CENTRALES HIDROELECTRICAS

CENTRAL HIDROELECTRICA

Es aquella en la que la energía potencial del agua almacenada en un embalse, se transforma en energía cinética necesaria para mover una turbina (motor primo) y esto al generador, transformando la energía mecánica en energía eléctrica

Las centrales hidroeléctricas se construyen en los causes de los ríos, creando un embalse para retener agua. Para ello se construye una presa, apoyado generalmente por una montaña. La masa de agua embalsada se conduce a través de una tubería hacia los alebes de una turbina, la cual esta acoplada al generador. Así, el agua transforma su energía potencial en energía cinética, que hace mover los alabes de la turbina

CENTRAL HIDROELECTRICA

Vista transversal de una central hidroeléctrica FRANCIS de 715 MW

1. Fundación de la Represa2. Acceso al pozo de la turbina3. Servicio auxiliar de la unidad, sistema de agua

pura4. Sistema de excitación, acceso al “housing” del

generador y regulador de velocidad5. Transformadores elevadores de tensión6. Piso de los generadores y sala de control local7. Sistema de ventilación8. Galería de cabos9. GIS-SF6 (Interruptor con aislamiento de gas,

hexafluoruro de azufre)10. Tableros Principales del Servivio auxiliar y sala de

los generadores diesel11. Servicio auxiliar de la represa12. Compuertas

Partes

Una central no almacena energía, sino que la producción sigue la demanda dada por los usuarios; como esta demanda es variable a lo largo del día, y con la época del año, las centrales eléctricas pueden funcionar con producción variable. Sin embargo, la eficacia aumenta si la producción es constante; para ello existe un camino para almacenar la energía producida en horas de bajo consumo y, usarlas en momentos de fuerte demanda, es mediante CENTRALES ELECTRICAS DE BOMBEO.

CENTRAL HIDROELECTRICA

Estas centrales tienen dos embalses en cotas diferentes. El agua almacenada en el embalse superior produce electricidad al caer sobre la turbina, cubriendo las horas de fuerte demanda. El agua, posteriormente, llega al embalse inferior, momento que aprovecha para bombear el agua desde el embalse inferior al superior, usando la turbina como motor (si fuera reversible) o alternador

1. Embalse Superior2. Presa3. Galería de

Conducción4. Central Eléctrica5. Turbinas6. Generador y

Transformador Elevador

7. Patio de Llaves8. Salida de línea

Generalmente se emplean en términos de energía eléctrica suministrada, solicitada, demandada, consumida, etc..

El concepto de energía esta íntimamente ligada con los factores de tiempo y potencia. De este planteamiento deducimos que, la potencia es la energía proporcionada durante la unidad de tiempo (segundo)

Pues bien, interpretaremos por potencia o carga de una central a la potencia que está suministra o le es solicita en un instante dado

GRAFICOS DE CARGA

Potencia Producida, es el cumulo de potencia aportada al sistema de consumo durante un determinado numero de unidades de tiempo.

Si delimitamos una zona de utilización de la energía eléctrica, como por ejemplo un sector industrial, una ciudad, una provincia, etc.. y hacemos un análisis de consumo de energía para un periodo definido de tiempo, nos daremos cuenta que no es constante, estando supeditado a constantes oscilaciones

GRAFICOS DE CARGA

GRAFICOS DE CARGA

En un sistema de coordenadas, representamos en la abscisas los intervalos de tiempo en horas, por ejemplo, y en las ordenadas las sucesivas potencias o cargas solicitadas a una instalación. Obtendremos un grafico de cargas, en el que, la superficie debajo de la curva, indica la totalidad de la energía suministrado en el periodo de tiempo, marcado

En el grafico se observa una potencia máxima y otra mínima, así como el valor de potencia media. Esta ultima, se calcula dividiendo el valor total de la energía suministrada entre el tiempo que se efectuó el suministro

Según como utilizan el agua de los ríosCentrales de Agua FluenteCentrales de Agua embalsada

A su vez las centrales de agua embalsada se divide en

Centrales de RegulaciónCentrales de Bombeo

Asimismo, y en relación con la altura del salto de agua existente, o desnivel, se dividen en

Centrales de Alta PresiónCentrales de Media PresiónCentrales de Baja Presión

Clasificación de las Centrales Hidroeléctricas

Centrales de Agua Fluente

Se construyen en lugares en que, la energía hidráulica, ha de utilizarse “en instante” que se dispone de ella, para accionar las turbinas hidráulicasNo cuentan, prácticamente, con reserva de agua,

oscilando el caudal suministrado según las estaciones del año. En temporada de precipitaciones abundantes (aguas altas), desarrollan su potencia máxima, dejando pasar el agua excedente. Por el contrario, durante tiempo seco (aguas bajas) la potencia producida disminuye ostensiblemente función al caudal, llegando a ser casi nula, en época de estiaje

Centrales de Agua Embalsada

El agua de alimentación proviene de grandes lagos o pantanos artificiales conocidos como embalses, conseguidos mediante la construcción de presasUn embalse es capaz de almacenar los caudales de los ríos afluentes, llegando, en ocasiones, a elevados porcentajes de captación de agua. El agua embalsada se utiliza, según demanda, a través de conductos que la encauzan hacia las turbinas

Son centrales con posibilidad de acopiar volúmenes de agua en el embalse, que representan periodos, mas o menos prolongados, de aportes de caudales medios anuales

Al poder embalsar agua durante determinados espacios de tiempo, noche, mes o año seco, etc.. prestan un gran servicio en situaciones de bajos caudales, regulándose estos convenientemente para la producción

Se adaptan muy bien para cubrir las horas punta de consumo

Centrales de Regulación

Centrales de Bombeo

También llamadas centrales de acumulación, son centrales que acumulan caudales mediante bombeo

Centrales de Bombeo

Para cumplir la misión que da el nombre a estas centrales, se recurren a dos sistemas distintos

Uno de los procedimientos (el de la figura) consiste en dotar al sistema de una turbina y una bomba, ambas maquinas, en funciones claramente definidas, interdependientemente entre si

Centrales de Bombeo

El otro método, se basa en la utilización de una turbina reversible (como el de la figura), que, según las necesidades, puede funcionar como turbina o como bomba centrifuga, de manera que durante las horas de demanda de energía, los componentes se comporten respectivamente como Maquina Motriz como turbina Generador como alternador

En los periodos de tiempo de muy baja demanda, como son las horas de medianoche, el grupo se transforma en Motor Síncrono el generador Bomba Centrifuga la máquina motriz

Para ambos sistemas, turbina bomba o turbina reversible, durante las horas nocturnas, y previas las maniobras oportunas en la central de bombeo, se prepara al grupo para que funcione como bomba, una vez que, con otro grupo de la misma central o desde otra hidráulica, térmica o nuclear, se alimenta el generador, el cual hace funciones de motor síncrono. De esta forma se consigue retornar agua al embalse, bombeada de la zona aguas debajo de la instalación. Esta agua hará funcionar, nuevamente, al grupo como equipo productor de energía, en los periodos sucesivos de demanda de las misma

Centrales de Bombeo

En principio, puede parecer paradójico tal solución, pero la razón que justifica tal proceder, radica en la necesidad de mantener en funcionamiento los alternadores de determinados centros de producción. Para mejores condiciones técnicas de las líneas eléctricas, es beneficioso que se suministre energía por estas, aunque sean cantidades pequeñas, antes que tenerlas con valores prácticamente nulos, al efecto de evitar efectos perjudiciales de capacidad, que en dichas líneas y en los propios generadores podrían llegar a originarse.

En centrales de bombeo modernas, la puesta en servicio se hace de forma inmediata, mediante equipos de mando y control de avanzada tecnología

Centrales de Bombeo

Centrales de Alta Presión

Son aquellas centrales que tienen un salto hidráulico superior a los 200 m, siendo relativamente pequeños los caudales desalojados, alrededor de los 20 m³/s por maquina

Están ubicadas en zonas de alta montaña, donde aprovechan el agua de los torrentes que suelen desembocar en lagos naturales

Se usan exclusivamente turbinas Pelton y Francis, que reciben agua a través de conductores de gran longitud

Se consideran a las centrales cuyos saltos hidráulicos están comprendidos entre 200 y 20 m aproximadamente, desaguando caudales de hasta 200 m³/s por cada turbina. Depende de embalses relativamente grandes, formado en valles de media montaña

Preferentemente, las turbinas utilizadas son del tipo Francis y Kaplan, pudiéndose tratarse de turbinas Pelton para saltos de mayor altura, dentro de los márgenes establecidos

Centrales de Media Presión

Centrales de Baja PresiónAquí se encuentras las centrales asentadas

en valles amplios de baja montaña, el salto hidráulico es inferior a 20 m, estando alimentado cada maquina por caudales que pueden superar los 300 m³/s

Para estas alturas y caudales, resulta apropiada la instalación de turbinas Francis y especialmente turbinas Kaplan

Nivel y CotaCaudal y AforoSalto de aguaSalto BrutoSalto ÚtilEmbalse Presas

Conceptos Hidráulicos

El nivel es la horizontalidad constante de la superficie del terreno, o la que adquiere la superficie libre de líquidos.

Cota es el valor de la altura a la que se encuentra una superficie o punto respecto del nivel del mar

Nivel y Cota

Caudal es la cantidad de liquido, expresada en metros cúbicos o litros, que circula a través de cada una de las secciones de una conducción abierta o cerrada, en la unidad de tiempo

Q = S vQ = Caudal en metros cúbicos por segundo (m³/s)S = Sección en metros cuadrados (m²)v = Velocidad del liquido en m/s a través de la

sección considerada. En definitiva el espacio recorrido por la masa liquida, a partir de dicha sección, en la unidad de tiempo

Caudal y Aforo

Se denomina Aforo, a la operación mediante la cual se mide el valor de un caudal. Las mediciones se pueden efectuar en función a la sección del conducto, la velocidad media del liquido, de la altura de lamina o calado, de las presiones en determinados puntos, etc..

Para la determinación de caudales se emplean aparatos tales como tubos de Ventura y de Pitot, molinetes del modelo Woltmann o similares, etc.

Caudal y Aforo

Aparatos de Medición de Caudales

Se representan las disposición de molinetes en canales y ríos, para hallar las velocidades medias de las corrientes, obteniéndose mediciones de gran precisión en poco tiempo; la colocación se realiza según planos, transversales a los sentidos de circulación del agua

Para lograr la máxima fiabilidad de los datos aportados por los molinetes, estos han de situarse en ramas de gran robustez, siempre que sea factible, a fin de evitar vibraciones o deformaciones que afecten a los valore obtenidos

Salto de AguaEs el paso brusco o caídas de

masas de agua desde un nivel, mas o menos constante, a otro de nivel inferior. Numéricamente se identifica por la diferencia de cota, o de nivel (altura de salto o salto) cuyo valor se da en metros.

Ejm: 684 m – 599m = 85 m

Cuando el cauce del rio tiene fuertes desniveles. Se forman cascadas o cataratas, que representan ejemplos evidentes de saltos naturales. Para fines industriales y debido al control que se puede ejercer sobre el agua, se recurre a los saltos creados por el hombre

El Salto bruto es también llamado salto real o total y se representa por la letra H

En valor numérico equivales a la diferencia de nivel entre el agua embalsada y el nivel aparentemente uniforme, de la corriente de agua que se establece una vez que ésta ha recorrido todas las conducciones que salvan el salto de agua

Salto Bruto y Salto Útil

El salto útil es también denominado salto neto (H`) corresponde a un valor menor que el salto bruto, ya que se obtiene restando de éste todas las perdidas de carga o altura J que se originan en su totalidad del recorrido

Un embalse resulta de almacenar todas las aguas que afluyen dentro de un territorio sobre el que esta enclavado (cuenca vertiente) con el fin de poderlas encauzar para una adecuada utilización según las necesidades exigidas por la instalación.

Las dimensiones del embalse, dependen de los caudales aportados por el rio embalsado y sus afluentes, de los periodos de avenidas o estiaje y , fundamentalmente, de las características de producción de la central para la cual se forma

Embalse

Presas