presentación nanohidro (1)

Ing. Roque Alexander Lpez Soriano

TECNOLOGA DE GENERACIN

NANO-HIDROELCTRICA Y SUS

APLICACIONES

Eficiencia Energtica y Energa

Renovable

C O N T E N I D O

Introduccin Objetivo General

Objetivos Especficos

Conceptos Bsicos

Situacin Actual en Honduras Demanda Nacional

Potencial Hidroelctrico

Turbinas

Conceptos generales de las turbinas

Partes de la turbina

Tipos de turbinas

Pelton, Nano-Pelton

Turgo, Nano-Turgo

Michell-Banki, Nano-Banki

Francis, Nano-Francis

Kaplan y de Hlice, Nano-Kaplan y de Hlice

Axial, Nano- Axial

Clasificacin de las turbinas segn su potencia y cada Eficiencia de las turbinas Que es un generador?

Generador Sncrono Generador Asncrono Caractersticas de los generadores Principios de funcionamiento del generador Calculo de potencia del recurso Concepto Sistemas Nano hidroelctricos conectados

a la red

Experiencia en Honduras en proyectos de Nano Hidroelctrica

Caso I Caso II

Mantenimiento preventivo de las Nano-Hidroelctricas

Clculo de potencia y consumo de energa elctrica

Tecnologa eficiente

INTRODUCCIN

Tecnologa Nano-hidroelctrica

Objetivo General

Entender el funcionamiento de la Tecnologa Nano-

hidroelctrica y sus aplicaciones prcticas, para la

solucin de necesidades bsicas de consumo de

energa elctrica.

Objetivos Especficos

Conocer el funcionamiento de la turbina y el generador.

Identificar los tipos de turbinas y generadores.

Calcular la potencia del recurso renovable.

Explicar el mantenimiento preventivo de las Nano-hidroelctricas. (caso especfico)

Calcular la potencia y consumo de energa elctrica.

Conceptos Bsicos

Potencia (kW)

Consumo de Energa Elctrica (kWh)

Caudal (m/s)

Diferencia de altura( H)

Recurso renovable

Generalidades Situacin Actual en Honduras


Fuente: ENEE

Demanda Nacional

Fuente: Divisin de Operacin/Elaboracin GAUREE 2

Demanda Nacional

Fuente: Divisin de Operacin/Elaboracin GAUREE

Potencial Hidroelctrico

Fuente: ENEE

Rango de Potencia (MW)

Potencial Identificado (MW)

0.25 5.00 67

5.00-30.00 1,349

> 30.00 3,575

Total 4,991

TURBINA

Conceptos Generales

Turbina: La turbina es el equipo en el cual se transforma la energa hidrulica

en mecnica; est acoplada directamente con el generador y en

conjunto atienden la demanda de energa elctrica.

Segn la forma como la turbina transforma la energa cintica en mecnica, pueden agruparse de la siguiente forma:

Conceptos Generales

Turbina de reaccin: El agua entra a presin y en los conductos mviles de rodete cambia de direccin y

aceleracin. En ella, la presin esttica disminuye entre la

entrada y la salida del rodete.

Turbina de accin: El agua entra sin presin(a presin atmosfrica) y cambia solamente de direccin ms no de

aceleracin. En ella, la presin esttica(independiente de la

velocidad) permanece constante entre la entrada y la salida

del rodete.

Conceptos Generales

En funcin del sentido en que se mueve el agua dentro

de las turbinas, stas se clasifican en:

Axiales: Cuando el agua va paralela al eje

Radiales: Si tienen su movimiento en la direccin del radio

Centrfuga: Cuando el agua va de adentro hacia fuera

Centrpeta: Cuando el agua va de afuera hacia dentro

Mixtas: Cuando el agua entra radialmente y sale axialmente.

Conceptos Generales

Por el modo de admisin se clasifican en:

Admisin total: Cuando el agua entra por todo el contorno del rodete

Admisin parcial: Cuando el agua entra por parte del rodete

Admisin interior: Cuando el agua se admite por el contorno interior del rodete (turbinas centrfugas)

Admisin exterior: Cuando el distribuidor est colocado en el contorno exterior (turbina centrpeta).

Conceptos Generales

Por la posicin del eje las turbinas se clasifican en:

De eje horizontal

De eje vertical.

Por la disposicin de la cmara, se clasifican en:

De cmara abierta(sin tubera de presin)

De cmara cerrada.(con tubera de presin)

Conceptos Generales

Adems, segn la cmara tambin se subdividen en:

De cmara cilndrica

De cmara espiral

De cmara cnica

De cmara esfrica.

Por el nmero de revoluciones relativos se subdividen en:

Normales

Rpidas

Extrarrpidas

Conceptos Generales

Por l nmero de revoluciones relativos se subdividen en:

De un solo rodete

De doble o gemelas.

La clasificacin principal de las turbinas diferencia las de

reaccin y las de accin.

TIPOS DE TURBINAS Partes de una turbina hidrulica

Los elementos fundamentales de una turbina hidrulica son los

siguientes:

El distribuidor

Es un elemento esttico que no posee velocidad angular y en l no se

produce el trabajo mecnico. Sus funciones son:

Acelerar el flujo al transformar total (turbinas de accin) o

parcialmente (turbinas de reaccin) la energa potencial del agua en

energa cintica y energa de presin.

Dirigir el agua hacia el rodete, siguiendo una direccin adecuada.

Acta como un rgano regulador de caudal.


El distribuidor adopta diferentes formas: puede ser de tipo inyector

en las turbinas de accin o de forma radial, semiaxial y axial en las

turbinas de reaccin.


Turbinas de reaccin Turbinas de accin 1. Entre la entrada y la salida existe una mayor

diferencia de presin.

1. En la entrada y la salida del agua en el rodete no hay

mucha diferencia de presin.

1. El agua posee, al atravesar, energa cintica y

energa de presin

1. El agua posee, al atravesar el rodete, slo

energa cintica

1. El agua llena completamente los espacios

entre los labes, quedando sometida a

presin., Por la curvatura de los labes y la

diferencia de presin entre la entrada y la

salida del agua, se origina un cambio de

magnitud de direccin en la velocidad, el cual

determina una reaccin del agua sobre los

labes. La componente normal del eje origina

el movimiento de rodete

1. El agua corre libremente sometida a la

presin atmosfrica a lo largo de la parte

cncava de los labes, sin llenar el espacio

entre stos. La velocidad del agua cambia de

direccin y no de magnitud (se prescinde del

rozamiento). Este cambio de direccin

ocasionado por el agua crea una reaccin

contra lo labes determinando su

componente normal al eje del movimiento del

rodete.

1. Como seal exterior puede notarse que el

rodete se encuentra en comunicacin con

aguas abajo por intermedio del tubo de

aspiracin

1. En las tuberas de accin no se instala el tubo

de aspiracin.

1. Se consigue el aprovechamiento del salto, en

parte por la presin del agua y su energa

cintica y, en parte, por el tubo de aspiracin

1. Se aprovecha slo el salto que existe entre el

nivel de agua de arriba y el rodete,

desperdicindose la altura desde ste hasta

aguas abajo, que suele representar un dbil

porcentaje del total, por emplearse slo la

turbina de accin en saltos altos


El rodete

Llamando tambin rotor de rueda, este elemento es el rgano fundamental de las turbinas hidrulicas. Consta, en esencia, de un

disco provisto de un sistema de labes, paletas o cucharas, el cual

est animado por cierta velocidad angular.

La transformacin de la energa hidrulica del salto en energa mecnica se produce en el rodete, mediante la aceleracin y

desviacin, o por la simple desviacin del flujo de agua a su paso

por lo labes.


Tubo de aspiracin

Este elemento, muy comn en la turbinas de reaccin, se usa en coacciones

en las turbina de accin, como las de tipo Michell-Banki, donde adopta la forma

cilndrica. Se instala a continuacin del rodete y, por lo general, tiene la forma

de un conducto divergente, puede ser recto o acodado, y cumple las siguientes

funciones:

Recupera la altura entre la salida del rodete y el nivel del canal de desage.

Recuperar una parte de la energa cintica correspondiente a la velocidad residual del agua en la salida del rodete, a partir de un diseo del tipo

difusor.

Carcaza

Este elemento tiene la funcin general de

cubrir y soportar las partes de la turbina.

En las turbinas Francis y Kaplan, por ejemplo,

tiene forma de espiral.

Turbina Pelton

Fue inventada por Lester A. Pelton (EE. UU., 1829 -1908)

patentada en 1880. Puede definirse como una turbina de

accin, de flujo tangencial y de admisin parcial. Opera de

forma eficiente en condiciones de grandes saltos y bajos

caudales y tambin en el caso de cargas parciales.

El proceso de flujo se realiza a presin atmosfrica. Se

emplea en pequeas y grandes centrales hidroelctricas.

Sus principales elementos son:

Turbina Pelton

Distribuidor:

Est constituido por uno o varios inyectores que pueden llegar a seis.

Un inyector consta por lo general de una tobera de seccin circular provista de una aguja de regulacin que

se mueve axialmente, variando as la seccin del flujo.

En el caso de que se requiera una operacin rpida para

dejar al rodete sin accin del chorro, se adiciona una

placa deflectora. De este modo, la aguja se cierra en un

tiempo ms largo, reduciendo as el golpe de ariete.

Turbina Pelton

Rodete:

Es de admisin parcial, lo cual depende del nmero de chorro o de inyectores. Consta de un disco provisto

de una serie de cucharas montadas en su periferia.

Las cucharas pueden estar empernadas al disco, unida por la soldadura o fundidas en una sola pieza con el

disco. La Turbina Pelton puede instalarse con el eje

horizontal con 1 o 2 inyectores, y con el eje vertical

con 3 a 6 inyectores.

Turbina Pelton

Nano-Turbina Pelton

Turbina Turgo

Esta turbina fue inventada por Eric Crewdson (Gran

Bretaa) y patentada en 1919. Posteriormente fue

perfeccionada por E. Jackson (Gran Bretaa) en 1936.

Puede definirse como una turbina de accin, de flujo axial

y de admisin parcial.

Turbina Turgo

Distribuidor: Consiste bsicamente en el inyector del tipo Pelton que

proyecta un chorro de agua inclinada respecto al plano del

rodete, en un cierto ngulo de 20 a 22.5.

Turbina Turgo

Rodete: Se asemeja a un medio rodete de la turbina Pelton, como

si a ste se le dividiera mediante un plano que pasa por las

aristas de las cuchara y es perpendicular al ejes. Es de

admisin parcial y puede instalarse con eje horizontal o

vertical. En general, se emplea en pequeas centrales.

Nano-Turbina Turgo

Turbina Michell-Banki

Esta turbina fue inventada por A.G. Michell (Australia) y

patentada en 1903. Posteriormente, entre 1917 y 1919 fue

estudiada por Donat Banki (Hungra) en la Universidad de

Budapest.

Se trata de una turbina de accin de flujo radial centrpeto-centrfugo de flujo transversal, de doble paso

y de admisin parcial. Sin embargo, recientes ensayos

han indicado que existe una pequea reaccin en el

primer paso, a causa de una presin ligeramente

superior a la atmosfrica, debido a la cercana del

inyector al rodete.


Distribuidor

Consiste en una tobera de seccin rectangular que abarca al rodete en cierto ngulo de admisin parcial.

Est dotado de una paleta directriz para la regulacin

del caudal.

Rodete

Tiene forma de tambor o cilindro y est compuesto por un par de discos, entre los cuales se fijan

perifricamente una cierta cantidad labes de perfil

circular y de simple curvatura. Por lo comn, los labes

se fijan a los discos mediante soldadura.

Nano-Turbina Michell-Banki

Turbina Francis

Esta turbina fue inventada en 1838 por Samuel Howd

(EE.UU.) posteriormente fue perfeccionada por James B.

Francis (Gran Bretaa, 1815-1892), hacia 1848 en los

Estados Unidos.

La turbina Francis Puede definirse como de reaccin, de flujo mixto centrpeto y de admisin total.

Turbina Francis

Distribuidor

Fue inventado por Fink (Alemania en 1860. Consta de una serie de labes de posicin variable y de perfil

aerodinmico, dispuesto conformando conductos

convergentes del tipo tobera. De este modo, el flujo del

agua se acelera y orienta hacia el rodete bajo diferentes

ngulos de inclinacin y permite una regulacin de

caudal. Los labes del distribuidor pueden ser operados

manual o automticamente mediante un regulador.

Turbina Francis

Rodete

Consta de una serie de labes fijos colocados entre un disco y una corona exterior; por lo general poseen doble

cobertura. El agua ingresa radialmente por la periferia

externa y abandona el rodete en direccin axial para

dirigirse hacia el tubo de aspiracin.

Turbina Francis

Tubo de aspiracin

Su forma bsica es la de un difusor. Puede ser de tipo recto o de tipo acodado. La adopcin de uno u otro de

estos tipos depender de la llamada altura de

aspiracin, cuyo valor se calcula con base en la teora

de la cavitacin.

Turbina Francis

Carcaza

Consiste en una cmara espiral que puede ser construida de fundicin o segmentos de plancha

soldada. Su funcin es dirigir el agua hacia el

distribuidor.

Turbina Francis

Nano-Turbina Francis

Turbina Kaplan y de Hlice

Esta turbina fue desarrollada por Victor Kaplan (Austria 1876-1934) en la Universidad de Burno

(Checoeslovaquia) y patentada en 1912.

La turbina Kaplan puede definirse como una turbina de flujo axial, de reaccin y admisin total.

La principal caracterstica de la turbina Kaplan es el rodete, el cual tiene labes de perfil de ala de avin

orientables mediante un mecanismo situado en el

interior del cubo.


El distribuidor es del tipo Fink, similar al de la turbina

Francis. Consta adems de una carcaza-espiral de

seccin circular o rectangular y de un tubo de aspiracin

del tipo recto o acodado, segn el requerimiento de la

altura de aspiracin.


Debido a los labes orientables del rotor, puede operar con muy buena eficiencia dentro de un amplio rango de

caudal.


La turbina de hlice:

Es una variante de la turbina Kaplan, pues posee un rodete

con los labes fijos. Con ello se abarata el rodete pero

decrece la eficiencia a cargas parciales por la imposibilidad

de contar con una doble regulacin como en la turbina

Kaplan convencional, cuyo rodete tiene labes orientables.

Turbina Axial

Esta turbina utiliza un rodete Kaplan con un distribuidor

Fink adaptado al flujo axial.

En lugar de la cmara-espiral posee una carcaza tronco-

cnica de seccin convergente en la direccin del flujo.

Turbina Axial

Nano-Turbina Axial

Clasificacin de las turbinas

segn su potencia y cada

Tipo Baja Media Alta

Nano H

Clasificacin de las turbinas segn su potencia y cada

POTENCIA

Tipo Potencia (kW)

Nano 1

Micro 1-50

Mini 50-500

Pequea 500-5000

EFICIENCIA DE LAS TURBINAS

El rendimiento se define como la relacin

entre la potencia mecnica transmitida al eje

de la turbina y la potencia hidrulica

correspondiente al caudal y salto nominales.

= (Pmec/Ph)

Trabajo en clase

Qu es un generador?

Qu es un generador?

El generador tiene como misin transformar

en energa elctrica la energa mecnica

suministrada por la turbina.

Generador Sincrono

Equipados con un sistema de excitacin asociado a un

regulador de tensin para que, antes de ser conectados a

la red, generen energa elctrica con el mismo voltaje,

frecuencia y ngulo de desfase que aquella, as como la

energa reactiva requerida por el sistema una vez

conectados.

Generador Asncrono

Simples motores de induccin con rotor en jaula

de ardilla, sin posibilidad de regulacin de

tensin, girando a una velocidad directamente

relacionada con la frecuencia de la red a la que

estn conectados.

Tecnologa Nanoturbina-generador Principios de funcionamiento

Velocidad de Sincronismo de los

Generadores

Conceptos Bsicos

Calculo de potencia del recurso

C

S

Q H


C La presin:

p=dxgxH d es la densidad del agua, igual a 1000kg/m

g es la aceleracin de la gravedad en m/s

H es la cada en metros

La potencia es igual a:

P=FxV F es fuerza

V es velocidad


C La Fuerza:

F=pxS S es la seccin

Sustituyendo la potencia es igual a:

P=dxgxHxSxV, Q=VxS

P=dxgxHxQ, d=1000kg/m, g=9.81m/s Entonces:

P=(10kg/m)(9.81m/s)(H(m))(Q(m/s),

como:J=Kgxm/s=newxm=wattxs, igual a :Kgxm/s=watt

P=9.8x10xHxQ (w)

P=9.8xHxQx (kW)

Ejercicio parte elctrica

Concepto de sistema de

generacin de energa

elctrica Nanohidroelectrico

conectado a la red elctrica

existente

Ley 70-2007 Energa Renovable

Reforma a la ley 70-2007

Sistema tpico conectado a la red

Experiencias en Honduras Aplicacin de Nano hidroelctricas

Comunidad de Los Lirios

Antecedentes

C 2006:

GAUREE 2 realiza visita preliminar a la comunidad de Los Lirios.

2007:

GAUREE 2 evala condiciones para desarrollar un proyecto de iluminacin y

potencia bsica para la vivienda rural.

2008:

GAUREE 2 reformula el proyecto, mejorando las obras, ampliando el nmero

de familias que sern beneficiadas y asociando un innovador modelo de

gestin para el sistema propuesto.

2009:

GAUREE 2 inicia acciones para materializar el proyecto y lo lleva a ejecucin

en forma conjunta con la Alcalda y la Comunidad.

5 km calle de

tierra en mal

estado 3 km calle de

tierra en regular

estado

5 km calle de material

granular en buen

estado

Escuela 05 de

Marzo El Guayabo, San Antonio de

Oriente

Los Lirios

Finca MASADA

Escuela Agrcola

Panamericana

Hacia Ginope

Hacia Danl

CROQUIS DE ACCESO Sistema Nano hidroelctrico de Los Lirios,

San Antonio de Oriente, Francisco Morazn.

N

La Experiencia Nanohidro de Los Lirios

El recorrido de

este tramo se

hace en 30

minutos aprox.

Nmero de Familias

Beneficiadas

C

Comunidad: Productores de granos bsicos (nivel de subsistencia)

Poblacin Meta: 22 Familias

Meta de Proyecto: 20 Familias

Asentamiento: Comunidad caracterizada como parte del sector Rural Disperso.

Infraestructura: Con letrinas, sin agua potable, sin atencin local de salud, sin acceso vial adecuado, sin asistencia social ni cooperacin tcnica, sin desarrollo de

capacidades locales, sin microempresas ni acceso a crdito.

TECNOLOGIA UTILIZADA

C Categora: Generacin Nano hidroelctrica ( 1 kW)

Tipo de Sistema: Aislado (generacin autnoma)

Demanda: 200 Watts (iluminacin + potencia bsica para la vivienda rural)

Alternativa: Nanohidroturbinas de Baja Cada

(1.50 Metros, 200 Watts y 500 Watts)

Voltaje: Generacin 240V, transformado a 120V

Caudal Requerido: 30 Litros/Segundo para Turbina 200 Watts 70 Litros/Segundo para Turbina 500 Watts

Distancia de Red: 150 Metros

INVERSIN

C COSTO DEL PROYECTO: 24,650.00 Total / 860.00 por Familia


C

Cal CONSTRUCCIN DE NANOEMBALSEot del

recurso

C


C

Comunidad El Ciruelo

C

Mantenimiento Preventivo de las

Nano-hidroelctricas

CALCULO DE POTENCIA Y CONSUMO Energa Elctrica

Consumidores del Sector Residencial

Aparatos Elctricos

Consumo en Kilowatt-Hora

(kWh)

Equivalentes en focos

incandescentes de 60w

Equivalentes en Lempiras/hora

(500 kWh/mes)

Aire acondicionado 12,000 BTU 1.59 27 3.78 5.46 Aire acondicionado 18,000 BTU 2.39 40 5.68 8.20 Aire acondicionado 36,000 BTU 4.77 80 11.35 16.37 Aire acondicionado 60,000 BTU 8.05 134 19.15 27.62

Ducha ( 110 v / 220 v ) 4.50 75 10.70 15.44 Estufa mediana 1.20 20 2.85 4.12 Estufa 2 hornillas 2.00 33 4.76 6.86 Estufa 4 hornillas sin horno 4.80 80 11.42 16.47 Estufa 4 hornillas con horno 12.00 200 28.54 41.18 Plancha comn 1.20 20 2.85 4.12 Cafetera 0.80 13 1.90 2.75 Licuadora 0.70 12 1.66 2.40 Tostadora 0.90 15 2.14 3.09 Secadora de pelo 1.50 25 3.57 5.15 Secadora de ropa 5.00 83 11.89 17.16

Consola Xbox videojuegos 0.19 3 0.44 0.64 Computadora escritorio 0.18 3 0.43 0.62 Computadora laptop 0.09 2 0.21 0.31 Impresora mediana 0.45 8 1.07 1.54

2 x 40w T12 fluorescente 0.09 1.50 0.21 0.31 2 x 32w T8 fluorescente 0.07 1.12 0.16 0.23 2 x 8w T8 LED 0.02 0.27 0.04 0.05 1 x 60w Incandescente 0.06 1.00 0.14 0.21 1 x 20w Fluorescente compacta 0.02 0.33 0.05 0.07 1 x 2w LED 0.002 0.03 0.00 0.01

TV Plasma 54 0.28 5 0.67 0.97 TV Plasma 42 0.11 2 0.26 0.38 TV LCD 52 0.19 3 0.45 0.66 TV LCD 32 0.09 1.42 0.20 0.29 TV LED 55 0.13 2.15 0.31 0.44

Tecnologa Eficiente

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCIN

Bibliografa

Ramiro Ortiz Flrez, Pequeas Centrales Hidroelctricas,Mc

Graw Hill.

Scott Davis, microhydro, Clean Power from Wather.

Proyecto GAUREE 2, Manual de mantenimiento preventivo

Nano hidroelctricas.

presentación nanohidro (1)

Documents