Post on 20-Sep-2018
El ciclo del agua• La energía solar renueva más o menos continuamente los depósitos de agua
con energía potencial gravitatoria.
• La evaporación del agua consume mucha más energía, que la que seacumula en los pantanos.
Centralhidroeléctrica
Presa
Oceano
Precipitación
Evaporación
Infiltración
Flujos subterráneos
Energía Hidráulica
• Energía del agua por unidad de volumen contribuyen la presión, la gravitatoria y la cinética• Las diversos términos de energía del agua se pueden convertir entre sí, y se
pueden convertir en trabajo.
Energía cinética entrante.
Energía cinética saliente.
Por conservación de la energía
La eficiencia
• La eficiencia necesariamente es inferior al 100%. El agua tiene que salir.
P + gh +12v2
dEen =dm2ven2
dEsal =dm2vsal2
dEen = dEsal + dW
=dWdEen
= 1dEsaldEen
= 1vsalven
2
< 100%
W
TEen ven Esal vsal
Aprovechamiento hidroeléctrico
• La energía del agua se usa desde hace 2 000 años
• Actualmente se usa básicamente para generar electricidad
En grandes centrales O en instalaciones minihidráulicas
Generador
CanalDesagüe
Caudal de reserva
TomaPaso de peces
Depósito Tubería
Tipos de Presa
EP
Ry
Rx
AéreaRío abajo
Sección
•Presa de gravedadEl empuje del agua seresiste gracias al peso dela presa
•Presa de bóvedaEl empuje del agua setransmite a las paredesrocosas del valle
Otros Tipos de Presa
•Presa de contrafuertesEl empuje del agua seresiste con loscontrafuertes
•Presa multibóvedaCombinación de bóveday contrafuertes
Central hidroeléctrica
Pantano
Entrada
Conducto
Central
Generador
Turbina
Red alta tensión
Río
Central
Turbina de impulso• Impacto de un chorro externo sobre la turbina
v1v2
u
F
0
20
40
60
80
100
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Eficiencia turbina de impulso
Efic
ienc
ia (
% )
v (agua) / u (turbina)
F =dm
dtv+ vcos( ) =
dm
dtv1 u( ) 1+ cos( )
dEen =dm2v12
=dWdEen
= 2 1uv1
uv11+ cos( )
v1 = 2u max =1+ cos2
La potencia será
La energía que entra es
La eficiencia
Es máxima cuando
La fuerza equivale al cambio en la cantidad de movimiento,en el sistema de referencia de la rueda
Pot =dW
dt= Fu =
dm
dtv1 u( )u 1+ cos( )
Turbina Pelton
Para un determinado caudal se regula la velocidad con la válvula
Eje de rotación
Valvula
Deflector
Chorro
Diámetro de salidaCazoletas
Sección AA
50
60
70
80
90
100
20 30 40 50 60 70 80 90 100
Eficiencia de la turbina Pelton
efic
ienc
ia (
% )
Porcentage del caudal máximo (%)
Turbina de reacción•El flujo de agua cambia en el interior de la turbina.
La presión se convierte en energía cinética
La fuerza será
La potencia
Por conservación de la energía
La eficiencia es
u
v
F
0
20
40
60
80
100
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Eficiencia turbina de reacción
Efic
ienc
ia (
% )
v (agua) / u (turbina)
F =dmdtv
Pot =dWdt
=dmdtvu
dEen = dW +dm2v2
=dWdEen
=uv
uv + v2 / 2=
2u2u + v
La eficiencia aumenta al disminuir lavelocidad tangencial de salida del agua
Turbina Francis
Es más complicada de regular para adaptarse al caudal
50
60
70
80
90
100
20 30 40 50 60 70 80 90 100
Eficiencia de la turbina Francis
efic
ienc
ia (
% )
Porcentage del caudal máximo (%)
Turbina Kaplan
50
60
70
80
90
100
20 30 40 50 60 70 80 90 100
Eficiencia de la turbina Kaplan
efic
ienc
ia (
% )
Porcentage del caudal máximo (%)
Se regula para adaptarse al caudal girando las aletas
Turbinas hidráulicas• Para cada régimen de caudal y diferencias de altura del agua o carga, existen
turbinas con una eficiencia del 90%.
• La máxima potencia obtenible en un salto de agua es P = Q gh• Teniendo en cuenta las eficiencias de turbinas y alternadores, y la pérdida de
carga por fricción, viscosidades y turbulencias, queda la expresión aproximada: P(kW) = 7,5•Q(m3/s)•h(m)
1000
100
10
Carga(m)
1 10 100
Caudal ( m3/s )
Pelton
10 MW
5 MW
2 MW
1 MW500 kW200 kW100 kW50 kW20 kW
Francis
Kaplan
Parámetros típicos de operación de las turbinas
Generación Hidroeléctrica en España•Constituye el 15-16% del total de la Energía Eléctrica
•Producción y Potencia Instalada2006 Pot. Instal. Prod. Previsión 2010
GW. GWh Potencia Producción
Centrales < 10 MW 1,8 5 368 2,2 6 912Centrales 10-50 MW 2,9 5 876 3,1 6 303Centrales > 10 MW 13,5 25 013 13,5 24 826
•El plan de fomento de energías renovables prevee aumentar el número de pequeñasinstalaciones
•Principales centrales existentes
Aldeadávila 1139 MW Duero Salamanca 115 Hm3 (bombeo)Alcántara 915 MW Tajo Cáceres 3137 Hm3
Cortes-Muela 908 MW Júcar Valencia 116 Hm3 (bombeo)Villarino 810 MW Tormes Salamanca 2649 Hm3 (bombeo)
Hidroeléctrica en España (Variabilidad diaria)
PRODUCIBLE HIDRÁULICO DIARIO
0
100
200
300
400
500
600
ene:
feb
:
mar:
abr:
may
:
jun
:
jul:
ago
:
sep
:
oct
:
no
v:
dic
:
ene:
feb
:
mar:
abr:
may
:
jun
:
jul:
ago
:
sep
:
oct
:
no
v:
dic
:
ene:
feb
:
mar:
abr:
may
:
jun
:
jul:
ago
:
sep
:
oct
:
no
v:
dic
:
ene:
feb
:
mar:
abr:
may
:
jun
:
jul:
ago
:
sep
:
oct
:
no
v:
dic
:
ene:
feb
:
mar:
may
:
jun
:
jul:
GWh
HÚMEDO SECO
589
04/03/01
2001 20032002
146
2004 2005
103
146
116
95
74
33
1621
46
74
127
146
116
9574
21
16
3346
106103
74 74
33
1621
106
74
103
127
146
127 116
106 95
46
74
33
1621
46
74
103
127
146
116106
74
9511695
106146
127
33
Producción hidroeléctrica en el mundo
Instalada(GW) Producida ( GWh )
Norte América 176 697 900Centro y Sudamérica 106 523 100Europa Occidental 143 519 600Europa Oriental 80 245 800Oriente Medio 5 18 900Africa 21 63 100Lejano Oriente y Oceanía 147 515 700
Producción actual 2,5 PWhPodría llegar a 6-9 PWh
Mayores instalaciones del mundoItaipú en Brasil-Paraguay 10 500 MWGrand Couleee en Columbia (USA) 9 780 MW
Energía hidroeléctrica. Ventajas
• Es la más barata. Pocos costes de operación y mantenimiento
• La eficiencia de conversión en energía eléctrica es elevada. 90%
• Es posible regularla para responder a la demanda en segundos.
• Es esencial para dar las puntas del consumo diario
• El agua puede ser usada posteriormente para otros fines
• No contamina el aire ni desprende calor
• Es renovable. No consume recursos naturales, aunque su capacidad de
producción es limitada.
Energía hidroeléctrica. Inconvenientes .
• El suministro es variable, no está asegurado en años de sequía
• Inunda valles, quitándole terreno a la agricultura.
• Puede obligar al traslado de población
• Cambia el ecosistema de bosque y pradera a lago. Otras especies animales.
• Interrumpe el paso a los peces migratorios
• Acumula fangos y limos en el fondo. Cuando se descomponen se contamina el agua
• Infecciones y plagas en las aguas estancadas
• Puede inducir pequeños terremotos al llenarse por primera vez.
• Pueden derruirse causando grandes riadas con enormes daños y numerosas muertes
La probabilidad es de 10-4 por presa y año, en países desarrollados.
• Gran parte de las presas tendrán una vida útil entre 100 y 200 años, quedandocolmatadas por los materiales arrastrados por el río.