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• Erika Quispe Tornero

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TEMA DE INVESTIGACION: HIDROELECTRICIDAD. UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA.

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL.

 CARÁTULA 01  INDICE

02

 DEDICATORIA

03

 INTRODUCCIÓN 04  TEMA DE INVESTIGACION: 1.    2.

HIDROELECTRICIDAD CONCEPTO SISTEMA DE FUNCIONAMIENTO CLASIFICACION

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PROBLEMAS DE TURBINA

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 CONCLUSION Y RECOMENDACIONES

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 BIBLIOGRAFIA

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A LOS DOCENTES Y PADRES , EJEMPLOS Y GUIAS PARA EL BUEN CAMINO A SEGUIR.

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El servicio de Aprovechamientos Hidroeléctricos se incluye dentro de la categoría de Aprovechamientos Hidroeléctricos, cuya información cartográfica y alfanumérica de las Centrales Hidroeléctricas, sus Tomas y Restitución asociada. Una central hidroeléctrica es aquella que utiliza energía hidráulica para la generación de energía eléctrica. El agua en su caída entre dos niveles de un cauce se hace pasar por una turbina hidráulica haciendo que gire su eje y transformando la energía potencial de la caída del agua en energía mecánica rotatoria, y en este presente trabajo ampliaremos y conoceremos más de lo que trata la hidroelectricidad.

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ENERGÍA HIDROELÉCTRICA La energía hidroeléctrica o hidráulica es aquella que se origina del aprovechamiento de la caída de agua desde cierta altura. El agua que cae es conducida por unas turbinas creando un movimiento de rotación, que la convierte en energía mecánica, luego toda esa energía pasa por unos generadores que la transforman en energía eléctrica. Esta clase de energía, generalmente se produce por el agua almacenada en embalses de gran altura, llamadas también represas.

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CENTRAL HIDROELÉCTRICA En una central hidroeléctrica se utiliza energía hidráulica para la generación de energía eléctrica. Son el resultado actual de la evolución de los antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para generar energía. Las centrales hidroeléctricas permiten, además, disminuir los gastos de los países en combustibles fósiles. Por ejemplo, el Proyecto Hidroeléctrico Palomino,1 ubicado en la República Dominicana, le ahorrará al país alrededor de 400 000 barriles de petróleo al año.

En general, estas centrales aprovechan la energía potencial gravitatoria que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como «salto geodésico». En su caída entre dos niveles del cauce, se hace pasar el agua por una turbina hidráulica que transmite energía a un generador eléctrico donde se transforma en energía eléctrica. CENTRALES EN EL PERÚ El Perú no se queda atrás en cuanto a centrales hidroeléctricas se refiere. Tan es así que posee cinco principales centrales majestuosas repartidas en todo el país. Entre ellas destaca la Central Hidroeléctrica del Mantaro (886.0 Mw), considerada la más grande y vital para el Perú. Se ubica en Colcabamba, provincia de Tayacaja, y representa aproximadamente el 40% de la energía del país y alimenta al 70% de la industria nacional que está concentrada en Lima. También figuran la central de Huinco en Lima (247.3 Mw), Charcani V en Arequipa (144.6 Mw), Cañón del Pato en Áncash (263.5 Mw) y Machu Picchu en Cusco (88.8 Mw).

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En muchos países se han instalado centrales pequeñas, con potencias inferiores a 10 Mw. En regiones de China, por ejemplo, estas pequeñas presas son la principal fuente de electricidad. CARACTERÍSTICAS DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad, son: 



La potencia, que está en función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de las turbinas y de los generadores usados en la transformación. La energía garantizada en un lapso de tiempo determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, y de la potencia instalada.

Las centrales hidroeléctricas y las centrales térmicas —que usan combustibles fósiles— producen la energía eléctrica de una manera muy similar. En ambos casos la fuente de energía es usada para impulsar una turbina que hace girar un generador eléctrico, que es el que produce la electricidad. Una central térmica usa calor para, a partir de agua, producir el vapor que acciona las paletas de la turbina, en contraste con la planta hidroeléctrica, que usa directamente la fuerza del agua para accionar la turbina.

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FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

TURBINA HIDRÁULICA Y GENERADOR ELÉCTRICO

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El tipo de funcionamiento de una central hidroeléctrica puede variar a lo largo de su vida útil. Las centrales pueden operar en régimen de: 

generación de energía de base;



generación de energía en períodos de punta. Estas a su vez se pueden dividir en:

 

centrales tradicionales; centrales reversibles o de bombeo.

La demanda de energía eléctrica de una ciudad, región, o país, tiene una variación a lo largo del día. Esta variación es función de muchos factores, entre los que se destacan:     

tipos de industrias existentes en la zona y turnos que estas realizan en su producción; tipo de cocina doméstica que se utiliza más frecuentemente; tipo de calentador de agua que se permite utilizar; la estación del año; la hora del día en que se considera la demanda.

La generación de energía eléctrica debe seguir la curva de demanda; así, a medida que aumenta la potencia demandada deberá incrementarse el caudal turbinado, o iniciar la generación con unidades adicionales en la misma central, e incluso iniciando la generación en centrales reservadas para estos períodos.

TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS 

Según su ubicación respecto a la rasante

Centrales al aire libre, al pie de la presa, o relativamente alejadas de esta. Están conectadas por medio de una tubería a presión. Centrales en caverna, generalmente conectadas al embalse por medio de túneles, tuberías a presión, o por la combinación de ambas. 

Según su régimen de flujos

Centrales de agua fluyente: También denominadas «centrales de filo de agua» o «de pasada», utilizan parte del flujo de un río para generar energía eléctrica. Operan de forma continua porque no tienen capacidad para almacenar agua al no disponer de embalse. Turbinan el agua disponible en el momento limitadas por la capacidad instalada. En estos casos las turbinas pueden ser de eje vertical, cuando el río tiene una pendiente fuerte, u horizontal, cuando la pendiente del río es baja.

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Centrales de embalse: Es el tipo más frecuente de central hidroeléctrica. Utilizan un embalse para almacenar agua e ir graduando el caudal que pasa por la turbina. Es posible generar energía durante todo el año si se dispone de reservas suficientes. Requieren una inversión mayor. Centrales de regulación: Almacenan el agua que fluye por el río capaz de cubrir horas de consumo. Centrales de bombeo o reversibles: Una central hidroeléctrica reversible es una central hidroeléctrica que, además de poder transformar la energía potencial del agua en electricidad, tiene la capacidad de hacerlo a la inversa, es decir, aumentar la energía potencial del agua (por ejemplo subiéndola a un embalse) consumiendo para ello energía eléctrica. De esta manera puede utilizarse como un método de almacenamiento de energía (una especie de batería gigante). Están concebidas para satisfacer la demanda energética en horas pico y almacenar energía en horas valle. Aunque lo habitual es que estas centrales turbinen/bombeen el agua entre dos embalses a distinta altura, existe un caso particular llamado centrales de bombeo puro, en las que el embalse superior se sustituye por un gran depósito cuya única aportación de agua es la que se bombea del embalse inferior. 

Según su altura de caída del agua

Centrales de alta presión Que corresponden con el high head, y que son las centrales de más de 200 m de desnivel, por lo que solían equiparse con turbinas Pelton. Centrales de media presión Son las centrales con un desnivel de 20 a 200 m, siendo dominante el uso de turbinas Francis, aunque también se pueden usar turbinas Kaplan. Centrales de baja presión Que corresponden con el low head, son centrales con desniveles de agua de menos de 20 m; habitualmente utilizan turbinas Kaplan. Centrales de muy baja presión

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Son centrales correspondientes equipadas con nuevas tecnologías, pues a partir de un cierto desnivel, las turbinas Kaplan no son aptas para generar energía. Serían en inglés las very low head, y suelen situarse por debajo de los 4 m. PARTES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA          

Tubería forzada Presa Turbina hidráulica Generador eléctrico Transformador Líneas eléctricas Compuertas y válvulas hidráulicas Rejas y limpia rejas Embalse Río

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ELEMENTOS PRINCIPALES DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA Una Central Hidroeléctrica está compuesta por Presa Hidráulica, Embalse, Tomas de Agua, Tubería Forzada o Tubería de Presión o Impulsión, Aliviaderos, Casa de Máquinas o Sala de Turbinas, Transformadores y Líneas de Transporte de Energía Eléctrica. 1. PRESA HIDRAULICA

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 Tierrra o Escollera.

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2. EMBALSE

Es el volumen de agua que queda retenido, de forma artificial, por la presa. Se suele colocar en un lugar adecuado geologica y topográficamente. Se puede emplear para generar electricidad, abastecer de agua las poblaciones, regadío, etc…

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 tuberias. 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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4. TUBERIA FORZADA O TUBERIA A PRESION

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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5. ALIVIADORES

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.

6. CASA DE MAQUINAS 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-alternador, 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 al Exterior y Centrales Subterráneas

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Tipos-Clasificación de las Turbinas 

Según la colocación de su eje: El eje de la turbina puede colocarse horizontal o vertical.



Según la dirección en que entra el agua las turbinas pueden ser: - Turbinas radiales-axiales: El agua entra en el rodete de forma radial para posteriormente cambiar de dirección y salir paralela al eje de rotación de la turbina, es decir axial o en la dirección del eje. - Turbinas axiales: el agua entra y sale paralela al eje de rotación de la turbina. -Turbinas Tangenciales: El agua golpea el rodete en su periferia. También hay otra clasificación, quizás la más importante, y es según el grado de reactividad, o lo que es lo mismo como mueve el eje de la turbina el agua.

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Hay dos tipos, de acción y de reacción. Fíjate en la figura de arriba, vamos a empezar por la de acción, que es la más fácil. El agua mueve la turbina por el golpe directo sobre los álabes del rodete. En estos casos interesa que tengamos una gran altura de caída del agua para que golpee lo más fuerte posible. Ahora veamos la de reacción. En este caso el agua mueve el rodete, no por el golpe directo, sino por la reacción que provoca su salida sobre el rodete (fíjate en la figura de arriba). En este caso nos interesa que tengamos un gran caudal de agua que empuje el agua que entra en las tuberías para que salga con mucha fuerza (presión) y mueva con más fuerza el rodete. La altura a la que cae el agua aquí no es muy importante porque no golpea directamente los álabes, aquí lo que interesa es que tengamos mucho caudal de agua empujando. Las características de cada una de estos tipos: - De acción: La incidencia del agua y el sentido del giro del rodete coincide en el punto en el que se produce el choque del agua sobre los álabes. Toda la energía cinética con la que llega el agua a la turbina es utilizada para su giro. La energía de presión que el agua posee a su entrada, al ser dirigida al rodete directamente, se convierte totalmente en energía cinética (movimiento) en el rodete. La presión del agua a la entrada y a la salida es la misma. La más usada es la Pelton que luego veremos y explicaremos.

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- De reacción: El sentido de giro del rodete no coincide con la dirección de entrada y salida del agua. Estas turbinas utilizan energía cinética y de presión para mover el rodete y la presión del agua a la salida es inferior a la de entrada. Antes de llegar el agua al rodete parte de la energía de presión que trae el agua en su caída se transforma en energía cinética en el distribuidor, girando alrededor de él. El distribuidor en este caso rodea todo el rodete, llegando el agua por la totalidad de la periferia de éste, siendo por tanto la admisión del agua total. El agua a la salida del rodete tampoco sale a la atmósfera, sino que penetra en un tubo llamado tubo difusor o tubo de aspiración, generándose una depresión (absorción), cuya misión fundamental es aumentar la energía hidráulica absorbida por el rodete. El tubo difusor desemboca en el canal de desagüe, que devuelve el agua al cauce. Turbinas Más Utilizadas Las turbinas más usadas son 3: Pelton, Francis y Kaplan. Vamos a explicar cada una de ellas pero primero te dejamos una imagen del tipo de rodete que utiliza cada una de ellas, ya que es su principal diferencia.

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Turbina Pelton También llamada "Rueda Pelton" es una turbina de acción o de chorro, tangencial y normalmente de eje horizontal. Se utiliza en saltos de agua de gran altura (superiores a 200m) y con pequeños caudalesde agua (hasta 10 metros cúbicos por segundo). El distribuidor está formado por una o varias entradas de agua al rodete. Los álabes que están situados sobre la periferia del rodete tienen forma de cuchara. La fuerza del impulso del agua es la responsable del giro de la turbina.

Turbina Francis Es una turbina de reacción, radial-axial, normalmente de eje vertical, aunque pueden ser horizontal como muestra la figura de más abajo. Se utiliza en saltos de altura intermedia (hasta los 200m) y con caudales muy variados de agua, entre 2 y 200 metros cúbicos por segundo. El distribuidor está compuesto de aletas móviles para regular el caudal de agua que conduce al rodete. El agua procedente de la tubería forzada entra perpendicularmente al eje de la turbina y sale paralela a él.

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Para regular el caudal de agua que entra en el rodete se utilizan unas paletas directrices situadas en forma circular, y cuyo conjunto de denomina distribuidor. Se utiliza en sitios de muy diversas alturas de caída de agua y caudales. Esta turbina se puede utilizar en un gran rango de saltos y caudales de agua, es la más versátil. Algunas pueden variar el ángulo de sus palas durante su funcionamiento.

Turbina Kaplan La turbina Kaplan es de reacción pura, radial-axial, y normalmente de eje vertical. Las características técnicas y de construcción son muy parecidas en ambos tipos (Francis y Kaplan). Se utiliza en saltos de pequeña altura de agua (hasta 50m) y con caudales que suelen superar los 15 metros cúbicos por segundo. Para mucho caudal de agua a poca altura esta turbina es la mejor opción. Pueden variar el ángulo de sus palas durante su funcionamiento.

¿Cómo Elegir el Tipo de Turbina?

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Aquí hay un gráfico donde se muestra el tipo de turbina ideal en función del caudal y la altura de caída del agua.

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 generador eléctrico, que al 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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TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Hay muchos tipos de centrales hidroeléctricas, ya que las características del terreno donde se sitúa la central condicionan en gran parte su diseño. Se podría hacer una clasificación:

SEGÚN EL RÉGIMEN DE FLUJO: 

Centrales de agua fluyente: También llamada “de pasada”, en este caso no existe embalse, el terreno no tiene mucho desnivel y es necesario que el caudal del río sea lo suficientemente constante como para asegurar una potencia determinada durante todo el año. Durante la temporada de precipitaciones abundantes, desarrollan su máxima potencia y dejan pasar agua excedente. En cambio, durante la época seca, la potencia disminuye en función del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en verano.

Planta y Corte

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 Centrales de embalses: Mediante la construcción de una o más presas que forman lagos artificiales donde se almacena un volumen considerable de agua por encima de las turbinas. El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Con el embalse puede producirse energía eléctrica durante todo el año aunque el río se seque completamente durante algunos meses, cosa que sería imposible con una central de agua fluyente. Estas centrales exigen, generalmente, una inversión de capital más grande que la de agua fluyente. Dentro de este tipo existen dos variantes de centrales: 

Centrales a pie de presa: en un tramo de río con un desnivel apreciable se construye una presa de una altura determinada. La sala de turbinas está situada después de la presa.

Planta y Corte



Centrales por derivación de las aguas: las aguas del río son desviadas mediante una pequeña presa y son conducidas mediante un canal con una pérdida de desnivel tan pequeña como sea posible, hasta un pequeño depósito llamado cámara de carga o de presión. De esta sala arranca una tubería forzada que va a parar a la sala de turbinas. Posteriormente, el agua es devuelta río abajo, mediante un canal de descarga. Se consiguen desniveles más grandes que en las centrales a pie de presa.

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Planta y Corte

Centrales por Derivación de las aguas

Centrales de bombeo o reversibles. Son un tipo especial de centrales que hacen posible un uso más racional de los recursos hidráulicos. Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda diaria de energía eléctrica es máxima, estas centrales trabajan como una central hidroeléctrica convencional: el agua cae desde el embalse superior haciendo girar las turbinas y después queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del día de menor demanda, el agua es bombeada al embalse superior para que vuelva a hacer el ciclo productivo. 

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SEGÚN SU ALTURA DE CAÍDA DEL AGUA: 

Centrales de alta presión Que corresponden con el high head, y que son las centrales de más de 200 m de desnivel, por lo que solían equiparse con turbinas Pelton.



Centrales de media presión Son las centrales con un desnivel de 20 a 200 m, siendo dominante el uso de turbinas Francis, aunque también se pueden usar turbinas Kaplan.



Centrales de baja presión Que corresponden con el low head, son centrales con desniveles de agua de menos de 20 m; habitualmente utilizan turbinas Kaplan.

 Centrales de muy baja presión Son centrales correspondientes equipadas con nuevas tecnologías, pues a partir de un cierto desnivel, las turbinas Kaplan no son aptas para generar energía. Serían en inglés las very low head, y suelen situarse por debajo de los 4 m. SEGÚN LA DEMANDA A QUE SATISFACEN:

 Centrales de base: Proporcionan la energía que se consume de forma permanente en el sistema. Funcionan con un régimen muy uniforme a lo largo del año, salvo los periodos de reparación o revisión.  Centrales de punta: Suministran energía necesaria para atender las puntas de consumo, es decir las grandes demandas de energía que solo se presentan unas pocas horas al día. SEGÚN EL SISTEMA DE EXPLOTACION:  Centrales aisladas: RECURSOS HIDRÁULICOS – “B”.

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Alimentan a una red de consumo en forma particular, sin ser conectada esta red a otras centrales.  Centrales conectadas: Alimentan una red general de consumo junto a otras centrales, ya sea térmicas de combustibles fósiles o geotérmicos. La tendencia moderna es a la unificación de la red nacional con interconexión a la red de otros países, conectándose incluso centrales más pequeñas.

ASPECTOS BASICOS DE UN PROYECTO HIDROELECTRICO Uno de los principales aspectos básicos a tener en cuenta en un proyecto hidroeléctrico es el económico, un aspecto positivo de las centrales hidroeléctricas es que a pesar de que el costo de inversión es alto, tiene muy bajos costos operativos y de mantenimiento. Por otro lado, un aspecto negativo es que la central hídrica se ve afectada por la variabilidad de la disponibilidad de agua en cada temporada, en especial en la época de estiaje, que afecta el factor de carga, también conocido como factor de planta, que es la relación entre lo realmente producido y lo que se hubiera podido producir si se hubiera operado en forma permanente a plena carga.

DISEÑO DE PLANTA:

1. Capacidad y estudio de la demanda: Es esencial establecer exactamente cuanta energía se necesita para un propósito dado, cuando se necesita y donde se necesita. En eso consiste la demanda de energía eléctrica de un lugar, en entender la cantidad necesaria de este elemento. 2. Estudio hidrológico e inspección del lugar: Esta etapa permite establecer el potencial hidro energético del lugar escogido, muestra como el caudal del agua varía a lo largo del año y donde se debe tomar el agua para obtener un sistema más efectivo y económico. 3. Estudio de pre-factibilidad: Consiste en un rápido estudio de costos de un rango de opciones de diseño y fuente de energía rurales. El diseñador de un sistema hidráulico por lo general identificara tres o cuatro diferentes opciones para luego RECURSOS HIDRÁULICOS – “B”.

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escoger la mejor opción. El primer estudio nos dice como varia la demanda de energía mientras que el estudio hidrológico nos dice como varia el suministro de energía. Este tercer estudio se va a encargar de dejar claro lo bien que se acoplan el suministro con la demanda. También deben incluirse las conclusiones de los estudios anteriores, y recomendar las mejores opciones desde el punto de vista técnico. 4. Estudio de factibilidad final: Si el análisis realizado después del estudio de prefactibilidad indica que una de las opciones propuestas es la mejor, se procede entonces a los cálculos de ingeniería y de costos. Se incluye también un estudio financiero, de operación total y de mantenimiento. Por último el estudio de factibilidad final contendrá a detalle el diseño de la estructura del sistema, y de cómo será implementada. FACTOR DE PLANTA

Lo explicaremos con un ejemplo. Supongamos que un ingeniero instala un sistema hidráulico para proveer de electricidad a un pueblo. El número total de casas del pueblo es de 50, pero al empezar solo 25 casas del pueblo tienen conexiones para iluminación, consumiendo cada casa 200 watts de electricidad. La instalación ha sido dimensionada para proveer a 50 casas con 200 watts, de modo que desde el primer día su capacidad de potencia es de 50 x 200 = 10 kW. Durante los primeros cinco años se usaran realmente 25 x 200 = 5kW. Considerando la relación de potencia usada a la capacidad de potencia:

En este caso, la relación de potencia en los primeros cinco años es de 5kW/10kW = 0.5. En los segundos cinco años es de 10 kW/10kW = 1.0. Si en lugar de la relación de potencia, se utiliza la relación de energía, llegamos a hallar el factor de planta:

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En la práctica, el ingeniero diseñador se mostraría reacio a continuar con tal proyecto pues un buen diseño debería plantearse para un factor de carga por encima de 0.4 durante los primeros años y por encima de 0.6 para los años subsiguientes. Esto se debe a que un bajo factor de carga significa energía costosa e indica también que otras fuentes de energía podrían ser más convenientes para los pobladores.

DETERMINACION DE LA DEMANDA

Una de las herramientas útiles en el planeamiento de un proyecto hidroeléctrico es la predicción del consumo de carga, la cual permite conocer de antemano la necesidad de

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expansión del sistema. La finalidad de la predicción siempre será la atención de la demanda de energía eléctrica actual y futura, con adecuados niveles de calidad. La predicción del consumo de carga refleja las necesidades futuras de una población, esta previsión debe ser ajustada a la realidad ya que unos valores inferiores a los reales causaran deficiencias en la prestación del servicio en el futuro por insuficiencia de la capacidad instalada y un pronóstico de necesidades superior al real, motiva la inversión prematura en instalaciones que no tendrán un aprovechamiento inmediato. OFERTA:

La oferta de energía eléctrica está constituida por tres actividades: generación, transmisión y distribución de energía a consumidores finales. La generación produce energía eléctrica de fuentes hidráulica, térmica y otras por parte de empresas de capital privado, estatal o mixto. Las empresas de este rubro son las encargadas de la producción y la planificación de la capacidad de abastecimiento. La característica principal de este mercado es ser de libre acceso, pero requiere de un gran monto de capital. La distribución es el transporte de energía desde las subestaciones, o barras base, a los consumidores finales, vía líneas de transmisión de media tensión que antes de llegar al consumidor final se transforma a baja tensión (360 o 220 voltios [V]). Las distribuidoras reciben la energía de las generadoras o las transmisoras y se encargan de entregarla a la industria, el comercio, la población y los gobiernos locales para el servicio público. La transmisión se refiere al transporte de energía desde los generadores hacia los centros de consumo y se compone de líneas o redes de transmisión y subestaciones de transformación, o barras base, y equipos de compensación reactiva. Las empresas en este rubro tienen como fin transferir la energía de las generadoras hacia los clientes finales a través de las líneas de transmisión. Los costos de conexión se calculan con base en una tarifa peaje que asumen las empresas generadoras ante los operadores de las líneas de transmisión. El sistema en conjunto atiende a más de 4.8 millones de usuarios finales, entre clientes regulados y libres. Esta cadena productiva se muestra en la figura.

RECURSOS HIDRÁULICOS – “B”.

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TEMA DE INVESTIGACION: HIDROELECTRICIDAD. UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA.

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PROBLEMAS DE TURBINA 1) Se proyecta instalar dos turbinas que van a mover alternadores de 24 pares de polos para una red cuya frecuencia es de 60 Hz. La caída útil de la central hidroeléctrica es de 10 m y el caudal total es de 50 m3/seg. Diga Ud. De acuerdo al cuadro mostrado, si η=0,84 ¿Qué tipo de turbina se debe instalar?

SOLUCION: Datos: QT = 50 m3/seg. f = 60 Hz P´ = 24 pares de polos P = 48 polos Sabemos:

Calculo de nq:

RECURSOS HIDRÁULICOS – “B”.

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TEMA DE INVESTIGACION: HIDROELECTRICIDAD. UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA.

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Con este valor entramos al cuadro de valores y observamos que corresponde a Kaplan normal:

Comprobando con ns:

Donde:

Asumiendo η=0,85 en turbinas

La cual afirma que corresponde a Kaplan Normal:

2) Se dispone de una altura neta de 320 m y se desea generar una potencia de 40000 HP. a) Determinar la velocidad (rpm) para una turbina Francis y para una Peltón. b) Determinar la turbina más cercana de acuerdo a la velocidad sincrónica y para una frecuencia de 60 Hz. Peltón ns=30. Francis ns=100 Kaplan (Hélice) 300