centrales electricas

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