Dimensiones de la instalación

Dimensiones de la instalación
La potencia que se puede obtener de una central hidroeléctrica depende esencialmente
de dos parámetros fundamentales: el caudal y la caída.
Ésta se puede calcular con la famosa fórmula:
P = 9,8 Q Hn h (kW)
en donde:
Q = caudal (m3/s)
Hn= caída neta = salto total menos las pérdidas de carga en las
tuberías de entrada (m).
h = rendimiento total (que tiene en cuenta el rendimiento de la turbina, del alternador, de las transmisiones mecánicas, etc.)
Para las microcentrales se puede usar, como primera aproximación, la fórmula
simplificada:
P=
QxH
170
en donde:
(kW)
Q = caudal (litros/segundo)
H= caída total (metros)
En dicha fórmula se asume el rendimiento global h = 0,60.
En el estudio de la instalación, es muy importante la elección de lugar de ubicación.
Conviene que la caída del agua tenga lugar en un tramo breve y empinado, para así
reducir los gastos en tubos y las pérdidas de carga (que dependen de la longitud de la
tubería).
También se puede realizar un tramo de acercamiento a canal abierto y utilizar los
tubos sólo para la empinada caída final, como se ve en la figura de la página 8.
Esto es posible si se puede descargar fácilmente el agua del tanque de carga.
Se aconseja elegir un lugar que permita utilizar una buena caída, porque así será
necesario un caudal menor.
Esto reduce el volumen de la instalación en su conjunto (canales y tuberías de sección
menor, turbina más pequeña) y por consiguiente reduce también los costes.
Asimismo, la productividad de la instalación sufre menos las influencias de fluctuaciones
del caudal.
En este sentido es importante recopilar datos fiables sobre la tendencia en las diferentes
estaciones del caudal disponible en el curso de agua, sobre todo si se piensa realizar
una instalación en “agua fluyente” es decir, sin embalse de acumulación.
Este no es un trabajo que se pueda realizar en la oficina, ya que generalmente es
imposible encontrar datos registrados relativos a los pequeñísimos cursos de agua.
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Dimensiones de la instalación
Es mucho mejor hablar con los lugareños que, sobre todo si utilizan el curso de agua
para irrigación por gravedad, sin duda conocen muy bien sus características.
Está claro que el dato fundamental en una instalación de agua fluyente es el previsible
caudal mínimo en los periodos de sequía.
Las dimensiones de la Microcentral Hidroeléctrica se harán teniendo en cuenta, además
del período de mínimo caudal, también el período en el que hay mayor demanda de
energía y si éstos coinciden con una disponibilidad hídrica mayor.
También se pueden hacer algunas medidas de caudal, comparándolas siempre con
las informaciones recopiladas entre la gente y teniendo presente que las situaciones
no se repiten nunca exactamente de un año a otro.
Veamos ahora cómo se pueden realizar las mediciones en base a las cuales decidir
las dimensiones de la instalación.
a) Medición del caudal
Hay varios métodos que se encuentran descritos en los textos específicos. Aquí
citaremos brevemente sólo los tres más sencillos y más conocidos.
Método 1
Para un caudal muy pequeño es suficiente realizar una pequeña barrera con lo que
encontramos a mano, hacer que pase el agua a través de un trozo de tubo y
cronometrar el tiempo necesario para llenar un recipiente de una capacidad conocida
(por ej. un bidón).
El caudal se obtendrá mediante la fórmula:
Q=
C
t
(m3/s)
en donde: C = capacidad del recipiente (m3)
t = tiempo de llenado (s)
Método 2
Para caudales un poco más grandes (digamos de hasta 1 m3/s aproximadamente)
se puede realizar una medición precisa con el método del “rebosadero”, como se
ilustra en la página siguiente.
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Un método bastante preciso es el del rebosadero Bazin.
Está constituido por una boca de sección rectangular, formada normalmente por tablas
de madera, por dos listones planos (travesaños) que se colocan de manera horizontal
y por una varilla graduada.
Para obtener mediciones válidas hay que adoptar algunas medidas:
- las paredes de la boca del rebosadero tienen que ser de arista viva;
- la medición de h se debe realizar antes de la boca a una distancia que permita
estar seguros de que la superficie del espejo de agua sea horizontal (esto se produce normalmente por lo menos a un metro de la boca misma);
- el curso de agua antes del rebosadero tiene que estar suficientemente calmado;
- el filo de agua tiene que estar separado de las paredes del rebosadero, es decir no
tiene que haber un efecto de regolfo.
traversaño longitudinal
varilla graduata
L
traversaño longitudinal
1m
h
H
traversaño transversal
filo de agua
h
H
borde inferior de la boca
H: distancia del travesaño longitudinal desde el borde inferior de la boca
h: distancia del travesaño longitudinal desde la superficie del espejo de agua
L: anchura de la boca
La siguiente tabla muestra los valores de los caudales correspondientes a diferentes
valores de (Hh) para una anchura teórica de la boca equivalente a un metro.
Si el rebosadero real tiene una anchura L diferente, el caudal efectivo equivaldrá al
caudal indicado en la tabla multiplicado por la anchura efectiva.
Ejemplo:
si la anchura de la boca es L = 0,7 m y se ha medido (H-h) = 0,14 m,
el caudal hídrico efectivo vale Q = 93 x 0,7 = 65 l/s.
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H-h
(m)
Q
(l/s)
H-h
(m)
0.01
1.8
0.02
Q
(l/s)
H-h
(m)
Q
(l/s)
H-h
(m)
Q
(l/s)
0.14
93
0.27
249
0.40
448
5
0.15
103
0.28
263
0.41
455
0.03
9.3
0.16
113
0.29
277
0.42
482
0.04
14
0.17
124
0.30
291
0.43
500
0.05
20
0.18
135
0.31
306
0.44
517
0.06
26
0.19
147
0.32
321
0.45
535
0.07
33
0.20
158
0.33
336
0.46
553
0.08
40
0.21
170
0.34
351
0.47
571
0.09
48.6
0.22
183
0.35
367
0.48
589
0.1
56
0.23
195
0.36
383
0.49
608
0.11
65
0.24
208
0.37
399
0.50
626
0.12
74
0.25
221
0.38
415
0.52
664
0.13
83
0.26
235
0.39
432
0.54
703
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Método 3
Este método es adecuado también para caudales superiores, es más sencillo pero
más aproximativo (puede conducir a errores de hasta el 20%).
Se basa en el cálculo del caudal como producto de la velocidad media para la
sección medida de un paso de agua.
flotador
medición de la velocidad
Tras haber elegido un tramo del curso de agua bastante regular, se marca una
porción de unos 10 m de longitud con dos hilos tensados entre las orillas (véase la
figura de arriba).
Con un cronómetro se mide el tiempo empleado por un flotador para recorrer los
10 m, repitiendo la prueba varias veces y haciendo el promedio.
Un buen flotador puede ser una botella parcialmente llena de agua, de modo que
se sumerjan los 2/3 aproximadamente de su altura (evitar cuerpos demasiado
ligeros, que sufrirían el rozamiento con el aire), y lanzada hacia el centro de la
corriente antes del tramo elegido.
La velocidad evidentemente será:
V=
s
t
(m/s)
en donde: s = tramo recorrido (m)
t = tiempo empleado (s)
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Habrá que corregir la velocidad con un factor oportuno, ya que la misma no está
distribuida uniformemente en toda la sección del canal (el agua está frenada en el
contorno por el rozamiento con las orillas, con el fondo, con el aire).
Este factor puede estar comprendido entre 0,75 y 0,85 según la relación entre la
anchura y la profundidad del curso de agua, y del material de las orillas (valores
más altos para paredes lisas).
Por lo que, como media, será:
V1 = 0,8 x V
en donde:
V1 = velocidad corregida
V = velocidad medida
(naturalmente existen métodos más precisos y profesionales, para medir la
velocidad: por ejemplo con un “molinete”, es decir una pequeña hélice sumergida
en la corriente y puesta en rotación por la misma).
Habrá que medir la profundidad del canal en varios puntos (P1,P2,P3....) de un par
de secciones (por ejemplo la profundidad inicial y la final del tramo tomado en
consideración) y calcular la profundidad media (p) entre todas las mediciones
realizadas.
Por lo tanto, medida la anchura media (L) se obtendrá la sección media equivalente a: A = p x L(m2).
El caudal se obtiene mediante:
Q = A x V1
(m3/s)
b) Medida de la caída o del salto
Se trata de medir el desnivel entre dos puntos.
Si se posee o se pide prestado un nivel de burbuja, esto no presenta ningún problema. Es suficiente realizar una serie de lecturas, según el esquema representado
en la figura de abajo.
Tras haber colocado el nivel en un punto y haberlo puesto “ en la burbuja”, una
persona sujeta la varilla graduada en dos puntos sucesivos del trayecto mientras
que el operador del nivel realiza las dos lecturas ( por ej. A y B en la figura) girando
el ocular de 180°.
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medición del desnivel
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La diferencia de las dos lecturas nos da el desnivel entre los puntos, como resulta
evidente en la figura de la página 7.
Después se sigue de este modo hasta el punto final.
Si no se dispone de un nivel de burbuja, se pueden apañar con una tabla de madera
larga y bien recta a la que se ata de costado un nivel de albañil, usando un metro
para ir midiendo el desnivel entre los punto siguientes; evidentemente con este
método habrá que tener un poco de paciencia.
De manera parecida se puede utilizar también un tubo flexible de plástico
transparente lleno de agua, que actúe como un nivel.
Si el salto es de algunas decenas de metros, se puede utilizar también un altímetro,
teniendo cuidado de repetir la medida algunas veces, parándose algunos minutos
en el punto inferior y superior antes de repetir la medida.
Mientras se mide el desnivel habrá que medir también la distancia en el terreno
entre el punto de enganche y el punto de llegada de la tubería forzada.
Este dato servirá no sólo para prever los materiales necesarios para su realización,
sino que también permitirá evaluar las pérdidas de carga en la tubería misma (mediante fórmulas o tablas específicas) en caso de que se quiera hacer una medición
más exacta de la caída neta disponible.
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