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• براجان ميدغار

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CENTRALES HIDROELECTRICAS

RESUMEN ¿Qué es una central hidroeléctrica? Una central hidroeléctrica es una instalación que permite aprovechar las masas de agua en movimiento que circulan por los ríos para transformarlas en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a los alternadores. Según la potencia instalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser: 

Centrales hidráulicas de gran potencia: más de 10MW de potencia eléctrica.



Minicentrales hidráulicas: entre 1MW y 10MW.



Microcentrales hidroeléctricas: menos de 1MW de potencia.

Componentes principales de una central hidroeléctrica Presa Hidráulica Se denomina Presa o Represa a una barrera fabricada con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente apoyado en una montaña o desfiladero, sobre un río o arroyo. Se encarga de retener el agua en el cauce fluvial Embalse Es el volumen de agua que queda retenido, de forma artificial, por la presa.

Se

suele

colocar

en

un

topográficamente. Toma de agua

1

lugar

adecuado

geológica

y

CENTRALES HIDROELECTRICAS Las Tomas de Agua son construcciones que permiten recoger el agua para llevarlo hasta las turbinas por medios de canales o tuberías. Tubería Forzada o Tubería de Presión o Impulsión Con el fin de impulsar al fluido y mejorar la capacidad de generación de la presa, el agua se hace correr a través de una gran tubería llamada Tubería Forzada o de Presión Aliviaderos Permiten el paso del agua desde el embalse hasta el cauce del río, aguas abajo, para evitar el peligro por desbordamiento que podrían ocasionar las crecidas. Casa de Máquinas o Sala de Turbinas En la Casa de Máquinas, denominada también Sala de Turbinas o Central, se encuentran los grupos eléctricos para la producción de la energía eléctrica -Conjunto turbina-altenador, turbina y generador, así como los elementos de regulación y funcionamiento. Transformadores Son el equipo que se encarga de convertir la corriente de baja tensión en una corriente de alta tensión y disminuir la intensidad de la corriente eléctrica. De este modo, se pierde menos energía en su transporte. Líneas de Transporte de Energía Eléctrica

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CENTRALES HIDROELECTRICAS La electricidad producida se transporta por cables de alta tensión a las estaciones de distribución, donde se reduce la tensión mediante transformadores hasta niveles adecuados para los usuarios. La turbina hidráulica Las turbinas hidráulicas son el elemento fundamental para el aprovechamiento

de

la

energía

en

las

centrales

hidráulicas.

Transforman en energía mecánica la energía cinética (fruto del movimiento) de una corriente de agua. Ejem: Turbina Pelton, Turbina Kaplan, Turbina Francis.

Ventajas y desventajas de las centrales hidroeléctricas VENTAJAS  No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía, constantemente repuesta por la naturaleza de manera gratuita.  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, navegación y ornamentación del terreno y turismo.  Los costos de mantenimiento y explotación son bajos.  Las obras de ingeniería necesarias para aprovechar la energía hidráulica tienen una duración considerable.

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CENTRALES HIDROELECTRICAS  La turbina hidráulica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia siendo sus costes de mantenimiento, por lo general, reducidos. DESVENTAJAS  Las instalaciones producen un gran impacto visual  La construcción de presas es muy costosa  Los costos de capital por kilovatio instalado son con frecuencia muy altos.  La construcción lleva, por lo común, largo tiempo en comparación con la de las centrales termoeléctricas.  La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en año.

INTRODUCCION La energía hidráulica se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La energía potencial, durante la caída, se convierte en cinética. El agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente se transforma en energía eléctrica por medio de los generadores.

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CENTRALES HIDROELECTRICAS Es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua y, una vez utilizada, es devuelta río abajo. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversión de grandes sumas de dinero, por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbón o el petróleo son baratos. Sin embargo, el peso de las consideraciones medioambientales y el bajo mantenimiento que precisan una vez estén en funcionamiento centran la atención en esta fuente de energía.

La fuerza del agua ha sido utilizada durante mucho tiempo para moler trigo, pero fue con la Revolución Industrial, y especialmente a partir del siglo XIX, cuando comenzó a tener gran importancia con la aparición de las ruedas hidráulicas para la producción de energía eléctrica. Poco a poco la demanda de electricidad fue en aumento. El bajo caudal del verano y otoño, unido a los hielos del invierno hacían

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CENTRALES HIDROELECTRICAS necesaria la construcción de grandes presas de contención, por lo que las ruedas hidráulicas fueron sustituidas por máquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbón. La primera central hidroeléctrica moderna se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad. A principios de la década de los noventa, las primeras potencias productoras de energía hidroeléctrica eran Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60% de su electricidad de centrales hidráulicas.

CONTENIDO I. ¿Qué es una central hidroeléctrica?

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CENTRALES HIDROELECTRICAS Una central hidroeléctrica es una instalación que permite aprovechar las masas de agua en movimiento que circulan por los ríos para transformarlas en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a los alternadores. Según la potencia instalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser: 

Centrales hidráulicas de gran potencia: más de 10MW de potencia eléctrica.



Minicentrales hidráulicas: entre 1MW y 10MW.



Microcentrales hidroeléctricas: menos de 1MW de potencia.

II. Componentes principales de una central hidroeléctrica

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CENTRALES HIDROELECTRICAS 2.1 Presa Hidráulica Se denomina Presa o Represa a una barrera fabricada con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente apoyado en una montaña o desfiladero, sobre un río o arroyo. Se encarga de retener el agua en el cauce fluvial con diferentes finalidades: para su posterior aprovechamiento en abastecimiento o regadío; para elevar su nivel con el objetivo de derivarla a canalizaciones de riego; para proteger una zona de sus efectos dañinos; o para la producción de energía eléctrica. Una presa sólo puede retener a un cauce natural, si retuviera un canal sería considerada una balsa. Las presas de hormigón son las más comunes y según su diseño hay 4 tipos diferentes: Presas de Gravedad, Presas de Contrafuertes, Presas de Arco-Bóveda y Presas de Tierra o Escollera.

2.2 Embalse

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CENTRALES HIDROELECTRICAS Es el volumen de agua que queda retenido, de forma artificial, por la presa.

Se

suele

colocar

en

un

lugar

adecuado

geológica

y

topográficamente. Se puede emplear para generar electricidad, abastecer de agua las poblaciones, regadío, etc…

2.3 Toma de agua Las Tomas de Agua son construcciones que permiten recoger el agua para llevarlo hasta las turbinas por medios de canales o tuberías. Se sitúan en la pared anterior de la presa, la que da al embalse. En el interior de la tubería, el agua transforma la energía potencial en cinética, es decir, adquiere velocidad. Además de unas compuertas para regular la cantidad de agua que llega a las turbinas, poseen unas rejillas metálicas que impiden que elementos extraños como troncos, ramas, etc. puedan llegar a los álabes y producir desperfectos. Desde aquí, el agua pasa a la tubería forzada que atraviesa a presión el cuerpo de la presa.

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CENTRALES HIDROELECTRICAS

2.4 Tubería Forzada o Tubería de Presión o Impulsión Con el fin de impulsar al fluido y mejorar la capacidad de generación de la presa, el agua se hace correr a través de una gran tubería llamada Tubería Forzada o de Presión, especialmente diseñada para reducir las pérdidas de energía que se pudieran producir, llevando el agua hasta la turbina en la casa de máquinas. Esta tubería tiene que soportar la presión que produce la columna de agua, además de la sobre-presión que provoca el golpe de ariete en caso de parada brusca de la minicentral. Dependiendo de la orografía del terreno y de los factores medioambientales, la colocación de la tubería forzada será subterránea o exterior.

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CENTRALES HIDROELECTRICAS

2.5

Aliviaderos Aliviaderos, compuertas y válvulas de control. Todas las centrales hidroeléctricas disponen de dispositivos que permiten el paso del agua desde el embalse hasta el cauce del río, aguas abajo, para evitar el peligro por desbordamiento que podrían ocasionar las crecidas. En esos casos es necesario poder evacuar el agua sobrante sin necesidad de que pase por la central. Las compuertas y válvulas son los elementos que permiten regular y controlar los niveles del embalse. Existen distintas tipos de desagüe: los aliviaderos de superficie y los desagües de fondo o medio fondo.

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CENTRALES HIDROELECTRICAS

2.6 Casa de Máquinas o Sala de Turbinas En la Casa de Máquinas, denominada también Sala de Turbinas o Central, se encuentran los grupos eléctricos para la producción de la energía eléctrica -Conjunto turbina-altenador, turbina y generador, así como los elementos de regulación y funcionamiento. El agua que cae de la presa hace girar las turbinas que impulsan los generadores eléctricos. Las compuertas de entrada y salida se emplean para poder dejar sin agua la zona de las máquinas en caso de reparación o desmontaje. Según la disposición general de la casa de máquinas, las centrales se pueden

clasificar

en:

Centrales

Subterráneas.

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al

Exterior

y

Centrales

CENTRALES HIDROELECTRICAS

2.7 Transformadores Son el equipo que se encarga de convertir la corriente de baja tensión en una corriente de alta tensión y disminuir la intensidad de la corriente eléctrica. De este modo, se pierde menos energía en su transporte.

2.8 Líneas de Transporte de Energía Eléctrica

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CENTRALES HIDROELECTRICAS La electricidad producida se transporta por cables de alta tensión a las estaciones de distribución, donde se reduce la tensión mediante transformadores hasta niveles adecuados para los usuarios. Las líneas primarias pueden transmitir electricidad con tensiones de hasta 500.000 voltios o más. Las líneas secundarias que van a las viviendas tienen tensiones de 220 y 110 voltios.

2.9 La turbina hidráulica Las turbinas hidráulicas son el elemento fundamental para el aprovechamiento

de

la

energía

en

las

centrales

hidráulicas.

Transforman en energía mecánica la energía cinética (fruto del movimiento) de una corriente de agua. Su componente más importante es el rotor, que tiene una serie de palas que son impulsadas por la fuerza producida por el agua en movimiento, haciéndolo girar. Las turbinas hidráulicas las podemos clasificar en dos grupos: 2.9.1 Turbinas de acción. Son aquellas en las que la energía de presión del agua se transforma completamente en energía cinética. Tienen como característica

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CENTRALES HIDROELECTRICAS principal que el agua tiene la máxima presión en la entrada y la salida del rodillo. Un ejemplo de este tipo son las turbinas Pelton.

2.9.1.1 Turbina Pelton. También se conoce con el nombre de turbina de presión. Son adecuadas para los saltos de gran altura y para los caudales relativamente pequeños. La forma de instalación más habitual es la disposición horizontal del eje.

2.9.2 Turbinas de reacción Son las turbinas en que solamente una parte de la energía de presión del agua se transforma en energía cinética. En este tipo de turbinas, el agua tiene una presión más pequeña en la salida que en la entrada. Un ejemplo de este tipo son las turbinas Kaplan y Francis Las turbinas que se utilizan actualmente con mejores resultados son las turbinas Pelton, Francis y Kaplan.

2.9.2.1

Turbina Kaplan.

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CENTRALES HIDROELECTRICAS Son turbinas de admisión total y de reacción. Se usan en saltos de pequeña altura con caudales medianos y grandes. Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, pero también se pueden instalar de forma horizontal o inclinada. En el siguiente juego interactivo puedes comprender mejor la relación entre el caudal y la altura en las centrales hidroeléctricas.

2.9.2.2Turbina Francis. Es conocida como turbina de sobrepresión, porque la presión es variable en las zonas del rodillo. Las turbinas Francis se pueden usar en saltos de diferentes alturas dentro de un amplio margen de caudal, pero son de rendimiento óptimo cuando trabajan en un caudal entre el 60 y el 100% del caudal máximo. Pueden ser instaladas con el eje en posición horizontal o en posición vertical pero, en general, la disposición más habitual es la de eje vertical.

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CENTRALES HIDROELECTRICAS

III. Tipos de centrales hidroeléctricas Pueden

ser

características

clasificadas técnicas,

según

varios

peculiaridades

argumentos, del

como

asentamiento

y

condiciones de funcionamiento.

3.1 Según utilización del agua, es decir si utilizan el agua como discurre normalmente por el cauce de un río o a las que ésta llega, convenientemente regulada, desde un lago o pantano.

3.1.1 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. No cuentan con reserva de agua, por lo que el caudal suministrado oscila según las estaciones del año.

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CENTRALES HIDROELECTRICAS 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.

3.1.2 Centrales de Agua Embalsada: Se alimenta del agua de grandes lagos o de pantanos artificiales (embalses), conseguidos mediante la construcción de presas. El embalse es capaz de almacenar los caudales de los ríos afluentes, llegando a elevados porcentajes de captación de agua en ocasiones. Esta agua es utilizada según la demanda, a través de conductos que la encauzan hacia las turbinas.

3.1.3 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.

3.1.4 Centrales de Bombeo:

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CENTRALES HIDROELECTRICAS Se denominan 'de acumulación'. Acumulan caudal mediante bombeo, con lo que su actuación consiste en acumular energía potencial. Pueden ser de dos tipos, de turbina y bomba, o de turbina reversible. La alimentación del generador que realiza el bombeo desde aguas abajo, se puede realizar desde otra central hidráulica, térmica o nuclear. No es una solución de alto rendimiento, pero se puede admitir como suficientemente rentable, ya que se compensan las pérdidas de agua o combustible.

3.2 Según la altura del salto de agua o desnivel existente: 3.2.1 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.

3.2.2 Centrales de Media Presión: Aquellas que poseen saltos hidráulicos de entre 200 - 20 metros aproximadamente. Utilizan caudales de 200 m3/s por turbina. En valles de media montaña, dependen de embalses. Las turbinas son Francis y Kaplan, y en ocasiones Pelton para saltos grandes.

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CENTRALES HIDROELECTRICAS 3.2.3 Centrales de Baja Presión: Sus saltos hidráulicos son inferiores a 20 metros. Cada máquina se alimenta de un caudal que puede superar los 300 m 3/s. Las turbinas utilizadas son de tipo Francis y especialmente Kaplan.

IV. Funcionamiento de una central hidroeléctrica La presa, situada en el curso de un río, acumula artificialmente un volumen de agua para formar un embalse. Eso permite que el agua adquiera una energía potencial que después se transformará en electricidad. Para esto, la presa se sitúa aguas arriba, con una válvula que permite controlar la entrada de agua a la galería de presión; previa a una tubería forzada que conduce el agua hasta la turbina de la sala de máquinas de la central. El agua a presión de la tubería forzada va transformando su energía potencial en cinética (es decir, va perdiendo fuerza y adquiere velocidad). Al llegar a la sala de máquinas el agua actúa sobre los álabes de la turbina hidráulica, transformando su energía cinética en energía mecánica de rotación. El eje de la turbina está unido al del girar convierte la energía rotatoria en corriente alterna de media tensión. El agua, una vez ha cedido su energía, es restituida al río aguas abajo de la central a través de un canal de desagüe.

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CENTRALES HIDROELECTRICAS

V. Ventajas y desventajas de las centrales hidroeléctricas 5.1 VENTAJAS  No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía, constantemente repuesta por la naturaleza de manera gratuita.  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, navegación y ornamentación del terreno y turismo.  Los costos de mantenimiento y explotación son bajos.  Las obras de ingeniería necesarias para aprovechar la energía hidráulica tienen una duración considerable.

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CENTRALES HIDROELECTRICAS  La turbina hidráulica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia siendo sus costes de mantenimiento, por lo general, reducidos.

5.2 DESVENTAJAS  Las instalaciones producen un gran impacto visual  La construcción de presas es muy costosa  Los costos de capital por kilovatio instalado son con frecuencia muy altos.  El emplazamiento, determinado por características naturales, puede estar lejos del centro o centros de consumo y exigir la construcción de un sistema de transmisión de electricidad, lo que significa un aumento de la inversión y en los costos de mantenimiento y pérdida de energía.  La construcción lleva, por lo común, largo tiempo en comparación con la de las centrales termoeléctricas.  La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en año.

VI. Impacto ambiental de las centrales hidroeléctricas

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CENTRALES HIDROELECTRICAS Siempre se ha considerado que la electricidad de origen hidráulico es una alternativa energética limpia. Aun así, existen determinados efectos

ambientales

debido

a

la

construcción

de

centrales

hidroeléctricas y su infraestructura. La construcción de presas y, por extensión, la formación de embalses, provocan un impacto ambiental que se extiende desde los límites superiores del embalse hasta la costa. Este impacto tiene las siguientes consecuencias, muchas de ellas irreversibles: 

Sumerge tierras, alterando el territorio.



Modifica el ciclo de vida de la fauna.



Dificulta la navegación fluvial y el transporte de materiales aguas abajo (nutrientes y sedimentos, como limos y arcillas).



Disminuye el caudal de los ríos, modificando el nivel de las capas

freáticas,

la

composición

del

agua

embalsada

y

el

microclima.

Los costes ambientales y sociales pueden ser evitados o reducidos a un nivel aceptable si se evalúan cuidadosamente y se implantan medidas correctivas. Por todo esto, es importante que en el momento de construir una nueva presa se analicen muy bien los posibles impactos ambientales en frente de la necesidad de crear un nuevo embalse.

VII. Potencia de una central hidroeléctrica

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CENTRALES HIDROELECTRICAS 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)

VIII. TESIS

UNIVERSIDAD DE PIURA

“Diseño de una mini central hidroeléctrica – Rio la Gallega” Tesis para optar el título de Ingeniero Civil. Jesús Humberto Moreno Mantilla

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CENTRALES HIDROELECTRICAS Piura Enero 2011 OBJETIVO DEL PROYECTO El objetivo del presente proyecto es dotar del recurso hidroenergetico a los centros poblados de Piedra del toro, La Unión y San Luis. Dichos centros poblados pertenecen a la provincia de Morropon. Para lo cual se utilizaran las aguas del rio la Gallega a través de una captación de agua tipo fluyente ubicado aguas arriba del puente la Gallega. UBICACIÓN DEL PROYECTO El embalse será ubicado en Santo Domingo, Santa Catalina de Mosa y Provincia de Morropón. Sus coordenadas son: Latitud 5° 7'5.34"S y Longitud 79°53'43.66"O.

UNIVERSIDAD DE CHILE METODOLOGÍA DE IDENTIFICACIÓN DE IMPACTOS AMBIENTALES EN PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS DE PASADA EN CAUCES NATURALES, ESTUDIO DE CASO MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL RODOLFO ALEXIS ORDOÑEZ PARRINI SANTIAGO DE CHILE OCTUBRE 2011 CONCLUSIONES  Utilizar herramientas de planificación ambiental estratégica. Por ejemplo, utilizar los mapas de potencial hidroeléctrico para identificar zonas de mayor susceptibilidad y riesgo ambiental, notando las interacciones entre los distintos proyectos.

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CENTRALES HIDROELECTRICAS  Realizar un estudio en relación al impacto acumulativo de este tipo de proyectos, especialmente en zonas de mayor potencial hidroeléctrico y susceptibilidad ambiental.  Se recomienda a la autoridad competente implementar un mayor control y fiscalización de los proyectos, tanto en su etapa de construcción como de operación.

UNIVERSIDAD DE ORIENTE FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA CENTRO DE ESTUDIO DE EFICIENCIA ENERGETICA MACRO OPTIMIZACION DEL PROYECTO Y LA EXPLOTACION DE LAS PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICAS DE LAS REGIONES MONTAÑOSAS Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas Autor: Luis Jerónimo García Faure Tutor: Dr. C. Luis Oscar Oliva Ruiz Santiago de Cuba 2005 CONCLUSIONES 1. Se demostró, que un reducido número de variables fundamentales puede controlar el proceso de toma de decisión para el proyecto (QP, PP, n, CT) y la explotación (Ta, TC, GD2) de las P.C.H. 2. Fueron desarrollados y validados los modelos matemáticos para el proyecto, la determinación de los parámetros dinámicos y la distribución de la carga y el gasto entre las máquinas cuando trabajan en paralelo. 3. Con las ecuaciones de caudales clasificados y volúmenes turbinados, ajustados con el polinomio de Taylor, y la estimación del costo mediante la Teoría Paramétrica, conjuntamente con el criterio técnico-económico seleccionado como función objetivo, además de adecuadas relaciones matemáticas entre las variables (gasto, volumen turbinado, potencia, y costo), se conformó el algoritmo que permite resolver la optimización del proyecto. 102 4. Al optimizar el proyecto, resultan predeterminados algunos parámetros dinámicos de operación, como son: la constante hidráulica de la tubería TH, la velocidad de propagación y el tiempo del primer ciclo del golpe de ariete, quedando por calcular solo las

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CENTRALES HIDROELECTRICAS variables tiempos de cierre y de abertura del regulador (TC y T0), tiempo de aceleración del grupo Turbogenerador (Ta) y momento de inercia del grupo (GD2/4g), sobre las que se debe actuar para la optimización dinámica de la central. 5. El método seguido para la determinación de los parámetros dinámicos se diferencia sustancialmente de los métodos tradicionales en que, en éstos deben fijarse los valores de la constante de aceleración o del momento de inercia de las máquinas y –con uno de ellos- determinar el tiempo de cierre del regulador. En cambio. En el método presentado en esta tesis mediante el diseño de un modelo matemático de optimización, el sistema de ecuaciones e inecuaciones permite determinar simultáneamente todas las variables tanto para el proceso de cierre como de abertura del distribuidor: tiempo de cierre, tiempo de abertura, tiempo de aceleración y momento de inercia de las máquinas. El algoritmo y el software diseñados para la solución de los parámetros dinámicos, presenta además un inestimable valor demostrativo y didáctico, pues pone de manifiesto la relación existente entre dichos parámetros, que de otra manera resultaría sumamente difícil de demostrar. 6. El caudal y la potencia de proyecto determinan también, la posibilidad de lograr la máxima eficiencia de la central, sobre todo, cuando se ha optado por la variante de más de un grupo turbogenerador. A partir de esos parámetros y la demanda instantánea, se puede determinar la adecuada distribución del gasto y la potencia entre los grupos. 7. La metodología y el software de cálculo desarrollados para la distribución de la carga y el gasto entre los grupos turbogeneradores, fue aplicada con éxito en la mini hidroeléctrica de Uvero, de la provincia Santiago de Cuba. Los resultados demuestran que se puede tener aumento de la eficiencia global de la central de más de un 2 %.

UNIVERSIDAD DE CUENCA Facultad de Ciencias Químicas Maestría en Planificación y Gestión Energética “FACTIBILIDAD DE SISTEMAS DE MICRO Y MINI HIDROELÉCTRICAS COMUNITARIAS RURALES EN EL AZUAY” Autor Rafael Esteban Vélez Iñiguez Cuenca- Ecuador 2013 CONCLUSIONES

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CENTRALES HIDROELECTRICAS A continuación se describen las principales conclusiones de este trabajo: 1. El consumo eléctrico a nivel mundial seguirá creciendo y por lo tanto en un futuro cercano será imperativo el aprovechamiento de la mayor cantidad de recursos energéticos, especialmente de los renovables. 2. Se hace evidente la necesidad de una actualización del inventario de recursos hídricos a nivel de todo el país, puesto que los datos existentes datan de la época del INECEL, en el mejor de los casos de la década de los 90s. 3. La provincia del Azuay debido a su ubicación geográfica, cuenta con una serie de micro cuencas hidrográficas que pudieran ser aprovechadas para la generación de micro hidro electricidad, sin embargo faltan los estudios pertinentes y las posibilidades de financiamiento. 4. A pesar de que existe la alternativa legal y el estímulo económico para la implementación de los Sistemas de Energía Renovable, la estructura del sector eléctrico ecuatoriano no ha podido encontrar los incentivos necesarios para dicha implementación en el sector privado, puesto que el sector público tiene, en la actualidad, a su cargo la construcción y operación de las grandes centrales hidroeléctricas. 5. Es importante que las autoridades del sector eléctrico ecuatoriano (Ministerio de Electricidad y Energía Renovable, CONELEC, etc.) tomen cartas en el desarrollo de normativas e incentivos para fomentar la Generación Distribuida, especialmente en zonas en donde por razones técnicas (geografía, distancia de las redes, etc.) y/o económicas no existe el acceso a la red de transmisión y distribución pública. 6. Un programa de rehabilitación de las mini centrales hidroeléctricas en el Ecuador, podría incentivar el desarrollo de empresas constructoras locales tanto para las obras civiles, como para el equipamiento electromecánico de las mismas, generando plazas de trabajo y desarrollo tecnológico para el país. Así mismo, ello incentivaría la investigación en las universidades locales. 7. El aporte del Fondo de Compensación Ambiental (FCA) es importante, pero no suficiente en este proyecto, para que pueda ser financieramente rentable. 8. La planta de Dug Dug, en caso de que pudiera ser rehabilitada, podría entregar energía a la red pública (venta de energía), lo que permitiría financiar obras básicas en la parroquia, a través de la Junta Parroquial o el GAD local competente, con ingresos líquidos que bordean los cincuenta mil dólares por año.

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CENTRALES HIDROELECTRICAS 9. De lo que se puede observar en la simulación, un proyecto de este tipo debería tener un financiamiento mayor al 70% para que llegue a ser financieramente atractivo, pero si consideramos la generación de empleo, la promoción de empresas constructoras locales, el desarrollo tecnológico que este tipo de centrales impulsarían, podemos concluir que son socialmente beneficiosas, y podrían ser tomadas en cuenta por ONGs u otras instituciones internacionales para el desarrollo de las comunidades rurales.

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO SEDE – LATACUNGA CARRERA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN PROYECTO DE GRADO PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO ELECTRÓNICO EN INSTRUMENTACIÓN “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL PROTOTIPO DE INTERFASE PERSONA MAQUINA (HMI) DEL SISTEMA DE CONTROL DE LA UNIDAD GENERADORA Nº 1 DE LA CENTRAL HIDROELECTRICA PUCARÁ” BALSECA ACOSTA JUAN FERNANDO LATACUNGA-ECUADOR AÑO 2007 CONCLUSIONES Se analizó el funcionamiento de la Unidad Generadora N°1 de la Central Hidroeléctrica Pucará, mediante lo cual se pudo seleccionar las variables físicas que han sido monitoreadas mediante el prototipo de HMI desarrollado en este proyecto. Esas variables son las siguientes: Una señal de caudal y seis de detección de flujo en los radiadores del sistema de bombas de enfriamiento, el monitoreo de ocho señales de temperaturas provenientes de las RTDs del generador y cojinetes, el nivel del tanque acumulador de aceite y la detección de niveles de aceite en el cojinete inferior generador. En base al estudio general que se realizó del funcionamiento y utilización del PLC modular SLC500 se pudo determinar que para su utilización se debió seleccionar sus componentes conforme a las

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CENTRALES HIDROELECTRICAS variables monitoreadas del proceso: el procesador, los módulos de entradas y salidas, y los módulos de comunicación. Adicionalmente fue necesario realizar la adecuación de las señales provenientes de las variables del proceso para que los módulos de entradas y salidas del PLC pudieran manipularlas. Dichas adecuaciones consistieron en seleccionar un sensor o transmisor que mida la variable dentro de su rango de operación y la convierta en una señal eléctrica estándar que pueda ser manejada por las entradas y salidas del PLC, que comúnmente son de 0 Vcd y 24 Vcd para las señales de tipo discretas, y de 4 a 20 mA para las tipo analógicas. Según el estudio general que se realizó del dispositivo de interfase PanelView1000, se realizó el desarrollo las pantallas de interfase del HMI para que sean lo más representativas del proceso de la unidad generadora U1, y a su vez sencillas y fáciles de entender para que el personal de operación y mantenimiento de la Central Pucará pueda familiarizarse con las mismas y le sean de utilidad en su trabajo. La programación lógica de funcionamiento tanto del dispositivo PLC SLC500 y de interfase PanelView se desarrolló a la par, pues tanto el uno como el otro se complementan en su trabajo. Se fue depurando la programación del SLC500 y del PanelView1000 mediante las pruebas que se realizó en el laboratorio y cuando se implementó el HMI en el proceso monitoreado de la U1. Se diseñó e implementó las conexiones de los equipos del HMI en el sistema de control de la U1, tal como se puede apreciar en los planos del Anexo 5. Adicionalmente al desarrollar este proyecto se ha contribuido a que el personal técnico que labora en la Central Pucará llegué a ampliar sus conocimientos sobre el funcionamiento de un sistema HMI y de los componentes que lo integran, lo cual resulta muy útil pues en centrales de generación eléctrica modernas ya se utiliza este tipo de tecnología.

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA

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CENTRALES HIDROELECTRICAS UTILIZACIÓN DE ENERGÍAS RENOVABLES EN MÉXICO: HACIA UNA TRANSICIÓN EN LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA. TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO ELÉCTRICO- ELECTRÓNICO PRESENTA EDGAR LÓPEZ SATOW CONCLUSIONES En el presente capítulo se estudiaron las políticas públicas, el marco regulatorio y la situación actual de la capacidad instalada de generación de energía eléctrica a partir de recursos eólicos y solares en España, Alemania y Estados Unidos Para los tres países se pudo observar que a raíz de los diversos cambios en las políticas públicas, la capacidad instalada para ese periodo aumentaba. Esto gracias también a las estrategias que se llevaron a cabo. En general, los programas se dirigían a otorgar incentivos económicos y créditos, resaltando también el gran apoyo a la investigación y desarrollo para las tecnologías correspondientes. En el caso particular de la energía eólica, los tres países estudiados son los que cuentan con la mayor capacidad instalada en el mundo. Alemania, es el país que encabeza la lista, y como se pudo apreciar, fue el país en que los esfuerzos por comenzar la transición energética se dieron primero. Estados Unidos, a pesar que creó una regulación apropiada para dar impulso a los recursos renovables, no lo llevó a cabo con gran apego por diversos factores, por lo que es hasta el año 2000 que comienza a tener un crecimiento acelerado. Por otra parte España hace lo correspondiente para contribuir con el compromiso mundial, y ahora es la segunda potencia en dicho campo. El uso de la energía solar, también juega un papel importante en los países estudiados, aunque con menor crecimiento al esperado, pero se puede observar que se han llevado a cabo diversos programas de apoyo para el aprovechamiento exclusivo de este recurso, y además se prevé una mayor divulgación y apoyo para estas tecnologías. Con lo estudiado en este Capítulo, se puede tener un panorama general de las políticas que contribuyen al desarrollo de la energía renovable, esto con fin de poder tener un punto de comparación cuando se analice la situación de México.

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DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL: HIDRÁULICA Y ENERGÉTICA ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS (MADRID) CONTROL DE MINICENTRALES HIDROELÉCTRICAS FLUYENTES. MODELADO Y ESTABILIDAD Autor: José Ignacio Sarasúa Moreno Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos por la Universidad Politécnica de Madrid Madrid, 2009 CONCLUSIONES 1. La dinámica de una central que controla nivel en un depósito, ya sea la cámara de carga o el azud, es mucho más lenta que cuando se plantea el control de potencia o frecuencia. Las constantes temporales de los elementos almacenadores son las que determinan la frecuencia de las oscilaciones y por tanto la celeridad de la respuesta de la central. Obviamente, a igualdad de ganancias del controlador PI, cuanto menor sea la superficie del depósito, más rápido será el control. Por tanto la acción de control en la central con cámara de carga es más leve que en los otros dos casos. 2. Los modelos lineales obtenidos a partir de los modelos originales, bajo pequeña perturbación, se comportan de forma muy similar a los no lineales. En el caso de la central con galería en presión y chimenea de equilibrio las diferencias son mayores a causa del término cuadrático de las pérdidas en la galería. La semejanza entre modelos posibilita que los resultados obtenidos referentes a la estabilidad sean extrapolables al modelo no lineal. 3. Cuando el canal presenta dos tramos diferenciados, es decir el remanso no ocupa toda la longitud del canal, la variación del caudal o del nivel en la desembocadura del mismo no se manifiesta aguas arriba. Este es el caso del canal estudiado en la presente tesis. Cuando se modifica la posición del distribuidor varía el nivel en la cámara de carga y esto provoca una desviación de la longitud del remanso. Pero en ningún caso, si éste no ocupa todo el canal, esto supone una variación del nivel o del caudal en la embocadura del canal. Por tanto, mediante el movimiento del distribuidor no es posible mantener el nivel del agua en el azud constante. Como alternativa se plantea el control de nivel en la cámara de carga. Existiría la posibilidad de controlar nivel en el azud accionando la

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CENTRALES HIDROELECTRICAS compuerta situada en la embocadura del canal pero el estudio y el diseño de este control se encuentra fuera del alcance de la presente tesis. 4. En el apéndice C se incluyen las simulaciones comparadas entre el modelo de canal con función de transferencia utilizado en el modelo de central y el canal simulado mediante MIKE11. De los resultados obtenidos se puede concluir que el modelo procedente de linealización de las ecuaciones de Saint Venant compuesto por una función de transferencia se comporta adecuadamente. Como segunda conclusión se observa que cuando el número de Froude del canal en el tramo uniforme es elevado, los modelos se aproximan mucho mientras que cuando el valor adimensional se reduce existe un desfase en la respuesta de ambos modelos.

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CONCLUSIONES 

Las centrales hidroeléctricas son aquellas que se utiliza para la

generación

de

energía

eléctrica

mediante

el

aprovechamiento de la energía hidráulica y se adaptan a la configuración del terreno y a las características que ofrece la 

naturaleza. La utilización de la energía hidroeléctrica es muy importante en nuestro medio ya que sigue principios físicos como el



aprovechamiento de la energía potencial y cinética. Es importante mencionar que el 65% de la energía eléctrica que llega a nuestras casas son alimentadas por centrales hidroeléctricas. Las cuales transforman la energía potencial



del agua para generar energía eléctrica. El costo absoluto de una central depende de la potencia, para comparar costos se atiende al costo por kW instalado. Este disminuye al aumentar la potencia instalada en la



central. Un país con recursos hidráulicos como el nuestro, tiene por conveniente el uso de centrales hidroeléctricas

para la

generación de energía eléctrica, ya que es considera una buena tecnología y con muchos beneficios.

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CENTRALES HIDROELECTRICAS 

Las ventajas de una central hidroeléctrica es una menor inversión de capital inicial, porque el precio por kW instalado es menor, además es una tecnología limpia y su principal insumo es el agua (recurso natural).

RECOMENDACIONES 

Se debe ampliar el conocimiento sobre las centrales hidroeléctricas y sus múltiples beneficios que esta trae para la obtención de energía.



Mejorar la información respecto a los impactos positivos y negativos que estos tipos de proyectos producen en el país.

BIBLIOGRAFIA York Carlos y Valdés Orlando, 2010, Centrales Hidroeléctricas “Definición y Criterios de Operación”, Centro de Monitoreo de Centrales y del Sistema Eléctrico (CEMOCSE), Ministerio de Minas y Energía. Centros de energía renovables (CER), 2009, Energía hidroeléctrica, Ministerio de Energía, Gobierno de Chile. Restrepo Arango Luis, 2007, Los Proyectos Hidroeléctricos, Sociedad y Cultura en Antioquia, Universidad Nacional de Colombia-Sede Medellín. EPEC, 2000, la tecnología eléctrica, Belgrano Córdova. Linsley Ray K. y Franzini Joseph B., 1978, Ingeniería de Recursos Hídricos, Editora de la Universidad de Sao Paulo, Brasil, Editora McGraw-Hill.

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CENTRALES HIDROELECTRICAS Centrales hidroeléctricas http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m200018/doc1.pdf http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo1.html http://platea.pntic.mec.es/~jdelucas/centralhidro.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Sector_el%C3%A9ctrico_en_el_Per%C3%BA http://deltavolt.pe/energia-renovable/renovable-peru http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/interesantes/centrales/pagin a_nueva_1.htm

ANEXOS

Figura N° 01: Represa

Figura N° 02: Embalse

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CENTRALES HIDROELECTRICAS

Figura N° 03: Tipos de Aliviadero

Figura N° 04: Tuberías de presión

Figura N° 05: Transformador de potencia

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CENTRALES HIDROELECTRICAS

Figura N° 06: Casa de maquinas

Figura N° 07: Turbina Pelton

Figura N° 08: Turbina Francis

38 Figura N° 09: Turbina Kaplan

CENTRALES HIDROELECTRICAS

Figura N° 10: Generación, Transmisión y distribución de Energía Eléctrica

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