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ENERGÍA HIDRÁULICA
TECNOLOGÍA INDUSRIAL I
INTRODUCCIÓN
Denominaremos energía hidráulica a aquella energía que tiene
el agua cuando se mueve a través de un cauce o río debido
al desnivel del terreno o potencial (caída de masa de agua),
que se transforma en energía cinética.
Esta energía se puede utilizar para mover directamente
elementos mecánicos, como norias, molinos (antiguamente) o
turbinas en las centrales hidroeléctricas, para producir energía
eléctrica.
Como muchas de las energías tienen su origen en el Sol. Este
es el que hace posible que se produzca el ciclo natural del
agua.
ENERGÍA HIDRÁULICA
DIAGRAMA DE BLOQUES (Esquema)
ENERGÍA
POTENCIAL
ENERGÍA
CINÉTICA
E. CINÉTICA DE ROTACIÓN
ENERGÍA
ELÉCTRICA
UTILIZAIÓN
EMBALSE DE AGUA TUBERÍA TURBINA ALTERNADOR
CLASIFICACIÓN GENERAL
1.- De aprovechamiento por derivación de las aguas.
Consiste en desviar el agua del río mediante una pequeña presa
hacia un canal hasta un depósito (cámara de carga) del cual cae
por una tubería a la sala de máquinas.
En este tipo de presa el caudal del río suele ser regular a lo
largo del tiempo (central fluyente).
2.- De aprovechamiento por acumulación de aguas.
Consiste en construir una presa para almacenar agua a un cierto
nivel. A media altura (1/3 h) de la presa se encuentra la toma de
agua.
En este tipo de presa el caudal del río no suele ser regular a lo
largo del tiempo.
COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO
LA PRESA.- Es la encargada de almacenar el agua y elevar su nivel para poder
encauzarla para su utilización hidroeléctrica. También (en un segundo plano) se emplea
para regular el caudal de agua que circula por el río.
Su diseño depende en gran medida de la forma del terreno.
Las presas para el aprovechamiento hidroeléctrico son de hormigón.
TIPOS:
-Presas de gravedad. Son las más utilizadas.
Son de perfil triangular. Contrarrestan con
su peso el empuje del agua. Costosas de construir
y corren el peligro de aparición de grietas.
Una variante de este tipo de presas es la de
gravedad aligerada. Posee una estructura hueca,
para disminuir su peso. Muy seguras y elásticas
a las dilataciones.
COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO (Tipos)
-Presas de bóveda o arco sencillo. Tienen
forma de arco abovedado. Se construyen cuando
el terreno es lo suficientemente sólido, pues el
empuje del agua y la presión de esta la transmite
hacia los laterales. Compite con las de gravedad,
pues su coste es menor (menos cantidad de
material). Su sección es triangular pero más
estilizadas que las de gravedad.
-Presas de arcos múltiples. Son parecidas a las anteriores. Dispone de varios arcos (según
la anchura de la presa). Distribuyen los esfuerzos hacia los laterales. Se utiliza poca
cantidad de material.
COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO (Tipos)
DE CONTRAFUERTE
-Presas de contrafuertes. Reducen el volumen de hormigón necesario,
utilizando refuerzos tantos como el diseño de la presa requiera.
COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO
COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO
CONDUCTOS DE AGUA.- Son elementos que toda presa debe tener
para liberar parte del agua sin que pase por la sala de máquinas,
con objeto de descargar el embalse por necesidades de riego,
exceso de agua y otras. Para ello se utilizan compuertas de
grandes dimensiones.
TOMA DE AGUA.- En el origen del canal de derivación se disponen
una o varias tomas de agua protegidas por medio de rejillas
metálicas para evitar que se introduzcan cuerpos extraños. Hay
que limpiar dichas rejillas con regularidad.
COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO
CANAL DE DERIVACIÓN.- Es el conducto que canaliza el agua desdela presa hasta la tubería de presión o directamente a la cámarade turbinas cuando el salto de agua es inferior a 15 metros.
Puede ser abierto (siguiendo la ladera de la montaña)o cerrado(cuando se construye mediante túneles excavados en la montaña).
CÁMARA DE PRESIÓN.- Se sitúa en el punto de unión entre el canal de derivación y la tubería de presión. También se suele llamar chimenea de equilibrio. Su misión es compensar y evitar las variaciones bruscas de presión a la entrada a las cámaras de las turbinas debido a las variaciones del caudal de agua. A estas variaciones bruscas se las denomina golpe de ariete (variación de presión en una tubería, por debajo o por encima de la presión normal.
COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO
TUBERÍA DE PRESIÓN.- Es la tubería forzada que se encarga de
conducir el agua hasta la cámara de turbinas. Se construyen de
diferentes materiales, como:
Las de palastro, con chapas de acero rectangulares dándoles
forma cilíndrica soldadas o roblonadas. Se refuerzan con un zuncho
para reforzar.
Las de cemento-amianto. Son de bajo coste. Se utilizan para saltos
de pequeña potencia.
Las de hormigón-armado. Son de gran diámetro. Se construyen
para grandes caudales, con espiras y varillas de hierro para el
armado. Para tuberías pequeñas se emplean armaduras
prefabricadas que no se construyen en la misma obra.
COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO
CÁMARA DE TURBINAS-ALTERNADOR.-
Las turbinas son máquinas compuestas por un rodete con
alabes o palas unidas a un eje central giratorio. Transforma
la energía cinética del agua en energía cinética de rotación.
El alternador son máquinas que transforman la energía
cinética de rotación en energía eléctrica. Están en la
prolongación del eje de la turbina.
TIPOS DE TURBINAS
TIPOS DE TURBINAS (Según el salto)
Agua
Volante
Tobera
Rodete
Tobera Agua
Álabes cóncavos
Deflector
Turbina Pelton.- Es de alta presión, se utiliza en saltos
superiores a los 200 m. Eje horizontal y en su rodete lleva una
serie de álabes cóncavos sobre los que se proyecta un chorro de
agua procedente de las toberas que pueden ser hasta cuatro en un
rodete.
T. PELTON
TIPOS DE TURBINAS (Según el salto)
Tubería forzada Distribuidor
Álabes
Salida de agua
Alternador
Turbina Francis.- Es de media presión, se utiliza en saltos entre 20 y 200 m de
altura. Eje vertical y su rodete está constituido por paletas alabeadas. Un
distribuidor lleva el agua por la periferia del rodete y se evacua el agua a través de
un canal a lo largo del eje de la turbina. Esta turbina puede funcionar sumergida en
el agua.
T. FRANCIS
TIPOS DE TURBINAS (Según el salto)
Alternador
Canal de derivación
Distribuidor
Palas orientables
Salida de agua
Turbina Kaplan.- Es de baja presión, se utiliza en saltos entre los 5 y los 20 m.
Parecida alas Francis, al ser de eje vertical trabajan sumergidas en el agua con el
alternador sobre ellas y por encima del nivel del agua, montado sobre unos cojinetes
especiales. Su rodete está formado por una hélice de palas orientales que mejoran su
rendimiento.
T. KAPLAN
COMPARACIÓN ENTRE TURBINAS
TIPOS DE TURBINAS COMPARATIVA TURBINAS
COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO
CANAL DE DESAGÜE.- Devuelve el agua utilizada al río. El agua
sale a mucha velocidad y hay que proteger las paredes laterales
con hormigón para evitar la erosión.
PARQUE DE TRANSFORMADORES.- Los alternadores actuales
generan electricidad a una tensión inferior a 20.000 voltios. En
estas condiciones las pérdidas de tensión en el transporte serían
muy grandes, por lo que se eleva la tensión por encima de los
200.000 voltios (200.000-400.000 v) disminuyendo la
intensidad y las perdidas de potencia.
PÉRDIDAS EN EL TRANSPORTE ELÉCTRICO
Siendo teóricamente la potencia de entrada a un transformador la
misma que la de salida, al elevar la tensión se disminuye la
intensidad
Ley de Ohm Pp = V I = (I R) I = I2 R
La pérdida de potencia en el transporte eléctrico es proporcional
al cuadrado de la intensidad por lo que si se reduce a la décima
parte (I) la potencia se reducirá a la centésima.
Ejemplo:
L = 1000 m; () = 0.017 mm2/m; S = 10 mm2; I = 8 A
R = l/S; R = 0,017*1000/10 = 1,7
P = I2 R = 82 1,7 = 64*1,7 = 108,8 w y sí I = 4 A Averiguar ¿P?
POTENCIA DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
La potencia de una central depende del caudal de
agua (C) en m3/s y de la altura (h) en metros la
potencia vendrá en (Kw) Pt =9,8 C h pero como no
toda la potencia se puede aprovechar ya que existen
pérdidas en el transporte del agua (rozamientos) y en
el rendimiento de las turbinas y alternadores, hay que
introducir el concepto de rendimiento
Pr = 9,8 C h
1 CV = 736 w = 0,736 kw
TIPOS DE CENTRALES
MINICENTRALES: La potencia es inferior de 10 Mw: Están ubicadas en los cauces de los
pequeños ríos y se pueden utilizar de dos formas:
Conectadas a la red general. Un grupo de pequeñas centrales de la zona para que
puedan ser rentables.
Abastece directamente a pequeños pueblos, caseríos o industrias. Necesita
acumuladores para almacenarla y responder a las necesidades en todo momento.
GRANDES CENTRALES O CENTRALES HIDROELÉCTRICAS: La potencia es superior a
10 Mw. Se sitúan en cauces de grandes ríos.
Un tipo especial de estas centrales son las centrales de bombeo para optimizar y hacer el
empleo lo más eficaz posible.
Durante las horas de máxima demanda funciona como cualquier central hidroeléctrica. Sin
embargo en las horas de menor demanda, la energía generada por los alternadores se
aprovecha para bombear agua hasta un embalse superior. La energía potencial
acumulada de este modo se puede aprovechar en las horas de máxima demanda.
HIDRÁULICA_IBERDROLA
TIPOS DE GRANDES CENTRALES
MOTO-
BOMBATURBINA ALTERNADOR TRANSFORMAD0R
EMBALSE
RÍO RÍO
INFERIOR
EMBALSE
SUPERIOR
R
S
T
DE BOMBEO PURO
TIPOS DE GRANDES CENTRALES
MOTO-
BOMBA TURBINA ALTERNADOR TRANSFORMADOR
R
S
T
EMBALSE
SUPERIOR
EMBALSE
INFERIORRÍO RÍO
RÍO
DE BOMBEO MIXTAS
LA ENERGÍA HIDRÁULICA Y EL MEDIO AMBIENTE
VENTAJAS:
1.- Genera energía (mecánica, eléctrica, etc.,...)
2.- Es limpia, no produce residuos (humos, partículas, etc.,)
3.- Regula el caudal de los ríos:
*Evita inundaciones en épocas de lluvias.
*Permite el regadío de las tierras bajas.
4.- Abastece a las ciudades de agua por acumulación de las mismas.
INCOVENIENTES:
1.- Trastoca la vegetación y la fauna de la zona sobretodo la fluvial.
2.- Cubre de agua tierras fértiles, incluso de valor ecológico.
3.- En algunos casos inunda poblaciones que tienen que ser desplazadas.
4.- Posible acumulación de materia orgánica procedente de vertidos aguas arriba, si no se controlan adecuadamente dichos vertidos.