Microcentrales Hidroeléctricas - Taller Microhidro

1

Taller Regional sobre Energías Renovables no-convencionales

Relator: Javier Gho Barba

Enertec SpA

www.enertec-chile.cl

Temuco, 29 de marzo de 2016

1

www.bmghidroconsultores.cl

http://www.bmghidroconsultores.cl/

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SITUACION 1

Hay un desnivel entre captación y

restitución en el estero y se

dispone de un caudal para regadío

SITUACION 2

No hay desnivel entre

captación y restitución

pero el cauce del estero

tiene más de 1 metro de

profundidad y trae

velocidad de agua.

Ingenios Hidráulicos

Foto : Molino en Curaco de Velez

En el sector aledaño a Castro (Chiloé)

los historiadores indican unas 48

instalaciones (circa 1750 -1800)

Presentación BMG Hidroconsultores www.bmghidroconsultores.cl 2015

Larmahue en la VI Región es un

lugar muy característico por estos

molinos de agua (norias).

NOTA: 17 de las 40 azudas localizadas en este sector

fueron declaradas Monumento Histórico en 1998 ( DS

883 del 19 de agosto de 1998)

POTENCIA = Producto de CAUDAL * ALTURA

Para Microcentrales

P [kW] = 9,81 * Ef. * Q [m3/s] * Hneta [m]

P [kW] = 7 * Q [m3/s] * Hn [m]

“1 [m3/s] de caudal con una caída de 1 metro son 7 kW” ………...(7*1*1)

“0,100 [m3/s] de caudal con una caída de 10 metros son 7 kW ”…...(7*0,1*10)

“0,010 [m3/s] de caudal con una caída de 100 metros son 7 kW ”….... (7*0,01*100)

POTENCIA * TIEMPO = ENERGÍA ……

4


5


COMPONENTES DE UNA INSTALACION

6


COMPONENTES DE UNA INSTALACION

7


Barrera

(Azud)

Compuerta

de limpieza

Bocatoma

Casa de

Máquinas

Vertedero de

Excedencia

Canal de

Restitución

Cámara

de Carga

Desripiador

8


Ejemplo de bocatoma lateral con barrera tipo azud

9


Ejemplo de bocatoma lateral con barrera tipo azud

Azud en río Kazeke (Tanzania)

10


Ejemplo de diseño de bocatoma de sumidero (Tirolesa)

11

Ejemplo de diseño de bocatoma de sumidero (Tirolesa)


Bocatoma de captación con reja Coanda


Etapas de construcción una Cámara de Carga para Microcentral Hidroeléctrica


Etapa de operación de una Cámara de Carga para Microcentral Hidroeléctrica


Tecnología para Microcentrales

Pelton Turgo Flujo Cruzado Kaplan Bomba Centrífuga


Campo de aplicación de turbinas hidráulicas según altura y caudal

Campo de Aplicación de Turbinas (Diagrama Genérico)

FRANCIS

KAPLANBANKI

PELTON

TURGO

0 0.2 0.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 50 100

2

3

6

10

20

30

50

100

200

300

500

1000

10 kW

50 kW

100 kW

500 kW

1000 kW

5000 kW10000kW

CAUDAL [m /s]3

SA

LT

O N

ET

O [

m]

17


18


19


Turbina Francis

20


Turbina Turgo

Rodete Turgo de 100 [mm] de

diámetro para picoturbina Platypus

(Australia) (izq) y de gran potencia

(der.)


Turbina Turgo

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Turbina Turgo

(…..para una noción de tamaño de escala)

Diámetro

Rodete

[mm]

Diámetro de

Cazoleta

[mm]

Altura Útil de Salto [m]

15 20 3040

80 30

5,4 6,3 7,7 8,9 [l/s]

2,1 2.385 2.925 3.380 RPM

0,6 0,95 1,7 2,7 kW

120 45

12,2 14,1 17,3 20 [l/s]

1380 1590 1950 2270 RPM

1,4 2,1 3,9 6 kW

180 60

21,6 25,2 30,8 35,6 [l/s]

920 1.060 1.300 1.500 RPM

2,5 3,8 6,9 10,7 kW

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Superficie suficiente para instalar CM

Cercado

Distribución adecuada de componentes

Acceso expedito

Bodega externa para almacenaje

Operador cerca

de ella

Bitácora

24

Tecnologías catastradas

25


26


Diagrama de selección de turbinas hidráulicas según altura y caudal

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28


Diagrama de Selección de Turbinas (Pelton y Turgo)

Fuente : Gilkes (UK)


ETAPAS DE UN PROYECTO DE MCH o PCH

• Perfil de Proyecto ó Evaluación Preliminar de Sitio

• Prefactibilidad Técnico Económica

• Proyecto Ingeniería Básica

• Proyecto Ingeniería de Detalles

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P [kW] = 7 * Q [m3/s] * Hn [m]

30

Desnivel (H) + Caudal (Q) = Oportunidad de Proyecto

P [kW] = 7 * Q [m3/s] * H [m]


31

Desnivel (H) + Caudal (Q) = Oportunidad de Proyecto


www.suunto.com

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Trabajos de Terreno

•Estimación de altura de

carga

•Estimación de distancia

entre captación y restitución

•Estimación de Distancia

entre Generación y Consumo

(Por ej. Turbina a Bombas)

•Estimación de Caudales

•Distancia a la red

•Esquema de Instalación y

Registro Fotográfico


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CALCULO HIDRAULICO TUBERIA MATRIZ

Proyecto: PCH Azapa Turno: Sector Bajo Fecha: Marzo 29, 2010

Calculista : J GHO Pág.: 1 de 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Desc. Tramo Local Li L Q Dnom. Di J V Hf Hf * 1,1 Cota Ht HpPoper.

TurbinaP

Pinstal.:

P [kVA]

(m) (m) (m3/h) (mm) (mm) (m/1m) (m/s) (mca) (mca) (m) (mca) (mca) (mca) (kW)

BT 0 a 0 0 2160 26 648 0,006 1,82 0,00 0,00 1004,8 1005,3 0,5 heje hid.

ab b 595 595 2160 26 648 0,006 1,82 3,40 3,74 1000,4 1001,6 1,2

bc c 1245 1839 2160 26 648 0,006 1,82 7,11 7,82 965,8 993,7 27,9

cd d 664 2503 2160 26 648 0,006 1,82 3,79 4,17 955,0 989,6 34,6

de e 711 3214 2160 26 648 0,006 1,82 4,06 4,47 929,3 985,1 55,8

ef f 736 3950 2160 26 648 0,006 1,82 4,20 4,62 915,0 980,5 65,5

PCH1 fg g 550 4499 2160 26 648 0,006 1,82 3,14 3,46 896,1 977,0 80,9 81 379 473

gh h 1005 5504 2160 26 648 0,006 1,82 5,74 6,32 882,0 970,7 88,7

hi i 1340 6845 2160 26 648 0,006 1,82 7,66 8,42 853,3 962,3 108,9

ij j 1169 8014 2160 26 648 0,006 1,82 6,68 7,35 840,0 954,9 114,9

jk k 378 8392 2160 26 648 0,006 1,82 2,16 2,38 820,0 952,6 132,6

PCH2 kl l 523 8915 2160 26 648 0,006 1,82 2,99 3,28 805,0 949,3 144,3 63 296 371

lm m 2082 10997 2160 26 648 0,006 1,82 11,89 13,08 760,0 936,2 176,2

mn n 628 11625 2160 26 648 0,006 1,82 3,59 3,95 735,3 932,3 197,0

nñ ñ 520 12145 2160 26 648 0,006 1,82 2,97 3,26 720,0 929,0 209,0

ño o 1339 13484 2160 26 648 0,006 1,82 7,65 8,41 710,0 920,6 210,6

PCH3 op p 284 13767 2160 26 648 0,006 1,82 1,62 1,78 687,4 918,8 231,4 87 408 510

pq q 1506 15274 2160 26 648 0,006 1,82 8,61 9,47 649,7 909,3 199,3

qr r 1236 16509 2160 26 648 0,006 1,82 7,06 7,76 617,7 901,6 214,2

rs s 742 17252 2160 26 648 0,006 1,82 4,24 4,67 601,8 896,9 247,2

st t 1290 18541 2160 26 648 0,006 1,82 7,37 8,10 564,6 888,8 271,1

tu u 1438 19980 2160 26 648 0,006 1,82 8,22 9,04 534,3 879,8 277,9

uv v 1032 21012 2160 26 648 0,006 1,82 5,89 6,48 513,0 873,3 308,6

PCH4 vw w 1060 22071 2160 26 648 0,006 1,82 6,05 6,66 490,0 866,6 332,3 145 679 849

wx x 1796 23867 2160 26 648 0,006 1,82 10,26 11,29 460,0 855,3 342,4

xy y 1349 25216 2160 26 648 0,006 1,82 7,70 8,47 440,0 846,9 356,9

yz z 1845 27061 2160 26 648 0,006 1,82 10,54 11,59 400,0 835,3 375,3

PCH5 za1 a1 514 27575 2160 26 648 0,006 1,82 2,94 3,23 389,7 832,0 392,0 66 308 384

a1b1 b1 1376 28952 1768 24 597 0,006 1,76 8,07 8,88 370,0 823,1 423,1

b1c1 c1 1163 30114 1768 24 597 0,006 1,76 6,82 7,50 350,0 815,6 426,0

c1d1 d1 872 30986 1768 24 597 0,006 1,76 5,11 5,62 330,0 810,0 440,0

PCH6 d1e1 e1 1957 32943 1768 24 597 0,006 1,76 11,48 12,63 310,0 797,4 447,4 45,1 173 216

e1f1 f1 1524 34468 1260 24 597 0,003 1,25 4,78 5,25 290,0 792,1 462,1

f1g1 g1 741 35209 1260 24 597 0,003 1,25 2,32 2,55 284,1 789,6 479,6

g1h1 h1 1532 36741 1260 24 597 0,003 1,25 4,80 5,28 260,0 784,3 494,3

h1i1 i1 1447 38188 1260 24 597 0,003 1,25 4,53 4,99 233,5 779,3 495,2

PCH7 i1j1 j1 1523 39711 1260 24 597 0,003 1,25 4,77 5,25 208,61 774,1 514,1 78,1 213 266

231 3070

Condiciones : CHazen-Williams = 110

Turbinas 1-4 en sector alto (amarillo) Chequeo = z + Hf *1,1+ Po =

Turbinas 5-7 en sector bajo (verde) Suma Pérdidas = 231,24

Todas las turbinas son tipo Flujo Cruzado Diferencia de cota = 796,19

Presión descarga = 0,00

Archivo : plahid03.xls

Javier Gho Barba - Energías Renovables - www.bmghidroconsultores.cl


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Análisis de características de

la cuenca pendientes, uso de terreno, área

aportante, vegetación, etc.

Análisis de datos fluvio-

y pluviométricosAnalizar datos de caudales de ríos y

estaciones pluviométricas

cercanas

Síntesis de caudales

mensuales para estimar potencial

energético y crecidas

para diseñar obras civiles y

protecciones

Caudal ecológico/caudal mínimo

Caudal para sostener actividad biológica en el rio(ej. 10% de caudal

normal, 50% de mínimo, etc.)

Estudio de Hidrología

Carta Topográfico IGM

Ubicación del

Proyecto

Curso del Río

Limite de la

Cuenca

Aportante

Zona de

Deshielo

40


MicroCentrales Hidroeléctricas

(Potencia hasta 100 kW)

EJEMPLOS

41


PowerPal MHG-1000 LH 1 kWPiCH “Quinquén”

42


• Pico Central Mano Negra, Coyhaique 300 W (estimado)

Propietario: Günther Schäfer QEPD

Turbina Axial (hélice) en uso

directo, “regulada” en carga

base con calefactores (..y aislada)

43


MCH LºVerdeMCH El Chenke

MCH C. Gonzalo

MCH Sta- Fudelia

CHILE

Cuatro MCH en Aysén

44


PiCH 1,5 kW – Michell-Banki Fdo. Sta. Fudelia

45

MCH Cta. Gonzalo - Boca Toma con fallas - Año1999

46


MCH Cta. Gonzalo 25 kW - Rehabilitación de obra de toma

47


MCH Cta. Gonzalo - Cámara de carga reconstruida

48


Vista Eª Río Cisnes – Aysén - MCH ‘El Chenke’ 36 kW

50


MCH “El Chenke” – 36 kW – Eª Río Cisnes

C. de Carga

C. de

Máquinas

Transformador

51


MCH “Río Grande” – Turbina y Generador

VÁLVULA DE MARIPOSA

MANÓMETRO

GUARDA-CORREAS

VÁLVULA REGULADORA DE CAUDAL

TURBINA

TAPA

ALTERNADOR

BASTIDOR

BASE

DESAGUE TANQUE

CAÑERÍA AGUA A TQUE. DE CGA. LASTRE

Mapa ubicación

(Ver www.turistel.cl, Mapa Rutero ‘B’)

52


http://www.turistel.cl/

MCH Termas de Puyehue - 130 kW – Circa 1938 “D.C.”

Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación 80 – 130 kW ) > RED

Operando a la fecha

53




Ahora operando

y vendiendo

a la red

54




BOCATOMA

Ahora operando

y vendiendo

a la red

55


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Ejemplos de instalaciones


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58



59



MCH “El Chenke” – Turbina y Generador

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Instalaciones ULH de Turbinas Seabell (Japón)

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Instalaciones de turbinas en sitios con baja caída

C&K H = 7 m Q = 1,4 [m3/s] 75 kW

C&K H = 10 m Q = 4 [m3/s] 2* 150 kW



C&K H = 2,5 m Q = 0,25 [m3/s] P = 5,5 kW

C&K H = 8 m Q = 1,4 [m3/s] P = 90 + 15 kW



C&K H = 7 m Q = 1,8 [m3/s] 110 kWC&K H = 28 m Q = 3[m3/s] P = 3 *225 kW


C&K H = 2,1 m Q = 3,2 [m3/s] P = 45 kW C&K H = 2,1 m Q = 1,5 [m3/s] P = 25 kW


C&K H = 3,5 m Q = 4,5 [m3/s] 120 kWC&K H = 4,7 m Q = 5,6 [m3/s] 200 kW


Instalaciones de turbinas en sitios con baja caída (AC)

CK Kaplan P = 370 [kW] H = 4,7 [m] Q = 10

[m3/s]www.bmghidroconsultores.cl


Turbina Tornillo de Arquímides VLH

Ejemplos de instalaciones de tornillos hidrodinámicos




Altura : 3,6 m

Capacidad : 5,72 [m3/s]

N : 28 RPM

D: 2,6 m

Ángulo : 22º

P : 150 kW

G: 670 MWh

Anual CO2 evitado: 288 Ton



P: 26,8 [kW] / Hb =1,25 [m] 3,15 [m3/s]



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Turbinas hidrocinéticas

(New Energy Corporation (Canadá))

Instalación sobre estructura flotante

Instalación sobre estructura fija


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Piscicultura Hueyusca ( Camanchaca) – Gentileza Alvaro Poblete


Ejemplo de bocatoma de gabiones

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Piscicultura Hueyusca ( Camanchaca) – Gentileza Alvaro Poblete


Ejemplo de bocatoma de gabiones

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Recomendaciones para instalación de turbinas hidrocinéticas

• Análisis de caudales medios mensuales y crecidas para periodos de

retorno 100, 200 años (chequear con 500 años).

• Instalación en canal de derivación con vertedero de seguridad

• Rejas de desbaste gruesas y finas para evitar materias (suspensión y

semisumergidas)

• Velocidad de diseño idealmente mayor a 1,5 [m/s]

• Potencias sobre 5 kW

• Sistemas autónomos

Buscar fabricantes establecidos con historia y respaldo post-venta


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Referencias bibliográficas para diseño en pagina web CNR

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Referencias bibliográficas para diseño en pagina web CNR

MC

H E

xito

sas

MC

H d

efic

ien

tes

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Consejos para el desarrollo de un proyecto

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98

https://www.youtube.com/watch?v=MEbyFYsn_Gk

https://www.youtube.com/watch?v=fVvCiqhc_Eo

https://www.youtube.com/watch?v=lgpIwLJZIeg

https://www.youtube.com/watch?v=S3MQJSDoTuw


https://www.youtube.com/watch?v=MEbyFYsn_Gk

https://www.youtube.com/watch?v=fVvCiqhc_Eo

https://www.youtube.com/watch?v=lgpIwLJZIeg

https://www.youtube.com/watch?v=S3MQJSDoTuw

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