02.Aprovechamientos Hidroeléctricos

7/28/2019 02.Aprovechamientos Hidroelctricos

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OBRAS HIDRULICAS

Aprovechamientos hidroelctricos


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1. INTRODUCCIN

2. SISTEMA ELCTRICO ESPAOL

3. APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS

1. Introduccin

2. Anlisis de la capacidad de regulacin

3. Anlisis hidrolgico de una cuenca

4. Tipologa de los aprovechamientos

4. ELEMENTOS DE LOS APROVECHAMIENTOS

1. Toma

2. Canal de derivacin

3. Conduccin en presin

4. Equipos de generacin

5. PREDIMENSIONAMIENTO TURBINAS


ndice


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Cuesta y Vallarino (2000). Aprovechamientos hidroelctricos. 2 Tomos.Servicio de Publicaciones del CICCP.

Novak. Moffat, Nalluri y Narayanan (2007). Hydraulic Structures. Taylorand Francis.

Granados, Garrote, Delgado y Martn (2003). Problemas de Obras

Hidrulicas. Servicio de Publicaciones del CICCP.

Manuales de referencia del ICOLD, ASCE

Ms detalles en Presas y Aprovechamientos Hidroelctricos (4)


Bibliografa


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Agua disponible limitada Necesidad de almacenamientos para diferentes usos:

Abastecimiento Industrial Ecolgico Regado Produccin elctrica

Demanda variable en el tiempo y espacio


INTRODUCCIN


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Anuario de Red Elctrica Espaola (2011)


SISTEMA ELCTRICO


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SISTEMA ELCTRICO

Anuario de Red Elctrica Espaola (2011)


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SISTEMA ELCTRICO

Caractersticas del mercado elctrico

La generacin debe satisfacer la potencia demandadamuy rpidamente y con calidad:

ContinuidadVoltaje fijo

Frecuencia FijaLa energa elctrica no se almacena


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SISTEMA ELCTRICO

CURVA DE CARGA DIARIA: 3 BANDAS CARACTERTICAS

! " "! " "! " "


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SISTEMA ELCTRICO

"

"

"

"

"

"


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SISTEMA ELCTRICO

"

"

"

"

"

"


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ndice

1. INTRODUCCIN



1. Introduccin





1. Toma






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APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS

Anlisis de la capacidad de regulacin

La regulacin sirve para adaptar la oferta a la demandaAnualHiperanual

Objetivo: Conocer el volumen necesario para satisfacerdemanda

Balance de masas

Ms detalles: Regulacin de Recursos


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Anlisis de cuencas para uso hidroelctrico

Potencial hidroelctrico brutoPotencial hidroelctrico tcnicoPotencial hidroelctrico econmico


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Tipologa de aprovechamientos hidroelctricos

Potencia=

W=

W[ ]=

J / S[ ]Produccin=Energa = Wt[ ]= Wh[ ]= J[ ]

W = QH

A

BQ

H


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Tipologa de aprovechamientos hidroelctricos

Saltos a pie de presaSaltos en derivacin - fluyentesSalto en derivacin con embalseSalto con conduccin a presinCentrales reversibles o de bombeo


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Salto a pie de presa


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Salto a pie de presa


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Salto en derivacin o fluyente


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Salto en derivacin o fluyente


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Salto en derivacin con embalse

Con canal de derivacin

Con galera de presin


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Salto en derivacin con embalse

Con canal de derivacin

Con galera de presin


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Central reversible o con bombeo


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ndice

1. INTRODUCCIN



1. Introduccin





1. Toma






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ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS

Elementos

Azud o presa Toma Derivacin

En lmina libre :Canal + Cmara de carga + Conduccin blindada

En presin:Galera de presin + Chimenea de equilibrio + Conduccin blindada

Central

Canal de restitucin


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Tomas

Central de Valparaso


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Tomas

Central de Yagisawa

Central de Belesar


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Tomas con baja sumergencia

Embalse de Dinorwig

k= 0.54 embocadura simtrica

k= 0.74 embocadura asimtrica

S= kv D


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Tomas para azudes


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Tomas para azudes


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Rejas y Limpiarejas

H=

W

b

4/3

sen

v2

2g

= 2.42


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Compuertas

Permiten vaciado y aislado del canal Vagn

Grandes dimensiones Prdida de carga

Gran tamao Sistema accionamiento

Manual (no regulacin) Automtico (regulacin en fluyentes)


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Desarenadores

Necesarios en tomas superficiales Proteccin equipos electromecnicos

V10Ws

D 1mm

Lterica 10y

Lprctica 17h


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Desarenadores


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Canal de derivacin


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Canal de derivacin

Proyectado 0.5 1m debajo nivel mximo V=1.5 m/s (


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Cmara de carga

Transicin entre lmina libre y presin Elementos auxiliares:

sistema de decantacin, rejas, compuertas y aliviadero

Comprobar condiciones de sumergencia para evitar entrada de aire


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Cmara de carga: Aliviadero

Para condiciones de parada de emergencia de las turbinas


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A h i hid l i


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Galera en presin

Galera excavada en roca Revestidas de hormign (n=0.015) Revestimiento no est pensado para

descompresiones ni cambios de presin bruscos

Elemento proteccin : CHIMENEA DE EQUILIBRIO

A h i t hid l t i


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Galera en presin

A h i t hid l t i


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Chimenea de equilibrio

A h i t hid l t i


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Conduccin forzada

A h i t hid l t i


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Conduccin forzada



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Central hidroelctrica

Lnea de agua Vlvula de guarda (mariposa/esfrica) Grupo electromecnico

TurbinaAlternador

Tubo de aspiracin Restitucin

Lmina libre o presin (Chimenea de equilibrio) Equipos proteccin fauna Elementos de cierre (vlvulas + atagua aislamiento)



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Tubo de aspiracin



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Turbinas + Alternador

Turbinas Accin: Flujo en lmina libre. PELTON Reaccin: Flujo en presin. FRANCIS o KAPLAN



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Turbina PELTON: H>>> y Q


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Turbina FRANCIS (rango intermedio)



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Turbina KAPLAN: H> (rpidas)



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Q H Ns

PELTON < 10 m3/s H> 400 m


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Elementos de proteccin 1. Compuerta de toma2. Vlvula de cabecera3. Vlvula de guarda4. Atagua o compuerta de desage



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ndice

1. INTRODUCCIN

2. SISTEMA ELCTRICO ESPAOL3. APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS

1. Introduccin



4. Tipologa de los aprovechamientos4. ELEMENTOS DE LOS APROVECHAMIENTOS

1. Toma







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CAUDAL = Aportacin / tiempo utilizacin

Fluyente : 3000 4000 h /ao Central de Puntas: 1000 2000 h/ao Caudal de equipo Caudal nominal, mnimo y mximoSALTO

H : Salto bruto Hi : Salto netoPOTENCIA

W[kW]= 9.8 Q m3 s H m[ ]



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p o ec a e os d oe c cos


Q H Ns

PELTON < 10 m3/s H> 400 m


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p




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p




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p


PROCEDIMIENTO (Cuesta y Vallarino)

Determinar la Potencia Determinar la Velocidad especfica

La velocidad especfica no es adimensional !!!

Ns=

N P

H54

SI : P(KW) : Ns=

N PKW

H54

SI : P(CV) : ns=

N PCV

H54

US: P(HP):n's= N PHP

H54

1W = 735 CV

1W = 746 HP

Ns (m,kW) = ns (CV) /1.16

Ns (m,kW) = 3.81n 's (pies,HP)



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p


PROCEDIMIENTO (Cuesta y Vallarino)

Frmulas empricas para el clculo de la velocidad especfica

Calcular la velocidad de giro aproximada

Pelton : Ns 85.49

H0.243

Francis : Ns 2000

H

Kaplan : Ns 2419

H0.489

N=

Ns H

54

/ PkW



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Ejemplo: dimensionamiento geomtrico TK

Rodete



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Cmara espiral



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Tubo aspiracin



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PREDIMENSIONAMIENTO ALTERNADOR

En turbinas hidroelctricas de grandes aprovechamientos se usanalternadores sncronos

La velocidad de giro y el nmero de pares de polos del alternadorcondiciona la frecuencia de generacin de la corriente alterna

N=60 f

2p

N :velocidad de giro - velocidad sncrona (rpm)

f: frecuencia corriente (50 Hz)2p: pares de polos del rotor del alternador



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EL ALTERNADOR ELEMENTAL



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EL ALTERNADOR ELEMENTAL

INDUCTOR

INDUCIDO



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EL ALTERNADOR DE UNA TURBINA

Pares de polos : 2p=1 Pares de polos : 2p=2



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ESTATOR

Elemento inducido

ROTOR

Elemento inductor



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ROTORES

6 polos = 2 (2p) 2p = 3 pares de

polos

Velocidadsncrona:

N=3000/3=1000 rpm



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ROTORES

4 polos2p = 2 pares de polosN=1500 rpm

16 polos

2p = 8 pares de polosN=375 rpm

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