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. 0/0312 1 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. 0/0312 2 Dimensiones de la instalación 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. 0/0312 3 Dimensiones de la instalación 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 0/0312 4 Dimensiones de la instalación 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) 0/0312 5 Dimensiones de la instalación 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°. 0/0312 medición del desnivel 6 Dimensiones de la instalación 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. 0/0312 7 Dimensiones de la instalación 0/0312 8