FACULTAD INGENIERIA ELECTROMECANICASEDE CUCUTA

GUIA DE GENERACION DE ENERGIA # 1 Y 2

DIEGO ANDRES JARAMILLO TORRES

CODIGO: 21131218784

CORREO: diegjaramillo@uan.edu.co

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIO UAN

INGENIERIA ELECTROMECANICA

SAN JOSE DE CUCUTA

AO

2015

SOLUCION GUIA #1 Y 2 GENERACION DE ENERGIA

DIEGO ANDRES JARAMILLO TORRES

CODIGO: 21131218784

CORREO: diegjaramillo@uan.edu.co

ESTE TRABAJO ES PRESENTADO AL INGENIERO:

EDGAR SANTOS

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIO UAN

INGENIERIA ELECTROMECANICA

SAN JOSE DE CUCUTA

AO

2015

INTRODUCCION

En el presente trabajo hablaremos de los estudios hdricos, nivel de certeza mnimo aceptable para garantizar un volumen a nivel de presa para que la central no vaya a quedar fuera de operacin. Tambin aprenderemos a calcular la potencia de la fuente hdrica bien sean a filo de agua o de embalse, considerando: salto de altura, caudal de la fuente, eficiencia del generador, eficiencia de la turbina y las prdidas de potencia por altura en el canal de conduccin. Analizar la distribucin normal estndar y estimar el nivel de certeza de acuerdo con la media y la dispersin de la variable analizada (volumen). El impacto de estas variables en el valor de la inversin que se debe hacer en obras de toma y capacidad de la presa.

ESTUDIOS HIDRICOS

Para la construccin de una central hidroelctrica se deben llevar a cabo una serie de estudios con el fin de identificar los posibles aprovechamientos hdricos y seleccionar el ms viable.Despus de identificada la fuente hdrica se realizan estudios en la parte tcnico-econmica, si es lo ms viable o no, despus se realizan estudios de factibilidad en el cual se estudia si el tipo de diseo y construccin, despus viene un estudio de prefactibildad en la cual se realizan otros estudios tcnicos de la central.Los principales estudios son:a) estudio de la demanda: se utiliza para identificar cual es la demanda de los clientes potenciales de la central, en el tratara de medir el consumo de energa ya sea petrleo, gas, pilas, lea, carbn y otros y el que puede ofrecer la central hidroelctrica el cual debe ser superior al consumo de los clientes.b) Estudio socioeconmico: es donde se realiza la evaluacin econmica del proyecto, la organizacin y desarrollo de este adems del impacto social que este causara en la comunidad como la compra de tierras la reubicacin de comunidades enteras etc., en este estudio se abarca el desarrollo y construccin de la central como del mantenimiento, administracin y operacin de esta.c) Estudio hidrolgico y pluviomtrico: es el encargado del estudio hdrico de la fuente y es el que determina el caudal de diseo de la central, para el estudio hdrico se debe llevar una estadstica de las fluctuaciones hdricas durante varios aos para tener una idea del comportamiento de este. Pero como no hay muchos estudios hdricos de la fuente se recurre a la medicin pluviomtrica de las precipitaciones en las regin donde estar la central hidroelctrica, para estudiar el caudal de la cuenca que alimenta al ro.d) Estudio cartogrfico y topogrfico: como el principio de una central hidroelctrica es aprovechar la energa potencial la cual se trasforma en energa cintica y est en elctrica, y para tener una buena cantidad de energa potencial se requiere de una cada de agua o cabeza de agua y para saber esto se realizan estudios o mapas cartogrficos de la regin, cuando no hay estudios cartogrficos, se recurre a estudios topogrficos que permitan obtener los datos necesarios para conocer la cada o cabeza de agua y as poder determinar el potencial hidroenergtico de la fuente.e) Estudio geotcnico: la ubicacin y adecuacin de las obras civiles se hace en relacin con la estabilidad de los terrenos y las posibles fallas geolgicas que este contenga es un estudio muy esencial para el diseo y construccin de la central ya que le permite a los diseadores tener una idea de que riesgos geolgicos deben tener presentes a la hora de disear la central.f) Estudio de impacto ambiental: las obras que se construirn y la operacin de la central implican un gran impacto ambiental, ya que dependiendo del rea del embalse quedara una gran extensin de tierra anegada y lo que esto conlleva como la perdidas de tierras agrcolas, selvas y su fauna y el impacto que esto causara a el rea circunvecina a la represa, el estudio debe abarcar como atenuar este dao. Al final este estudio dar la viabilidad del proyecto o no.

CENTRAL HIDROELCTRICA

En unacentral hidroelctricase utilizaenerga hidrulicapara lageneracin de energa elctrica. Son el resultado actual de la evolucin de los antiguosmolinosque aprovechaban la corriente de losrospara mover una rueda.En general, estas centrales aprovechan laenerga potencialgravitatoria que posee la masa de agua de uncauce naturalen virtud de un desnivel, tambin conocido comosalto geodsico. El agua en su cada entre dos niveles del cauce se hace pasar por unaturbina hidrulicala cual transmite la energa a ungeneradordonde se transforma enenerga elctrica.

Corte transversal de una represa hidroelctrica.

ENERGA HIDRULICA

Se denominaenerga hidrulica,energa hdricaohidroenergaa aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energascinticay potencialde la corriente del agua, saltos de agua omareas. Es un tipo deenerga verdecuando su impacto ambiental es mnimo y usa la fuerza hdrica sin represarla; en caso contrario, es considerada solo una forma de energa renovable.Se puede transformar a muy diferentes escalas. Existen, desde hace siglos, pequeas explotaciones en las que la corriente de un ro, con una pequea presa, mueve una rueda de palas y genera un movimiento aplicado, por ejemplo, en molinos rurales. Sin embargo, la utilizacin ms significativa la constituyen lascentrales hidroelctricasde presas, aunque estas no son consideradas formas de energa verde, por el alto impacto ambiental que producen.

Obtencin de la energa hidrulica

Central hidroelctrica.Dichas caractersticas hacen que sea significativa en regiones donde existe una combinacin adecuada de lluvias, desniveles geolgicos y orografa favorable para la construccin de represas. La energa hidrulica se obtiene a partir de la energaycinticade las masas de agua que transportan los ros, provenientes de la lluvia y del deshielo. El agua en su cada entre dos niveles del cauce se hace pasar por unaturbina hidrulicala cual trasmite la energa a unalternador el cual la convierte enenerga elctrica.Otro sistema que se emplea es conducir el agua de un arroyo con gran desnivel, por una tubera cerrada, en cuya base hay una turbina. El agua se recoge en una presa pequea y la diferencia de altura proporciona la energa potencial necesaria.Otro ms consiste en hacer en el ro una presa pequea y desviar parte del caudal por un canal con menor pendiente que el ro, de modo que unos kilmetros ms adelante habr ganado una cierta diferencia de nivel con el cauce y se hace caer el agua a l por una tubera, con una turbina.

VENTAJAS Y DESVENTAJASVentajas: Se trata de una energa renovable de alto rendimiento energtico. Debido al ciclo del agua su disponibilidad es inagotable. Es una energa totalmente limpia, no emite gases, no produce emisiones txicas, y no causa ningn tipo de lluvia cida y, desde este punto de vista, es ecolgica.Adems, los embalses que se construyen para generar energa hidrulica: Permiten el almacenamiento de agua para abastecer fcilmente a actividades recreativas o sistemas de riego. Pueden regular el caudal del ro evitando posibles riesgos de inundacin en caso de crecida anormal.

Ventajas econmicas:La gran ventaja de la energa hidrulica o hidroelctrica es la eliminacin de combustibles. El coste de operar una planta hidrulica es casi inmune a la volatilidad de los precios de los combustibles fsiles como petrleo, el carbn o el gas natural. Adems, no hay necesidad de importar combustibles de otros pases.Las plantas hidrulicas tambin tienden a tener vidas econmicas ms largas que las plantas elctricas que utilizan combustibles. Hay plantas hidrulicas que siguen operando despus de 50 a 99 aos. Los costos de operacin son bajos porque las plantas estn automatizadas y necesitan pocas personas para su operacin normal.Como las plantas hidrulicas no queman combustibles, no producen directamentedixido de carbono. Muy poco dixido de carbono es producido durante el perodo de construccin de las plantas, pero es poco, especialmente en comparacin a las emisiones de una planta equivalente que quema combustibles.

Desventajas: La construccin de grandes embalses puede inundar importantes extensiones de terreno, obviamente en funcin de la topografa del terreno aguas arriba de la presa, lo que podra significar prdida de tierras frtiles, dependiendo del lugar donde se construyan; En el pasado se han construido embalses que han inundado pueblos enteros. Con el crecimiento de la conciencia ambiental, estos hechos son actualmente menos frecuentes, pero an persisten; Destruccin de la naturaleza. Presas y embalses pueden ser destructivas a los ecosistemas acuticos. Por ejemplo, estudios han mostrado que las presas en las costas de Norteamrica han reducido las poblaciones de trucha septentrional comn que necesitan migrar a ciertos lugares para reproducirse. Hay bastantes estudios buscando soluciones a este tipo de problema. Un ejemplo es la invencin de un tipo de escalera para los peces; Cambia los ecosistemas en el ro aguas abajo. El agua que sale de las turbinas no tiene prcticamente sedimento. Esto puede dar como resultado la erosin de los mrgenes de los ros. Cuando las turbinas se abren y cierran repetidas veces, el caudal del ro se puede modificar drsticamente causando una dramtica alteracin en los ecosistemas.

Medidas de mitigacinA lo largo de la segunda mitad del siglo XX se ha visto crecer en forma importante la conciencia ambiental, de la gente, de los gobiernos y de las instituciones internacionales de crdito, que son en ltima instancia quienes financian los grandes proyectos hidroelctricos.Actualmente las medidas demitigacin ambientalforman parte integrante de todos los proyectos financiados porinstituciones de crdito multilaterales, y los costos de las medidas de mitigacin son incluidos en el costo del proyecto.

UnaTurbina hidrulicaes unaturbomquinamotora hidrulica, que aprovecha la energa de un fluido que pasa a travs de ella para producir un movimiento de rotacin que, transferido mediante un eje, mueve directamente una mquina o bien un generadorque transforma laenerga mecnicaenelctrica, as son el rgano fundamental de unacentral hidroelctrica.ClasificacinPor serturbomquinassiguen la misma clasificacin de estas, y pertenecen, obviamente, al subgrupo de las turbomquinas hidrulicas y al subgrupo de las turbomquinas motoras. En el lenguaje comn de las turbinas hidrulicas se suele hablar en funcin de las siguientes clasificaciones:De acuerdo al cambio de presin en el rodete o al grado de reaccin Turbinas de accin:Son aquellas en las que elfluido de trabajono sufre un cambio de presin importante en su paso a travs de rodete. Turbinas de reaccin:Son aquellas en las que elfluido de trabajosi sufre un cambio de presin importante en su paso a travs de rodete.Para clasificar a una turbina dentro de esta categora se requiere calcular elgrado de reaccinde la misma. Las turbinas de accin aprovechan nicamente la velocidad del flujo de agua, mientras que las de reaccin aprovechan adems la prdida de presin que se produce en su interior.De acuerdo al diseo del rodete

Carta para seleccionar turbinas hidrulicas en funcin del caudal y el salto.Esta clasificacin es la ms determinista, ya que entre las distintas de cada gnero las diferencias slo pueden ser de tamao, ngulo de los labes o cangilones, o de otras partes de la turbomquina distinta al rodete. Los tipos ms importantes son: Turbina Kaplan:son turbinas axiales, que tienen la particularidad de poder variar el ngulo de sus palas durante su funcionamiento. Estn diseadas para trabajar con saltos de agua pequeos y con grandes caudales.(Turbina de reaccin)Lasturbinas Kaplanson uno de los tipos ms eficientes deturbinas de aguade reaccin de flujo axial, con un rodete que funciona de manera semejante a la hlice del motor de un barco, y deben su nombre a su inventor, elaustriacoViktor Kaplan. Se emplean en saltos de pequea altura y grandes caudales. Las amplias palas o labes de la turbina son impulsadas por agua a alta presin liberada por una compuerta.Los labes del rodete en las turbinas Kaplan son siempre regulables y tienen la forma de una hlice, mientras que los labes de los distribuidores pueden ser fijos o regulables. Si ambos son regulables, se dice que la turbina es una turbina Kaplan verdadera; si solo son regulables los labes del rodete, se dice que la turbina es una turbina Semi-Kaplan. Las turbinas Kaplan son de admisin axial, mientras que las semi-Kaplan puede ser de admisin radial o axial.Para su regulacin, los labes del rodete giran alrededor de su eje, accionados por unas manijas, que son solidarias a unas bielasarticuladas a una cruceta, que se desplaza hacia arriba o hacia abajo por el interior del eje hueco de la turbina. Este desplazamiento es accionado por un servomotor hidrulico, con la turbina en movimiento.Las turbinas de hlice se caracterizan porque tanto los labes del rodete como los del distribuidor son fijos, por lo que solo se utilizan cuando el caudal y el salto son prcticamente constantes. Una turbina Kaplan vertical.

Turbina Hlice:son exactamente iguales a las turbinas kaplan, pero a diferencia de estas, no son capaces de variar el ngulo de sus palas.

Turbina Pelton: Son turbinas de flujotransversal, y de admisinparcial. Directamente de la evolucin de los antiguosmolinos de agua, y en vez de contar con labes o palas se dice que tienecucharas. Estn diseadas para trabajar con saltos de agua muy grandes, pero con caudales pequeos.(Turbina de accin).

Unaturbina Peltones uno de los tipos ms eficientes deturbina hidrulica. Es unaturbomquinamotora, de flujo radial, admisin parcial y de accin. Consiste en una rueda (rodete o rotor) dotada de cucharas en su periferia, las cuales estn especialmente realizadas para convertir laenergade un chorro de agua que incide sobre las cucharas.Lasturbinas Peltonestn diseadas para explotar grandes saltos hidrulicos de bajo caudal. Lascentrales hidroelctricas dotadas de este tipo de turbina cuentan, la mayora de las veces, con una larga tubera llamadagalera de presinpara trasportar al fluido desde grandes alturas, a veces de hasta ms de 1500 metros. Al final de la galera de presin se suministra el agua a la turbina por medio de una o variasvlvulasde aguja, tambin llamadas inyectores, los cuales tienen forma de toberapara aumentar la velocidad del flujo que incide sobre las cucharas.

Turbina Francis: Son turbinas de flujo mixto y de reaccin. Existen algunos diseos complejos que son capaces de variar el ngulo de sus labes durante su funcionamiento. Estn diseadas para trabajar con saltos de agua medios y caudal medios. Laturbina Francisfue desarrollada porJames B. Francis. Se trata de unaturbomquinamotora areacciny de flujo mixto. Las turbinas Francis sonturbinas hidrulicasque se pueden disear para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de los dos metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el ms ampliamente usado en el mundo, principalmente para laproduccin de energa elctricaencentrales hidroelctricas.

Rodete de una turbina Francis

Turbina Ossberger / Banki / Michell: La turbina OSSBERGER es una turbina de libre desviacin, de admisin radial y parcial. Debido a su nmero especfico de revoluciones cuenta entre las turbinas de rgimen lento. El distribuidor imprime al chorro de agua una seccin rectangular, y ste circula por la corona de paletas del rodete en forma de cilindro, primero desde fuera hacia dentro y, a continuacin, despus de haber pasado por el interior del rodete, desde dentro hacia fuera.

Esquema de una turbina Turgo con su correspondiente generador en la parte superior.

Es una turbina hidrulica de impulso diseada para saltos de desnivel medio. El rodete de una Turgo se parece a un rodete Pelton partido por la mitad. Para la misma potencia, el rodete Turgo tiene la mitad del dimetro que el de un rodete Pelton y dobla la velocidad especfica.

Seccin de una turbina OssbergerUnaturbina de flujo transversaloturbina de flujo cruzado(tambin llamada por los nombres comerciales turbina Banki-MichelloTurbina Ossberger)1es unaturbina hidrulicadesarrollada por el australianoAnthony Michell, el hngaroDont Bnkiy el alemnFritz Ossberger. Michell obtuvo unapatentepor su diseo en 1903 y la compaa Weymouth la fabric durante aos. La patente de Ossberger data de 1933 ("Free Jet Turbine" 1922, Imperial Patent No. 361593 y "Cross Flow Turbine" 1933, Imperial Patent No. 615445), y fabric dicha turbina desde entonces. A da de hoy la compaa de Ossberger es el principal fabricante mundial de este tipo de turbinas.A diferencia de la mayora de turbinas hidrulicas, que tienen un flujo axial o radial, en la turbina de flujo transversal el fluido atraviesa los labes de forma diagonal. Como en unarueda hidrulicael agua entra en el borde de la turbina saliendo por el interior. Tras atravesar el vano central sale por el lado opuesto. Es una mquina de accin.Al pasar dos veces se obtiene una eficiencia elevada para flujos variables, adems de limpiar el rotor de residuos. La mquina es de baja velocidad, apta para bajasalturaspero elevadoscaudales. Gracias a su simplicidad constructiva, suelen ser mquinas de coste reducido. Todo ello lo hace apropiado para centrales de pequeo tamao (minihidrulica,centrales fluyentes...)

Turbina de flujo transversal (European Communities, Layman's Guidebook). El dibujo es esquemtico, pudiendo haber ms de unatobera

VentajasLa eficiencia mxima de una turbina de flujo transversal es algo menor que la de unaturbina Kaplan,FrancisoPeltonequivalente. Sin embargo, esta eficiencia vara menos con la carga lo que permite operar en un rango desde 1/6 de la carga mxima hasta el 100%.Adems de su buena regulacin, tiene un precio bajo lo que lo hace ideal para proyectos deminihidrulica(menos de 2000kWy alturas menores de 200 metros). Particularmente con pequeascentrales fluyentes, esta curva de eficiencia "plana" suele dar una produccin anual superior a otras turbinas, al ser lahidrologade los ros irregular en algunos meses. La turbina transversal logra unos rendimientos mejores en los meses de menor caudal, logrando un rendimiento promedio mejor.Es frecuente usarlo para produccin autnoma, sin presencia de operarios. Su construccin hace el mantenimiento menor que en otras turbinas: solo doscojinetes deben ser mantenidos y solo hay tres piezas rotando. El sistema mecnico es pues simple y puede ser reparado por mecnicos locales. Otra ventaja relacionada es que la turbina se limpia sola: el agua en su salida elimina los sedimentos depositados, reduciendo el mantenimiento an ms. Adems, evita ciclos de limpieza invirtiendo el flujo o variando la velocidad, lo que junto a las menores paradas por mantenimiento da una mayor utilizacin.

PARTES PRINCIPALES DE UNA HIDROELECTRICA

Obra de toma o bocatoma: puede incluir obras de embalse, presas o mediante captaciones de paso (captacin lateral de un rio).Conduccin: puede tomar la forma de canal o tnel que transporta el agua desde la bocatoma hasta la cmara o tanque de carga.Cmara o tanque de presin: estructura que recibe el agua del canal antes de su ingreso a la tubera de presin. Desarenador: estructura civil que permite el asentamiento de las partculas solidas en suspensin en el agua al reducir la velocidad de flujo. puede instalarse en la bocatoma o en la cmara de carga.Compuertas: dispositivos para controlar el flujo en las tomas, canales y cmaras de presin. Rejillas (mallas): dispositivo para evitar el paso de slidos o flotantes de determinada dimensin. Tubera de presin: tubera que transporte el agua desde la cmara de presin hasta la turbina y que permite aprovechar la energa potencial del salto. Salto: altura vertical desde el nivel libre del agua en la cmara de presin, hasta el nivel de mximo aprovechamiento de la turbina. Vlvula principal: dispositivo de aislamiento de la turbina con respecto a la tubera de presin, normalmente no se usa para fines de regulacin. Turbina: motor hidrulico que aprovecha la energa hidrulica disponible y la convierte en energa mecnica, pueden ser del tipo: Pelton (turbina de accin de flujo tangencial) Michell-Banki (turbina de accin de flujo transversal) Francis ( turbina de reaccin) Kaplan ( turbina de reaccin de flujo axial) Turgo ( pelton de varios inyectores) Transmisin turbina-generador: sistema para transmitir la energa desde el eje de la turbina hasta el eje del generador. Puede ser por acoplamiento directo o por medio de transmisin ( bandas, engranajes o cadenas). Generador: maquina elctrica que convierte la energa mecnica en energa elctrica, pueden ser sincrnicos y asincrnicos.

GENERALIDADES

Las tomas de rejilla de fondo consisten en una rejilla fina de fondo ubicada horizontalmente, o con pequea inclinacin, sobre una galera hecha en el cuerpo del azud y que conecta con el canal. La presa que cierra el rio se compone por lo tanto de tres partes: Un tramo en la orilla opuesta del canal que se compone de un azud macizo sobre el cual vierte el agua en creciente. Este azud debe tener un perfil hidrodinmico que normalmente se disea con las coordenadas de creager. Un tramo central con la rejilla Y Un tramo hueco que tiene en su interior la galera que conduce el agua desde la rejilla al canal. La galera est tapada con una losa de hormign arreado y que en su parte superior sigue el mismo perfil que el azud macizo.

CONCLUSIONES

En el presente trabajo vimos las principales partes de una hidroelctrica y los diferentes estudios necesarios para revisar la viabilidad de un proyecto como una planta generadora con energa hidrulica por gravedad, muy importante tener en cuenta que para nuestra regin sera muy beneficioso un proyecto de generacin hidroelctrico.