centrales 01

5/26/2018 Centrales 01

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CENTRALES

HIDROELCTRICAS

Ing. Estela Assureira

Ing. Marco Assureira E.

Pontificia Universidad Catlica del PerFondo Editorial 2004


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Primera edicin, marzo de 2004

Cuidado de la edicin: Fondo Editorial de la PUCPComposicin de textos: Fondo Editorial de la PUCP

Centrales Hidroelctricas

Copyright 2004, Estela Assureira y Marco Assureira E.

Copyright 2004, de esta edicinFondo Editorial de la Pontifica Universidad Catlica del Per,Plaza Francia 1164, Cercado de LimaTelefax: 511-3307405, 330-7410, 330-7411Correo electrnico: [email protected]

Prohibida la reproduccin de este libro por cualquier medio, total oparcialmente, sin permiso expreso de los editores.

Derechos reservados segn decreto ley 822

Depsito legal 1501362004-1833

Impreso en el Per - Printed in Peru


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NDICE

Introduccin

Captulo 1: La energa1.1. Qu es la energa?1.2. Energa: historia y evolucin1.3. Principales fuentes de energa

1.3.1. Fuentes de energa renovables1.3.2. Fuentes de energa no renovables

Captulo 2: Centrales hidroelctricas2.1. Qu es una central hidroelctrica?2.2. Ventajas y desventajas de las centrales hidroelctricas2.3. Principales componentes de una central hidroelctrica2.4. Clasificacin de las centrales hidroelctricas

Captulo 3: Turbinas hidrulicas3.1. Historia de las turbinas hidrulicas3.2. Partes de una turbina hidrulica

3.3. Clasificacin de las turbinas hidrulicas3.4. Turbinas ms utilizadas en las centrales hidroelctricas

actuales3.4.1. Turbina Pelton3.4.2. Turbina Francis3.4.3. Turbina Kaplan

3.5. Seleccin del tipo de turbina ms apropiado

Captulo 4: Centrales hidroelctricas del Per

4.1. Central hidroelctrica de Moyopampa4.2. Central hidroelctrica de Curumuy4.3. Central hidroelctrica de San Gabn4.4. Complejo hidroelctrico del Mantaro4.5. Datos estadsticos del ao 2002

Bibliografa

NDICE

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INTRODUCCIN

Centrales Hidroelctricas del Per es un documental de 40 minutos de du-

racin en el cual se presentan los aspectos ms importantes de las centralesde Moyopampa, San Gabn, Curumuy y el complejo hidroenergtico Man-taro. El documental tiene como elemento de consulta este manual, el cualpretende ser una gua informativa para los estudiantes del rea de inge-niera interesados en el aprovechamiento de los recursos hidroenergticos,as como tambin para toda persona interesada en el tema.

La realizacin de este documental y del manual se inicia con una cuida-dosa seleccin de las centrales que sern visitadas, a fin de identificar encada una de ellas un aspecto o caracterstica relacionada con las centraleshidrulicas, con un tipo particular de turbina empleada, as como su inter-relacin con el contexto nacional.

Con el valioso apoyo de Electroper S.A., Edegel S.A., Sinersa S.A. y SanGabn S.A., se llevaron a cabo visitas a las centrales hidroelctricas men-cionadas y se recopil informacin tcnica. Finalmente, se procedi a ubi-car el trabajo dentro del contexto nacional de la generacin de energa.

Para guiar al lector, se ha dividido el manual en cuatro secciones: las dosprimeras estn relacionadas con la generacin de la energa a partir delaprovechamiento de los recursos hdricos. La tercera seccin se centra en elcorazn de la central hidroelctrica, la turbina hidrulica. Aqu el lector co-nocer la historia de la turbina, sus componentes y los diversos tipos de tur-binas existentes. En el ltimo captulo, se presentan aspectos relacionadoscon las centrales hidroelctricas como: ubicacin, resea histrica, recur-sos hdricos aprovechados, caractersticas tcnicas de la central (obras civi-les, equipos electromecnicos) y concluye con estadsticas relacionadas a lageneracin de energa en nuestro pas.

La ilustracin del manual fue proyectada para guiar al lector en el pro-ceso de generacin de energa, as como tambin para descubrir el niveltecnolgico existente en nuestro pas en este campo.

INTRODUCCIN

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Estela Assureira - Marco Assureira E.


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CAPTULO1: LA ENERGA

1.1. Qu es la energa?

La energa total de un sistema aislado se mantiene constante y, por lo tanto,no puede existir creacin o desaparicin de energa, sino transferencia de un

sistema a otro o, transformacin de energa de una forma a otra.

Joule = trabajo realizado cuando una fuerza de un Newtondesplaza su punto de aplicacin un metro

Este captulo se inicia con la definicin del trmino energa, luego se pre-senta la evolucin de las fuentes de energa empleadas por el hombre. Fi-nalmente, se analizan las diversas formas de energa existentes.

La energa es la fuerza vital de nuestra socie-dad. De ella dependen la iluminacin de in-teriores y exteriores, el calentamiento y refri-geracin de viviendas, el transporte de per-

sonas y mercancas, la obtencin de alimen-tos y su preparacin, el funcionamiento deequipos y maquinarias en las fbricas, etc.

Definir cientficamente lo que es la ener-ga no es fcil. La versin ms extendida es laque define energa como la magnitud fsicaasociada con la capacidad de un sistemapara realizar trabajo sobre otro sistema y que se rige bajo un principio

fundamental:

Aun siendo nica, la energa puede presentarse en diversas formas: me-cnica, electromagntica, trmica, qumica, metablica, nuclear, entreotras. Existe tambin la posibilidad de que estas se transformen entre s,

pero respetando siempre el principio de conservacin de la energa.La unidad de medida de la energa en el Sistema Internacional (SI) es el

jouleque se define como:

Sin embargo, al existir diversas formas en que la energa puede presen-tarse, existen otras unidades de medida importantes as, en la vida corrien-

te, es frecuente usar la calora, unidad utilizada para medir el poder ener-gtico de los alimentos

CAPTULO1: LA ENERGA

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1 cal = 4,186 joule

51 kW-h = 36 x 10 joule

91 tec = 29,3 x 10 joule

91 tep = 41,84 x 10 joule

1.2. Energa: historia y evolucin

Para la energa elctrica se usa el kilovatio-hora, que es el trabajo que

realiza una mquina cuya potencia es de 1 kW durante 1 hora.

En el campo de los combustibles fsiles (como el carbn o el petrleo), seusan dos unidades:

tec(tonelada equivalente de carbn): es la energa liberada por la com-bustin de una tonelada de carbn (hulla).

tep (tonelada equivalente de petrleo): es la energa liberada por lacombustin de una tonelada de crudo de petrleo.

La lea fue una de las primeras fuentesde energa utilizadas por la humanidadas, hace 25000 aos, los hombres ymujeres de la Edad de Piedra encen-dan troncos de rboles o ramas secaspara cocinar, calentar sus cuevas y, co-bertizos y protegerse de los animales.

Miles de aos ms tarde, los pobla-dores de la Polinesia aprendieron a uti-lizar la energa del viento para impulsar las velas de sus barcos en altamar.

Los musulmanes, desde el ao 800 antes de Cristo, molieron granos enmolinos con ruedas accionadas con la fuerza del viento, tecnologa queaprendieron los europeos y que empezaron a utilizar para fines similaresdespus de las Cruzadas.

La fuerza de los animales fue otra de las fuentes de energa que el hom-

bre aprovech en su beneficio. Desde la antigedad hasta el siglo XVII, seutiliz la fuerza de caballos, bueyes, camellos, burros y elefantes para

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atender las crecientes necesidades detransporte. Sin embargo, la primerafuente de energa que se convirti enuna fuente de riqueza por si misma fueel carbn, que hasta hoy en da es unimportante combustible, a pesar deque produce efectos contaminantes in-deseables.

Cabe sealar la gran importancia dela hidroelectricidad durante la Revo-lucin Industrial, que impuls la indus-tria textil y la del cuero y los talleres de

construccin de mquinas a principiosdel siglo XIX. La energa hidrulica ayu-d al crecimiento de las nuevas ciuda-des industriales que se crearon en Euro-pa y Amrica; sin embargo, la construc-

cin de grandes presas de contencin todava no era posible: el bajo caudaldisponible y los efectos climticos, como heladas en pocas de invierno, obli-garon a sustituir las ruedas hidrulicas por mquinas de vapor en cuanto se

pudo disponer de carbn.Al espectacular desarrollo tecnolgico protagonizado por la mquina de

vapor, le siguieron el desarrollo del motor de explosin, el generador elc-trico y el reactor nuclear.

En 1804 la primera locomotora ech a andar y en 1807 Robert Fultoninvent el barco a vapor. Al mismo tiempo el escocs Walter Murdock, des-cubri como iluminar una factora usando gas de carbn(un gas liberadopor el calentamiento del carbn). Otros investigadores descubrieron que si

se calentaba el carbn hasta su punto de ignicin, se poda obtener un l-quido que llamaron aceite de carbn, al que conocemos con el nombre dekerosene. En 1807 las calles de Londres eran iluminadas con lmparas queusaban aceite de carbn.

Mientras el carbn era usado extensivamente por el movimiento indus-trial, algunos cientficos empezaron a desarrollar fuentes de energa reno-vables como alternativa al carbn. Estas fuentes de energa incluyen a laenerga solar, hidroenerga, energa elica y energa geotrmica. Con ex-

cepcin de la hidroenerga, las otras fuentes no se pudieron comercializardebido al uso difundido del carbn y a su bajo costo de suministro.

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En paralelo, otro gran cambio estaba por suceder en Norteamricacuando el coronel Edwin Drake consigui perforar y extraer petrleo enTitusville, Pennsylvania. Al poco tiempo se descubri que a partir de la refi-nacin del petrleo, podan obtenerse diversos productos como gasolina,

kerosene y diesel.Con la invencin del motor de combustin interna por Lenoir, que usaba

gasolina como combustible; la del automvil por Dailmer y Benz, al montarel motor sobre un carruaje; y la introduccin masiva de automviles porHenry Ford, el automvil empez a convertirse en el medio preferido detransporte. As, el petrleo gradualmente super al carbn como principalfuente de energa en el mbito mundial.

En la segunda parte del siglo XX, la humanidad desarroll nuevas for-

mas de energa tales como la energa nuclear. Aprendimos a utilizar laenerga encerrada dentro del tomo, liberando fuerzas extremadamentedestructivas en forma de bombas nucleares, y plantas nucleares de genera-cin elctrica para proveer energa a pueblos y ciudades. Hoy en da, lasplantas nucleares de generacin elctrica son ampliamente utilizadas porsu eficiencia en la produccin de energa, aunque la disposicin de dese-chos radioactivos es perjudicial para el medio ambiente.

Otra fuente de energa importante utilizada en la actualidad para la ge-

neracin de electricidad es el gas natural, por sus bajos costos de capitalcomparado con otras fuentes alternas de energa, por su diseo modularque permite crecer con la demanda, por sus altas eficiencias de conversiny por sus bajas emisiones contaminantes.

En la dcada de los 80, una parte importante de la humanidad se diocuenta de que las fuentes de energa en las que basaban su estilo de vidaeran efmeras, con lo cual se da gran importancia a las fuentes de energarenovables. El efecto de sustitucin se empez a comprobar con el encare-

cimiento de la energa, procurndose, a corto plazo, un ahorro energticoa travs de un consumo ms racional; y, a medio plazo, reemplazando losequipos y mquinas de alto requerimiento energtico por otros que, consimilares resultados, consumiesen menos energa. La innovacin jug aquun importante papel.

Al carcter de energas no renovables se le aadi el calificativo de su-cias a todas aquellas fuentes de energa utilizadas masivamente, al darsecuenta de la destructiva lluvia cida y, posteriormente, al constatarse los

aumentos de la concentracin de CO atmosfrico y el envenenamiento2radioactivo de los sistemas naturales.

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Todo esto hace impensable que el modelo energtico heredado seasostenible a largo plazo. Si contina como hasta ahora el incremento deemisiones de CO a la atmsfera, a mediados del siglo XXI se habrn dobla-2do las emisiones. Todo esto significa que el camino energtico actual no esviable y la sociedad energtica futura deber basarse en fuentes de energarenovables y limpias.

Las fuentes de energa se pueden clasificar, dependiendo de su carctercontinuo e inagotable, en fuentes renovables y en no renovables. A conti-nuacin se presenta una breve descripcin de cada una de ellas.

Son fuentes de energa renovables la energa hidrulica, solar, elica,biomasa, mareomotriz y geotrmica.

Es aquella energa obtenida principal-

mente de las corrientes de agua de losros. El agua de un ro se almacena engrandes embalses artificiales que seubican a gran altura respecto a un nivelde referencia. Esta energa potencialdel agua es utilizada para la generacinde electricidad en instalaciones deno-minadas centrales hidroelctricas.

Es el recurso energtico ms abundan-te del planeta. El flujo solar puede serutilizado para suministrar calefaccin,agua caliente o electricidad. Para elloexisten tres modalidades de aprove-chamiento:

La arquitectura solar pasiva: queaprovecha la luz natural, valindose

1.3. Principales fuentes de energa

1.3.1. Fuentes de energa renovables

Energa hidrulica

Energa solar

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de la estructura y los materiales de edificacin para capturar, almacenar ydistribuir el calor y la luz.

Los sistemas solares activos: que se valen de bombas o ventiladores paratransportar el calor desde el punto de captacin hasta el lugar donde seprecisa calor o agua caliente.

Las clulas fotovoltaicas: que aprovechan la inestabilidad electrnica deelementos como el silicio, para provocar, con el aporte de luz solar, unacorriente elctrica capaz de ser almacenada. Su uso es limitado por elalto precio de los dispositivos fotovoltaicos.

La energa que suministra el sol es ilimitada, inagotable y limpia, aun-que queda por investigar las repercusiones medioambientales que puedensurgir en la fabricacin de los elementos fotovoltaicos.

Esta energa es producida por los vientos generados enla atmsfera terrestre. Se puede transformar en energaelctrica mediante el uso de turbinas elicas que basansu funcionamiento en el giro de aspas movidas por losvientos. Bajo el mismo principio se puede utilizar como

mecanismo de extraccin de aguas subterrneas o deciertos tipos de molinos para la agricultura.

Al igual que la energa solar, se trata de un tipo deenerga limpia, la cual, sin embargo, presenta dificulta-des, pues no existen en la naturaleza flujos de aire constantes en el tiempo,ms bien son dispersos e intermitentes.

Este tipo de energa puede ser de gran utilidad en regiones aisladas, dedifcil acceso, con necesidades de energa elctrica, y cuyos vientos son

apreciables en el transcurso del ao.

Constituye en muchos aspectos la opcin ms compleja de energa renova-ble, debido fundamentalmente a la variedad de materiales de alimentacin,la multitud de procesos de conversin y la amplia gama de rendimientos.Consiste en la transformacin de materia orgnica, como residuos agrcolas,forestales e industriales, aguas negras y residuos ganaderos, en energacalrica o elctrica.

Energa elica

Energa de biomasa

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Los mtodos principales para convertir la biomasa en energa til son:

combustin directa digestin anaerbica fermentacin alcohlica

pirlisis gasificacin

El mtodo de la combustin directa es el que ms problemas plantea:

la bsqueda de materia biolgica(madera) para quemar, puede afec-tar a los ecosistemas naturales has-ta el punto de provocar la desapari-cin del bosque, y con ello, la fauna.

la combustin de residuos orgnicospuede acarrear la emisin de deter-minados elementos txicos como dio-xinas, furanos y metales pesados.

la bsqueda de residuos aptos parael consumo energtico, puede afec-tar las posibilidades de reciclado de los elementos presentes en la basura.

El resto de modalidades energticas de origen biolgico no provoca un

efecto significativo, quiz alguna repercusin social o econmica, pero unmnimo perjuicio medioambiental.

Actualmente, la energa proporciona-da por las mareas se aprovecha paragenerar electricidad, existiendo algu-nas instalaciones de este tipo en el nor-

te de Europa.Constituye una energa muy limpia,

pero plantea algunas cuestiones por re-solver, sobre todo a la hora de construirgrandes instalaciones:

efecto negativo sobre la flora y la fauna

impacto visual y estructural sobre el paisaje costero

Estos inconvenientes pueden quedar minimizados con la construccinde instalaciones pequeas, que son de menor impacto ambiental, pero re-presentan un mayor costo de realizacin.

Energa mareomotriz

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Este tipo de energa proveniente de las olas est an en proceso de in-vestigacin. Sin embargo, su desarrollo y uso plantea infinitas posibilida-des, pero los responsables polticos y econmicos no confan en este re-curso energtico lo suficiente como para destinar un mayor presupuesto ala investigacin y al fomento de planes de actuacin en este sentido.

La geotermia es una fuente de energa renovable ligada a volcanes, gise-res, aguas termales y zonas tectnicas geolgicamente recientes, es decir,con actividad en los ltimos diez o veinte mil aos en la corteza terrestre.

Las plantas geotrmicas aprovechan el calor generado por la tierra. A

varios kilmetros de profundidad, entierras volcnicas, los gelogos han en-contrado cmaras magmticas, con ro-ca a varios cientos de grados centgra-dos. Adems, en algunos lugares, sedan otras condiciones especiales comola existencia de capas rocosas porosas ycapas rocosas impermeables, que atra-

pan agua y vapor de agua a altas tem-peraturas y presin, e impiden que es-tos salgan a la superficie. Si se combinan estas condiciones, se produce unyacimiento geotrmico.

Una vez que se dispone de pozos de explotacin, se extrae el fluido geo-trmico que consiste en una combinacin de vapor, agua y otros mate-riales. Este se conduce hacia la planta geotrmica donde debe ser tratadopara posteriormente accionar las turbinas que, con su rotacin, mueve ungenerador que produce energa elctrica.

La energa geotrmica tiene la ventaja de su continuidad a lo largo delao, ya que no depende de variaciones estacionales como lluvias, caudalesde ros, etc., pudiendo ser un complemento ideal para las plantas hidro-elctricas.

Son fuentes de energa no renovables el carbn, el petrleo, el gas natural

y la energa nuclear.

Energa geotrmica

1.3.2. Fuentes de energa no renovables

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Carbn

El efecto invernadero:

La lluvia cida:

Petrleo

Es un combustible fsil y slido que se encuentraen el subsuelo de la corteza terrestre y que se ha

formado a partir de la materia orgnica de los bos-ques del periodo carbonfero, en la Era Primaria.

La explotacin y uso del carbn representa unmltiple y acusado impacto sobre el medio am-biente, por la produccin de residuos, sustancias ygases txicos. As por ejemplo, entre los principa-les gases emitidos en la combustin de carbn seencuentran: el dixido de azufre (SO ), el dixido de carbono (CO ) y el di-2 2

xido de nitrgeno (NO ), que contribuyen directamente a aumentar el2"efecto invernadero", la "lluvia cida", la contaminacin de los nutrientesdel suelo y de las aguas, lo que a continuacin se explica:

La emisin de determinados elementos qumicos(CO ), produce una barrera artificial en la atmsfera capaz de permitir el2paso de la energa solar y a la vez retener la energa despedida por elplaneta. Esta circunstancia provoca una aclimatacin, parecida a la queocurre en los invernaderos, cuyos efectos son: modificacin del clima,

desaparicin de millones de ecosistemas y alteracin de los sistemasdepurativos y defensivos del planeta.

El agua de las nubes capta los elementos qumicosproducidos en la combustin de hidrocarburos y en la emisin de gasesindustriales que produce una acidificacin de las nubes y la posteriorprecipitacin de elementos cidos. Este proceso tiene como consecuenciasdirectas: la cada de hojas y la inhibicin del crecimiento en la vegetacin,la prdida de hbitat para la fauna, la acidificacin del suelo, lo que afecta

a los sistemas de nutricin de las cadenas trficas primarias, lacontaminacin de aguas subterrneas y superficiales que influye en laalimentacin de animales y plantas, integrantes de cadenas trficassecundarias, entre otras.

Constituye uno de los elementos lquidos ms peligrosos del planeta, nopor su naturaleza en s, sino por el catastrfico uso que de el hace el hom-

bre. La contaminacin que provoca comienza desde su extraccin, conti-nuando durante el proceso de refinacin y en las operaciones ordinarias de

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transporte, carga y descarga, no slo por las emanaciones y sustancias txi-cas que se generan, sino tambin por los continuos derrames de material,que daan de manera irreparable el ecosistema.

La combustin de derivados del pe-trleo, tanto en el transporte, como enlas calderas de calefaccin o en lascentrales trmicas, tiene como efectoinmediato la produccin de elementosqumicos, como el dixido de azufre(SO ), el dixido de carbono (CO ), el2 2dixido de nitrgeno (NO ) y compues-2tos orgnicos voltiles, que son loscausantes directos de problemas am-bientales graves.

Adicionalmente, su utilizacin genera una gran cantidad de desechosindustriales y urbanos que contribuyen an mas a incrementar la conta-minacin ambiental.

Constituye un tipo de energa no renovable, ligado directamente a la in-dustria del petrleo, aunque las consecuencias derivadas de su consumoson menos perjudiciales para el entorno natural. En realidad, debido a sumenor impacto, se podra utilizar como una energa trnsito, capaz desustituir con xito al carbn y al petrleo, a corto o medio plazo, hastaalcanzar un ptimo desarrollo y aplicacin de las energas limpias.

La tecnologa nuclear constituye actualmente una espada de Damocles quepende sobre nuestras cabezas. Es la fuente energtica de mayor poder,aunque no la ms rentable. Sus dos principales problemas son:

desechos radiactivos de larga vida

alta potencialidad aniquiladora en caso de accidente

El estudio de su impacto ambiental debe llevarse a cabo, analizando to-do el proceso de produccin de la energa nuclear, comenzando desde laextraccin del uranio, seguida por el concentrado y enriquecimiento de

este elemento para su posterior utilizacin como combustible en las centra-les nucleares, instalaciones donde se genera electricidad y energa.

Gas natural

Energa nuclear

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CAPTULO2:CENTRALES HIDROELCTRICAS

2.1. Qu es una central hidroelctrica?

Este captulo presenta una breve descripcin de los componentes de una

central hidroelctrica, la clasificacin de las centrales segn aspectos tc-nicos (salto y caudal) o segn las condiciones de funcionamiento.

Una central hidroelctrica es una instalacin donde se utiliza la energapotencial del agua proveniente de los ros, lagos y lagunas para convertirla,primero en energa mecnica y luego en elctrica. Para ello se dispone deun sistema de captacin de agua, conformado por un conjunto de obras ci-

viles y dispositivos electromecnicos, que provocan y/o generan un des-nivel que origina, a su vez, una cierta energa potencial a aprovechar.

El paso del agua por la turbina, componente importante de toda centralhidroelctrica, desarrolla en la misma un movimiento giratorio que accionaun alternador y produce la corriente elctrica deseada, que luego se trans-portar a los centros de consumo.

CAPTULO2:CENTRALES HIDROELCTRICAS

Vista de una central hidroelctricaista de una central hidroelctrica

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2.2. Ventajas y desventajas de las centrales hidroelctricas

Ventajas:

Desventajas:

2.3. Principales componentes de una central hidroelctrica

La presa

A continuacin analizaremos las ventajas y desventajas que presentan lascentrales hidroelctricas:

No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de ener-ga, constantemente repuesta por la naturaleza de manera gratuita.

El proceso de generacin de energa elctrica es limpio, pues no con-tamina ni el aire ni el agua.

A menudo puede combinarse con otros usos como riego, suministro deagua, navegacin ornamentacin del terreno, turismo, etc.

Los costos de mantenimiento y explotacin son bajos. Las obras de ingeniera necesarias para aprovechar la energa hidruli-

ca tienen una duracin considerable.

Los costos de capital por kilovatio instalado son con frecuencia muy altos.

El emplazamiento, determinado por caractersticas naturales, puede es-tar lejos de los centros de consumo y exigir la construccin de un sistema

de transmisin de electricidad, lo que significa un aumento de la inver-sin, de los costos de mantenimiento y de prdida de energa.

La construccin lleva, por lo comn, largo tiempo en comparacin con lade las centrales termoelctricas.

La disponibilidad de energa puede fluctuar de estacin en estacin y deao en ao.

A continuacin se hace una breve descripcin de los principales compo-nentes de las centrales hidroelctricas, los que se ilustran ms adelante.

El primer elemento que encontramos en una central hidroelctrica es lapresa, que se encarga de desviar el cauce del ro y remansar las aguas.

Con estas construcciones se logra un determinado nivel del agua antes

de la contencin, y otro nivel diferente despus de la misma, el cual seaprovecha para producir energa.

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Los aliviaderos

Toma de agua

Los aliviaderos son elementos vitales de la presa que tienen como misinliberar parte del agua detenida sin que esta pase por la turbina. Se encuen-tran ubicados en la pared principal de la presa y pueden ser de fondo o de

superficie.Para evitar que el agua liberada pueda producir daos al caer desde

gran altura, los aliviaderos se disean para que la mayora del lquido sepierda en una cuenca que se encuentra al pie de presa, llamada de amor-tiguacin.

La liberacin del agua se realiza a travs de grandes compuertas de ace-ro, que se pueden abrir o cerrar a voluntad, segn sea la necesidad.

Estructura que facilita la entrada del agua al sistema de conduccin. Sehalla en la pared anterior de la presa que entra en contacto con el aguaembalsada.

La instalacin posee un sistema de compuertas que permiten regular lacantidad de agua que llega a las turbinas. A su vez, posee elementos deproteccin como rejillas metlicas que impiden que cuerpos extraos en

suspensin o flotacin, como troncos, ramas, etc, puedan llegar a los la-bes de la turbina y producir desperfectos en ellos.

Componentes de una central hidroelctricaomponentes de una central hidroelctrica

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Sistema de conduccin

Desarenador

Chimeneas de equilibrio

Casa de mquinas

El agua captada es conducida a travs de un canal de derivacin desde latoma hasta la cmara de carga, estructura que facilita la entrada de agua ala tubera de presin (tubera forzada) que finalmente transporta el agua

hacia la turbina de la central.Al igual que en el caso de la toma de agua, la cmara de carga dispone

de rejillas que impiden el paso de ramas o algn otro tipo de objeto que po-dran obstruir las tuberas o daar los labes de la turbina.

Es normal evitar el canal y aplicar directamente las tuberas forzadas alas tomas de agua de las presas.

Instalacin que protege a la turbina de daos por el efecto de partculas s-lidas presentes en el agua, provocando la sedimentacin de estas, hechoque se logra al reducir la velocidad del agua durante su paso por la insta-lacin, evitando as el ingreso de estas partculas a la tubera de presin.

El desarenador puede formar parte de la toma de agua o de la cmarade carga dependiendo del caudal, terreno, material de construccin delcanal de carga y caractersticas de diseo.

Debido a las variaciones de carga del alternador o a condiciones impre-vistas, se utilizan las chimeneas de equilibrio que evitan las sobrepresionesen las tuberas forzadas y labes de las turbinas. A estas sobrepresiones seles denomina golpe de ariete.Cuando la carga de trabajo de la turbina dis-minuye bruscamente se produce una sobrepresin positiva, ya que el regu-lador automtico de la turbina cierra la admisin de agua. La chimenea deequilibrio consiste en un pozo vertical situado lo ms cerca posible de las

turbinas. Cuando existe una sobrepresin de agua, esta encuentra menosresistencia para penetrar al pozo que a la cmara de presin de las turbinashaciendo que suba el nivel de la chimenea de equilibrio. En el caso dedepresin ocurrir lo contrario y el nivel bajar. Con esto se consigue evitarel golpe de ariete.

Es la construccin donde se encuentran las mquinas (turbinas, alterna-dores, etc.) y los elementos de regulacin y comando.

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Canal de descarga

Turbina

Regulador de velocidad

Generador

Transformador

Lnea de transmisin

2.4. Clasificacin de las centrales hidroelctricas

Estructura que retorna el agua proveniente de la casa de mquinas al cauceoriginal del ro.

Componente hidrulico de la central que convierte la energa potencial delagua en energa mecnica. Existen diversos tipos de turbina siendo las prin-cipales Pelton, Kaplan y Francis. La eleccin del tipo de turbina dependerdel salto de agua y de la potencia deseada.

Servomecanismo que mantiene la velocidad de giro de la turbina constante

y por consiguiente mantiene la energa elctrica generada a una frecuenciaconstante. Pueden ser de naturaleza mecnica, hidrulica o electrnica.

Dispositivo elctrico que se encuentra acoplado a la turbina y que esmovido por esta. Su funcin es convertir la energa mecnica que entrega laturbina en energa elctrica. Pueden ser del tipo generadores sncronos(alternadores) o generadores asncronos (motor de induccin).

Equipo elctrico encargado de variar el voltaje de la corriente elctrica ge-nerada permitiendo as el transporte de la energa, de forma econmica, atravs de largas distancias.

Elementos utilizados para transportar la energa de la planta de generacina las zonas de consumo.

Las centrales hidroelctricas se pueden clasificar segn varios argumentos,como caractersticas tcnicas, peculiaridades del asentamiento y condicio-nes de funcionamiento.

En primer lugar hay que distinguir las que utilizan el agua segn discurrenormalmente por el cauce de un ro, aquellas a las que esta llega, conve-

nientemente regulada, desde un lago o pantano. Segn este criterio setiene:

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Centrales de agua fluente:

Centrales de agua embalsada:

Centrales de regulacin:

Centrales de bombeo:

Llamadas tambin de agua corriente, se construyen en los lugares endonde la energa hidrulica debe ser utilizada en el instante en que sedispone de ella, para accionar las turbinas hidrulicas.

No cuentan prcticamente con reserva de agua, oscilando el caudalsuministrado segn las estaciones del ao. En la temporada deprecipitaciones abundantes (de aguas altas), desarrollan su potenciamxima, y dejan pasar el agua excedente. Durante la poca seca (aguasbajas), la potencia disminuye en funcin del caudal, llegando a ser casinulo en algunos ros en la poca del esto.

Su construccin se realiza mediante presas sobre el cauce de los ros,para mantener un desnivel constante en la corriente de agua.

Se alimenta del agua de grandes lagos o de pantanos artificiales (embal-ses), conseguidos mediante la construccin de presas. El embalse es capazde almacenar los caudales de los ros afluentes, llegando a elevados por-centajes de captacin de agua en ocasiones. El agua es utilizada segn lademanda, a travs de conductos que la encauzan hacia las turbinas.

A su vez este tipo de centrales se pueden clasificar como:

Tienen la posibilidad de almacenar volmenes de agua en el embal-se, que representan periodos ms o menos prolongados de aportesde caudales medios anuales.

Prestan un gran servicio en situaciones de bajos caudales, ya que elalmacenamiento es continuo, regulando de modo conveniente parala produccin. Se adaptan bien para cubrir horas punta de consumo.

Se denominan 'de acumulacin'. Acumulan caudal mediante bom-beo, con lo que su actuacin consiste en acumular energa potencial.Pueden ser de dos tipos, de turbina y bomba, o de turbina reversible.

La alimentacin del generador que realiza el bombeo desde aguasabajo, se puede realizar desde otra central hidrulica, trmica o nu-clear.

No es una solucin de alto rendimiento, pero se puede admitir como

suficientemente rentable, ya que se compensan las prdidas de aguao combustible.

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Otro criterio para clasificar a las centrales hidroelctricas es segn laaltura del salto de agua o desnivel existente. De acuerdo a esto las cen-trales pueden ser:

Aqu se incluyen aquellas centrales en las que el salto hidrulico essuperior a los 200 metros de altura. Los caudales desalojados son

3relativamente pequeos, 20 m /s por mquina.

Situadas en zonas de alta montaa, y aprovechan el agua de torrentes,por medio de conducciones de gran longitud.

Utilizan turbinas Pelton y Francis.

Aquellas que poseen saltos hidrulicos de entre 20 a 200 metros3aproximadamente. Utilizan caudales de 200m /s por turbina.

En valles de media montaa, dependen de embalses.

Las turbinas utilizadas son Francis y Kaplan, y en ocasiones Pelton parasaltos grandes.

Sus saltos hidrulicos son inferiores a 20 metros. Cada mquina se3alimenta de un caudal que puede superar los 300m /s.

Las turbinas utilizadas son de tipo Francis y especialmente Kaplan.

Centrales de alta presin:

Centrales de media presin:

Centrales de baja presin:

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CAPTULO3: TURBINAS HIDRULICAS

3.1. Historia de las turbinas hidrulicas

Este captulo se inicia con la historia de las turbinas hidrulicas, luego se

procede a presentar la clasificacin de las turbinas atendiendo a la varia-cin de presin en el rotor, trayectoria seguida por el agua en el rotor y porel sistema de construccin. Finalmente, se procede a describir las caracte-rsticas ms importantes de las turbinas Pelton, Francis y Kaplan.

No se sabe con exactitud quin, dnde o hace cunto tiempo se aprovechpor primera vez la fuerza y energa que posee una corriente de agua, aun-

que parece probable que la inspiracin haya surgido de otro uso ms anti-guo del agua: la irrigacin.

En tiempos antiguos, fueron empleados diversos medios para elevar elagua de los ros a una altura mayor que la de sus mrgenes, uno de estosmedios era la rueda persa o saqiaque es una rueda grande montada en uneje horizontal con cucharas en su periferia. Estas ruedas pueden verse to-dava trabajando en Egipto, acopladas a engranes y movidas por un bfalo,burro o camello.

Alguien debi haber notado, hace mucho tiempo, que cuando se desen-ganchaba la bestia, la corriente tenda a hacer girar la rueda en direccinopuesta, concibiendo as la idea revolucionaria de que la corriente de aguatiene energa y por lo tanto poda hacer trabajo. De todas maneras, las rue-das hidrulicas primitivas no eran diferentes de lasaqiay se conectaban,con un mecanismo semejante, a una piedra de molino. Probablemente, elinventor de la rueda hidrulica se regocij porque, con ella, se facilitara lamolienda de granos, sin llegar a vislumbrar el alcance que tendra su inven-

to para las generaciones posteriores.Los romanos conocan y usaban las ruedas hidrulicas como una fuentede fuerza mecnica para mover molinos de trigo; pero quizs porque con-taban con abundantes esclavos, no explotaron la energa de la corriente deagua extensamente. En su imperio, el trigo se mola generalmente en mo-linos de mano.

Los sajones fueron los que popularizaron su uso en la Gran Bretaa. Lasevidencias ms antiguas encontradas en documentos se remontan al ao

762 d.C.

CAPTULO3: TURBINAS HIDRULICAS

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Las primeras ruedas hidrulicas,predecesoras de las turbinas hidru-licas, se construyeron posiblemente enAsia, China y la India, hace unos 2200aos; de Asia pasaron a Egipto y desdeall a Europa (unos 600 aos despusque en Asia) y Amrica. Leonardo DaVinci, Galileo y Descartes, entre otros,realizaron estudios tericos y matem-

ticos sobre las ruedas hidrulicas. Mencin especial merece el francsParent (1666-1716) quien estudia por vez primera el funcionamiento de lasruedas hidrulicas, y genialmente prev que existe una relacin ptima

entre la velocidad de la rueda y la velocidad de la corriente de agua.Las ruedas hidrulicas presentaban dos desventajas fundamentales:

rendimiento bajo y velocidad de rotacin muy lenta; las turbinas hidru-licas nacieron para superar estas desventajas. Durante su evolucin, se halogrado un aumento cada vez mayor de la velocidad de rotacin y de laeficiencia lo que permite desarrollar potencias especficas ms altas y porconsiguiente una generacin elctrica a menor costo.

El estudio de las turbomquinas hidrulicas como ciencia no se crea

hasta que Euler, en 1754 publica su famosa memoria de Berln sobre ma-quinaria hidrulica, en la que expone su teora de las mquinas de reac-cin: Thorie plus complte des machines qui sont mises en mouvement par

1la reaction de l' eau . En esta memoria desarrolla Euler por vez primera laecuacin fundamental de las turbomquinas, deducidas igualando el par ala variacin de la cantidad de movimiento del fluido en su paso por el rotor.Posteriormente el ingeniero francs Claude Burdin (1790- 1873), en suclebre memoria de la academia de Ciencias, desarrolla la teora Des

2

turbines hydrauliques ou machines rotatoire grande vitesse y acua porvez primera la palabra turbina para el vocabulario tcnico. La palabraturbinaviene del latn turbo-inem, que significa rotacin o giro.

Fourneyron (1802-1867), ingeniero discpulo de Bourdin, fue quienlogr, en 1827, construir la primera turbina hidrulica experimental dignade tal nombre. Esta turbina que tuvo un xito clamoroso, porque era capaz

Leonardo DaVinci Galileo Descartes

Parent

Euler

Claude Burdin

Fourneyron Bourdin

1

Teora ms completa de mquinas que son puestas en movimiento por la reaccin delagua.2 Teora de turbinas hidrulicas o mquinas rotatorias a gran velocidad.

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de explotar saltos mayores que los explotables con las antiguas ruedashidrulicas, era radial centrfuga, de inyeccin total y escape libre; aunqueFourneyron previ tambin el tubo de aspiracin, cuyo estudio realizposteriormente.

Desde 1837 las turbinas hidrulicas de Henschel y Jonval compiten conlas de Fourneyron. Otras turbinas hidrulicas importantes fueron la deFontaine y, sobre todo, la desarrollada en 1851 por Girard, que era deaccin, de inyeccin total, alcanzando una notable difusin en Europa. Lostipos mencionados no son los nicos y, aunque algunas de estas turbinashan logrado sobrevivir y an siguen en funcionamiento, han dejado deconstruirse por las razones siguientes:

rendimiento bajo sobre todo en cargas parciales.

velocidad de giro muy reducida, y, como consecuencia.

potencia por unidad muy baja.

En el siglo XIX aparecen las turbinasPelton y Francis, turbinas hidrulicasque son capaces de operar a mayoresvelocidades y con elevados rendimien-tos. Luego, en el siglo XX se desarrollanotros modelos de turbinas entre ellasse tiene:

- 1915 - la turbina Kaplan

- 1918 - la turbina Banki

- 1914 - la turbina Turgo

- 1950 - la turbina Deriaz

- 1970 - la turbina Bulbo

Las turbinas hidrulicas, como ha podido notarse, son mquinas cuyodesarrollo no pertenece a las ltimas dcadas. Hace ms de 2000 aos queel hombre hace uso de ellas y poco ms de un siglo que las principales casasconstructoras de Europa, Asia y Amrica realizan un esfuerzo sistemticocon el objeto de perfeccionarlas. Su evolucin no ha terminado sino, por elcontrario, se ha acelerado en los ltimos aos ya que las necesidades deenerga limpia cada da son mayores, as como el requerimiento de turbi-nas ms rpidas, compactas y eficientes.

FourneyronHenschel JonvalFourneyronFontaine Girard

Pelton Francis

KaplanBankiTurgoDeriazBulboRotor de una turbina Francisotor de una turbina Francis

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3.2. Partes de una turbina hidrulica

Los elementos principales de una turbina hidrulica son los siguientes:

El distribuidor es un elemento esttico, pues no posee velocidad angular

y en el no se produce trabajo mecnico. Sus funciones son: Acelerar el flujo de agua al transformar total (turbinas de accin) oparcialmente (turbinas de reaccin), la energa potencial del agua enenerga cintica.

Dirigir el agua hacia el rodete, siguiendo una direccin adecuada.

Actuar como un rgano regulador de caudal.

El distribuidor adopta diferentes formas; puede ser del tipo inyector enlas turbinas de accin, o de forma radial, semi-axial y axial en las turbinas

de reaccin.

El rodete llamado tambin rotor o rueda, es el rgano fundamental delas turbinas hidrulicas. Consta esencialmente de un disco provisto de unsistema de labes, paletas o cucharas, que est animado por una ciertavelocidad angular.

La transformacin de la energa hidrulica del salto en energa mec-nica se produce en el rodete, mediante la aceleracin y desviacin, o por lasimple desviacin del flujo de agua a su paso por los labes.

distribuidor

rodeteCorte transversal de una turbina Francis

donde se pueden apreciar sus partes principalesCorte transversal de una turbina Francisdonde se pueden apreciar sus partes principales

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El tubo de aspiracin elemento muy comn en las turbinas de reaccin,se instala a continuacin del rodete y por lo general tiene la forma de unconducto divergente, pudiendo ser recto o acodado. Sus funciones son:

Recuperar la altura entre la salida del rodete y el nivel del canal de des-

age. Recuperar una parte de la energa cintica correspondiente a la veloci-

dad residual del agua en la salida del rodete, a partir de un diseo deltipo de difusor.

El tubo de aspiracin, tambin llamado difusor o tubo de succin, oca-sionalmente se utiliza en las turbinas de accin, como las del tipo Michell-Banki, donde adopta la forma cilndrica.

La carcasa, cuya funcin es la de cubrir y soportar a las partes de la tur-bina. En las turbinas Francis y Kaplan, por ejemplo, tiene la forma de unaespiral.

Existen varios criterios para clasificar a las turbinas hidrulicas, siendo losprincipales:

Por la manera de actuar el agua, las turbinas se subdividen en:

En este tipo de turbinas el agua sale del distribuidor a presin atmos-frica y llega al rodete con la misma presin. Adems, toda la energapotencial del salto se transmite al rodete en forma de energa cintica.

El agua sale del distribuidor con una cierta presin que va disminuyendo

a medida que el agua atraviesa los labes del rodete, de forma que, a lasalida, la presin puede ser nula o incluso negativa; en estas turbinas elagua circula a presin en el distribuidor y el rodete y, por tanto, la ener-ga potencial del salto se transforma, una parte en energa cintica, y laotra, en energa de presin.

En las turbinas de accin el empuje y la accin del agua coinciden,mientras que en las turbinas de reaccin, el empuje y la accin del aguason opuestos. Este empuje es consecuencia de la diferencia de velocida-

des entre la entrada y salida del agua en el rodete, segn la proyeccinde la misma sobre la perpendicular al eje de giro.

3.3. Clasificacin de las turbinas hidrulicas

Turbinas de accin

Turbinas de reaccin

tubo de aspiracin

carcasa

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Turbinas de escape libre

Por la direccin de entrada del agua en las turbinas, estas pueden clasificarseen:

Turbinas axiales

Turbinas radiales

Turbinas mixtas

Turbinas tangenciales

segn disposicin de los labes

Turbinas de admisin total

Turbinas de admisin parcial

Por el sistema de construccin cmara abiertacaja en espiral caja cilndrica

3.4. Turbinas ms utilizadas en las centrales hidroelctricas actuales

3.4.1. Turbina Pelton

Esta denominacin se da a las turbinas que carecen de tubo de aspi-racin o difusor.

, en las que el agua entra paralelamente al eje derotacin (Kaplan, Hlice y Bulbo).

, que se caracterizan porque la entrada del agua esperpendicular al eje de rotacin, siendo centrfugas cuando el agua vade dentro hacia fuera, y centrpetas cuando el agua va de afuera hacia

adentro (Francis). que resultan ser una combinacin de los casos

anteriores.

, el agua entra lateral o tangencialmente (Pelton)contra las palas, cangilones o cucharas de la rueda.

Las turbinas de accin, , pueden agruparseen:

, penetrando el agua en todo su contorno.

, entrando el agua por una parte de sucontorno.

se subdividen en turbinas de ,de o de .

La turbina Pelton es una turbina de accin, de flujo tangencial y de admi-sin parcial, de chorro libre que se acomoda a la utilizacin de saltos conmucho desnivel y caudales relativamente pequeos, con mrgenes de em-pleo entre 30 y 1800 metros, consiguindose rendimientos mximos del or-den del 90%.

Su nombre se debe al ingeniero norteamericano Lester Allen Pelton,quien, en 1880 emple la arista central en la cuchara, elemento caracte-

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rstico del rotor de la turbina. Sin em-bargo, fue alrededor del ao 1900,que Abner Doble concibi la formadoble de las cucharas con las escota-duras para el chorro y la regulacin delcaudal por medio de la vlvula agujadel inyector.

En una rueda Pelton la direccin delchorro no es ni axial ni radial, sino tan-gencial; el elemento constructivo msimportante es la cazoleta en forma dedoble cuchara, que recibe el chorro de

agua exactamente en su arista mediadonde se divide en dos, circulando por su cavidad y recorriendo hasta la sa-lida un ngulo ligeramente inferior a 180, contrarestndose as los empu-jes axiales por cambio de direccin de los dos chorros.

El agua una vez que sale de la cazoleta, cae libremente una cierta altura,pasando al cauce inferior.

El inyector es el rgano regulador del caudal del chorro; consta de unavlvula aguja cuya carrera determina el grado de apertura del mismo y por

lo tanto la regulacin del caudal y de la potencia. A la salida del inyector sepuede considerar que la presin exterior es igual a la atmosfrica.

Se dispone adems de otro sistema de regulacin por desviacin delchorro, que consiste en una superficie metlica llamada deflector, que seintroduce en medio del chorro, dividindolo y desviando una parte del mis-mo, de forma que en vez de dirigirse contra las cazoletas, sale lateralmentesin producir ningn efecto til. De esta forma se evitan sobrepresiones en latubera, por cuanto el caudal que circula por esta sigue siendo el mismo.

Cuando se dispone de un solo inyector, el rodete tiene el eje de giro ho-rizontal y el eje de salida del chorro es tangente horizontal, inferior a la cir-cunferencia del rodete, cuyo dimetro se denomina dimetro Pelton, ca-yendo el agua a la salida de las cucharas al fondo de la turbina, sin interferirel giro de la rueda.

Cuando hay dos inyectores, la turbina puede ser tambin de eje hori-zontal, disponindose los chorros segn dos tangentes inferiores a la cir-cunferencia Pelton, inclinadas un mismo ngulo (30), saliendo el agua

de las cucharas sin interferir a la rueda.

Rodete de una turbina Peltonodete de una turbina Pelton

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Para un nmero superior de inyec-tores (3 a 6), la rueda Pelton es de ejevertical ya que de ser horizontal, seraimposible evitar que el agua cayerasobre la rueda a la salida de las cucha-ras.

El hecho de sustituir un nmero deinyectores de unas dimensiones deter-minadas, por un nmero de inyectoresde dimensiones ms pequeas, per-mite construir turbinas de menor di-metro, girando a una velocidad mayor;

sin embargo, no se deben sobrepasarciertos lmites impuestos por la necesidad de evacuar agua convenien-temente, as como la fatiga del material de las cucharas sometidas a es-fuerzos repartidos, tanto ms frecuentes, cuanto mayor sea el nmero dechorros.

Esta turbina fue inventada en 1838 por el norteamericano Samuel Howd yposteriormente fue perfeccionada por el ingls James B. Francis, hacia1848, en los Estados Unidos de Norteamrica.

La turbina Francis es una turbina de reaccin, radial, centrpeta, deadmisin total, con tubo de aspiracin.

Esta turbina consta de un distribuidor que posee una serie de labes deposicin variable y de perfil aerodinmico, dispuestos de manera que con-forman conductos convergentes del tipo tobera. De este modo el flujo de

agua se acelera y orienta hacia el rodete bajo diferentes ngulos de incli-nacin y permite una regulacin del caudal.

El rodete de la turbina posee una serie delabes fijos colocados entre un disco y unacorona exterior; por lo general poseen doblecurvatura. El agua ingresa radialmente porla periferia externa y abandona el rodete endireccin axial para dirigirse hacia el tubo de

aspiracin, el cual puede ser recto o acoda-do, dependiendo de los requerimientos dealtura de aspiracin.

3.4.2. Turbina Francis

Turbina Pelton de seis inyectoresurbina Pelton de seis inyectores

Rodete de una turbina Francisodete de una turbina Francis- 29 -



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La carcasa consiste en una cmara en es-piral que puede ser construida por fundicino segmentos de plancha soldada. Su funcines dirigir el agua hacia el distribuidor.

En turbinas pequeas que operan con ba-jo salto, se puede prescindir de la espiral,trabajando la turbina en la modalidad de c-mara abierta.

Las turbinas Francis, se utilizan en las con-diciones ms diversas de desnivel (2 - 750metros) y para toda clase de caudales. Seconstruyen turbinas Francis con rodetes de

marcha lenta, normales, rpidos y extrarpi-dos, diferencindose unos de otros por la forma de la rueda y de las paletas.

Esta turbina fue desarrollada por VctorKaplan en la Universidad de Burno (Checo-eslovaquia) y patentada en el ao de 1912.

La turbina Kaplan es una turbina de reac-cin, de flujo axial y admisin total, con labesdel rodete en forma de hlice, los cuales sonorientables, lo que permite operar a la turbinacon muy buena eficiencia dentro de un ampliorango de caudal. Se emplea normalmente ensaltos de pequea altura (5 - 80 me-tros).

El distribuidor de la turbina es similar al

de la turbina Francis, consta adems de unacarcasa-espiral de seccin circular o rectan-gular y de un tubo de aspiracin del tipo rec-to o acodado, segn el requerimiento de laaltura de aspiracin.

Se puede realizar una seleccin rpida de la turbina para una central hi-droelctrica, utilizando el diagrama mostrado en la siguiente figura, en el

3.4.3. Turbina Kaplan

3.5. Seleccin del tipo de turbina ms apropiado

Turbina Francis en proceso de montajeurbina Francis en proceso de montaje

Rodete de turbina Kaplanodete de turbina Kaplan

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aparecen las diversas turbinas que se usan en la actualidad, ubicadas porzonas de aplicacin referidas al salto neto, caudal, potencia y a una eficien-cia promedio.

Otra forma de seleccionar el tipo de turbina ms conveniente, en pro-yectos de centrales hidroelctricas, es mediante un parmetro adimen-sional denominado nmero especfico de revoluciones.

El procedimiento empleado consiste en asumir una velocidad ptima de

giro de la turbina, igual a una de las velocidades sncronas del generador y,con los datos del salto y potencia, se calcula el nmero especfico de revo-luciones, cuyo valor estar comprendido dentro del rango de aplicacin deltipo de turbina ms conveniente. Este procedimiento de seleccin slo esaplicable cuando la turbina se acopla directamente al generador, lo quegeneralmente ocurre cuando la potencia de la turbina supera los 1000 kW.

El nmero especfico de revoluciones puede expresarse en funcin de lapotencia o del caudal, tal como se evidencia en las siguientes expresiones:

(valores caractersticos, vase Cuadro N.1).

Grfico de seleccin de turbinas hidrulicasrfico de seleccin de turbinas hidrulicas

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donde:

es la potencia al freno de la turbina en kW3es el caudal mximo que fluye por la turbina en m /s

es el salto neto de la central en m

es la velocidad de giro de la turbina en rpm

3 (m /s) (m) (kW) (%)

Pelton 1 ch: 30 2 ch: 30 - 50 4 ch: 30 - 50 0.05 - 50 30 - 1800 2 - 300,000 91 6 ch: 50 - 70

Turgo 60 - 260 0.025 - 10 15 - 300 5 - 8,000 85

Mitchell - Banki 40 - 160 0.025 - 5 1- 50 1 - 750 82

3 (m /s) (m) (kW) (%)

Francis L: 60 - 150 N: 150 - 250 1 - 500 2 - 750 2 - 750,000 92 R: 250 - 400

Kaplan 300 - 800 1000 5 - 80 2 - 200,000 93

Bulbo 300 - 800 600 5 - 30 100,000 93

: nmero especfico de revoluciones ch: chorro L: lento N: normal R: rpido

Dado que el diseo y construccin de turbinas hidrulicas requiere de lasolucin de una serie de problemas, que no siempre pueden afrontarsematemticamente, se recurre al anlisis experimental y a la utilizacin demodelos. El modelo permitir verificar los clculos tericos antes de cons-truir el prototipo (turbina real), y sealar las mejoras necesarias para obte-ner el comportamiento deseado, permitiendo as reducir costos.

Las relaciones entre el modelo y prototipo requieren del establecimientode leyes de semejanza (geomtrica, cinemtica y dinmica) de cuyo anlisis

Cuadro N. 1: Caractersticas principales de las turbinas hidrulicas

Turbina de accin

Turbina de reaccin

4/5

2/1

H

PNNs 4/3

2/1

H

QNNq

P

Q

H

N

sN Q H P mx

sN Q H P mx

sN

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se obtiene una serie de cifras caractersticas, como el nmero especfico derevoluciones (vase Cuadro N. 1).

El nmero especfico de revoluciones (expresado en funcin del caudal ode la potencia) puede definirse como la velocidad de rotacin de una tur-

bina prototipo, cuyo modelo semejante opera bajo parmetros unitarios.De este modo, por ejemplo, el nmero Nrepresenta la velocidad de rota-

s

cin en rpm del modelo cuandoP= 1 kW yH= 1.0 m.

Modelo y prototipo de rodete de turbina Francisodelo y prototipo de rodete de turbina Francis

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CAPTULO4: CENTRALES HIDROELCTRICAS DEL PER

4.1. Central hidroelctrica de Moyopampa

Ubicacin

Resea histrica

A continuacin, se realiza una descripcin de cuatro de las centrales hidro-

elctricas ms representativas del Per (Moyopampa, Curumuy, San Gabny Complejo Hidroelctrico del Mantaro), indicando sus principales carac-tersticas.

Esta central se encuentra en el departamento de Lima, provincia de Lima,distrito de Lurigancho, en la localidad de Chosica, a 40 km al este de la

Capital del Per.

La central de Moyopampa naci como respuesta a la gran explosin demo-grfica que sufri Lima a comienzos de los aos 20. La generacin de energaen estos tiempos no satisfaca la demanda de la capital. En 1933 EmpresasElctricas Asociadas, aprob el proyecto, presentado por su ingeniero PabloBonner, para el aprovechamiento escalonado del recurso hdrico que se tenaen el centro del departamento de Lima. La concepcin y promocin de la ex-

pansin de la generacin de energa elctrica estuvo a cargo de Juan Caro-sio. Dentro de la primera etapa de expansin se concibi la central de Calla-huanca y la de Moyopampa.

La central de Moyopampa se comenz a construir el ao de 1947 y fuepuesta en servicio el 21 de junio en 1951. En la actualidad la central es

CAPTULO4: CENTRALES HIDROELCTRICAS DEL PER

Fachada de la Central Hidroelctrica de Moyopampaachada de la Central Hidroelctrica de Moyopampa- 34 -



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propiedad de EDEGEL S.A; empresa privada encargada de la generacin deenerga elctrica en el centro del departamento de Lima.

La central de Moyopampa al igual que lacentral de Huinco, Callahuanca, Matu-cana y Huampan, aprovechan las aguasde la cuenca de los ros Rmac y SantaEulalia. La central de Moyopampa apro-vecha las aguas turbinadas de la centralde Callahuanca. Las aguas que alimen-tan a estas centrales son almacenadas

en 20 lagunas, 5 de las cuales se en-cuentran ubicadas en la cuenca de Mar-capomacocha (vertiente del Atlntico) y 15 en la cuenca, del Santa Eulalia (ver-tiente del Pacifico), almacenando una capacidad de embalse de 170 millones

3de m . Adems, en la cuenca del ro Blanco, que es afluente del Rmac, se tiene3la represa de Yuracmayo, que almacena 45 millones de m . El agua de las la-

gunas de la cuenca de Marcapomacocha, que tiene como vertiente natural ladel Atlntico, es conducida por un tnel transandino de 10 km de longitud ha-cia la vertiente del Pacfico en la cuenca del ro Santa Eulalia. El agua es condu-cida hasta la cmara de carga de la central de Huinco.

La central hidroelctrica de Moyopampa pertenece a un sistema de centra-les que comienza con la central de Huinco, que produce una potencia de

3258 MW con un caudal de 25 m /s y un salto de 1245 m. Las aguas turbi-nadas de esta central se vierten sobre el embalse de Huinco, que regula elcaudal aprovechado por la central de Callahuanca, luego de pasar por un

tnel y un canal de 8,5 km de longitud.En la cuenca del Rmac, tanto la ver-

tiente natural como la regulada por larepresa de Yuracmayo, son conducidasdesde la presa de Tamboraque a la c-mara de carga de la central de Matu-cana, que opera con un caudal de 15

3m /s y un salto de 966 m para producir

una potencia de 124 MW. El agua tur-binada es conducida hacia la central

Recurso hdrico

Caractersticas de la central

Ataguas en la presataguas en la presa

Central de Callahuancaentral de Callahuanca- 35 -



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de Callahuanca mediante un tnel de derivacin de 20 km de longitud.Esta central tiene una potencia de 72,5 MW, trabajando con un caudal no-

3minal de 20,5 m /s y un salto de 424 m.

El agua es represada y luego transportada por tnel hasta la central de3Moyopampa, la cual aprovecha un caudal de 19,5 m /s y un salto de 460 m

para producir, mediante tres grupos de dos turbinas Peltn de eje horizon-tal, una potencia de 69 MW, logrando entregar con esto una energa deaproximadamente 528 GW.h al ao.

Despus de pasar por esta central, el agua es depositada en el ro Rmacpara luego de 1 km ser represada nuevamente y conducida hasta la central

3de Huampan, que opera con un caudal de 21 m /s y un salto de 165 m en-tregando a la red una potencia de 30 MW.

Finalmente, el agua es devuelta al ro Rmac para su posterior aprove-chamiento en la Atarjea, para la provisin de agua potable a la ciudad deLima.

Cabe sealar tambin, que la energa que se produce en la central deMoyopampa es entregada al Sistema Interconectado Centro Norte, que esuno de los dos sistemas interconectados que tiene el Per. Para entrar al sis-tema se cuenta con 6 lneas que trabajan a una tensin de 60 kV.

Patio de llaves de la Central de Moyopampaatio de llaves de la Central de Moyopampa

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DATOS GENERALES SOBRE LA CENTRAL Y DEL ENTORNO

DESCRIPCIN CARACTERSTICASSistema Interconectado del que forma parte Sistema Centro NorteUbicacin de la presa Departamento de Lima

Ubicacin de la central Departamento Lima Provincia Lima Distrito LuriganchoLugar o localidad Chosica km 40 Carretera CentralFecha de construccin 1947Fecha de puesta en servicio 21 de junio de 1951Empresa encargada de la administracin EDEGEL S.A.Empresa encargada de la transmisin ETESA

Ro del que se aprovecha el recurso Rmac y Santa EulaliaSalto que se aprovecha 460 m3Caudal que utiliza la central 19,5 m /s

Potencia nominal de la central 69 MW3Caudal mximo, meses en los que se produce 20 m /s

3Caudal mnimo, meses en los que se produce 8 m /sOtros recursos de la cuenca que forma el ro Las aguas se aprovechan para la

agricultura y para dotar de agua ala ciudad de Lima

Reservorio en poca de estiaje 20 lagunas y la presa de

YuracmayoPrincipales problemas que se presentan en la central Desgaste de los inyectoresSistemas de regulacin utilizados labes deflectores e inyectores,

para variar el caudal que incidesobre el rodete

Tipo de fallas que presenta el rodete Corrosin, cavitacin, abrasin

Vista de la tubera de forzada y del desarenadorista de la tubera de forzada y del desarenador- 37 -



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CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LAS OBRAS CIVILES

DESCRIPCIN CARACTERSTICASSISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE AGUA

PRESA DE CALLAHUANCA

DESARENADORES

TNEL DE DERIVACIN

CMARA DE CARGA

CMARA DE VLVULAS

Nmero de lagunas que almacenan el agua 203Capacidad del embalse 170 millones de m /s. Adems se

cuenta con la presa de Yuracmayo3Capacidad de la presa 45 millones de m /s

3Capacidad de almacenamiento total 221 millones de m /s

Nmero de compuertas 4Compuerta de desvo 1 (esta compuerta pasa el agua

turbinada al tnel de derivacin)

Nivel mximo 1365 m.s.n.m.

Nmero de naves 2Compuertas de purga por nave 9Pre cmara desarenadora 2Compuertas de purga de pre cmara 5

3Mximo caudal que puede discurrir por cada nave 8 m /sAncho de cada nave 3m

Tipo Seccin de herradura a pelo libre3Caudal mximo 16 m /s

Longitud 12,5 kmPendiente 3%

Velocidad del agua 2,5 m/s

Nmero de vertederos 1Sistema de limpieza y purga Consta de rejillas y de 3 compuer-

tas de purga para material slidosedimentado

Separacin de las rejillas 3 cm3Capacidad de almacenamiento 38000 m

Cota mxima 1365 m.s.n.m.

Tipo de vlvula MariposaNmero de vlvulas 3

Piques al que esta conectado 3Dimetro de la vlvula mariposa 1,2 mSistema de funcionamiento de las vlvulas Cambio de velocidad

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TUBERA FORZADA

CASA DE MQUINAS

CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LA MAQUINARIA MECNICA HIDRULICA

DESCRIPCIN CARACTERSTICASTURBINAS

GENERADOR

Longitud de la tubera 881 mNmero de tuberas (1 para c/grupo) 3Tipo de tubera Recta por tramos y va apoyada al

cerroPendiente de la tubera 66 - 70%Dimetros 1,05 - 1,25 mEspesores de la plancha 10 - 27 mmMaterial Acero Siemens M1 y M2

Tipo Exterior Nivel centro de turbina 889,75 m.s.n.m.

Nivel centro del generador 889,75 m.s.n.m.Nivel sala de mquinas 889,00 m.s.n.m.Nmero de grupos 3

Tipo PeltonNmero (3 grupos de 2 turbinas c/u) 6

3Caudal nominal por grupo 6,4 m /s3Caudal til 6 m /s

Salto neto nominal 456 mPotencia de diseo por rodete 15,65 HPPotencia nominal por grupo 22 MW (el grupo 3 produce 25 MW)Potencia total 69 MWDisposicin de la turbina Eje horizontal, dos turbinas por

grupo, cada rueda preparada pararecibir dos chorros

Nmero de labes deflectores 2 por ruedaNmero de labes de la turbina 22 y el grupo 3 tiene 20

Velocidad nominal 514 rpmMaterial de la turbina Acero inoxidableMaterial del bifurcador o distribuidor Acero al carbonoSistema de regulacin de carga Por variacin del caudal, a travs

de labes deflectores e inyectoresTipo y secuencia de mantenimiento Preventivo, predictivo y correctivo

Potencia aparente nominal 30 MVA Potencia activa nominal 21 MW

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Factor de Potencia 0,7Nmero de generadores 3Tensin 10 kV Frecuencia 60 HzNmero de polos 14Tipo de generador Sncrono, trifsico de eje horizontalSistema de refrigeracin Agua - aireSistema de excitacin Rotativa autoexitada

Capacidad (potencia aparente) 10 kVA Tipo MonofsicoNmero 9Tensin de entrada 9,025 9,975 kV

Tensin de salida 67,8 kV Sistema de refrigeracin Agua aceiteTipo de conexin C2Tipo y secuencia de mantenimiento Preventivo, predictivo y correctivo

TRANSFORMADORES

Grupo de turbinas Peltonrupo de turbinas Pelton

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4.2. Central hidroelctrica de Curumuy

Ubicacin

Resea histrica

Recurso hdrico

La central de Curumuy se encuentra en el departamento de Piura, en la

provincia y distrito de Piura, en la zona de Curumuy, a 20 km de la capital.

Esta central fue planeada debido a la mala situacin energtica en la quese encontraba el norte del Per. La energa elctrica era producida por gru-pos trmicos, lo cual la haca muy costosa.

El planeamiento, construccin y administracin se hizo con capital priva-do. La empresa a la que pertenece esta central es Sinersa.

La construccin de las obras civiles comenzaron a principios de 1996 y elmontaje de los equipos electro-mecnicos en marzo de 1997. La central sepuso a prueba en noviembre de 1997 y en funcionamiento en febrero de1998.

Esta central aprovecha el agua que proviene de la represa de Poechos, querecibe las aguas de los ros pertenecientes a una cuenca binacional, perua-no-ecuatoriana. A Poechos llega el ro Chira, que tiene a los ros Alamar,Catamayo, Macara y Quiroz como afluentes. El ro Quiroz tambin abas-tece al reservorio San Lorenzo.

Poechos tiene una capacidad de 1000 millones de metros cbicos en 24 kmde largo por 11 km de ancho mximo y una profundidad mxima de 40 m.

Vista posterior de la Central de Curumuyista posterior de la Central de Curumuy

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Esta represa abastece al ro Chira,al canal de irrigacin Miguel Checa y alcanal Daniel Escobar, los que formanparte del proyecto de irrigacin Chira-Piura. Para regular el caudal de cadauno de los consumidores de la presa setiene diferentes tomas. Para regular elcaudal del ro Chira hay cuatro com-puertas radiales, y para el canal DanielEscobar una toma. El ro Chira y el ca-

nal Daniel Escobar tambin son alimentados por el ro Chipillico, que saledel reservorio San Lorenzo y llega hasta ellos justo a la salida de la represa

de Poechos.El canal Daniel Escobar tiene 54 km de longitud y una capacidad de 60

3m /s. Este es el que abastece a la central de Curumuy. Este canal fueconcebido en un principio para la irrigacin de la zona y luego el proyectoCurumuy se anexo a este, sin dejar el canal de cumplir su funcin original.

A diferencia de las otras centrales hidroelctricas, esta central tiene elmismo caudal durante casi todo el ao, no tiene problema de agua en lapoca de estiaje o de sequa, ya que el agua del canal Daniel Escobar esregulado por la presa de Poechos.

3Curumuy aprovecha un caudal de 40 m /s, funcionando la central ni-

camente como un by-passhdrico, ya que se desva el canal solo en un pe-queo tramo, lo cual no afecta en absoluto el fin primario del canal.

Represa de Poechosepresa de Poechos

Canal Daniel Escobar - Central Hidroelctrica de Curumuyanal Daniel Escobar - Central Hidroelctrica de Curumuy

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Caractersticas principalesCurumuy es una central que es diferente al comn de centrales que se pue-den encontrar en el Per, esto debido a que se aprovecha una cada de 39,4m que es bastante pequea.

3Se aprovecha un caudal de 40 m /s para producir mediante 2 turbinasKaplan de eje vertical una potencia de 12,46 MW. La energa producida esentregada al Sistema Interconectado Centro Norte mediante una lnea dealta tensin que trabaja a 60 kV.

DATOS GENERALES SOBRE LA CENTRAL Y DEL ENTORNO

DESCRIPCIN CARACTERSTICAS


DESCRIPCIN CARACTERSTICASEMBALSE

Sistema Interconectado del que forma parte Sistema Interconectado Centro Norte

Ubicacin de la presa A 80 km de la ciudad de PiuraUbicacin de la central A 20 km de la ciudad de Piura Departamento Piura Provincia Piura Distrito Piura Lugar o localidad Curumuy Fecha de construccin Inicios de 1996.

Montaje marzo de 1997Fecha de puesta en servicio Febrero de 1998Empresa encargada de la administracin SINERSA

Empresa encargada de la distribucin de la energa ENOSASalto que aprovecha la central 39 m

3Caudal que utiliza 40 m /sPotencia que entrega a la red 12 MWRo del que se aprovecha el recurso ChiraCaudal mximo y mnimo, meses en los que Constante, controlado por unase produce presa

3Reservorio en poca de estiaje Poechos, 1000 millones de mSistemas de regulacin Doble, por variacin del caudal y

por posicin de los labes de laturbina

Poechos3Capacidad de almacenamiento 1000 millones de m

Afluente Ro ChiraCede agua Canales Daniel Escobar, Miguel

Checa Ro Chira

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CANAL DE DERIVACIN

CMARA DE CARGA

CMARA DE VLVULAS

TUBERA FORZADA

CASA DE MQUINAS

Daniel Escobar, Sistema Chira-PiuraTipo Canal abierto

3Caudal 60 m /sLongitud 54 kmPendiente 2%

Velocidad 2 - 3 m/s

Cota mxima del agua 57,6 m.s.n.m.Nmero de vertederos 1Longitud de los vertederos 30 mSistema de limpieza y purga Manual mediante rejillaSeparacin de las rejillas 2 cm

Tipo de compuerta RadialDimensiones de aberturas libre (ancho/alto) 4,70 / 3,8 m

3Descarga mxima 40 m /s

Tipo de vlvula MariposaNmero de vlvulas 2Piques al que est conectado 2Dimetro de vlvula mariposa 2,6 mSistema de funcionamiento de las vlvulas Cambio de velocidad del agua

Longitud de la tubera 166,0 mNmero de tuberas 2Tipo de tubera Un solo tramo soldado siguiendo la

topografa del terreno3Caudal mximo por tubera 20 m /s

Dimetros 2,6 mEspesores de la plancha 12 mm

Material Acero al carbono

Tipo Exterior Ancho 10 mLargo 30 m

Altura mxima 30 mNivel de la turbina 22,10 m.s.n.m.Nivel del generador 26,30 m.s.n.m.Nivel del rea de montaje y de la sala de control 32,50 m.s.n.m.

Cota mnima de la central 17,90 m.s.n.m.Nmero de grupos 2

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Represa de Poechos: Infraestructuraepresa de Poechos: Infraestructura

Canal de descargaanal de descargaCARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LA MAQUINARIA MECNICA HIDRULICA


Tipo KaplanNmero 2

3Caudal nominal 19,5 m /s3Caudal til 19,5 m /s

Salto neto nominal 37 mSalto neto mnimo 30 mSalto neto mximo 39 m

Potencia nominal por grupo 6,25 MWPotencia mxima por grupo 6,93 MW

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Potencia total 12,5 MWDisposicin de la turbina Eje verticalNmero de labes directrices 24Nmero de labes de la turbina 6Dimetro del rodete 1650 mm

ngulo de posicin de los labes de la turbina - 15 a 9.5Velocidad nominal 450 rpmVelocidad de embalamiento 1135 rpmMaterial de la turbina Acero inoxidablePeso de la turbina 15 toneladasMaterial del caracol Acero embutido en concretoSeccin del caracol Variable: 2,10 m a 0,5 m de

dimetroSistema de regulacin de carga Doble, electrohidrulico controlado

digitalmenteDimetro del eje de acoplamiento VariableMaterial del eje Acero al carbonoTipo y secuencia de mantenimiento Preventivo, predictivo y correctivo

Potencia aparente nominal por generador 7,5 MVAPotencia activa nominal por generador 6,0 MWFactor de Potencia 0,8Nmero de generadores 2

Tensin 10 kV Frecuencia 60 HzDimetro del estator 5300 mmDimetro del rotor 2613 mmNmero de polos 16Tipo de generador Sncrono trifsicoSistemas de refrigeracin Agua aire

Velocidad de embalamiento 1130 rpmMarca SKODA Corriente de excitacin 385 A Peso 80 toneladas

Voltaje de excitacin 64 V

Capacidad (potencia aparente) 15,0 MVA Tipo Trifsico sumergido en aceite, regu-

lable en la parte alta y baja tensinNmero 1 (Se dispone de otro de repuesto)Tensin de entrada 10,0 kV

Tensin de salida 60,0 kV Corriente de salida 140 A

GENERADOR

TRANSFORMADORES

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Sistema de refrigeracin Aceite - aireTipo de conexin Ynd5Peso 27,8 toneladas (con aceite)Impedancia 9%

Vista del generador de la Central de Curumuyista del generador de la Central de Curumuy4.3. Central hidroelctrica de San Gabn

Ubicacin

Resea histrica

La central de San Gabn II se encuentra en el departamento de Puno, pro-vincia de Carabaya, distritos de Ayapata, Ollachea y San Gabn, aproxi-madamente a 200 km al norte de la ciudad de Puno.

Esta central fue planeada para satisfacer la demanda de la Regin Tacna -Moquegua - Puno, pero en la actualidad abastecer de energa elctrica a

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toda la regin sur, supliendo en gran parte la produccin energtica de lacentral de Machu Picchu, por estar fuera de servicio desde marzo de 1998.

La construccin de la central comenz en 1996, estando planeada supuesta en servicio a fines de 1999 y comienzos del ao 2000. La central de

San Gabn II forma parte de un conjunto de cuatro centrales en serie, de lascuales slo la central San Gabn II est en construccin mientras las otrastodava estn en etapa de investigacin. Para su construccin la central fuedividida en cinco lotes; el primer lote comprende las obras de cabecera queson la presa, la toma, el embalse regulador y el comienzo del tnel deaduccin. El segundo lote abarca al tnel de aduccin y a las obras conexasa este. El tercer lote, a la casa de mquinas y a las obras conexas a esta. Elcuarto lote corresponde al montaje del equipo elctro-mecnico, mientras

que el ltimo, al montaje de las lneas de transmicin y de la sub-estacinde Azngaro adems de la prueba de los equipos.

El agua que aprovecha esta central es captada del ro San Gabn, ro quenace en las alturas del departamento de Puno. La central tiene un afianza-miento hdrico que consta de 9 lagunas y de la presa de Macusani. Con estose garantizar el caudal necesario durante la poca de estiaje.

La central tiene un embalse regulador, que tiene una capacidad de al-3macenamiento de 140 millones m . Este embalse est preparado para

recibir las aguas de pequeos afluentes del ro San Gabn, afluentes queno son significativos en la poca de avenidas pero s lo son durante la poca

de estiaje, adems, en este embalse, se recolectarn las aguas turbinadasde la central San Gabn I, que en estos momentos est solo como proyecto.

Recursos hdricos

Toma area del tnel, compuertas y entrada a desarenadores San Gabnoma area del tnel compuertas y entrada a desarenadores San Gabn

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Caractersticas de la centralLa central San Gabn II cuya casa de mquinasest en caverna, est diseada para aprovechar

3un salto de 679 m y un caudal de 19 m /s me-diante dos turbinas Pelton de eje vertical paraproducir una potencia de 110 MW, logrando en-tregar con esto una energa de aproximada-mente 774 GW.h al ao. La energa que la centralproducir ser entregada al Sistema Interconec-tado Sur, mediante dos lneas de alta tensin quesuministrarn la energa a 60 kV.

Patio de llaves: San Gabnatio de llaves: San GabnDATOS GENERALES SOBRE LA CENTRAL Y DEL ENTORNO

DESCRIPCIN CARACTERSTICASrea de influencia Puno, Moquegua, Tacna, Cusco,

ArequipaSistema Interconectado del que forma parte Sistema Interconectado SurUbicacin de la presa

Departamento Puno Provincia Carabaya Lugar o localidad MacusaniUbicacin de la central Departamento Puno Provincia Carabaya Distrito Ollachea, Ayapata, San Gabn Lugar o localidad San GabnFecha de construccin 1996 - 1999Empresa encargada de la administracin San GabnSalto que aprovecha la central 679 m

3Caudal que utiliza 19 m /s3Caudal mximo, meses en los que se produce 100 m /s

3Caudal mnimo, meses en los que se produce 19 m /sPotencia que entrega a la red 110 MWRo del que se aprovecha el recurso San GabnCaudal mximo y mnimo, meses en los que Constante, controlado por unase produce presaReservorio en poca de estiaje 9 lagunas y la presa de Macusani

Sistemas de regulacin Variando el caudal a travs dedeflectores e inyectoresOtros recursos de la cuenca que forma el ro Agricultura y pesca

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Compuertas radiales parte posterior San Gabnompuertas radiales parte posterior San GabnCARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LAS OBRAS CIVILES

DESCRIPCIN CARACTERSTICASSISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE AGUA

PRESA DE CALLAHUANCA

DESARENADORES

EMBALSE REGULADOR

TUNEL DE DERIVACIN

Nmero de lagunas que almacenan el agua 9Capacidad de embalse Adems se cuenta con la presa de

Macusani3Capacidad de la presa 112 millones de m

Nmero de compuertas 4Tipo de compuertas RadialesNmero de aliviaderos 1Nivel mximo 2095 m.s.n.m.

Nmero de naves 4

Compuertas de purga por nave 1Longitud de las naves 61,70 mTamao de partculas que puede retener Hasta 0,2 mm

3Capacidad de almacenamiento 140 millones de mCota superior 2095 m.s.n.m.

Tipo Seccin de herradura3Caudal mximo 19 m /s

Longitud 7,0 km

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Dimetro 3,6 mPendiente 0,265 %

Dimetro del pozo vertical 3,6 mNmero de cmaras de alimentacin 2Nmero de cmaras de expansin 1

Diferencia de cotas 638,59 mNmero de tuberas 1Tipo de tubera Conducto de concreto de seccin

circular3Caudal mximo por tubera 19 m /s

Pendiente de la tubera 60Dimetro 3,35 m

Tipo En cavernaAlto 29,8 mAncho 18,6 mLargo 51,05 mLongitud de la galera de acceso 544,6 mNivel de la turbina 1416 m.s.n.m.

Longitud total 1001,36 mNivel de salida 1406 m.s.n.m.Seccin Tipo herradura

CHIMENEA DE EQUILIBRIO

TUBERA FORZADA

CASA DE MQUINAS

TNEL DE DESCARGA

Central Hidroelctrica de San Gabn: Casa de mquinasentral Hidroelctrica de San Gabn: Casa de mquinas- 51 -



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CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LA MAQUINARIA MECNICA HIDRULICA


GENERADOR

TRANSFORMADORES

Tipo PeltonNmero 2

3Caudal nominal pro grupo 9,31 - 9,47 m /sSalto neto nominal 651 - 672 mPotencia nominal por grupo 54,25 - 56,89 MWPotencia total 110 MWDisposicin de la turbina De eje verticalNmero de labes deflectores 5

Velocidad nominal 514,3 rpmVelocidad de embalamiento 950 rpm

Material de la turbina X3Cr Ni Mo 13-4Material del distribuidor Acero encofrado en concretoSistema de regulacin de carga Variando el caudal mediante

labes deflectores con inyectores

Potencia aparente nominal 63,50 MWPotencia activa nominal 53,97 MWFactor de potencia 0,85Nmero de generadores 2

Tensin 13,8 kV Frecuencia 60 HzNmero de polos 14Tipo de generador Sncrono trifsicoSistemas de refrigeracin Aire - agua

Velocidad nominal 514,3 rpmVelocidad de embalamiento 952 rpm

Capacidad (potencia aparente) 62,5 MVA Tipo TrifsicoNmero 2Tensin de entrada 13,8 kV Tensin de salida 60 kV Sistema de refrigeracin Aire - aceite

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4.4. Complejo hidroelctrico del Mantaro

Ubicacin

Resea histrica

El Complejo Mantaro est con-formado por dos centrales enserie, Santiago Antnez deMayolo, la primera y Restitu-

cin, la segunda. Estas centralesse encuentran en el departa-mento de Huancavelica, en laprovincia de Tayacaja, en la zo-na denomina Campo Armio, a250 km de la ciudad de Huan-cayo.

El Complejo Mantaro fue idea-do por el ingeniero peruanoSantiago Antnez de Mayoloquien, a caballo, recorri granparte del pas ubicando los lu-gares apropiados para la cons-truccin de centrales hidroelc-

tricas. Adems de la concep-cin del complejo Mantaro,

Vista del ensamble del rotor del generadorista del ensamble del rotor del generador

Central Hidroelctrica Santiago Antnez de Mayoloentral Hidroelctrica Santiago Antnez de Mayolo- 53 -



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Antnez de Mayolo concibi las centrales del Can del Pato y de MachuPicchu.

Al pasar por la zona de Campo Armio, Antnez de Mayolo, not que elro Mantaro describe una curiosa vuelta en U; lo que forma una pennsula

fluvial, que en su parte ms angosta tiene 20 km. Adems, se dio cuentaque la diferencia de alturas entre uno y otro lado de esta parte de la penn-sula era fcilmente aprovechable y dise lo que originalmente se conocicomo las Centrales del Pongor sobre el ro Mantaro. Para esto, determin ellugar donde se ubicara la presa, una quebrada natural que al cerrarla seconvertira fcilmente en un gran reservorio de agua; tambin traz la rutadel tnel que atraviesa las montaas, llevando casi sin prdida de altura elagua del Mantaro hasta el otro lado de la pennsula. Ah localiz la zona

donde se ubicara la casa de mquinas y el patio de llaves. As, con un salto3de 850 m y un caudal de 100 m /s se generaran 798 MW.El estudio cont adems con una segunda central que aprovechara las

aguas turbinadas por la primera y un salto de 250 m para generar 210 MWms. A esta central se le llam Central Hidroelctrica Restitucin. Luego depasar por estas 2 centrales, el agua se devolvera al ro Mantaro.

Despus de muchos aos, el proyecto planeado en 1945, se construyambas centrales en varias etapas; primero se comenz una parte de la cen-

tral del Pongor, a la que se le llam posteriormente Santiago Antnez deMayolo (SAM), etapa que constaba con tres grupos Pelton, los cuales se pu-sieron en servicio en el ao de 1973. En los aos 1974, 1978 y 1979 sepusieron en servicio los cuatro otros grupos de esta central, luego a prin-cipios de los aos 80 se culminaron los trabajos de la Central Restitucin.

Fachada de la Central Hidroelctrica Restitucinachada de la Central Hidroelctrica Restitucin- 54 -



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Recursos hdricos

Caractersticas del complejo

El agua que aprovecha este complejo, proviene en su mayor parte de lacuenca del ro Mantaro, el cual nace en el lago Junin, siendo reforzado enpoca de estiaje por el sistema de lagunas controladas, ubicadas en las

partes altas de las cuencas de los ros Pachacayo, Moya y Quilln. La presade Tablachaca con una capacidad de 16 millones de metros cbicos, acu-mula el agua que posteriormente se derivar al complejo.

El ro Mantaro a la altura de la presa de Tablachaca registra un caudal de3 390 m /s en poca de estiaje y de 200 m /s en los meses de avenidas.

La central SAM consta de 7 grupos Pelton de eje vertical, preparados cada3uno para un caudal de 16 m /s, aprovechando un salto de 850 m y un gasto

3total de 96 m /s para producir una energa en un total de 798 MW.

Las aguas turbinadas pasan a la central Restitucin, la cual tiene tresgrupos Pelton de eje vertical, que trabaja bajo un salto de 250 m y un cau-

3dal por turbina de 32 m /s, generando esta central un total de 210 MW.Por esto, el Complejo Mantaro produce una potencia de 1008 MW, lo-

grando entregar con esto una energa de 6843 GW.h al ao.La energa de esta central es aprovechada por 12 departamentos del

Per, departamentos que forman parte del Sistema Interconectado CentroNorte. Para la transmisin se utiliza 8 lneas de alta tensin que trabajan a

220 kV.

Presa de Tablachacaresa de Tablachaca

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DESCRIPCIN CARACTERSTICASPRESA Y TOMA

DESARENADORES

TNEL DE DERIVACIN

POZO DE OSCILACIN

CMARA DE VLVULAS

TUBERA FORZADA

Tablachaca3Capacidad de almacenamiento 16 millones de m

Nmero de vertederos 1Nmero de compuertas 4 radialesCota de la presa 2665 m.s.n.m.

3Caudal del ro Mantaro 90 200 m /s3Caudal que deriva 98 m /s

Nmero de aliviaderos 4

Nmero de naves 4

Sistema de sedimentacin Flujo transversalSistema de purga Mediante cuatro descargasSistema de limpieza Por rejillas con un sistema de gras

Tipo A presinLongitud 19,813 kmPendiente 0,43 %Dim

centrales 01

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