Pequeña Generadora Hidraulica

UNIVERSIDAD DEL SIN ELAS BECHARA ZAINUN

GENERACIN HIDRULICA

PRESENTADO A:

ING. ALONSO C. ARTEAGA

PRESENTADO POR:

JUAN PABLO SEZ MACEA

GUSTAVO POLO

FRAIDYS DORIA

MONTERA (CRDOBA) MARZO DEL 2015

CENTRALES HIDROELCTRICAS

TIPOS DE CENTRALES HIDROELCTRICAS

El aprovechamiento hidro-energtico se puede realizar construyendo una presa para

crear un embalse, esta forma requiere de gran profundidad en su diseo y gran

tecnologa. Este tipo de obra no es recomendable para las pequeas centrales, por

cuanto son obras costosas que en la mayora de los casos encarecen el costo de kilo

vatio instalado. La otra forma es por medio de la derivacin del caudal; este caso tiene

un fcil diseo y es posible usar tecnologa regional; en Colombia, este es el tipo de

PHC usada.

Desde el punto de vista de cmo utilizar el agua para la generacin, las centrales

hidroelctricas se pueden clasificar en:

CENTRAL A FILO DE AGUA:

Tambin denominadas centrales de agua fluyente o de pasada, utilizan parte del flujo

de un ro para generar energa elctrica. Operan en forma continua porque no tienen

capacidad para almacenar agua, no disponen de embalse. Turbinan el agua

disponible en el momento, limitadamente a la capacidad instalada. En estos casos las

turbinas pueden ser de eje vertical, cuando el ro tiene una pendiente fuerte u

horizontal cuando la pendiente del ro es baja.

CENTRAL ACOPLADA A UNO O MS EMBALSES:

Es el tipo ms frecuente de central hidroelctrica. Utilizan un embalse para reservar

agua e ir graduando el agua que pasa por la turbina. Es posible generar energa

durante todo el ao si se dispone de reservas suficientes. Requieren una inversin

mayor. Existen dos variantes de esta central hidroelctrica:

La casa de mquinas se encuentra al lado de la presa:

POR DERIVACIN DEL AGUA

CENTRAL DE BOMBEO:

Son un tipo especial de centrales hidroelctricas que posibilitan un empleo ms

racional de los recursos hidrulicos de un pas. Disponen de dos embalses situados a

diferente nivel. Cuando la demanda de energa elctrica alcanza su mximo nivel a lo

largo del da, las centrales de bombeo funcionan como una central convencional

generando energa.

Al caer el agua, almacenada en el embalse superior, hace girar el rodete de la turbina

asociada al alternador. Despus el agua queda almacenada en el embalse inferior.

Durante las horas del da en la que la demanda de energa es menor el agua es

bombeada al embalse superior para que pueda hacer el ciclo productivo nuevamente.

Para ello la central dispone de grupos de motores-bomba o, alternativamente, sus

turbinas son reversibles de manera que puedan funcionar como bombas y los

alternadores como motores.

ELEMENTOS QUE COMPONEN UNA PCH

Este tipo de planta es de filo de agua, en la que no se usa un embalse para almacenar

agua, sino que el caudal se toma del recurso hdrico directamente por medio de una

bocatoma que dirige el caudal a u canal en el que se alcanza la cada necesaria para

obtener la potencia requerida; despus se encuentra un tanque de presin y un

desarenador que conducen el caudal a una tubera a presin por la cual se lleva a la

turbina de generacin. Su impacto ambiental es mnimo comparado con el causado

por un proyecto de autorregulacin o que usa un embalse. A continuacin se hace

una breve descripcin de los elementos que componen una PCH de filo de agua:

BOCATOMA: Es la obra en la que se toma el caudal necesario para obtener la

potencia de diseo.

PRESA O AZUD:

La presa es una pared artificial que cierra un valle o depresin geogrfica donde se

almacena el agua. En otros casos, la presa deriva un cierto caudal hacia las obras de

conduccin. Para levantar la presa, se construye un tnel que desva

provisionalmente el cauce del ro; por tal razn dicho tnel se llama tnel de

desviacin. En el rea libre se construye la obra. La presa puede incluir una estructura

denominada vertedero, el cual permite que el agua excedente aportada al embalse

sea liberada y fluya directamente al cauce natural aguas abajo.

Las presas se clasifican segn la forma de su estructura y los materiales empleados.

Las grandes presas pueden ser de hormign o de elementos sin trabar. Las presas de

hormign ms comunes son de gravedad, de bveda y de contrafuertes. Las presas

de elementos sin trabar pueden ser de piedra o de tierra. Tambin se construyen

presas mixtas, por ejemplo de gravedad y de piedra, para conseguir mayor

estabilidad. Adems, una presa de tierra puede tener una estructura de gravedad de

hormign que soporte los aliviaderos. La eleccin del tipo de presa ms adecuado

para un emplazamiento concreto se determina mediante estudios de ingeniera y

consideraciones econmicas. El coste de cada tipo de presa depende de la

disponibilidad en las cercanas de los materiales para su construccin y de las

facilidades para su transporte. Muchas veces slo las caractersticas del terreno

determinan la eleccin del tipo de estructura.

Canal: Es una obra de conduccin de agua expuesta sobre la superficie del suelo. Se

encuentra en la parte alta, generalmente entre el ro y el embalse. Puede incluir un

desarenador, parte ms profunda y ancha que el resto del canal. Su funcin es la de

permitir el acumulamiento en l de arena y otros slidos que el agua arrastra y que

reducen el volumen de lquidos en el embalse.

Tnel:

Es un tramo de conduccin bajo la superficie del suelo. Si se inicia en una de las

paredes del embalse, la entrada estar constituida por la toma de agua, la que

contienen en el frente unas rejillas que evitan que objetos voluminosos restos de

plantas o animales penetren al tnel. En su extremo posterior, la toma cuenta con una

compuerta de acceso que permite o no que las aguas ingresen al tnel, segn las

necesidades. Generalmente est abierta.

Tubera de presin o forzada:

Es el tramo final de la conduccin. Como su nombre lo especfica, es la que soporta

las mximas presiones internas causadas por el agua. Cuentan con vlvulas

disipadoras de energa y de admisin para regular el flujo hacia las turbinas.

Tanque de presin: Es un tanque en el que la velocidad del agua es cercana a cero,

empalma con la tubera de presin, y debe evitar el ingreso de slidos y de burbujas

de aire a la tubera de presin, y amortiguar el golpe de ariete; adems, debe

garantizar el fcil arranque del grupo turbina-generador y tiene un volumen de reserva

en caso de que las turbinas lo soliciten.

Desarenador: Es un tanque de mayor dimensin a la obra de conduccin en el que

las partculas en suspensin pierden velocidad y son decantadas, cayendo al fondo.

Aliviadero: Se usa para eliminar el caudal de exceso en la bocatoma y el tanque de

carga regresndolo al curso natural.

Casa de mquinas: Es la edificacin donde se produce la energa elctrica. Consta

de varias partes. Entre las ms importantes se encuentran las unidades de

generacin, la salea de control y los equipos auxiliares.

Turbina: Es el elemento que transforma la energa hidrulica en mecnica para

accionar el generador.

Datos:

DATOS: CANTIDAD:

SALTO 105 Metros

CABEZA NETA DEL DISEO 90 Metros

CAUDAL 3

780

COMUNIDAD 400 Viviendas

TIPO DE COMUNIDAD PORCENTAJE

Estrato 1 - 2 50 %

Estrato 3 - 4 30 %

Estrato 5 10 %

Industrial 10 %

La PCH est nivel del mar y se encuentra a 18km de la carga a abastecer

factor de utilizacin de una vivienda 30%

Abaco Para la Seleccin del Tipo de Turbina

SOLUCION 1) Total 400 viviendas

Estrato 1-2 ; 50%; 200 viviendas; A= 50 2

Para una vivienda circuito de luces y tomas

32 2 50 2

= 1600 VA

Cargas especiales

Licuadora 300 w

Tv 60 w

Equipo de sonido 100 w

Nevera 150 w

Ventilador 167 w

Plancha 1000 w

Total W 1777 w

Capacidad total para una vivienda

1777w + 1600w = 3377 w

Entonces;

3000 + (0.3 x 377) = 3113.1 w

Nota: Las 200 casas consumen 622620 w

200 x 3113.1 = 622620 w

2) Total 400 viviendas

Estrato 3-4 ; 30%; 120 viviendas; A= 100 2

Para una vivienda circuito de luces y tomas

32 2 100 2

= 3200 VA

CARGAS ESPECIALES

Licuadora 300 w

Tv 60 w


Nevera 150 w

Ventilador 167 w

Plancha 1000 w

Lavadora 450 w

TOTAL W 2227 W


2227w + 3200w = 5427 w

Entonces;

3000 + (0.3 x 2427) = 3728.1 w


120 x 4302.9 =516340 w

3) Total 400 viviendas

Estrato 5 ; 10%; 40 viviendas; A= 225 2 Para una vivienda circuito de luces y tomas

32 2 225 2

= 7200 VA

CARGAS ESPECIALES

Licuadora 300 w

Tv 60 w


Nevera 150 w

Ventilador 167 w

Plancha 1000 w

Lavadora 450 w


5800w + 7200w = 13000 w

Entonces;

3000 + (0.3 x 10000) = 6000 w


40 x 600 =240000 w

4) Sector Industrial 5) A= 400 2

Circuito de luces y tomas

22 2 400 2

= 8800 VA

Capacidad total

8800w + 11190w + 540850 = 560840 w

CARGAS ESPECIALES

A/A 5hp x 746 w = 3730w x 3 = 11190 w

CIRCUITOS EXCLUSIVOS

2 motores 300 hp 447600 w

1 motor 125 hp 93250 w

TOTAL 540850 W

Entonces;

3000 + (0.3 x 557840) = 170352 w

Nota: Las 40 industrias consumen 6814080 w

40 x 170352 = 6814080 w

Postes por cada estrato

Estrato 1-2

67 postes x 87 w = 5829 w

Estrato 3-4

60 postes x 87 w = 5220 w

Estrato 5

40 postes x 87 w = 3480 w

Sector industrial

40 postes x 87 w = 3480 w La sumatoria de las cargas es de 18004 w

Carga total

Estrato 1-2 622620 w

Estrato 3-4 3728.1 w

Estrato 5 6814080 w

Industrial 6814080 w

La sumatoria total de todas las cargas es 7680428.1 w

Carga total: 7680428.1 w x alumbrado pblico x factor de utilizacin

Carga total: 7680428.1 w x 18004 x 0.20 = 9238118.52 w

= 9.23 mva

= 9238.11 kva

Segn los valores de caudal y salto que se dan para el ejercicio, se puede

determinar que la turbina que debe ser usada es la turbina FRANCIS.

Potencia de la turbina

= 9,81 []

= = 90

3

= = 780

=

Entonces la potencia de la turbina es igual:

= 9,81 90 780 0,85

DIMENSIONES DEL RODETE

= 3

=

602

3 =

= Coeficiente de velocidad perifrica

= 0,31 + 2,5103

= 0,31 + 2,5103 209,15

= 0,83

Dimetro de salida.

84,5

3 =

3 =

84,5 0,83 90

75

3 = 8,87

1

= 0,4 + 3

1

= 0,4 + 3

1

= 0,85

3

94,5

94,5

208,41

Remplazando 3 y despejando 1

1 = 0,85 8,87 = 7,53

2 1

= 0,96 + 0,00038(208,41)

= 0,96


3 = 0,96 8,87 = 8,53

1 = 0,094 + 0,00025(208,41) = 19,64

3


1 = 19,64 8,87 = 174,23 2 1

= 3,16 0,0013(208,41)

= 0,34


2 = 0,34 8,87 = 3,07

DIMENSIONES DEL CARACOL

= 1,2

3

19.56

208,41 = 1,106

= 1,1

3

54,8

3

3

208,41 = 1,36

= 1,32

3

49,25

208,41 = 1,55

= 1,50

3

48.8

208,41 = 1,73

= 0,98

3

63,60

208,41 = 1,29

= 1

3

131,4

208,41 = 1,63

= 0,89

3

96,5

208,41 = 1,35

= 0,79

3

81,75

208,41 = 1,18

= 0,1 + 0.00066(208,41) = 0.23662

3

= 0,88 + 0.00049(208,41) = 0.98143

3

= 0,60 + 0.000015(208,41) = 0.603105

3

CAVITACIN

hb hv hs

= HN

Segn las siguientes tablas

Hb: presin atmosfrica = 10.351

Hv: presin de vapor = 0324

Hs: sumergencia =

HN: cabeza neta de diseo = 90

= 7.54 x 105(208.41) = 0.1402

hs = HN hb + hv hs = HN + hb hv

hs = (0.1462)(90) + (10.351) + (0.324) = 1.943 DETERMINACIN DE LAS DIEMENSIONES DEL GENERADOR

Para determinar las dimensiones del generador se tiene en cuenta la velocidad

sncrona y el nmero de polos que se obtuvieron en el dimensionamiento de la

turbina (ejercicio anterior).

Para el numero de polos #P= 95 se calcula de la tabla el valor mnimo y el valor

mximo de la tabla para H

0.231 2 2 109

=

2 = 379000

(

1.25 )1,25

2 = 379000

(

9238.11 103 75.781.25

)1,25

2 = 863.32 109

0.231 863.32 109 75.762 109

= 9238.11 103

= 0.123 Aproximado a el valor mnimo de H

3

=

( ) 10

600

32.5 9 = + 50 = 53.33

95

95 3

=

(53.33) 10

600

= 2687.78 = 68.24

=

68.24

= 95

= 2.25 = 225.66

108

= 2

; = 11

=

108

9238,11 103 108

= 2687.78 11 75.78 = 412327333.1

9238,11 103 108

= (2687.78)2 412327333.1 75.78

= 0.040

Lmite superior

9

= 12.57 ( )

= 12.57 (

2687.78

95 ) = 355.63

Lmite inferior

= 5.5 ( )

= 5.5 (

2687.78

95 ) = 155.60

Dimetro externo del ncleo

= + 44

= 2687.78 + 44 = 2731.78

Dimetro de la carcasa

= + 84

= 2687.78 + 84 = 2771.78 Dimetro del recinto del generador

= + 164

= 2687.78 + 164 = 2851.78 Altura total del generador

= + 90

= 155.60 + 90 = 245.6

Calculo de la reactancia

0.65

3

0.65 2.25 412327333.1

= 102

= 6030287.247

= 102

6030287.247 102

= 2.25 412327333.1 = 0.65

=

1 2 4.44

1 2 = 1.1

= 13.8

= 60

= 1.05

= 6360

1.1 13.8 9

= 4.44 60 6030287.247 = 9.4 10

2.12

= 1 2

2.12 6360 9.4 109 1.05

= 95 1.1 = 0.001 10

6

9

=

0.85

0.001 103

= 0.85 = 1.17 10

=

1.26

0.85 104

1.26 1.17 106

= 0.85 104

= 0.17 10

Pequeña Generadora Hidraulica

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