INFORME DE CENTRALES HIDROELECTRICAS

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    15-Apr-2017

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMRACAE.A.P: INGENIERA HIDRULICAI. IntroduccinLa mayora de los pequeos aprovechamientos hidroelctricos son del tipo de agua fluyente, lo que quiere decir que las turbinas generan electricidad mientras pase por ellas un caudal igual o superior a su mnimo tcnico y se paran cuando el caudal desciende por debajo de ese nivel. Normalmente este tipo de aprovechamientos no tiene posibilidad de almacenar agua para generar en horas punta, aunque existen excepciones, sobre todo en aprovechamientos de montaa, en las que se ensancha la cmara de carga para ese propsito.Algunos pequeos aprovechamientos trabajan como centrales aisladas, pero difcilmente pueden hacer frente al suministro seguro de electricidad, a no ser que se dimensionen de forma que est garantizado, a lo largo del ao, el caudal mnimo necesario, por existir un lago aguas arriba o estar situados aguas debajo de una central convencional que turbina todo el ao. En los pases industrializados, y en muchos de los pases en vas de desarrollo, estos aprovechamientos se conectan, en general, a la red principal. Con esta solucin la red toma a su cargo la regulacin de la frecuencia, pero obliga al productor a vender su electricidad, a precios a menudo muy bajos, a la compaa distribuidora.Desde los comienzos de la produccin de electricidad, la hidrulica ha sido, y sigue siendo, la primera fuente renovable utilizada para su generacin. Hoy en da la hidroelectricidad la suma de la convencional y de la pequea representa, en la Unin Europea, de acuerdo con las cifras del Libro Blanco, el 13% del total, reduciendo consiguientemente en ms de 67 millones las toneladas de CO2 emitidas por ao. Ahora bien, as como los aprovechamientos hidroelctricos convencionales, en los que la importancia de la obra civil y la necesaria inundacin de grandes reas para embalsar el agua y crear la necesaria altura de salto, dan lugar a importantes impactos en el entorno, los pequeos aprovechamientos se integran fcilmente en el ecosistema ms sensible.II. Objetivos GeneralEstimar la poblacin futura, la potencia de energa requerida y el caudal de diseo para un proyecto de generacin de energa elctrica con aprovechamiento hidrulico, para una microcuenca asumida. Especficos Determinar la potencia requerida, la demanda neta entre otros. Determinar el caudal de diseo.III. Marco tericoCentral hidroelctrica En unacentral hidroelctricase utilizaenerga hidrulicapara lageneracin de energa elctrica. Son el resultado actual de la evolucin de los antiguosmolinosque aprovechaban la corriente de losrospara mover una turbina.En general, estas centrales aprovechan laenerga potencialgravitatoria que posee la masa de agua de uncauce naturalen virtud de un desnivel, tambin conocido como salto geodsico. En su cada entre dos niveles del cauce, se hace pasar el agua por unaturbina hidrulicaque transmite energa a ungenerador elctricodonde se transforma en energa elctrica.La energa hidroelctrica es electricidad generada aprovechando la energa del agua en movimiento. La lluvia o el agua de deshielo, provenientes normalmente de colinas y montaas, crean arroyos y ros que desembocan en el ocano. La energa que generan esas corrientes de agua puede ser considerable, como sabe cualquiera que haya hecho descenso de rpidos.Este tipo de energa lleva aos explotndose. Los agricultores, desde la Grecia antigua han utilizado molinos de agua para moler trigo y hacer harina. Localizados en los ros, los molinos de agua recogen el agua en movimiento en cubos situados alrededor del molino. La energa cintica del agua en movimiento gira el molino y se convierte en la energa mecnica que mueve el molino.A finales del siglo XIX, la energa hidroelctrica se convirti en una fuente para generar electricidad. La primera central hidroelctrica se construy en Niagara Falls en 1879. En 1881, las farolas de la ciudad de Niagara Falls funcionaban mediante energa hidroelctrica. En 1882, la primera central hidroelctrica del mundo comenz a funcionar en Estados Unidos en Appleton, Wisconsin.Una central hidroelctrica clsica es un sistema que consiste en tres partes: una central elctrica en la que se produce la electricidad; una presa que puede abrirse y cerrarse para controlar el paso del agua; y un depsito en que se puede almacenar agua. El agua de detrs de la presa fluye a travs de una entrada y hace presin contra las palas de una turbina, lo que hace que stas se muevan. La turbina hace girar un generador para producir la electricidad. La cantidad de electricidad que se puede generar depende de hasta dnde llega el agua y de la cantidad de sta que se mueve a travs del sistema. La electricidad puede transportarse mediante cables elctricos de gran longitud hasta casas, fbricas y negocios.Tipos de aprovechamientosEl objetivo de un aprovechamiento hidroelctrico es convertir la energa potencial de una masa de agua situada en un punto - el ms alto del aprovechamiento en energa elctrica, disponible en el punto ms bajo, donde est ubicada la casa de mquinas. La potencia elctrica que se obtiene en un aprovechamiento es proporcional al caudal utilizado y a la altura del salto De acuerdo con la altura del salto los aprovechamientos pueden clasificarse en. De alta cada: salto de ms de 150 m De media cada: salto entre 50 y 150 m De baja cada: salto entre 2 y 20 m Estos lmites son arbitrarios y solo constituyen un criterio de clasificacin. Otra clasificacin en funcin del tipo de central sera la de: Aprovechamientos de agua fluyente Centrales a pie de presa con regulacin propia Centrales en canal de riego o tubera de abastecimiento de agua Centrales ubicadas en plantas de tratamiento de aguas residuales.Aprovechamientos de agua fluyenteSon aquellos aprovechamientos que no disponen de embalse regulador, de modo que la central trabaja mientras el caudal que circula por el cauce del ro es superior al mnimo tcnico de las turbinas instaladas, y deja de funcionar cuando desciende por debajo de ese valor. Dentro de este concepto, y dependiendo de la topografa del terreno, pueden diferenciarse varias soluciones: Los aprovechamientos de media y alta cada en ros de fuerte pendiente, utilizan un azud o presa, generalmente de baja altura, que remansa el agua elevando su cota para desviarla hacia una estructura de toma. Desde esta, una tubera a presin conduce el agua directamente a la central. Las tuberas a presin son relativamente caras por lo que esta solucin muchas veces tiene un coste elevado. La alternativa es llevar el agua por un canal de poca pendiente, que discurre paralelo al ro, hasta la cmara de carga, desde la que una tubera forzada la conduce a presin a la casa de mquinas. Si las caractersticas topogrficas o morfolgicas del terreno no son favorables, el canal puede no ser la solucin ptima. En estos casos, una tubera de baja presin, con una pendiente superior a la del canal, puede resultar ms econmica. A la salida de las turbinas el agua se restituye al cauce mediante un canal de desage.Centrales de pie de presaUn aprovechamiento hidroelctrico no puede permitirse la construccin de un gran embalse, dado el elevado coste de la presa y sus instalaciones anexas. No obstante, si existen embalses construidos para otros usos - regulacin de caudal, proteccin contra avenidas, riegos, alimentacin de agua potable, etc. - se puede generar electricidad con los caudales excedentes, o con los desembalses para riegos y abduccin de agua, e incluso con el caudal ecolgico que est obligado a mantener el embalse.En este caso es necesario comunicar el nivel de aguas arriba con el de aguas abajo,mediante una estructura hidrulica en la que se inserte la turbina. Si la presa tiene una salida de fondo la solucin es obvia. Si no existiera ninguna toma de aguaprevista podra utilizarse una toma por sifn, solucin muy elegante que no exige realizar obras de fbrica en la presa y el conjunto puede ser transportado a obra, completamente pre-montado. La solucin es adecuada para presas de hasta 10 m de altura y turbinas de no ms de 1 MW, aunque exista un ejemplo en Suecia, de una toma de sifn en una central de 11 MW, y varias tomas de sifn con alturas de hasta 30 m en los Estados Unidos.Perodo de diseoEs el tiempo que se supone la obra estar trabajando al 100% de su capacidad. El periodo de diseo, est ligado a los aspectos econmicos, por lo que no se deben desatender los aspectos financieros. Esto tiene como consecuencia que el ingeniero, trate de disear las obras modularmente para que la construccin de los sistemas se vaya realizando conforme se requiera.Para determinar el perodo de diseo se tendr en cuenta la tendencia del crecimiento de la poblacin.TAZAPERIODO DE DISEO210 - 201520Vida til La vida til se considera al tiempo en que las obras estarn en servicio al 100% sin que tengan unas erogaciones de operacin y mantenimiento elevadas. El tiempo est determinado por la duracin de los materiales de que estn hechos los componentes de la obraPotencia de una central hidroelctricaLapotencia de una central hidroelctricase mide generalmente enmegavatios(MW) y se calcula mediante la frmula siguiente: Donde: Pe=potenciaenvatios(W) =densidaddel fluido en kg/m t=rendimientode laturbina hidrulica(entre 0,75 y 0,94) g= rendimiento delgenerador elctrico(entre 0,92 y 0,97) m= rendimiento mecnico del acoplamiento turbina alternador (0,95/0.99) Q =caudalturbinable enm/s H = desnivel disponible en lapresaentreaguas arribayaguas abajo, enmetros(m) En una central hidroelctrica se define: Potencia media: potencia calculada mediante la frmula de arriba considerando el caudal medio disponible y el desnivel medio disponible. Potencia instalada: potencia nominal de los grupos generadores instalados en la central.IV. Clculos y resultadosa.- Datos Caudalesenerofeb.marzoabrilmayojuniojulioago.set.oct.nov.dic.Qmax(m3/s)11.915.219.416.39.95.15.33.43.85.67.28.7Qmin(m3/s)1.111.431.821.510.910.510.50.30.40.50.70.8Qmed(m3/s)3.424.355.554.672.841.461.50.981.081.622.062.49Datos firmados y aprobados por el docente ver hoja borrador al finalPoblacin 18000 habitantesb.- Clculos - Potencia: interpolamos de tabla para 10 000 y 20 000 habitantespoblacinpotencia10000550180001070200001200Datos firmados y aprobados por el docente ver hoja borrador al finalAsumiendoPoblacin: PnPotencia: PUtilizaremos la siguiente frmula Por tanto la potencia requerida ser: 1070 - Caudal: utilizaremos la siguiente frmula Para:P: potenciaQ: caudalH: diferencia de cotas entre el canal y la casa de maquinasTenemos de datos.Potencia: 1070Altura: 130Por lo tanto el caudal ser 1.097 m3/sV. Conclusiones La poblacin estimada es de 18 000 habitantes La potencia requerida para esta cantidad de habitantes es de 1070 el desnivel entre casa de mquinas y el canal es de 130 metros el caudal requerido para estas condiciones es de 1.097 m3/sVI. Bibliografa MATAIX, Claudio.Turbo mquinas Hidrulicas.editorial Gaceta.1998 Hidrulica de los Canales Abiertos. Ven Te Chow. Editorial Diana, Mxico, 1983.ISBN 968-13-1327-5 Separa del Docente del CursoCENTRALES HIDROELCTRICAS setiembre del 201611