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centrales hidroelectricas

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Andres Ordoñez

on 13 December 2012

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Transcript of centrales hidroelectricas

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS INTRODUCCIÓN APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA HIDRÁULICA

EL aprovechamiento tiene que ver dos factores muy importantes, el caudal y la altura del salto de agua, las represas sirven para regular el caudal en función de la época de año que estemos, y además para aumentar el salto. DESVÍO DE CAUCE DE AGUA

Energía potencial gravitatoria que posee la masa de agua de un cauce
natural en virtud de un desnivel, también conocido como salto geodésico.
El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una
turbina hidráulica la cual transmite la energía a un generador donde
se transforma en energía eléctrica. INTERCEPTACIÓN DE LA CORRIENTE DEL AGUA

Este método consiste en la construcción de una represa o
embalse de agua que retenga el cauce de agua causando
un aumento del nivel del río en su parte anterior a la presa de agua. Características de una central hidroeléctrica Características de una central hidroeléctrica Características de una central hidroeléctrica Características de una central hidroeléctrica Características de una central hidroeléctrica Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son:

• La potencia, que está en función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de las turbinas y de los generadores usados en la transformación.

• La energía garantizada en un lapso de tiempo determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, y de la potencia instalada. La potencia de una central puede variar desde unos pocos MW (megavatios), como en el caso de las minicentrales hidroeléctricas, hasta 14.000 MW como en Paraguay y Brasil donde se encuentra la segunda mayor central hidroeléctrica del mundo (la mayor es la Presa de las Tres Gargantas, en China, con una potencia de 22.500 MW), la Itaipú que tiene 20 turbinas de 700 MW cada una. Las centrales hidroeléctricas y las centrales térmicas (que usan combustibles fósiles) producen la energía eléctrica de una manera muy similar. En ambos casos la fuente de energía es usada para impulsar una turbina que hace girar un generador eléctrico, que es el que produce la electricidad. Una Central térmica usa calor para, a partir de agua, producir el vapor que acciona las paletas de la turbina, en contraste con la planta hidroeléctrica, la cual usa la fuerza del agua directamente para accionar la turbina. Un ejemplo de estas es el Proyecto Hidroeléctrico Palomino, ubicado en las inmediaciones de los municipios de Padre Las Casas, Provincia Azua y Bohechio, Provincia San Juan, República Dominicana, el proyecto hidroeléctrico Palomino le ahorrará al País alrededor de 400 mil barriles de petróleo al año que, a la tasa actual, representa 60 millones de dólares por ahorro de la factura petrolera. Potencia de una central hidroeléctrica La potencia de una central hidroeléctrica se mide generalmente en Megavatios (MW) y se calcula mediante la fórmula siguiente:



donde:

• Pe = potencia en vatios (W)

• ρ = densidad del fluido en kg/m³

• ηt = rendimiento de la turbina hidráulica (entre 0,75 y 0,94)

• ηg = rendimiento del generador eléctrico (entre 0,92 y 0,97)

• ηm = rendimiento mecánico del acoplamiento turbina alternador (0,95/0.99)

• Q = caudal turbinable en m3/s

• H = desnivel disponible en la presa entre aguas arriba y aguas abajo, en metros (m) En una central hidroeléctrica se define:

• Potencia media: potencia calculada mediante la fórmula de arriba considerando el caudal medio disponible y el desnivel medio disponible.

• Potencia instalada: potencia nominal de los grupos generadores instalados en la central. TIPOS DE CENTRALES Centrales de Agua Fluente 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. No cuentan con reserva de agua, por lo que el caudal suministrado oscila según las estaciones del año.

En la temporada de precipitaciones abundantes (de aguas altas), desarrollan su potencia máxima, y dejan pasar el agua excedente. Durante la época seca (aguas bajas), la potencia disminuye en función del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en la época del estío.

Su construcción se realiza mediante presas sobre el cauce de los ríos, para mantener un desnivel constante en la corriente de agua. CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE PASADA Es aquella en la que no existe una acumulación apreciable de agua. En una central de este tipo las turbinas deben aceptar el caudal del río tal y como viene, con sus variaciones de estación en estación. Si no se es capaz de aprovechar toda el agua, la sobrante se pierde por rebosamiento, por lo que este tipo de central requiere un caudal suficientemente constante para asegurar a lo largo del año una potencia determinada. El desnivel de aguas suele ser reducido y la casa de maquinas suele formar parte de la misma presa • CENTRAL HIDROELÉCTRICA CON EMBALSE DE RESERVA

En este tipo de proyecto se embalsa un volumen considerable mediante la construcción de una o más presas que forman lagos artificiales. El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas, y del volumen embalsado depende la cantidad que puede hacerse pasar por las turbinas. Con embalse de reserva puede producirse energía eléctrica durante todo el año aunque el río se seque por completo durante algunos meses, cosa que sería imposible en un proyecto de pasada. La inversión de capital suele ser mayor que las de pasada pero en la mayoría de los casos permiten usar toda la energía disponible y producir kilovatios-hora más baratos. CENTRAL HIDROELÉCTRICA CON EMBALSE DE RESERVA

En este tipo de proyecto se embalsa un volumen considerable mediante la construcción de una o más presas que forman lagos artificiales. El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas, y del volumen embalsado depende la cantidad que puede hacerse pasar por las turbinas. Con embalse de reserva puede producirse energía eléctrica durante todo el año aunque el río se seque por completo durante algunos meses, cosa que sería imposible en un proyecto de pasada. La inversión de capital suele ser mayor que las de pasada pero en la mayoría de los casos permiten usar toda la energía disponible y producir kilovatios-hora más baratos.
Existen dos variantes: Casa de máquina al pie de la presa:

En el siguiente esquema observamos que la casa de máquinas suele estar al pie de la presa. El desnivel obtenido es de carácter mediano. Casa de máquina al pie de la presa:

En el siguiente esquema observamos que la casa de máquinas suele estar al pie de la presa. El desnivel obtenido es de carácter mediano. Casa de máquina al pie de la presa:

En el siguiente esquema observamos que la casa de máquinas suele estar al pie de la presa. El desnivel obtenido es de carácter mediano. Casa de máquina al pie de la presa

En el siguiente esquema observamos que la casa de máquinas suele estar al pie de la presa. El desnivel obtenido es de carácter mediano. Aprovechamiento por derivación del agua Aprovechamiento por derivación del agua La toma de agua se ubica en el lugar apropiado por la topografía del terreno, y el líquido se lleva por medio de tuberías a presión hasta las proximidades de la casa de máquinas. Allí se instala la chimenea de equilibrio, a partir de la cual la conducción tiene un declive más pronunciado, antes de ingresar finalmente en la casa de máquinas. La chimenea de equilibrio es un simple conducto vertical que asegura que la energía cinética que tiene el agua en la conducción se libere y se transforme en energía potencial al cerrar las válvulas de la central. Los desniveles en este tipo de central suelen ser mayores comparados con los que se encuentran en los tipos anteriores de centrales. La toma de agua se ubica en el lugar apropiado por la topografía del terreno, y el líquido se lleva por medio de tuberías a presión hasta las proximidades de la casa de máquinas. Allí se instala la chimenea de equilibrio, a partir de la cual la conducción tiene un declive más pronunciado, antes de ingresar finalmente en la casa de máquinas. La chimenea de equilibrio es un simple conducto vertical que asegura que la energía cinética que tiene el agua en la conducción se libere y se transforme en energía potencial al cerrar las válvulas de la central. Los desniveles en este tipo de central suelen ser mayores comparados con los que se encuentran en los tipos anteriores de centrales. • CENTRALES HIDROELÉCTRICAS DE BOMBEO CENTRALES HIDROELÉCTRICAS DE BOMBEO 1. Embalse superior

2. Presa

3. Galeria de conducción

4. Tuberia forzada

5. Galeria de conducción

6. Central

7. Turbinas y generadores

8. Desagües

9. Líneas de transporte de energía eléctrica

10. Embalse inferior o río 1.Embalse superior
2.Presa
3.Galeria de conducción
4.Tuberia forzada
5.Galeria de conducción
6.Central
7.Turbinas y generadores
8.Desagües
9.Líneas de transporte de energía eléctrica
10.Embalse inferior o río • La energía mareomotriz La energía mareomotriz es la que se obtiene aprovechando las mareas, mediante su empalme a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz pija en energía eléctrica, una forma energética más segura y aprovechable. Es un tipo de energía renovable, en tanto que la fuente de energía primaria no se agota por su explotación, y es limpia ya que en la transformación energética no se producen subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos. Sin embargo, la relación entre la cantidad de energía que se puede obtener con los medios actuales y el coste económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido una penetración notable de este tipo de energía.

Otras formas de extraer energía del mar son: las olas (energía undimotriz), de la diferencia de temperatura entre la superficie y las aguas profundas del océano, el gradiente térmico oceánico; de la salinidad, de las corrientes marinas o la energía eólica marina. es la que se obtiene aprovechando las mareas, mediante su empalme a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz pija en energía eléctrica, una forma energética más segura y aprovechable. Es un tipo de energía renovable, en tanto que la fuente de energía primaria no se agota por su explotación, y es limpia ya que en la transformación energética no se producen subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos. Sin embargo, la relación entre la cantidad de energía que se puede obtener con los medios actuales y el coste económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido una penetración notable de este tipo de energía.
Otras formas de extraer energía del mar son: las olas (energía undimotriz), de la diferencia de temperatura entre la superficie y las aguas profundas del océano, el gradiente térmico oceánico; de la salinidad, de las corrientes marinas o la energía eólica marina. • Centrales de Regulación Centrales de Regulación Tienen la posibilidad de almacenar volúmenes de agua en el embalse, que representan periodos más o menos prolongados de aportes de caudales medios anuales.



Prestan un gran servicio en situaciones de bajos caudales, ya que el almacenamiento es continuo, regulando de modo conveniente para la producción. Se adaptan bien para cubrir horas punta de consumo. Tienen la posibilidad de almacenar volúmenes de agua en el embalse, que representan periodos más o menos prolongados de aportes de caudales medios anuales.
Prestan un gran servicio en situaciones de bajos caudales, ya que el almacenamiento es continuo, regulando de modo conveniente para la producción. Se adaptan bien para cubrir horas punta de consumo. • Centrales de alta presión

Que corresponden con el high head, y que son las centrales de más de 200 m de caída del agua, por lo que solía corresponder con centrales con turbinas Pelton. Centrales de alta presión

Que corresponden con el high head, y que son las centrales de más de 200 m de caída del agua, por lo que solía corresponder con centrales con turbinas Pelton.

Centrales de media presión

Son las centrales con caída del agua de 20 a 200 m, siendo dominante el uso de turbinas Francis, aunque también se puedan usar Kaplan. • Centrales de baja presión

Que corresponden con el low head, son centrales con desniveles de agua de menos de 20 m, siendo usadas las turbinas Kaplan.

• Centrales de muy baja presión

Son centrales correspondientes con nuevas tecnologías, pues llega un momento en el cuál las turbinas Kaplan no son aptas para tan poco desnivel. Serían en inglés las very low head, y suelen situarse por debajo de los 4m. Centrales de baja presión
Que corresponden con el low head, son centrales con desniveles de agua de menos de 20 m, siendo usadas las turbinas Kaplan.
Centrales de muy baja presión
Son centrales correspondientes con nuevas tecnologías, pues llega un momento en el cuál las turbinas Kaplan no son aptas para tan poco desnivel. Serían en inglés las very low head, y suelen situarse por debajo de los 4m. PARTES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA TUBERÍA FORZADA Una tubería forzada es la tubería que lleva el agua a presión desde el canal o el embalse hasta la entrada de la turbina. PRESA En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo.Tiene la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para su posterior aprovechamiento En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo.Tiene la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para su posterior aprovechamiento.
La energía mecánica puede aprovecharse directamente, como en los antiguos molinos, o de forma indirecta para producir energía eléctrica TURBINA Son aquéllas cuyo fluido de trabajo no sufre un cambio de densidad considerable a través de su paso por el rodete o por el estátor; éstas son generalmente las turbinas de agua, que son las más comunes, pero igual se pueden modelar como turbinas hidráulicas a los molinos de viento o aerogeneradores. Son aquéllas cuyo fluido de trabajo no sufre un cambio de densidad considerable a través de su paso por el rodete o por el estátor; éstas son generalmente las turbinas de agua, que son las más comunes, pero igual se pueden modelar como turbinas hidráulicas a los molinos de viento o aerogeneradores. Son aquéllas cuyo fluido de trabajo no sufre un cambio de densidad considerable a través de su paso por el rodete o por el estátor; éstas son generalmente las turbinas de agua, que son las más comunes, pero igual se pueden modelar como turbinas hidráulicas a los molinos de viento o aerogeneradores. Turbinas de acción

Son aquellas en que el fluido no sufre ningún cambio de presión a través de su paso por el rodete. La presión que el fluido tiene a la entrada en la turbina se reduce hasta la presión atmosférica en la corona directriz, manteniéndose constante en todo el rodete. Su principal característica es que carecen de tubería de aspiración. La principal turbina de acción es la Turbina Pelton, cuyo flujo es tangencial. Turbinas de reacción: Son aquellas en el que el fluido si sufre un cambio de presión considerable en su paso por el rodete. El fluido entra en el rodete con una presión superior a la atmosférica y a la salida de éste presenta una depresión. Se caracterizan por presentar una tubería de aspiración, la cual une la salida del rodete con la zona de descarga de fluido. Turbinas de reacción

Son aquellas en el que el fluido si sufre un cambio de presión considerable en su paso por el rodete. El fluido entra en el rodete con una presión superior a la atmosférica y a la salida de éste presenta una depresión. Se caracterizan por presentar una tubería de aspiración, la cual une la salida del rodete con la zona de descarga de fluido. GENERADOR Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz COMPUERTA
HIDRÁULICA Una compuerta hidráulica es un dispositivo hidráulico-mecánico destinado a regular el pasaje de agua u otro fluido en una tubería, en un canal, presas, esclusas, obras de derivación u otra estructura hidráulica. Válvulas para descarga de fondo en presas, por ejemplo del tipo Howell-Bunger.

Válvulas disipadoras de energía

Válvulas para regular el caudal en una toma

Válvulas para regular la entrada de agua a la turbina.

Válvulas tipo aguja VÁLVULAS EMBALSE Se denomina embalse a la acumulación de agua producida por una obstrucción en el lecho de un río o arroyo que cierra parcial o totalmente su cauce. LÍNEAS ELÉCTRICAS La red de transporte de energía eléctrica es la parte del sistema de suministro eléctrico constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a través de grandes distancias la energía eléctrica generada en las centrales eléctricas FUNCIONAMIENTO El tipo de funcionamiento de una central hidroeléctrica puede variar a lo largo de su vida útil. Las centrales pueden operar en régimen de:

generación de energía de base

generación de energía en períodos de punta La demanda de energía eléctrica de una ciudad, región, o país, tiene una variación a lo largo del día. Esta variación es función de muchos factores, entre los que se destacan:

tipos de industrias existentes en la zona, y turnos que estas realizan en su producción

tipo de cocina doméstica que se utiliza más frecuentemente

tipo de calentador de agua que se permite utilizar

la estación del año

la hora del día en que se considera la demanda IMPACTOS AMBIENTALES Los potenciales impactos ambientales de los proyectos hidroeléctricos son siempre significativos. Sin embargo existen muchos factores que influyen en la necesidad de aplicar medidas de prevención en todo. PROYECTOS ECUADOR Proyecto Hidroeléctrico Coca Codo Sinclair

UBICACIÓN GEOGRÁFICA: Provincia del Napo, Cantón El Chaco, Provincia de Sucumbíos, Cantón Gonzalo Pizarro

El área del proyecto está constituida por la cuenca del río Coca hasta el sitio Salado (sitio de presa), que cubre una superficie de 3 600 km2. La cuenca está bordeada por la Cordillera Central con elevaciones como el Cayambe, el Antisana y otras elevaciones.

El caudal promedio del río Coca en el sitio Salado (sitio de ubicación de las obras de captación) es de 292 m3/s.

Producción de Energía: 8731 GWh/año

Potencia Efectiva: 1500 MW Proyecto Hidroeléctrico Minas San Francisco

UBICACIÓN GEOGRÁFICA: Provincia del Azuay, Cantón Pucará, Provincia de El Oro, Cantones Zaruma y Pasaje

Producción de Energía: 1290 GWh/año

Capacidad de Generación: 270 MW

El caudal de diseño de 65 m3/s. Proyecto Hidroeléctrico Toachi Pilatón

UBICACIÓN GEOGRÁFICA: Provincias de Pichincha, Sto. Domingo de los Tsáchilas y Cotopaxi, cantones Mejía, Santo Domingo de los Tsáchilas y Sigchos.

Producción de Energía: 1120 GWh/año

Potencia: 253 (MW), provenientes de la Central de Sarapullo (49MW), Aulluriquin (204MW) y una mini Central de la presa del Toachi (1,4MW). Proyecto Hidroeléctrico Sopladora

UBICACIÓN GEOGRÁFICA: Provincia del Azuay, Cantón Sevilla de Oro, Provincia de Morona Santiago, Cantón Santiago de Méndez.

Producción de Energía: 2800 GWh/año

Potencia: 487 MW Proyecto Hidroeléctrico Delsitanisagua

UBICACIÓN GEOGRÁFICA: Provincia Zamora Chimchipe, Cantón Zamora

Producción de Energía: 904 GWh/año

Potencia: 115 (MW) HIDROELÉCTRICAS ECUADOR Central Hidroeléctrica Paute

La Central Hidroeléctrica Paute se encuentra ubicada en la provincia de Azuay, en la zona centro sur del Ecuador, y consiste en el aprovechamiento de las aguas del río Paute. Actualmente es la central generadora más grande del país.

Potencia nominal: 1075.0 MW

Potencia efectiva: 1075.0 MW Central Hidroeléctrica Nayón

Ubicación: Pichincha

Potencia nominal: 15 MW

Potencia efectiva: 30 MW Central Hidroeléctrica Guangopolo

Ubicación: Pichincha

Potencia nominal: 17.4 MW

Potencia efectiva: 15.7 MW Central Hidroeléctrica Los Chillos

Ubicación: Pichincha

Potencia Nominal: 12.6 MW

Potencia efectiva: 12.6 MW Central Hidroeléctrica Pisayambo-Pucará

Ubicación: Tungurahua

Potencia nominal: 76.0 MW

Potencia efectiva: 69. 2 Central Hidroeléctrica Agoyán

Ubicación: Tungurahua

Potencia nominal: 156.0 MW

Potencia efectiva: 156.0 MW BENEFICIOS Apoyo en la mejora de procesos agro-productivos, así como capacitación a la población para mejorar las prácticas agrícolas.

Proyectos de fortalecimiento de capacidades de organizaciones comunitarias.

Construcción de obras para la comunidad, (aulas, subcentros de salud, alcantarillado, cerramientos, pavimentación de vías) y mejoras urbanísticas en los cantones.

Aporte a la dinamización económica de la zona ya que se han contratado servicios de mano de obra local. Reduce en forma muy significativa la utilización de combustibles fósiles y por tanto el subsidio del Estado para los generadores térmicos, así como las importaciones de diesel y nafta para producción de energía eléctrica.

Al incrementar la oferta de generación, el país reduce la dependencia externa, alcanzando la autonomía en el servicio público de electricidad y podrá exportar energía eléctrica a Colombia y Perú, eventualmente mejorando por tanto la balanza comercial con esos países.

Durante la etapa de construcción se crean puestos directos de trabajo y plazas de trabajo indirectas Ventajas No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía.

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, etc. Los precios de mantenimiento y explotación son bajos.

Las obras de ingeniería necesarias para aprovechar la energía hidráulica tienen una duración buena.

La turbina hidráulica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia Desventajas La construcción lleva largo tiempo.

La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en año.

Los costos de capital para su construcción son con frecuencia muy altos
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