CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

SESIÓN Nº 3

DR. JOSÉ MORALES VALENCIA

CONTENIDOS

• Introducción

• Clasificaciones de las centrales hidráulicas

• Elementos de una central hidráulica

• Configuraciones típicas

• Presa

• Turbina hidráulica

• Ventajas e inconvenientes

INTRODUCCIÓNSon instalaciones que generan energía eléctrica utilizando caídas de agua, sin costo de combustible.

Su operación es simple, mantenimiento mínimo y vida útil prolongada.

Pueden construirse en tamaños que permiten satisfacer demandas de energía eléctrica

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

La energía mecánica del agua (cinética o potencial) se transforma en energía mecánica de rotación mediante una turbina hidráulica.

La energía mecánica de rotación se emplea para accionar un generador eléctrico y obtener energía eléctrica.

DEFINICIONES• Cota: Valor de la altura a la que se encuentra una superficie respecto el nivel del mar.

• Salto de agua: Paso brusco o caída de masas de agua desde un nivel, más o menos constante, a otro inmediatamente inferior. Numéricamente se define como la diferencia de cota (altura de salto) (m)

• Caudal: Volumen de líquido que circula por cada una de las secciones de conducción abierta o cerrada por unidad de tiempo (m3/s)

APROVECHAMIENTO HIDRÁULICO

APROVECHAMIENTO HIDRÁULICO

• Obtención de desnivel:

1.Mediante un canal de derivación y tubería forzada

2.Mediante una presa

3.Mediante una combinación de ambos

PotenciaP = 10 Q Hm ηt

P= potencia (kw)

Q = Caudal (m3 /s)

ηt = eficiencia total (%)

CLASIFICACIONES DE UNA C.H.

• SEGÚN EL SALTO DE AGUA

Se clasifica en:

1.- Centrales de alta Presión

• Saltos grandes (> 200 m), pequeños caudales desalojados (20 m3/s)

• Turbinas Pelton (principalmente) y Francis

• Tuberías de gran longitud

• Zonas de alta montaña.

2.- Centrales de media Presión

• Saltos medios (20-200 m), caudales medios (200 m3/s)

• Turbinas Francis

• Embalses grandes.

3.- CENTRALES DE BAJA PRESIÓN

• Saltos pequeños (< 20 m) y caudales grandes (> 300 m3/s).

• Turbinas Francis y Kaplan (principalmente)

• Valles amplios de baja montaña.

• SEGÚN EL DISCURRIR DEL AGUA

Se clasifica en:

1.- Central de agua fluyente

• No cuentan con reserva de agua (pequeña presa)

• Gran caudal y pequeña altura.

• Potencia máxima en temporada de lluvias, mínima en tiempo seco

• Centrales de base

Central de agua fluyente

2.- Central de agua embalsada o de regulación

• Presa que acumula agua proveniente de grandes lagos o pantanos artificiales en embalse superior.

• Regulación del caudal

• Gran altura, pequeño caudal

• Producción variable según la demanda.

• Centrales de punta

Central de agua embalsada

Elementos de una Central Hidráulica

• Presa Acumulación del agua (↑ cota)

• Toma de agua Captación del agua necesaria para el accionamiento de la turbina.

Aperturas por donde entra el agua protegidas para evitar el paso de cuerpos en suspensión o flotación (limpieza periódica de rejillas)

• Canal de derivación o galería de conducción Circulación del agua debida a los ligerísimos desniveles entre sus extremos.

- Hechos de hormigón con juntas de dilatación (cambio de temperatura)

- Velocidades pequeñas

- El agua no discurre a presión.

Canales de derivación

• Chimenea de equilibrio o cámara de presión Amortiguamiento del golpe de ariete

1.Variación de carga en la turbina, Variación de presión en tuberías.

2.Fluctuación del agua en su interior, según la presión en las conducciones.

3.Situada en la zona de unión de la galería de conducción y la tubería forzada.

• Tubería forzada o de presión1.Soporta grandes presiones en toda su

superficie

2. Hecha de acero con juntas de dilatación.

• Casa de maquinas cámara de turbinas

• Canal de desagüe Aguas turbinadas

• Válvulas

• Compuertas

• Aliviadero

1.De superficie

2.De coronación

CONFIGURACIONES TÍPICAS DE C. H.

CENTRAL ALDEADÁVILA (DUERO)

CENTRAL A PIE DE PRESA

1. Embalse2. Valvula3. Turbina4. Alternador5. Transformador6. Red de transporte

CENTRAL DE BOMBEO

CENTRAL DE BOMBEO

• Dos embalses a distinta altura (almacenes de energía)

• Demanda irregular: punta (turbinado), valle (bombeo)

• Permite régimen más uniforme para centrales térmicas y nucleares, mejor rendimiento, mayor factor de utilización, menor coste del kW/h

• Tiempo de arranque muy corto (pocos minutos)

PRESAS DE UNA C.H.

•Intercepta agua para desviar caudales (derivación) y almacenar agua (embalse)

1. Configuración del valle y características mecánicas del terreno

2. Clasificación según el material empleado:

Presas de materiales sueltos

Presas de hormigónPRESAS DE MATERIALES SUELTOS

También llamadas presas de tierra o presas de escollera

Presa de materiales sueltos

TIPOS DE PRESAS DE HORMIGÓN

• Presas de gravedad

• Presas de contrafuertes o aligeradas

• Presas de arco sencillo o de simple curvatura

• Presas de bóveda o de doble arco

• Presas de arco-gravedad

• Presas de arcos múltiples

PRESAS DE GRAVEDAD

• Perfil triangular• Par de vuelco producido por el empuje del agua se compensa con el par de la Reacción que el suelo ejerce sobre la

Presa.• Estabilidad de la presa confiada a su propio peso y al esfuerzo del terreno sobre el que se apoya.

• Presa muy difundida y segura.

Presa de gravedadPRESAS DE CONTRAFUERTES

• Uso en valles anchos

• Perfil no constante (zonas de menor sección regularmente espaciadas)

• Ahorro de material

• Esfuerzo soportado por los contrafuertes

Presas de contrafuertes

PRESAS DE ARCO SENCILLO

• Presa más ligera

• Esfuerzo debido al empuje del agua se transmite hacia las laderas del valle´

• Curvatura necesaria para transmitir la componente horizontal del empuje hacia los laterales del valle

• Gargantas estrechas y de gran altura

Presas de arco sencillo

PRESAS DE BÓVEDA

• Arcos horizontales y verticales

• Menor solicitación del material

• Valles estrechos y profundos

• Admiten alturas superiores a las presas de gravedad

Presas de bóveda

PRESAS DE ARCO-GRAVEDAD

• Combinación de las presas de arco y de gravedad.

Presa de arco-gravedad

PRESA DE ALDEADÁVILA

Presa de aldeávila

PRESAS DE ARCOS MÚLTIPLES• Variante de la presa de contrafuertes

• Transmisión del empuje del agua de los arcos a los contrafuertes y a los estribos.

• Ahorro de material

FIN DE LA PRESENTACIÓN