656 1,417,564,881 7,86 3,368 8,435 5,383 8,18,654 3,11 9,314 5,394 1,3 8,17 4,464 9,893 11,643 8,77,791,15 8,49 5,589 5,588,87,553 4,396 5,37,558 4,51 4,686 15,87 1,31 5,8,738 4,85 5,769 1,456 1,355 4,967 1,351 1,647 4,81 6,84 6,394 5,37 NOV 3,56,59,413 4,37 1,434 4,97 1,966 5,63 7,4 6,44,14 5,17 3,173 1,7 4,14 6,663 1,91 17,94 3,8 7,183 4,8,568 3,98 1,537 3,13 3,13 3,765,6 4,446,7,7,57 3,64,391 5,347 1,98 5,998 5,548 1,86 1,15 4,646,5 17,537 4,86,358 4,83 4,58 DIC,8 1,55 1,83 3,5 3,79 3,761 8,75 3,54 4,696,66 7,594 8,669,35,45,46 6,469 4,459,91 1,346 3,4 3,53,557,458 1,13 4,4,795 1,881 3,399 4,41 4,731,93 1,331 3,976 4,731 3,36,67,91 5,187 1,397,77 3,56 1,35,753 5,497,66 1,384 3,68 ENE 8,67 1,54 3,314,83,636 1,548 5,4 1,74 1,415 1,971 3,93,793 5,868 7,6,974 5,351,646 3,357,743,9 4,17,14,,187 1,616,41,189,83 3,594 1,671,437,614 1,995,991 3,94 1, 3,855 1,9 1,4,99 4,851 1,364 3,59,856 1,96 6,95,696 FEB,83,191,418 5,175 7,536 4,69 3,18 4,936 5,396 1,918 7,358 3,969 1,941,777 4,694 1,894 1,146 1,58,568 6,19 1,39,588 1,381 4,174 3,669 3,4,94,154 1,3 1,145 1,3 5,337,9,93,436 4,436 4,536,417 1,47 4,581 3,19 1,786 3,13,366,6,33,641 MAR,49,85,57 3,8,914 4,39 3,118 3,45 1,13 1,71 4,951,17 1,79,848,869,313 1,574 1,85 1,114 3,58,16 1,59 1,958 1,19 4,661 5,487,795 1,85 3,3,197,548,778 5,97 1,117 1,875 4,596,594 1,73,41 3,379 4,5 4,487 1,31,34 6,191 4,4,591 Qa 5,49 5,49 3,698 6,94 4,976 6,197 6,93 6,139 4,941 7,31 7,358 6,64 6,553 5,811 3,84 6,886 4,347 7,739 5,97 7,38 5,386 5,945 6,156 3,67 3,98 6,38 4,138 4,51 3,95 4,8 5,451 5,97 4,96 6,18 1,64 6,19 3,77 5,571,611 4,591 5,88 4,441 1,153 3,655 5,869 11,414 5,79

DETERMINACION DE POTENCIAS DE LAS ALTERNATIVAS Con los caudales elegidos a partir de la estadística calculada se procede a determinar las potencias respectivas. Aceptando la alturas de caída netas, indicadas en los proyectos de prefactibilidad, de 1 m para la alternativa corta y de 15 m para la alternativa larga, en el cuadro N 3 se indican las potencias de diseño aproximadas para los distintos caudales considerados. CAUDAL M3/seg 3, 4,5 5,5 ALTERNATIVA CORTA POTENCIA Kw.55 3.61 4.675 CUADRO N 3 ALTERNATIVA LARGA Potencia Kw 3.876 5.491 7.16

MATRIZ DE ENERGÍA PARA ALTERNATIVA CORTA Y Qd = 3 m 3/s AÑO 6/61 61/6 6/63 63/64 64/65 65/66 66/67 67/68 68/69 69/7 7/71 71/7 7/73 73/74 74/75 75/76 76/77 77/78 78/79 79/8 8/81 81/8 8/83 83/84 84/85 85/86 86/87 87/88 88/89 89/9 9/91 91/9 9/93 93/94 94/95 95/96 96/97 97/98 98/99 99/ /1 1/ /3 3/4 4/5 5/6 ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC ENE FEB MAR AÑO 1.77.98 1.61.33 1.574.97 1.789.51 1.38.794 964.69 975.473 16.419.759 1.669.673 896.5 1.476.85 1.14.446 1.64.983 18.68.779 1.61.57 1.785.417 1.713.6 1.95.587 1.81.796 877.713 1.666.876 1.713.6 19.176.785 1.88.678 979.175 1.713.6 1.39.65 1.3.37 1.713.6 1.75.37 1.785.11 1.11.59 1.713.6 1.491.63 894.77 1.713.6 19.438.37 1.66.775 1.46.18 1.95.79 1.81.463.16.986 1.678.549 1.3.41 1.713.6 1.515.761 1.765.99 1.713.6 1.75.37 1.584.964 1.649.314 1.86.787 1.18.56 1.8.56.119.4 1.41.87 1.93.337 1.586.18 1.81.167.716.59 1.64.656 835.94 1.93.89 1.713.6 16.667.589 1.81.817 1.46.97 1.71.93 1.799.475 1.175.714 1.673.381 995.349 18.81.918 1.841.317 1.141.314 19.81.631 1.5.3 85.91 15.173.34 1.315.75 1.713.6 19.9.55 1.41.65 18.31.65 1.74.481 1.571.48 1.617.4 1.353.551 1.478.394 1.6.63 19.51.35 1.47.14 1.554.361 1.39.598 789.1 1.38.191 19.541.177 1.767.86 94.766 1.383.57 1.713.6 17.66.8 1.617.964 1.388.77 1.1.947 1.713.6.736.18 1.319.671 1.55.545 1.713.6 19.491.616 1.614.9 1.189.813 15.839.641 1.384.38 1.77.593 18.15.973 1.183.478 19.91.678 1.471.71 1.617.396 1.4.3 1.56.787 1.389.35 17.975.155 1.36.94 1.835.938 1.541.381 754.63 1.611.61..369 1.381.315 1.713.6 1.756.756 19.845.671 1.61.794 19.988.994 97.464 778.777 1.463.154 1.669.71 16.14.95 1.185.564 19.91.764 1.731.79 1.1.917 1.713.6 17.755.6 1.3.38 1.713.6 19.865.98 1.474.48 815.677 1.93.951 18.316.98 779.44 1.354.465 1.613.819 1.174.37 91.8 786.851 883.737 784.3 1.531.17 13.63.3 93.994 857.37 743.79 1.439.81 1.713.6 16.947.97 1.739.933 1.717.839 1.713.6.6.573 1.5.31 854.81 1.531.56 781.33 86.577 1..315 17.83.8 1.74.9 1.713.6 89.836 1.114.356 1.451.986 1.857. 1.86.9 17.69.79 867.3 1.443.9 1.43.713 819.731 17.659.837 875.51 19.6.451 PROMEDIO ENERGIA ANUAL 19.174.89

1. MATRICES DE ENERGIA Las matrices de energía calculadas para ambas alternativas y sus respectivas potencias considerando todo el período hidrológico se incluyen en los cuadros incluidos en el anexo 3. El resumen de las matrices de energía se incluye en el cuadro N 4. Q POTENCIA DE DISEÑO KW ENERGIA MEDIA ANUAL kwh m3/s ALT. CORTA ALT. LARGA ALT. CORTA ALT. LARGA 3,.55 3.875 19.174.89 9.145.836 4,5 3.61 5.491 4.174.813 36.745.75 5,5 4.675 7.16 CUADRO N 4 7.34.534 41.56.65

SECCIONES BOCATOMA Y BARRERA C rejas compuertas R e hv O h hc D h1 N U P E Ñ e C M e L corte longitudinal e B vista C - C S E T barrera vertedora

ACTIVIDAD ANTECEDENTES PARA LA EXCAVACION DEL TUNEL TUNEL ADUCCION UNIDAD ROCAS TIPO 1 3 sección perforación Jumbo electrohidráulico brazos rendimiento cargador frontal a camión tolva 4 5 m 9 9 9 9 9 ml/hora/brazo 5 5 5 5 5 m3/min longitud perforación m 3, 3,,7, 1, avance por disparo m 3 3,5 1 volumen marina por disparo m3 7 7 3 18 9 sobreexcavación % 8 8 8 8 8 esponjamiento excavación % 6 6 6 6 6 volumen marina esponjada m3 47 47 39 31 16 Nº de perforaciones por disparo c/u 45 45 45 45 45 total metros perforación por ciclo m 144 144 11,5 99 54 Nº de horas efectivas de trabajo por día horas N de días de trabajo por mes días marcar la frente (laser) minutos 3 3 3 3 3 instalar equipos minutos 15 15 15 15 15 sondajes exploratorios minutos 3 5 9 perforación para disparo minutos 86 86 73 59 3 carguío y conexión disparo minutos 9 9 4 11 ventilación minutos 6 6 6 6 6 acuñamiento minutos 5 3 4 pernos, shotcrete minutos 1 3 4 6 8 marcos minutos 6 1 extracción marina minutos 49 49 44 39 3 varios ( aire, luz, filtraciones,etc.) minutos 11 1 13 14 15 TOTAL CICLO minutos 49 459 47 564 658 NUMERO DE CICLOS POR DIA ciclos,79,61,55,13 1,8 AVANCE DIARIO metros 8,38 7,84 6,36 4,6 1,8 AVANCE MENSUAL metros 184 17 14 94 4 CALCULO DEL CICLO Distribución porcentual por tipo de roca % 1 4 1 1 Longitud según tipo de roca m 15,8 431,6 863, 431,6 15,8.158, 1,17,5 6,17 4,61 5,38 19,83 Tiempor de construcción meses

SECCION TIPO DEL CANAL 1 talud natural 1. 1.5 m r 1m h 1 b e =.1 m

CAMARA DE CARGA ALTERNATIVA CORTA guías de compuertas tubo de aireación L h H E F S reja tubería D U E 7 M d D N

TUBERIA Dada la importancia del costo de la tubería en una central hidroeléctrica se requiere determinar su diámetro de modo que sea el más económico y que al mismo tiempo sea capaz de soportar la presión hidrostática de diseño más la sobre presión que se produce en un rechazo de carga. En relación a la sobrepresión máxima se acostumbra a definirla como un porcentaje de la presión hidrostática, aceptándose un 3% para un cierre lento, o sea, cuando el tiempo de cierre es mayor que el tiempo de ida y vuelta de la onda de presión. En la ecuación siguiente se expresa la relación entre la sobrepresión Δp y el tiempo de cierre tc. cierre lento l V p = t c En que l es la longitud de la tubería y V la velocidad del agua en ella.

El espesor de la tubería se verifica de dos modos: Resistencia a la presión interna. En este caso el espesor e de la tubería de diámetro D queda definido por la expresión: e = pd/σ en que σ es la tensión de diseño para el acero Criterio de rigidez o condición de transporte. Este criterio obedece a una fórmula empírica en que el diámetro queda definido por la expresión: e = (D + 4)/8 en mm Para el cálculo del diámetro de la tubería se elige el mayor de esos dos valores.

El diámetro económico se determina haciendo mínimo el costo de la tubería + la energía perdida. Las variables involucradas se indican a continuación. L = Longitud de tubería D = diametro de la tuberia e = Espesor constante de la tubería f = Factor de friction Darcy-Weisbach Va = Valor del kg de acero Q (Caudal) N = Horas de generación anual K = Valor del kwh i = interés del capital σa = tensión admisible acero He = altura de caída p = presión en la tubería pdis = presión hidrostática + 3% golpe de ariete γ = Peso especifico del acero

ALTERNATIVA CORTA pdis epresión Q D m3/s 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 3 3 3 3 3 m k/cm 1,5 13 1,6 13 1,7 13 1,8 13 1,9 13 1,3 13 1,4 13 1,5 13 1,6 13 1,7 13 1,1 13 1, 13 1,3 13 1,4 13 1,5 13 mm 5,4 5,78 6,14 6,5 6,86 4,69 5,6 5,4 5,78 6,14 3,97 4,33 4,69 5,6 5,4 ALTERNATIVA LARGA pdis epresión Q D m3/s 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 3 3 3 3 3 m k/cm 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1, 1,3 1,4 1,5 1,6 1, 1,1 1, 1,3 1,4 mm 7, 7,78 8,33 8,89 9,44 6,67 7, 7,78 8,33 8,89 5,56 6,11 6,67 7, 7,78 etrans. emáx L γ Va mm 5,75 6, 6,5 6,5 6,75 5,5 5,5 5,75 6, 6,5 4,75 5, 5,5 5,5 5,75 mm,58,6,63,65,69,53,55,58,6,63,48,5,53,55,58 m 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 k/m3 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 US$ 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, etrans. emáx L γ Va mm 5,5 5,5 5,75 6, 6,5 5, 5,5 5,5 5,75 6, 4,5 4,75 5, 5,5 5,5 mm,7,78,83,89,94,67,7,78,83,89,56,61,67,7,78 m 645 645 645 645 645 645 645 645 645 645 645 645 645 645 645 k/m3 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 7.85 US$ 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, i,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1 i Ctub f A U U /19,6 hf US$ 14.967 16.659 18.437.33.61 11.843 13.36 14.967 16.659 18.437 9.67 1.41 11.843 13.36 14.967,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1 m 1,77,1,7,54,83 1,33 1,54 1,77,1,7,95 1,13 1,33 1,54 1,77 m/s 3,11,74,4,16 1,94 3,,76,41,11 1,87 3,16,65,6 1,95 1,7 m,495,38,3,39,19,54,389,95,8,179,59,359,61,194,147 m,4,31,3,17,13,5,36,5,18,13,59,38,6,18,13 Ctub f A U U /19,6 hf Poten m/s 4,15 3,57 3,11,74,4 3,76 3,,76,41,11 3,8 3,16,65,6 1,95 m,877,65,495,38,3,71,54,389,95,8,745,59,359,61,194 m 4,35 3,,13 1,54 1,14 3,88,6 1,79 1,7,9 4,81,98 1,93 1,9,89 kw 3,4 14,4 99,45 7, 53,19 14,4 93,85 64,79 45,89 33,3 1,56 76,1 49,5 33,1,79 US$ m,1 8.99,1 1,33,1 95.15,1 1,54,1 19.33,1 1,77,1 14.36,1,1,1 14.394,1,7,1 69.954,1 1,13,1 8.99,1 1,33,1 95.15,1 1,54,1 19.33,1 1,77,1 14.36,1,1,1 48.579,1,79,1 58.781,1,95,1 69.954,1 1,13,1 8.99,1 1,33,1 95.15,1 1,54 Poten kw 19,74 14,9 1,56 7,93 6,5 18,6 1,86 9,11 6,59 4,87 15,1 9,77 6,55 4,5 3, N N Energla kwh 141.549 1.59 75.74 56.885 43.41 133.575 9.15 65.311 47.98 34.93 18.311 7.1 46.981 3.434.971 k Cen CT US$,75,75,75,75,75,75,75,75,75,75,75,75,75,75,75 US$ 1.616 7.688 5.678 4.66 3.56 1.18 6.916 4.898 3.547.6 8.13 5.58 3.54.433 1.73 US$ 5.583 4.347 4.115 4.569 5.877 1.861.78 19.865.6 1.57 17.19 15.669 15.367 15.794 16.69 Energla k Cen CT kwh 1.458.797 1.7.97 713.7 516.549 381.476 1.4.348 673.91 464.676 39.15 38.336 878.997 545.788 353.49 36.739 163.436 US$,75,75,75,75,75,75,75,75,75,75,75,75,75,75,75 US$ 19.41 75.53 53.495 38.741 8.611 75.36 5.48 34.851 4.683 17.875 65.95 4.934 6.494 17.755 1.58 US$ 191.58 17.747 16.798 163.14 169.4 145.8 13.58 13.66 133.986 14.38 114.54 99.715 96.448 99.854 17.473

De acuerdo a las tablas anteriores, se indican a continuación los diámetros económicos determinados. CAUDAL DE DISEÑO m3/s 5,5 4,5 3, ALTERNATIVA CORTA DIAMETRO (m) 1,7 1,5 1,3 ALTERNATIVA LARGA DIAMETRO (m) 1,5 1,4 1,

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