Download - Central Hidráulica
Paredes Henry
FEBRERO 2013
Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde
el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son:
Una masa de agua situada a una
determinada altura posee una energía
potencial igual al producto de mgh
Que transforma en energía cinética al
dejarla caer libremente ½ mv2
La central hidroeléctrica, en definitiva, es
una instalación donde se aprovecha la
energía que se genera por medio del
movimiento del agua y se la transforma en
energía eléctrica.
Centrales fluyentes•Situadas en ríos con caudal constante
•No requieren formación de un embalse o es de
pequeña dimensión.
•La recogida de agua se hace directamente del
río y va hacia las turbinas.
Centrales con regulación son las que
están situadas en lugares donde es necesario
embalsar el agua y provocar un salto elevado de
la misma.
Otra clasificación según su estructura
•Centrales por desviación de las aguas
•Centrales de pie de presas
Pico hidroeléctrica = 0 Kw - 5Kw
Micro hidroeléctrica = 5Kw - 100Kw
Mini – hidroeléctrica = 100Kw – 10Mw
Hidroeléctrica = mayor a 10Mw
GENERACION DE ENERGIA HIDROELECTRICA
La energía hidroeléctrica es la energía obtenida mediante la conversión de
energía potencial y cinética del agua. La energía potencial de un volumen de
agua es el producto de su peso y la distancia vertical a la que puede caer:
PE= WZ Donde: PE= energía potencia W= peso total del agua
Z= distancia vertical a la que puede caer el agua.
La potencia es la tasa o rapidez con la cual se produce o utiliza la energía
1 caballo de potencia (hp) = 550lb.ft por segundo 1 kilowatt (kW) = 738lb.ft por
segundo 1 hp = 0,746Kw 1Kw = 1,341 hp
La potencia obtenida en un flujo de agua puede calcularse con:
Hp= ŋQwh / 550 = ŋQh/8,8 Kw = ŋQwh / 738 = ŋQh/11,8
Donde
kW= kilowatts hp = caballos de potencia Q = caudal, en ft3 / s
W= peso unitario del agua = 62,4 lb / ft3
h= carga hidráulica efectiva = diferencia total de elevación, menos perdidas de fricción y
turbulencia, en ft
ŋ = eficiencia de la turbina y del generador
En atención a que los saltos disponibles y caudales varían según las
condiciones geográficas existen diferentes tipos de turbinas que se
acomodan mejor a unas determinadas combinaciones de altura y caudal,
para obtener las mejores eficiencias
Turbina Pelton
grandes alturas
pequeños
caudales
Turbina Francis
Condiciones medias
de altura y caudal
Turbina Kaplan Pequeñas
alturas y grandes
caudales
La Presa
Se encarga de atajar el río y remansar las aguas.
Con estas construcciones se logra un determinado nivel del agua antes de
la contención, y otro nivel diferente después de la misma. Ese desnivel se
aprovecha para producir energía.
Los Aliviaderos
Los aliviaderos tienen como misión liberar parte del agua detenida sin
que esta pase por la sala de máquinas.
Se encuentran en la pared principal de la presa y pueden ser de fondo o de
superficie.
Tomas de agua
Las tomas permiten recoger el líquido para llevarlo hasta las máquinas
por medios de canales o tuberías.
Casa de máquinas: Es la construcción en donde se ubican las máquinas
(turbinas, alternadores, etc.) y los elementos de regulación y comando.
Turbinas Hidráulicas:
Hay tres tipos principales de turbinas hidráulicas:
La rueda Pelton.
La turbina Francis.
La de hélice o turbina Kaplan.
El tipo más conveniente dependerá en cada caso del salto de agua y de la
potencia de la turbina.
Generador: Donde se transforma en energía eléctrica.
Transformador: Convierte en corriente de alta tensión e intensidad baja
que es conducida por los cables de alta tensión.
Casa de Turbinas: Es la construcción en donde se ubican las máquinas
(turbinas, alternadores, etc.) y los elementos de regulación y comando.
Las compuertas: Se utilizan para cerrar las conducciones de agua (
canales - tuberías), así como para regular el caudal de agua en dichas
conducciones.
Accionamiento de las compuertas Para elevar una compuerta es
necesario un esfuerzo que ha de ser superior al peso propio de la
compuerta y a los rozamientos originados por la presión hidráulica;
solamente las compuertas de pequeñas dimensiones pueden accionarse
manualmente.
• Represa o Presa
• Turbina
• Generador
• Transformador
• Líneas eléctricas
• Válvulas y compuertas
• Rejas y limpia rejas
• Embalse
• Casa de turbinas
Esquema de una central hidroeléctrica. La letra F corresponde a la tubería forzada.
Tubería Forzada o canal: Una tubería forzada es la tubería que lleva el
agua a presión desde el canal o el embalse hasta la entrada de la
turbina.
ESTUDIOS DE SUELOEl reconocimiento geológico y los estudios de mecánica de suelos
deben abarcar muchas zonas distintas con diverso grado de intensidad.
Los puntos de mayor interés, son:
•Sitio de presa, eje de aliviadero y obra de toma. Los estudios en esta
zona tendrán por objetivos fundamentales la determinación del grado de
permeabilidad y de la resistencia de los materiales de fundación.
•Vaso de almacenamiento. Menos detallado que los anteriores,
permitirán establecer permeabilidades y estabilidad, riesgo de
derrumbe, etc.
•Zona de préstamo o de cantera. Se buscará establecer las
características de los materiales de construcción, los valúmenes
disponibles y su grado de homogeneidad y la ubicación del nivel
freático.
La topografía ideal en un sitio de embalse es una garganta
estrecha y un valle amplio, de poca pendiente, que proporcione un
vaso de almacenamiento de gran capacidad.
De esta forma se tendría un volumen máximo de
almacenamiento con una presa de altura y longitud mínimas, y por lo
tanto costos mínimos, ya que estos son función de las dimensiones
de la presa.
TOPOGRAFIA
CONDICIONES HIDROLÓGICAS
1. Determinación de los volúmenes de agua que entrarán al
embalse.
2. Calculo del volumen máximo de agua a descargar a través
de los aliviaderos, es decir, capacidad de los mismos.
3. Estimación de los requerimientos de agua en la zona y
por lo tanto del rendimiento mínimo que deberá
proporcionar el embalse.
4. Determinación de los volúmenes de sedimento que
llegarían al embalse.
5. Estimación de la magnitud, frecuencia y dirección del
viento y por lo tanto de la intensidad y altura del oleaje en
la superficie del embalse.
6. Determinación del régimen de lluvias, duración de las
épocas de invierno y estiaje y caudales máximos para las
obras de desviación del río.
Las ventajas :
• No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía,
constantemente repuesta por la naturaleza de manera gratuita.
• Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua.
• A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego, protección
contra las inundaciones, suministro de agua, caminos, navegación y aún
ornamentación del terreno y turismo.
Las desventajas:
• Los costos de capital por kilovatio instalado son con frecuencia muy altos.
• El emplazamiento, determinado por características naturales, puede estar lejos
del centro o centros de consumo y exigir la construcción de un sistema de
transmisión de electricidad, lo que significa un aumento de la inversión y en los
costos de mantenimiento y pérdida de energía.
• La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en
año.
Mini hidráulica o Mini centrales Hidroeléctricas es generación de energía
eléctrica a partir de pequeños saltos de agua, aprovechando la fuerza del agua
para mover una turbina y posteriormente un generador. La energía se suministra
a través de una red convencional y tiene la misma potencia que la energía de
las distribuidoras. La cantidad de usuarios a abastecer dependerá de la cantidad
de agua utilizable y la altura del salto.
