OBJETIVO Conocer y aprender acerca de la generacin de energa elctrica mediante el uso de la energa hidrulica.

RESUMENEn este documento nos da una introduccin general acerca de la energa hidrulica, principales centrales hidroelctricas de Mxico y el mundo, dando algunas breves definiciones sirviendo como documento de entendimiento de la energa hidrulica.

PALABRAS CLAVETurbina hidrulica, central hidrulica, energa hidrulica, maquina hidrulica.

ABSTRACIn this paper we give a general introduction about hydropower, hydroelectric main Mexico and the world, giving some brief definitions serve as a document of understanding of hydropower.

KEY WORDSHydraulic turbine, hydraulic power, hydraulic power, hydraulic machine.

INTRODUCCINLa energa del agua o energa hidrulica, es esencialmente una forma de energa solar. El Sol comienza el ciclo hidrolgico evaporando el agua de lagos y ocanos y calentando el aire que la transporta. El agua caer en forma de precipitacin (lluvia, nieve, etc.) sobre la tierra y la energa que posee aquella por estar a cierta altura (energa potencial) se disipa al regresar hacia lagos y ocanos, situados a niveles ms bajos. Es la energa que tiene el agua cuando se mueve a travs de un cauce (energa cintica) o cuando se encuentra embalsada a cierta altura (es decir, en forma de energa potencial). En este momento toda la energa hidrulica del agua estar en forma de energa potencial. Cuando se deje caer, se transformar en energa cintica, que puede ser aprovechada para diversos fines. Se trata de una energa renovable. Desde hace unos dos mil aos, toda la energa hidrulica se transformaba en energa mecnica que, posteriormente, tena aplicaciones especficas en norias, molinos, forjas,... A partir del siglo XX se emple para obtener energa elctrica. Son las centrales hidroelctricas. Se caracteriza porque no es contaminante y puede suministrar trabajo sin producir residuos (rendimiento 80%).

CAPACIDAD HIDROELCTRICA TOTAL INSTALADA

Se estima que 30 GW de nueva capacidad de energa hidroelctrica entr en funcionamiento en 2012, el aumento de la capacidad instalada mundial de alrededor de un 3% a una cifra estimada de 1.31 TW. Los pases con mayor capacidad hidroelctrica son China, Brasil, Canad,Estados Unidos y Rusia, que en conjunto representan el 52% de la capacidad total instalada. Figura 1 Principales pases con mayor capacidad hidroelctrica

NOMBREPOTENCIA(GW)CAPACIDAD(TWh)

CHINA249864

BRAZIL82.5441

CANADA75.1376

USA77.5277

RUSIA49.7155

Tabla 1. Principales pases en capacidad hidrulica

China instal 15,5 GW de nueva capacidad de cerrar el ao con casi 229 GW de capacidad total instalada de energa hidroelctrica, y 20,3 GW de capacidad de almacenamiento por bombeo. Produccin de energa hidroelctrica del pas fue de 864 TWh , debido al aumento de la capacidad y la mejora de las condiciones hidrolgicas.

En su actual plan quinquenal, China se dirige a 290 GW de potencia instalada en 2015, mientras se esfuerza por mejorar las polticas de reasentamiento para las poblaciones locales afectadas y fortalecer la proteccin ecolgica.

DATOSGENERALNOMBRE

TRES GARGANTASITAIPUSIMON BOLIVAR(GURI)TACURUISAYANO-SHUSHINSKAYA

UBICACIN

Sandouping, Yiling, Yichang, Hubei, ChinaItaipu, Parana, BrasilNecuima Canyon, Bolivar, VenezuelaTucurui, Para, BrasilKhakassia, Siberia, Russia

POTENCIA(MW)

22,50014,00010,0258,3706,400

RIO

Rio Yangtze Rio ParanaRio CaroniRio TocantinsRio Yenisei

ALTURA CRESTA (m)

19122527278(presa)547

HEAD WATER(m)

113128xx220

L. CRESTA (m)233579197,4266,9001,074

CAPITAL(MILLONES USD)2618x9.5x

AREA SUPERFICIE(km^2)1,0451,3504,2502,850621

TURBINATIPO

FrancisFrancisxFrancis PO-230/833-0-677

UNIDADES

3220202510

CAPACIDAD (MWe)

700715255,730,76522.5,350,375640

RPM

75Xxxx

Tabla 2. Lista de hidroelctricas ms grandes del mundo

Las Tres Gargantas es la hidroelctrica de mayor potencia en el mundo, logra plena capacidad despus de que el ltimo de los 32 generadores empez a funcionar en julio, y alcanz una produccin rcord de 98,1 TWh en 2012.

PRINCIPALES HIDROELECTRICAS DE MXICOHistricamente, Mxico ha obtenido gran parte de su energa de las centrales hidroelctricas. Muchas plantas hidroelctricas pequeas, algunos de los cuales datan de la dcada de 1920. Las centrales hidroelctricas en la actualidad representan ms de 11.499 megavatios (MWe) de capacidad de generacin elctrica, o alrededor de una cuarta parte de la capacidad total de generacin en Mxico.

MANUEL MORENOMALPASOINFIERNILLOAGUAMILPA SOLIDARIDADBELISARIO DOMNGUEZ (ANGOSTURA)

CAPACIDAD(MW)

2,400 1,0801,040960900

UBICACION

Chicoasn, ChiapasTecpatn, ChiapasLa unin, GuerreroTepic, NayaritVenustiano Carranza, Chiapas

TURBINA

FrancisFrancisFrancisFrancis

Unidades

86635

Capacidad(MW)

300(5); 310(3)180

320180

Tabla 3-. Principales hidroelctricas de Mxico

En Mxico actualmente se cuenta con 57 plantas hidroelctricas produciendo energa elctrica y 7 fuera de servicio.En Mxico se cuenta con aproximadamente con una potencia instalada de 11 629 MW siendo este el 19.13% de la potencia instalada en Mxico teniendo un potencial terico de 53 000 MW alcanzando con ello casi la totalidad de la potencia que se tena instalada en el ao 2012.

Mxico tiene un crecimiento anual del 2.7% en el consumo de energa elctrica, en el ao 2011 se tuvo una generacin bruta de 258 128 GWh del cual solo el 0.7 % fue generado por hidroelctricas, contribuyendo con 1806.89 GWh.

CLASIFICACIN DE LAS CENTRALES HIDROELCTRICAS

a. El salto de agua1. De alta presinCentrales de alta presin. Saltos grandes (> 300 m.), pequeos caudales desalojados (20m3/s). Turbinas Pelton y Francis que reciben agua mediante tuberas de gran longitud. Zonas de alta montaa.

2. De media presinAquellas que poseen saltos hidrulicos de entre 200 - 20 metros aproximadamente. Utilizan caudales de 200 m3/s por turbina. En valles de media montaa, dependen de embalses. Las turbinas son Francis y Kaplan, y en ocasiones Pelton para saltos grandes.

3. De baja presinSus saltos hidrulicos son inferiores a 20 metros. Cada mquina se alimenta de un caudal que puede superar los 300 m3/s. Las turbinas utilizadas son de tipo Francis y especialmente Kaplan.

b. El discurrir del agua

1. De agua fluyenteNo cuentan con reserva de agua, por lo que el caudal suministrado oscila segn las estaciones del ao. Potencia mxima en temporada de lluvias, mnima o nula en tiempo seco. Se construyen en los lugares en que la energa hidrulica debe ser utilizada en el instante en que se dispone de ella, para accionar las turbinas hidrulicas. Centrales de gran caudal y pequea altura. Centrales de base.

2. De derivacin. Constan de: pequea presa para desviar el agua hacia la turbina, galera de conduccin, chimenea de equilibrio, tubera forzada, central, canal de desage (1) pequea presa de derivacin cuya misin es elevar el plano de las aguas para permitir la entrada de las mismas a (2) un canal de derivacin que llega hasta (3) chimenea de equilibrio (colector que reune las aportaciones del canal en un solo lugar) de donde arrancan (4) las tuberas forzadas que conducen el caudal a (5) la central para ser restituidas al cauce natural mediante (6) el canal de desage o socaz.

Figura 2 central de derivacin

3. De agua embalsada o de regulacinDe agua embalsada o de regulacin. Presa que acumula agua proveniente de grandes lagos o pantanos artificiales en embalse superior. Regulacin del caudal. Gran altura, pequeo caudal. Produccin variable segn demanda. Tienen la posibilidad de almacenar volmenes de agua en el embalse, que representan periodos ms o menos prolongados de aportes de caudales medios anuales.Prestan un gran servicio en situaciones de bajos caudales, ya que el almacenamiento es continuo, regulando de modo conveniente para la produccin. Se adaptan bien para cubrir horas punta de consumo. Centrales de punta.

3.1 De bombeoSe denominan 'de acumulacin'. Acumulan caudal mediante bombeo, con lo que su actuacin consiste en acumular energa potencial. Pueden ser de dos tipos, de turbina y bomba, o de turbina reversible. La alimentacin del generador que realiza el bombeo desde aguas abajo, se puede realizar desde otra central hidrulica, trmica o nuclear. No es una solucin de alto rendimiento, pero se puede admitir como suficientemente rentable, ya que se compensan las prdidas de agua o combustible.

Dos embalses a distinta altura (almacenes de energa)Demanda irregular. Demanda mayor (punta): se turbina el agua del embalse superior. Demanda menor (valle): se bombea el agua del embalse inferior hacia el superior (turbina / bomba).

Figura 3 Central de bombeo

PROECTOS DE CENTRALES HIDROELECTRICAS EN MXICO

En Mxico se tienen contemplados proyectos a corto plazo y largo plazo para incrementar la produccin de energa elctrica a travs de centrales hidroelctricas.

LARGO PLAZO

ProyectoPotenciaCapacidadUbicacion

Chicoasn II224 MWoperacin: mayo 2018Chiapas

Rio Tacotalpa129 MWcapacidad 1056 GWTabasco

Rio Usumacinta1220 MWcapacidad 7902 GWChiapas

Tecolutla554 MWcapacidad 1698 GWVeracruz

Nautla192 MWcapacidad 641 GWVeracruz

Culiacan15 MWcapacidad 70 GWSinaloa

CORTO PLAZO

PROYECTOPOTENCIA (MW)AO

Ro Moctezuma

922013

Ampliacin Villita

1502014

La Parota900

2015

Copainal

2252017

Tenosique

4202017

Tabla3 proyectos corto plazo

1-. Ro Moctezuma

GeneracinGeneracin media anual: 373 GWhCortinaTipo: GravedadAltura mxima: 50,5 mAncho de la corona: 3,5 mLongitud de la corona: 130,0 mObra de ExcedenciasTipo: Cresta libreGasto mximo de avenidas 1 442 m/sPeriodo de retorno: 10 000 aosCasa de MquinasTipo: ExteriorDimensiones (largo-ancho-alto) 47 x 20 x 31 mPotencia instalada 80 80 MWTipo de turbinas: FrancisCantidad: 2

Inversin (Mill USD) 157.35Beneficio / Costo (B / C) 2.26

2-. La VillitaPotencia Instalada (MW) 150Generacin (GWh) 594Inversin (Mill USD) 64Beneficio / Costo (B / C) 1.47

3-. La ParotaGeneracinGeneracin media anual total: 1 372 GWhObra de DesvoTipo: TnelCantidad 2Dimensin: 15 m x 15 mCortinaTipo: Enrocamiento con cara de concretoAltura: 162 mAncho de la corona: 8 mLongitud de la corona: mObra de ExcedenciasTipo Canal de acceso compartidoGasto mximo de avenidas 22 993 m/sPeriodo de retorno: 10 000 aosCasa de MquinasTipo: SubterrneaDimensiones (largo-ancho-alto) 122 m x 22 x 45 mPotencia total instalada 900 MWTipo de turbinas: FrancisCantidad: 3

4-. CopainalaGeneracinGeneracin media anual: 502 GWhCortinaTipo: GravedadAltura: 30,0 mAncho de la corona: 10,0 mLongitud de la corona: 135,0 mObra de ExcedenciasTipo Cresta controladaGasto mximo de avenidas 7009 m/sPeriodo de retorno: 10 000 AosCasa de MquinasTipo: ExteriorDimensiones (largo-ancho-alto) 124 x 22 x 60 mPotencia instalada 225 MWTipo de turbinas: KaplanCantidad: 3

Inversin total 2 908 millones de pesosRelacin Beneficio Costo 1.34

5-. TecnosiqueGeneracinGeneracin media anual: 2 328 GWhCortinaTipo: FlexibleAltura mxima: 41,0 mAncho de la corona: 12,0 mLongitud de la corona: 305,0 mObra de ExcedenciasTipo Cresta controladaGasto mximo de avenidas 11 674 m/sPeriodo de retorno: 10 000 aosCasa de MquinasTipo: ExteriorDimensiones (largo-ancho-alto) 172 x 28 x 75 mPotencia instalada 420 MWTipo de turbinas: KaplanCantidad: 3

Inversin (Mill USD) 545.67Beneficio / Costo (B / C) 1.89

Figura 4 Mapa distribucin de centrales hidroelctricas corto plazo

MQUINA HIDRULICA Y TURBOMAQUINA

MQUINA O TURBOMAQUINA HIDRULICA

Es un artefacto o maquina en el cual se recibe o se transfiere energa a un fluido que fluye continuamente, gracias a la accin dinmica de una o varias hileras de alabes mviles. Mquinas Hidrulicas son aquellas que utilizan como medio intercambiador de energa un fluido que se comporta como incompresible: bomba hidrulica, ventilador turbina hidrulica, aerogenerador etc. En resumen es una mquina que convierte la energa hidrulica a mecnica y viceversa.

Figura 5 Ejemplo de mquina hidrulicaTURBOMAQUINA

Las turbomquinas son equipos diseados para conseguir un intercambio energtico entre un fluido (que pasa a su travs de forma continua) y un eje de rotacin, por medio del efecto dinmico de una o varias coronas de labes (fijos y/o mviles). Los nombres que reciben las coronas fijas y mviles son, respectivamente, rotor (rodete, impulsor o hlice, segn el tipo de mquina) y estator (voluta o carcasa, segn el caso). Se diferencian de las mquinas de desplazamiento positivo en que existe continuidad entre el fluido que entra y, por tanto, el intercambio energtico se produce de forma continua

Algunos ejemplos de turbomquinas se presentan a continuacin haciendo referencia a la definicin de turbomquinas.

Turbina de gasEl objetivo de sta mquina trmica es convertir energa calrica contenida en el combustible utilizado en energa mecnica (trabajo mecnico) en el eje de la misma.

Figura 6 Turbina de gas

Turbina de vaporLa turbina de vapor es una mquina de fluido en la que la energa de ste pasa al eje de la mquina saliendo el fluido de sta con menor cantidad de energa. La energa mecnica del eje procede en la parte de la energa mecnica que tena la corriente y por otra de la energa trmica disponible transformada en parte en mecnica por expansin. Esta expansin es posible por la variacin del volumen especfico del fluido que evoluciona en la mquina.

Figura 7 Turbina de vapor

Turbina elica

Una turbina elica es un dispositivo mecnico que convierte la energa del viento en electricidad. Las turbinas elicas disean para convertir la energa del movimiento del viento (energa cintica) en la energa mecnica, movimiento de un eje. Luego en los generadores de la turbina, sta energa mecnica se convierte en electricidad

Figura 8 Turbina elica

TURBINA HIDRULICA Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Turbina hidrulica se define como aquella mquina que transforma la energa hidrulica aportada por un fluido incompresible (agua) en energa mecnica, mediante la variacin del momento de la cantidad de movimiento, es una turbomquina hidrulica motora.

BOMBA:Una bomba es una mquina hidrulica generadora que transforma la energa (generalmente energa mecnica) con la que es accionada en energa hidrulica del fluido incompresible que mueve. Una bomba se utiliza para incrementar la presin de un lquido aadiendo energa al sistema hidrulico, para mover el fluido de una zona de menor presin o altitud a otra de mayor presin o altitud.TURBINA:Una Turbina Hidrulica es una turbomquina motora, que absorbe energa de una corriente fluida (agua) y restituye energa mecnica.Una turbomquina elemental o mono celular tiene, bsicamente, una serie de labes fijos, (distribuidor), y otra de labes mviles, (rueda, rodete, rotor). La asociacin de un rgano fijo y una rueda mvil constituye una clula; una turbomquina monocelular se compone de tres rganos diferentes que el fluido va atravesando sucesivamente, el distribuidor, el rodete y el difusor.Ecuacin de EulerLa ecuacin de Euler es la ecuacin fundamental del funcionamiento de las turbomquinas.M Q( r2 C2 cos2 r1 C1 cos1)M - es el momento total comunicado al fluido por el rodete o Momento Hidrulico.Q es el caudal de bombeo o caudal turbinado, dependiendo del tipo de turbomquina,considerando que el rodete tiene infinitos labes para poder captar la totalidad del caudal.

De los tringulos de velocidades se tiene que: C1 cos 1 = C1u y C2 cos 2 = C2u donde C1u y C2u son las proyecciones de C1 y C2 en direccin de u1 y u2 respectivamente.

Simplificndose de la siguiente forma:M Q( r2 C2u r1 C1u )La potencia intercambiada en el rodete o la potencia que el rodete le comunica al fluido es: P Q w( r2 C2u r1 C1u )Siendo w= rad/seg. Y r1 w= u1 y r2 w= u2Obteniendo: P w= Q ( U2 C2u U1 C1u )

CONCLUSIONES Al realizar este documento he prendido conceptos, maquinas. Se da uno cuenta de la produccin mundial de energa a partir de hidroelctricas, la capacidad que tienen diferentes pases que tienen esta energa y por supuesto que la capacidad que tiene Mxico y sus centrales hidroelctricas con las que cuenta, asi como la infraestructura que se tiene.

BIBLIOGRAFIA

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Ingeniera en Energa 10 de Febrero del 2014