Enrique Chvez Paredes

CICLO 2013-II Mdulo: II

Unidad: 6 Semana: 7

FUENTES DE ENERGAS NUEVAS Y RENOVABLES

MICRO HIDROENERGA1. La Energa del agua.2. Caractersticas y principios3. Tipos de Centrales4. Elementos de una Central hidroelctrica5. Aplicaciones de la energa6. Cuanta energa se puede producir

1. LA ENERGA DEL AGUA Los antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energa del agua;

utilizaban ruedas hidrulicas para moler trigo. Pero la posibilidad deemplear esclavos y animales de carga retras su aplicacingeneralizada hasta el siglo XII.

Durante la edad media, las grandes ruedas hidrulicas de maderadesarrollaban una potencia mxima de cincuenta caballos.

A principios del siglo XIX, durante la Revolucin Industrial. Impuls lasindustrias textil y del cuero y los talleres de construccin de mquinas.

A mediados del XIX, ayudo al crecimiento de nuevas ciudadesindustriales en Europa y Amrica hasta la aparicin del carbn a bajoprecio.

La primera central hidroelctrica se construy en 1880 enNorthumberland, Gran Bretaa, debido al desarrollo del generadorelctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidrulica.

En 1920 las centrales hidroelctricas generaban ya una parteimportante de la produccin total de electricidad.

1. LA ENERGA DEL AGUA

2. PRINCIPIOS DE LA ENERGA DEL AGUACaractersticasLas pequeas centrales hidrulicas captan la energa cintica ypotencial del agua convirtindolas en energa elctrica.El aprovechamiento de los recursos hidrulicos proporciona una energaelctrica barata, limpia y fiable. Por otra parte, el impactomedioambiental de las mini centrales hidroelctricas es mnimo si sebusca su integracin con el entorno.La energa del agua es una manifestacin ms de la energa solar, el soles el causante del ciclo hidrolgico del agua.El agua fluye entonces desde los lugares de mayor altura hacia laszonas bajas, la energa del agua en su descenso es captada por lascentrales mini hidrulicas y convertida en energa elctrica.

2. PRINCIPIOS DE LA ENERGA DEL AGUA

CaractersticasLa energa aprovechable depende de dos factores:

La altura de cada del agua El volumen de agua que circula en

m3/segundo.

2. PRINCIPIOS DE LA ENERGA DEL AGUA

3. TIPOS DE CENTRALES

La clasificacin bsica se hace atendiendo a dos parmetros:

a)Potencia instaladab)Forma de aprovechar el aguaSegn la potencia instalada

Pico centralesMicro centrales, con potencias inferiores a 100kW.Mini centrales, con potencias entre 100 kW y 10MW.Centrales, con potencias superiores a 10 MW.

3. TIPOS DE CENTRALESSegn la forma en que aprovechan el agua Centrales de agua fluyente, son instalaciones que mediante un azud y

una obra de toma en el cauce del ro derivan una porcin de agua que esdevuelta al mismo tras ser turbinada.

Centrales directamente situadas en el mismo cauce del ro queaumentan el salto de agua mediante un azud. En ninguno de los doscasos existe la posibilidad de regular el caudal turbinado siendo stedependiente del caudal del ro.

Centrales de embalse, son la que utilizan lagos o embalses artificialesen los que se acumula el agua que posteriormente ser turbinada por lacentral, situada en el pie de la presa, en funcin de las necesidadesenergticas.

Centrales Mixtas, son centrales que disponen de una pequea presaque cierra una garganta estrecha permitiendo aumentar la altura del saltosin inundar grandes superficies. El edificio de la central se halla situadolejos de la presa y recibe el agua de igual forma que lo hace una centralde tipo fluyente.

3. TIPOS DE CENTRALESLa Central Hidroelctrica del Mantaro es la ms grande e importantedel Per. Esta majestuosa obra est ubicada en el distrito deColcabamba, provincia de Tayacaja.

Produce 798 MW, con unacada neta de 748 m conturbinas Pelton y representaaproximadamente el 40% de laenerga del pas y alimenta al70% de la industria nacionalque est concentrada en Lima.Con el aprovechamiento de lasaguas turbinadas provenientesde la central, se obtienen 210MW adicionales, con los quese completan 1008 MW entodo el complejo.

4. ELEMENTOS DE UNA CENTRAL

La clasificacin se realizabsicamente en dosgrupos:

Obra civil. Equipamiento

electromecnico

4. ELEMENTOS DE UNA CENTRAL

Obra Civil Azud, se trata de un muro transversal al cauce del ro con el que se

consigue un remanso y una pequea elevacin del nivel del agua. Obra de toma, se trata de un ensanchamiento junto al azud de

derivacin que permite desviar el volumen de agua necesario hacia elcanal o hacia la cmara de carga.

Canal, es una conduccin a cielo abierto que lleva el agua desde laobra de toma hasta la Cmara de carga.

Cmara de carga, es un pequeo depsito de donde parte la tubera,su misin es evitar que entre aire en la tubera.

Tubera, es un conducto por el que el agua circula a presin hacia laturbina, debe soportar altas presiones y se hace de acero o de PVC.

Edificio, es la casa de mquinas en la que se instala el equipamientoelectromecnico para que se encuentre protegido.

4. ELEMENTOS DE UNA CENTRALEquipamiento electromecnico Turbina hidrulica, es una mquina rotativa que impulsada por el

agua procedente de la tubera, convierte la energa que sta lleva enenerga mecnica de rotacin.

Multiplicador, dado que el generador es ms barato cuanto msrpido sea, se utiliza un multiplicador. El multiplicador es una caja deengranajes que adecua la velocidad de la turbina a la velocidad delgenerador.

Generador, es una mquina elctrica que transforma la energamecnica producida por la turbina en energa elctrica.

Transformador, es una mquina elctrica que recibe la energa delgenerador y la adecua a las caractersticas de la red de transporte.

Red de transporte, es la encargada de transmitir la energa elctricadesde la central hidroelctrica hasta la red de la compaa a la que sevende.

4. ELEMENTOS DE UNA CENTRAL

Turbina hidrulica Es una mquina rotativa que impulsada por el agua procedente

de la tubera, convierte la energa que sta lleva en energamecnica de rotacin.

Est formada por una rueda en la que se disponen unos labes,cangilones o palas. El agua se dirige hacia estos elementos,mediante un dispositivo mvil que permite controlar el caudalturbinado, adaptando de esta forma la potencia.

Segn como aprovechan la energa del agua se distinguen dosgrupos de turbinas:

Turbinas de accin. Turbinas de reaccin

4. ELEMENTOS DE UNA CENTRALTurbina de accin, en las que el agua golpea a la parte mvil de laturbina produciendo su giro. Dentro de stas estn las turbinas Pelton,Turgo y Ossberger

4. ELEMENTOS DE UNA CENTRAL

Turbina de reaccin,que funcionanaprovechando ladiferencia de presindel agua cuando pasapor ellas.Aqu se sitan lasturbinas Francis,Hlice, Semikaplan yKaplan.

4. ELEMENTOS DE UNA CENTRALEquipamiento electromecnico

5. APLICACIONES DE LA MICRO HIDROENERGA Sistemas conectados a red, son los ms habituales, y los

ms aconsejables cuando nuestra empresa se halle conectada a lared elctrica. De esta forma, la instalacin ser ms sencilla ybarata.

Sistemas aislados, en los casos en que la instalacin seencuentre alejada de la red elctrica, y el coste de su instalacin seaexcesivo, la energa generada nos permitir alimentar a la planta deproduccin, la granja o cualquier otro proceso productivo.En este caso, para mantener la tensin producida dentro de lascaractersticas deseadas, se requiere instalar un reguladorelectrnico que conecte o desconecte una carga secundaria dondedisipar la energa sobrante. Esta carga puede ser unas resistenciaso una bateras de CC donde la energa quedar almacenada.De esta forma se consigue una energa de una elevada calidad quepermite independizar la instalacin de la empresa de la redelctrica.

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGALa energa que se puede generar en un salto de agua vendr dado porel producto de la potencia del mismo y el tiempo que est funcionando.La potencia de un salto de agua se obtiene de una ecuacin muysencilla:

De lo anterior se deduce que es fundamental medir adecuadamente elsalto y el caudal.

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGA

Cmo mido el salto?La medida del salto bruto no es tareasencilla y depende mucho del nivelde potencia y de las caractersticasorogrficas del terreno.Se puede partir, como idea inicial, delas curvas de nivel obtenidas en losmapas, aunque lo mejor y ms fiablees realizar un levantamientotopogrfico.En los casos de poco desnivel y enterreno fcilmente accesible,mediante una regla graduada, unatabla y un nivel, se puede medir elsalto bruto.

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGA

Cmo mido el caudal? Conocer el caudal es crtico para la viabilidad de la central, cuantos

ms datos se disponga mejor. Dirigirse a Estaciones Hidrogrficas, cercana al punto del

aprovechamiento. En caso de no disponer de la informacin ser necesario medir el

caudal. Para la medida del caudal existen mltiples mtodos, cadauno adecuado a la orografa y volumen de agua que discurre.

Los mtodos ms sencillos son:

Mtodo del llenado de un depsito Mtodo del flotador Mtodo del vertedero

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGAMtodo del llenado de un depsitoEn arroyos pequeos con menos de 20 l/seg, se desva el agua medianteuna canaleta hacia un depsito de capacidad conocida y se cronometrael tiempo que tarda en llenarse. El caudal se obtiene de la siguienteoperacin.

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGAMtodo del flotadorEn los casos en que el nivel del agua tenga la profundidad suficiente y lavelocidad del agua no sea excesiva, este mtodo permite unos resultadosbastante aproximados.

En primer lugar debe buscarse untramo de unos 10 m de longitud enel que la seccin sea lo msconstante posible y medirla.

A continuacin se coloca unflotador en el centro de la corrientey se mide el tiempo que tarda enrecorrer los 10 metros.

El caudal se obtiene de:

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGAMtodo del vertederoEn arroyos con caudales superiores a los 25 litros por segundo, se puedeutilizar un vertedero para determinar el caudal. Este mtodo consiste en colocar una tabla de madera situada

perpendicularmente al cauce, con una entalladura de forma que todo elcaudal pase por dicha entalladura.

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGACmo mido el caudal?La medida del caudal debe realizarse durante el mayor tiempo posible,de manera que se disponga de datos de por lo menos un ao.El resultado ser un conjunto de caudales cuya representacin grficaes la siguiente.

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGACmo mido el caudal?A continuacin se organizan los datos de mayor a menor obteniendo lacurva de caudales clasificados, como la que se observa en la figura.

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGACunta energa produzco?Conocida la potencia del aprovechamiento, bastar multiplicarla por lashoras de un determinado periodo durante las que va a funcionar lainstalacin para obtener la energa producida.La energa producida ser:

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGAProblema

Supongamos que disponemos de los datos medidos a lo largo de un aoen un aprovechamiento, con los siguientes caudales, y con un salto brutode 20m.

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGAProblema

Con estos datos obtendremos que caudal nos dar la mxima energa y quepotencia supone.

A continuacin procedemos a ordenar los caudales clasificados de mayor amenor.

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGA

Problema Obtenemos el salto til del agua.

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGACmo seleccionar la turbina adecuada?

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGA

Problema

Con la altura de salto til calculado de 19.2metros

Podemos seleccionar la turbina msapropiada de la figura anterior.

De acuerdo al rango de caudales de 1.0 a 4.0m3/seg., corresponde a una turbina tipoFRANCIS.

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGADeterminar la variacin del rendimiento con el caudal?

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGADe las 3 curvas de rendimiento de la turbina Francis, de acuerdo al rangode caudales que disponemos (1 a 4 m3/seg.), seleccionamos lacorrespondiente a la turbina Francis de tipo veloz y de esta obtenemoslos siguientes rendimientos.

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGA

El rendimiento de la turbina FRANCIS VELOZ seleccionada loobtendremos construyendo tablas para varios caudales.

Siendo necesario lo siguiente: El rendimiento caudal mensual. La potencia para cada caudal circulante Obtener la energa mensual

Plantearse diferentes caudales de referencia: Caudal 1: 4.00 m3/seg. Caudal 2: 3.75 m3/seg. Caudal 3: 3.50 m3/seg Caudal 4: 3.25 m3/seg.

6. PRODUCCIN DE MICRO HIDROENERGA

GRACIAS