INGENIERIA DE LA ENERGIA HIDRAULICA Mg. Amancio Rojas Flores

I.- GENERALIDADES

RESEÑA HISTORICA Ya desde la antigüedad, se reconoció que el agua que fluye desde un nivel superior a otro inferior posee una determinada energía cinética susceptible de ser convertida en trabajo, como demuestran los miles de molinos que a lo largo de la historia fueron construyéndose a orillas de los ríos.

La energía hidráulica, es la energía que se obtiene por la fuerza del agua cuando esta cae desde cierta altura provocando el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas

Más recientemente, hace más de un siglo, se aprovecha la energía hidráulica para generar electricidad, y de hecho fue una de las primeras formas que se emplearon para producirla. El aprovechamiento de la energía potencial del agua para producir energía eléctrica utilizable, constituye en esencia la energía hidroeléctrica.

No existe consenso para definir la pequeña hidráulica, por ello se presenta dos clasificaciones de dos instituciones representativas en desarrollo energético

REGION

INSTITUCION

MICRO CENTRAL

MINI CENTRAL

PEQUEÑA CENTRAL

Mundial

ONUDI

< 100 kW

101-2000 kW

2000- 10000 kW

Latinoamericana

OLADE

< 50 kW

51- 500 kW

500-5000 Kw

Las minicentrales hidroeléctricas están condicionadas por las características del lugar de emplazamiento. La topografía del terreno influye en la obra civil y en la selección del tipo de máquina.

CENTRALES ELECTRICAS En un sentido muy amplio, por central productora de energía, entendemos toda instalación destinada a transformar energía potencial en trabajo. En base al tema en estudio las diferentes plantas productoras de energía se les nombran generalmente “centrales eléctricas” Tipos de centrales.Los tipos de centrales eléctricas, surgen en relación con las diversas materias primas utilizadas. Así tenemos como centrales de producción: centrales hidráulicas centrales térmicas centrales nucleares centrales mareomotrices centrales geotérmicas centrales eólicas centrales solares centrales hidrotérmicas

Clasificación de las centrales eléctricas.Según el servicio que presten, las podemos clasificar: Centrales de base Centrales de punta Centrales de reserva Centrales de socorro

Gráficos de cargas.Interpretamos por potencia o carga de una central, la potencia que ésta suministra o le es solicitada en un instante dado.

Por energía producida, designamos al cúmulo de potencia aportada al sistema de consumo durante un determinado número de unidades de tiempo; así se podrá calcular la energía suministrada por una instalación en una hora, un mes, un año, etc

Para una instalación concreta podemos diseñar gráficos de cargas diarios, mensuales, anuales etc

Diagrama de carga de industria a ciclo continuo

Diagrama de carga de industria manufacturera

Diagrama de carga de pequeño pueblo sin industrias

Diagrama de carga de una gran ciudad

La mayor o menor “bondad” de un diagrama de carga puede fácilmente expresarse numéricamente con un factor “ Fc “ que llamaremos factor de carga dado por la relación entre la energía producida efectivamente y la energía producible si la potencia máxima trabajara durante todo el periodo considerado es la potencia constante E necesaria para suministrar, Podemos entonces escribir : P = m horas durante las horas consideradas , la energía “ E ” resultante del diagrama, el factor de carga se puede definir también como la relación entre la potencia media y la potencia máxima.

E Fc = Pmáx x h FACTOR DE PLANTA

Pm Fc = Pmáx.

E FP = PI x h

Central hidroeléctrica

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

En estas centrales el agua, originalmente retenida o almacenada y posteriormente encauzada y controlada; y debido a la energía cinética desarrollada en su descenso, o a la energía de presión; acciona directamente las maquinas motrices que, en estas centrales, reciben el nombre de turbinas hidráulicas. Las centrales hidroeléctricas aprovechan el agua de una presa situada a un nivel más alto que la central para la producción de energía eléctrica. En donde el agua de la presa es llevada mediante una tubería hasta la sala de maquinas de la central donde se encuentran las turbinas hidráulicas.

Importancia de las Centrales Hidroeléctricas 1. Solución de problemas de costos crecientes y dificultades en el abastecimiento de combustible. 2. Tecnologías de fácil adaptación. 3. Reducido costo de operación. 4. Reducido costo y simplicidad de mantenimiento. 5. Larga vida útil. 6. Impacto ambiental reducido. 7. Reducción de emisiones de efecto invernadero. 8. Puede compatibilizarse el uso del agua para otros fines mejorando el esquema de inversiones.

Limitantes de las CHE´s 1. Requieren de elevadas inversiones unitarias por Kilovatio instalado. 2. Estudios costosos en relación a la inversión total. 3. Aplicación condicionada a la disponibilidad de recursos hidroenergeticos, generalmente retirados de los puntos de demanda. 4. La producción de energía metereológicas estacionales.

es

afectada

por

condiciones

5. Es necesario resolver eventuales contradicciones en las prioridades del uso del agua. 6. Su continuidad operativa depende de las características tecnológicas de las instalaciones, de una adecuada base económica productiva para el aprovechamiento de la energía generada y de adecuados esquemas institucionales para la administración, operación y mantenimiento.

CLASIFICACION DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

Según el discurrir del agua: 1. De agua fluyente 2. De derivación 3. De agua embalsada o de regulación 3.1 De bombeo Según el salto de agua: 1. De alta presión 2. De media presión 3. De baja presión

Esquema de Central Hidroeléctrica E. potencial

E. cinética TURBINA

PRESA

TUBERIA FORZADA E. mecánica ALTERNADOR

E. Eléctrica

Centrales de Agua Fluente Llamadas también de agua corriente, o de agua fluyente. Se construyen en los lugares en que la energía hidráulica debe ser utilizada en el instante en que se dispone de ella, para accionar las turbinas hidráulicas.

Centrales de derivación o filo de agua son aquellas instalaciones que mediante una obra de toma, captan una parte del caudal del río y lo conducen hacia la central para su aprovechamiento y después lo devuelven al cauce del río. Esta disposición es característica de las centrales medianas y pequeñas, en las que se utiliza una parte del caudal disponible en el río. Este tipo de centrales tiene un impacto mínimo al medio ambiente, porque al no bloquear el cauce del río, no inunda terrenos adyacentes.

Centrales de Agua Embalsada o de pie de presa : son los aprovechamientos hidroeléctricos que tienen la opción de almacenar las aportaciones de un río mediante un embalse. En estas centrales, se regulan los caudales de salida para utilizarlos cuando sea necesario. La utilización de presas tiene varios inconvenientes. Muchas veces se inundan terrenos fértiles y en ocasiones poblaciones que es preciso evacuar. La fauna acuática puede ser alterada si no se toman medidas que la protejan. Esta disposición es más característica de centrales medianas o grandes en donde el caudal aprovechado por las turbinas es proporcionalmente muy grande al caudal promedio anual disponible en el río.

Se alimenta del agua de grandes lagos o de pantanos artificiales (embalses), conseguidos mediante la construcción de presas.

Centrales de Agua Embalsada o de pie de presa :

Esquema de Central Hidroeléctrica de Bombeo E. potencial E. mecánica PRESA

TUBERIA FORZADA

MOTOR

BOMBA

E. cinética E. cinética TURBINA

TUBERIA FORZADA

E. mecánica

E. Eléctrica E. potencial

ALTERNADOR PRESA

DÍA E. Eléctrica

NOCHE

Beneficio: Energía día x P.V.P KW-h Día/ Energía noche x P.V.P KW-h Noche.

Centrales de Alta Presión Aquí se incluyen aquellas centrales en las que el salto hidráulico es superior a los 200 metros de altura. Los caudales desalojados son relativamente pequeños, 20 m3/s por máquina. Situadas en zonas de alta montaña, y aprovechan el agua de torrentes, por medio de conducciones de gran longitud. Utilizan turbinas Pelton y Francis Centrales de Media Presión: Aquellas que poseen saltos hidráulicos de entre 200-20 metros aproximadamente. Utilizan caudales de 200m3/s por turbina. En valles de media montaña, dependen de embalses. Las turbinas son Francis y Kaplan, y en ocasiones Pelton para saltos grandes.

Centrales de Baja Presión: Sus saltos hidráulicos son inferiores a 20 metros. Cada máquina se alimenta de un caudal que puede superar los 300m3/s. Las turbinas utilizadas son de tipo Francis y especialmente Kaplan.

Componentes de las centrales hidroeléctricas Embalse Presa y aliviaderos Tomas y deposito de carga Canales, túneles y galerías Tuberías forzadas Chimeneas de equilibrio

Turbinas hidráulicas Alternadores Transformadores Sistemas eléctricos de media, alta y muy alta tensión Sistemas eléctricos de baja tensión Sistema eléctrico de corriente continua Medios auxiliares Cuadros de control.

Componentes de una MCH