UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA • • APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS Tercera Práctica Domiciliaria – HH 425 G Tema : Dimensionamiento óptimos de ataguías y túnel para obra de derivación. : Ing. Roberto Flores Jiménez Profesor Estudiante : Isla Peláez, Erick R. 20020112 C • • - 28 de Octubre del 2006 – REFERENCIAS BIBLIOGÁFICAS ………………………………………………. VI. II. RESUMEN EJECUTIVO ……………………………………………………………….……………………. V.… VII.. OBJETIVOS …………………………………………………………... 1 2 3 3 3 4 4 4 5 6 ANÁLISIS DE RESULTADOS …………………………………………………………….………….………. APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS 1 .. IV.…………………. ANEXOS ………………………………………………………………. INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………. I. CRITERIOS DE DECISIÓN Y DISEÑO …………………………………………………. ALCANCES ………………………………………………………………………………….… III.…. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ………………………………………….UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA ÍNFORME DE LA TERCERA PRÁCTICA DOMICILIARIA ÍNDICE ÍNDICE ………………………………………………………………………………………. APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS 2 .149 Millones de dólares. bajo esta condición.0 m. es de 14. Considerando bordes libres de 1. El costo de ambas ataguías es de 2. es de aproximadamente 1. El diámetro del túnel aproximado. con un periodo de retorno de 40 años.60 m de altura y la ataguía aguas arriba de 16. De esta forma el costo estimado del túnel es de 4.80 m.UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA RESUMEN EJECUTIVO El caudal de derivación más adecuado para la ejecución de las obras de cabecera de la central hidroeléctrica en estudio. es de 1200 m3/s. El monto estimado por pérdidas y daños.50 m. y las recomendaciones anteriores. con el cual se realizaría la menor inversión.407 Millones de dólares. la ataguía aguas abajo sería de 8.363 Millones de dólares. III. el diámetro del túnel y las alturas de las ataguías. APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS 3 . como aguas abajo. un modelo adecuado para el desvío es el conformado por un túnel que rodea el área de trabajo. OBJETIVOS • • • Determinación del caudal de derivación económicamente atractivo y razonablemente seguro. Selección del diámetro económico de túnel. tanto aguas arriba. basado en un análisis de riesgos que involucre los costos de inversión y de probables pérdidas y daños. En el proceso de diseño está incluida la determinación del caudal de derivación. En el caso de que el cauce se trate de un valle. Estos valores se pueden deducir a través de análisis económicos que involucren costos y riesgos. Sin embargo.UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA I. II. INTRODUCCIÓN La construcción de las obras de cabecera de una central hidroeléctrica comúnmente requiere el desvío del curso de las aguas del río aprovechado. Estimación de las alturas de ataguías aguas abajo y aguas arriba. experiencia y responsabilidad. para poder contar con un área seca y propicia para la buena práctica constructiva. estos valores son solamente referenciales. ALCANCES El desarrollo de la tercera práctica domiciliaria comprende la determinación del caudal de derivación. de forma tal que esta configuración provea la alternativa más económica. Las labores también incluyen la selección del diámetro del túnel y determinación de las alturas de ataguía. y es facultad del ingeniero a cargo del estudio. la selección definitiva de los mencionados parámetros. y de ataguías que evitan el desborde de las aguas del río en el área de trabajo. basada en su criterio. V. Pero debido a la APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS 4 . desde el punto de vista económico. El incremento en el caudal de derivación determina mayores costos de inversión.90 m.489 Millones VI. mientras que las de aguas abajo sería de 8. y disminución en las dimensiones de las ataguías.50 m : US$ 4.80 m : US$ 1.60 m : US$ 0. CRITERIOS DE DECISIÓN Y DISEÑO • • • • El incremento en el periodo de retorno conlleva a un incremento en el caudal de diseño y una reducción en el factor de riesgo.363 Millones : 14.80 m. El caudal a derivar sería de 1300 m3/s. • Analizando con más detalle el resultado final se tiene que el tiempo de retorno óptimo. se recomienda diseñar al túnel con un diámetro de 14. es un tanto más seguro que valor arrojado por el tiempo de retorno óptimo.660 Millones : 16. El aumento del diámetro del túnel trae como consecuencia aumentos en el costo del mismo.UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA IV. es el correspondiente a una avenida de 40 años y un factor de riesgo de 0. Los costos se pueden observar con mayor detalle en el anexo que se adjunta en este informe.80 m. que si bien es cierto no es el más adecuado desde el punto de vista económico.096 : 1200 m3/s : US$ 1. Por lo dicho.096.407 Millones : 8. altura de ataguía aguas arriba de 17. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES • Para el diseño de las estructuras se recomienda optar por un tiempo de retorno de 50 años. ANÁLISIS DE RESULTADOS • • • • • • • • • • Periodo de retorno económico Factor de riesgo Caudal de derivación Costo de pérdidas y daño Diámetro óptimo del túnel Costo del túnel Altura de ataguía aguas abajo Costo de ataguía aguas abajo Altura de ataguía aguas arriba Costo de ataguía aguas arriba : 40 años : 0. La disminución del factor de riesgo conlleva a la disminución en los costos por pérdidas y daño. 039. las alternativas son seguras y razonables. Dirección General de Energía (DG XVII). Comisión Europea. • Cabe mencionar que sean 40 ó 100 los años del periodo de retorno.76% del costo total de la obra para un periodo de retorno de 40 años) que nos permita trabajar con un periodo de retorno de 100 años disminuyendo así el factor de riesgo notablemente a 0. APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS 5 . Bruselas. podría ser posible invertir una cantidad adicional de aproximadamente 456 mil dólares (5. Apuntes de clase. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS • • Manual de Pequeña Hidráulica: Cómo llevar a buen fin un proyecto de minicentral hidroeléctrica. La elección de dicho periodo de retorno con el que se desee trabajar dependerá sobre todo de la administración y luego del criterio del profesional responsable.UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA importancia del riesgo que pueda ocasionar la falla de la obra. 1998. VII. 00 m.1 INFORMACIÓN DE ENTRADA Características de la Obra Longitud del Túnel Tiempo de Construcción Borde Libre de Ataguías = = = 1000.00 (Darcy & Weissbach) Pérdidas Económicas Número letras apellido paterno (Io) Retraso de un año en la construcción Por daños y perjuicios aguas abajo = = = 4 4.00 1.00 años m.0 8. MEMORIA DE CÁLCULO A.50 1.5 9.023 0. (valor asumido) Características Hidráulicas Coeficiente de Fricción en Tubería Coeficiente de Entrada (KE) Coeficiente de Salida (KS) = = = 0. (TABLA Nº 3) Diámetro (m) 5 10 15 20 Costo (Millones US$) 1.0 Millones US$ 8. 4.5 Costo de Construcción del Túnel por Km.5 APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS 6 .6 7.0 Millones US$ Información Hidrológica (TABLA Nº 1) Periodo de Retorno (años) 10 20 50 100 200 Caudal (m /s) 800 1000 1300 1600 2000 3 Curva de Calibración Caudal – Nivel de Desfogue (TABLA Nº 2) Caudal (m /s) 500 1000 1500 2000 3 Nivel de Desfogue (m) 5.UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA ANEXOS A.5 4.1 2.0 7. 45 + 1. mostrado en la Figura 1.6 1.UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA Costos de Construcción de Ataguías.45 m. a este caudal le corresponde un Nivel de Desfogue ND35: ND −7 = 8.2 2. aguas arriba y abajo.3 0. cuyo valor se obtiene al interpolar los datos de la Tabla Nº 1: Q 35 − 1000 = 1300 − 1000 50 − 20 35 − 20 ⇒ Q 35 = 1150 m /s 3 Y.L.00 ⇒ H = 8. Q35. tendrá un valor de: H1 = ND 35 + BL = 7.0 3.0 Dique Aguas Abajo (Millones US$) 0.8 1.2 0.0 1500 − 1000 35 1150 − 1000 ⇒ ND 35 = 7. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN Se procede a elegir un determinado periodo de retorno.5 --- A.5 − 7. 1 1 D H 2 H1 D 1 NIVEL DE DESFOGUE (m) CAUDAL (m / s) SECCIÓN 1-1 3 FIGURA 1 APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS 7 .45 m Por lo tanto la altura H1 de la ataguía aguas abajo. Para este periodo de retorno le corresponde una máxima avenida. digamos de 35 años (TR = 35). según la Tabla Nº 2. (TABLA Nº 4) Altura Ataguía (Incluye B.2.) (m) 5 10 15 20 25 Dique Aguas Arriba (Millones US$) 0. 582 + 1.6 − 2.109 × 2.407 Millones US$ Costo por Daños y Perjuicios El Factor de Riesgo viene dado por: ⎛ 1⎞ FR = 1 − ⎜ 1 − ⎜ T ⎟ ⎟ ⎝ R ⎠ n = 1 − ⎜1 − ⎛ ⎝ ⎞ ⎟ 35 ⎠ 1 4 ⇒ FR = 0.645 + 1.471 ⎟ + ⎜ 0.5.10 ⇒ Costo Tubería = 4.645 Millones US$ Costo de Ataguía Aguas Arriba Interpolando de la Tabla Nº 4: Costo Ataguía − 1.471 ⎟ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ 2 × 9.45 .UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA Para el cálculo de la altura de la ataguía aguas arriba se deben asumir diferentes diámetros de tuberías hasta encontrar el diámetro óptimo del análisis Costo .582 = 2.0 .00 = 1.645 + 1.180 + 0.45 + ⎜ 0.4712 ⇒ H = 17.5 14 − 10 = 4.00 + 8.227 Millones US$ Retraso de una año en la Construcción = 4.109 Mientras que el Costo Total de Pérdidas Costo por Pérdida de Ataguías = 0.81 ⎟ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 7.0 ⇒ Costo Ataguía = 0.227 + 4.0 metros.390 m 2 COSTOS Costo del Túnel Interpolando de la Tabla Nº 3: Costo Tubería − 2.582 Millones US$ Costo Obras de Derivación = 4. 4 7 1 m /s Mientras que para el valor de la altura de la ataguía H2 aguas arriba será: H 2 = H1 + ∑ h f + ∑ hL = H1 + ⎜ K E ⎛ ⎜ ⎝ V ⎞ ⎛ ⎟ + ⎜KS ⎟ ⎜ 2g ⎠ ⎝ 2 V ⎞ ⎛ L ⎟ + ⎜f ⎟ ⎜ 2g ⎠ ⎝ D 2 V ⎞ ⎟ ⎟ 2g ⎠ 2 = 8.5 15 .5.558 = 7.5 × ⎛ ⎜ ⎝ 2 ⎞ 2 ⎞ ⎞ ⎛ ⎛ ⎟ + ⎜ 1.2 17.00 = 0.180 Millones US$ Costo de Ataguía Aguas Abajo Interpolando de la Tabla Nº 4: Costo Ataguía − 0.00 Millones US$ Costo debido a Pérdidas = 0.00 Millones US$ Costo daños aguas abajo = 8.0.1. Asumiendo un diámetro D igual a 14.0 × 7.0 .2 20 .15.81 14 2 × 9.39 .80 .180 + 0.Beneficio.3 8.965 Millones US$ APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS 8 .00 = 2.645 + 1.582 = 6.81 2 × 9.15 ⇒ Costo Ataguía = 1.30 10.023 × 1000 × 7.558 Millones US$ ( ) Costo Total Costo Total = 4. se tiene que la velocidad V en la tubería es: V = Q 35 ⎛ π×D ⎜ ⎜ 4 ⎝ 2 ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ = 4 × 1150 π × 14 2 ⇒ V = 7 . 180 4.276 Derivación 7.00 20.468 1.00 14.276 6.UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA En resumen se tiene: Tr = 35 D (m) 12.911 1.30 6.688 Daños 2.00 20.00 Túnel 3.746 8.558 1.500 Costos (Millones US$) Ataguías 3.340 4.056 2.00 15.188 Derivación 6.282 1.776 Daños 1.845 1.407 6.648 1.00 18.445 7.53 Diámetro Óptimo (m) Costo Derivación (millones US$) Costo Daños (millones US$) DIÁMETRO ÓPTIMO (Tr=35 años) 1 0 9 COSTOS (millones US$) 8 7 6 5 4 3 2 1 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 Costo Obras Derivación Túnel Ataguías 1 7 1 8 1 9 20 21 D (m ) Se repite el mismo proceso para diferentes periodos de retorno y diferentes diámetros obteniendo así las siguientes tablas: Tr = 25 D (m) 12.11 2.340 7.500 Costos (Millones US$) Ataguías 3.096 2.340 4.001 1.248 7.180 4.091 6.587 6.745 1.454 14.227 1.00 15.600 6.936 2.515 1.00 18.00 Túnel 3.600 6.41 1.00 14.60 6.406 1.340 7.08 APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS 9 .622 8.247 1.297 2.987 Diámetro Óptimo (m) Costo Derivación (millones US$) Costo Daños (millones US$) 14. 00 15.067 1.600 6.692 1.UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA DIÁMETRO ÓPTIMO (Tr = 25 años) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Ataguías Túnel Costo Obras Derivación COSTOS (millones US$) D (m) Tr = 30 D (m) 12.50 6.500 Costos (Millones US$) Ataguías 3.00 14.340 7.677 14.683 8.00 20.76 Diámetro Óptimo (m) Costo Derivación (millones US$) Costo Daños (millones US$) DIÁMETRO ÓPTIMO (Tr = 30 años) 10 9 COSTOS (millones US$) 8 7 6 5 4 3 2 1 11 13 15 D (m) 17 19 21 Ataguías Túnel Costo Obras Derivación APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS 10 .343 1.27 1.976 1.180 4.340 4.585 2.00 Túnel 3.925 6.726 Daños 1.226 Derivación 6.745 1.345 7.247 6.00 18.784 1.743 1. 301 2.540 6.393 1.UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA Tr = 40 D (m) 12.977 1.828 14.810 8.555 1.363 Diámetro Óptimo (m) Costo Derivación (millones US$) Costo Daños (millones US$) DIÁMETRO ÓPTIMO (Tr = 40 años) 10 9 COSTOS (millones US$) 8 7 6 5 4 3 2 1 11 13 15 Costo Obras Derivación Túnel Ataguías 17 19 21 D (m) Tr = 45 D (m) 12.00 Túnel 3.00 18.297 1.828 Daños 1.113 1.573 6.470 1.00 14.150 APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS 11 .75 6.213 1.180 4.00 20.00 Túnel 3.713 7.641 6.340 7.340 4.340 4.386 1.500 Costos (Millones US$) Ataguías 4.565 2.535 1.180 4.252 1.875 8.570 1.500 Costos (Millones US$) Ataguías 4.340 7.328 Derivación 7.00 18.600 6.00 14.020 6.00 15.00 15.346 1.284 14.600 6.577 7.222 Daños 1.680 2.745 6.164 1.705 1.328 Diámetro Óptimo (m) Costo Derivación (millones US$) Costo Daños (millones US$) Derivación 8.434 1.00 20. 800 6.936 14.00 18.412 6.600 6.072 2.941 8.145 1.325 1.853 7.852 1.00 20.253 1.043 DIÁMETRO ÓPTIMO (Tr = 50 años) 10 9 Costo Obras Derivación COSTOS (millones US$) 8 7 6 5 4 3 2 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Ataguías Túnel D (m) APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS 12 .113 Daños 1.00 Túnel 3.755 2.00 15.UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA DIÁMETRO ÓPTIMO (Tr = 45 años) 10 9 COSTOS (millones US$) 8 7 6 5 4 3 2 1 11 12 13 14 15 16 D (m) 17 18 19 20 21 Ataguías Túnel Costo Obras Derivación Tr = 50 D (m) 12.056 1.436 Derivación 8.106 1.935 6.00 14.340 4.601 1.180 4.500 Diámetro Óptimo (m) Costo Derivación (millones US$) Costo Daños (millones US$) Costos (Millones US$) Ataguías 5.340 7. 254 15.180 4.171 3.200 7.542 APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS 13 .245 2.00 18.00 20.500 Diámetro Óptimo (m) Costo Derivación (millones US$) Costo Daños (millones US$) Costos (Millones US$) Ataguías 7.00 Túnel 3.601 0.722 0.754 Derivación 11.358 9.711 DIÁMETRO ÓPTIMO (Tr = 75 años) 11 10 COSTOS (millones US$) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 11 12 13 14 15 16 D (m) 17 18 19 20 21 Ataguías Túnel Costo Obras Derivación Tr = 100 D (m) 12.00 15.340 7.600 6.798 Daños 0.340 4.00 20.845 8.149 9.00 Túnel 3.637 0.600 6.809 1.602 Derivación 9.018 1.00 14.552 0.681 4.535 0.340 4.180 4.00 14.00 15.587 Daños 0.670 7.447 2.021 8.00 18.340 7.775 0.768 0.808 0.330 3.696 1.627 7.102 14.787 0.500 Diámetro Óptimo (m) Costo Derivación (millones US$) Costo Daños (millones US$) Costos (Millones US$) Ataguías 6.500 7.296 8.UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA Tr = 75 D (m) 12.958 0.351 7. 190 8. Daños 2 1 20 30 40 50 60 70 Tr (años) 80 90 100 110 C. Derivación APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS 14 .53 1.222 1.587 Final 8.555 6.965 8.113 0.08 1.374 PERIODO ÓPTIMO DE DISEÑO 9 8 Costos Finales (Millones US$) 7 6 5 4 3 C.787 COSTOS (Millones US$) Derivación Daños 2.333 8.410 6.030 7. Total C.798 0.110 6.705 6.76 1.UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA DIÁMETRO ÓPTIMO (Tr = 100 años) 13 COSTOS (millones US$) 11 9 C o st o Ob r as D er i vaci ón 7 T únel 5 3 A t ag uí as 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 D (m ) TIEMPO DE RETORNO ÓPTIMO De las tablas anteriores se obtiene: Tr (años) 25 30 35 40 45 50 75 100 6.363 1.270 6.918 7.940 7.852 7.927 7.535 7. 918 APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS 15 .555 1. INFORMACIÓN DE SALIDA Los valores y costos más adecuados para el diseño son presentados a continuación: Tr QOPTIMO DOPTIMO H1 H2 = = = = = 40 1200 8.UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA A. COSTOS (Millones US$) Derivación Daños Total = = = 6. 3 14.50 m. 16.3.363 7.60 años m /s m.80 m.
Report "diseño de ataguias - aprovechamientos hidroelectricos"