Termodimica Central Hidroelectrica

FACULTAD DE INGENIERIacuteA

INGENIERIacuteA INDUSTRIAL

Introduccioacuten

La funcioacuten de una central hidroeleacutectrica es utilizar la energiacutea potencial del agua almacenada y convertirla primero en energiacutea mecaacutenica y luego en eleacutectrica

El esquema general de una central hidroeleacutectrica puede ser Esquema Central Hidroeleacutectrica

Un sistema de captacioacuten de agua provoca un desnivel que origina una cierta energiacutea potencial acumulada El paso del agua por la turbina desarrolla en la misma un movimiento giratorio que acciona el alternador y produce la corriente eleacutectrica

Termodinaacutemica 1

CENTRAL HIDROELEacuteCTRICA

iquestPORQUEacute SE ELIGIOacute ESTE TEMA

La energiacutea hidroeleacutectrica puede ser un patrimonio nacional sumamente valioso para un paiacutes con la fortuna de tener la topografiacutea apropiada y lluvias (oacute nevadas) abundantes Sin embargo la simple posesioacuten de potencial hidroeleacutectrico no siempre significa que su explotacioacuten seraacute econoacutemica es necesario mantener la debida perspectiva cuando se lo evaluacutea y a menudo resultaraacute maacutes barata la potencia termoeleacutectrica en algunas de sus formas

IMPORTANCIA

La importancia del estudio de las centrales hidroeleacutectricas radica en el hecho de poder convertir la energiacutea hidraacuteulica en energiacutea eleacutectrica ya que razoacuten por la cual a traveacutes de ellas se puede proveer de esta uacuteltima a las ciudades permitiendo el funcionamiento de una gran cantidad de electrodomeacutesticos equipos maquinas etc que a su vez permite una mejor calidad de vida en las civilizaciones y un mejor aprovechamiento de los recursos renovables

Objetivo General

Analizar la importancia que tiene la aplicacioacuten del curso (TERMODINAMICA) en el

desarrollo y crecimiento de la civilizacioacuten y el estudio del correcto

aprovechamiento de la energiacutea hidraacuteulica para poder obtener energiacutea eleacutectrica

Objetivos Especiacuteficos

Las centrales hidroeleacutectricas tiene por fin aprovechar mediante un desnivel la energiacutea potencial contenida en la masa de agua que transportan los riacuteos para convertirla en energiacutea eleacutectrica utilizando turbinas acopladas a alternadores

En algunos casos muy localizados en los que el caudal del riacuteo asegura una aportacioacuten regular de agua la energiacutea potencial de eacutesta puede ser aprovechada directamente sin necesidad de embalsar previamente el agua o bien utilizando un embalse muy reducido Este tipo de centrales recibe el nombre de centrales fluyentes En los casos maacutes habituales por el contrario una cantidad apreciable de agua es retenida mediante una presa formando asiacute un embalse o lago artificial del

que se puede generar un salto de agua para liberar eficazmente la energiacutea eleacutectrica Son las centrales con regulacioacuten

Almacenamiento de agua para regadiacuteos Permite realizar actividades de recreo (remo bantildearse etc) Evita inundaciones por regular el caudal Sin embargo tambieacuten tiene una serie de inconvenientes Las presas obstaacuteculos insalvables Contaminacioacuten del agua El agua embalsada no tiene las condiciones de salinidad gases disueltos

temperatura nutrientes y demaacutes propiedades del agua que fluye por el riacuteo Privacioacuten de sedimentos al curso bajo Los sedimentos se acumulan en el embalse empobrecieacutendose de nutrientes el

resto de riacuteo hasta la desembocadura

FUNDAMENTO TEORICO

Central hidroeleacutectrica

Corte transversal de una represa hidroeleacutectrica

Una central hidroeleacutectrica es aquella que utiliza energiacutea hidraacuteulica para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica Son el resultado actual de la evolucioacuten de los antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los riacuteos para mover una rueda

En general estas centrales aprovechan la energiacutea potencial que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel tambieacuten conocido como salto geodeacutesico El

agua en su caiacuteda entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidraacuteulica la cual trasmite la energiacutea a un generador donde se transforma en energiacutea eleacutectrica

Aprovechamiento de la energiacutea hidraacuteulica

Los antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energiacutea del agua utilizaban ruedas hidraacuteulicas para moler trigo Sin embargo la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retrasoacute su aplicacioacuten generalizada hasta el siglo XII Durante la edad media las grandes ruedas hidraacuteulicas de madera desarrollaban una potencia maacutexima de cincuenta caballos La energiacutea hidroeleacutectrica debe su mayor desarrollo al ingeniero civil britaacutenico John Smeaton que construyoacute por vez primera grandes ruedas hidraacuteulicas de hierro colado La hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolucioacuten Industrial Impulsoacute las industrias textiles y del cuero y los talleres de construccioacuten de maacutequinas a principios del siglo XIX Aunque las maacutequinas de vapor ya estaban perfeccionadas el carboacuten era escaso y la madera poco satisfactoria como combustible La energiacutea hidraacuteulica ayudoacute al crecimiento de las nuevas ciudades industriales que se crearon en Europa y Ameacuterica hasta la construccioacuten de canales a mediados del siglo XIX que proporcionaron carboacuten a bajo precio Las presas y los canales eran necesarios para la instalacioacuten de ruedas hidraacuteulicas sucesivas cuando el desnivel era mayor de cinco metros La construccioacuten de grandes presas de contencioacuten todaviacutea no era posible el bajo caudal de agua durante el verano y el otontildeo unido a las heladas en invierno obligaron a sustituir las ruedas hidraacuteulicas por maacutequinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carboacuten

Las formas maacutes frecuentemente utilizadas para explotar la energiacutea hidraacuteulica son

Desviacuteo del cauce de agua

El principio fundamental de esta forma de aprovechamiento hidraacuteulico de los riacuteos se basa en el hecho de que la velocidad del flujo de estos es baacutesicamente constante a lo largo de su cauce el cual siempre es descendente Este hecho revela que la energiacutea potencial no es iacutentegramente convertida en cineacutetica como sucede en el caso de una masa en caiacuteda libre la cual se acelera sino que eacutesta es invertida en las llamadas peacuterdidas es decir la energiacutea potencial se pierde en vencer las fuerzas de friccioacuten con el suelo en el transporte de partiacuteculas en formar remolinos etc Entonces esta energiacutea potencial podriacutea ser aprovechada si se pueden evitar las llamadas peacuterdidas y hacer pasar al agua a traveacutes de una turbina El conjunto de obras que permiten el aprovechamiento de la energiacutea anteriormente mencionada reciben el nombre de central hidroeleacutectrica O Hidraacuteulica

El balance de energiacutea arriba descrito puede ser ilustrado mejor a traveacutes del principio de Bernoulli

Interceptacioacuten de la corriente de agua

Este meacutetodo consiste en la construccioacuten de una presa de agua que retenga el cauce de agua causando un aumento del nivel del riacuteo en su parte anterior a la presa de agua el cual podriacutea eventualmente convertirse en un embalse El dique establece una corriente de agua no uniforme y modifica la forma de la superficie de agua libre del riacuteo antes y despueacutes de eacuteste que toman forma de las llamadas curvas de remanso El establecimiento de las curvas de remanso determinan un nuevo salto geodeacutesico aprovechable de agua

Caracteriacutesticas de una central hidroeleacutectrica

Presa Hidroeleacutectrica en Grandas de Salime (Asturias Espantildea)

Casa de Maacutequinas Central Hidroeleacutectrica del Guavio Colombia

Las dos caracteriacutesticas principales de una central hidroeleacutectrica desde el punto de vista de su capacidad de generacioacuten de electricidad son

La potencia que estaacute en funcioacuten del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central y del caudal maacuteximo turbinable ademaacutes de las caracteriacutesticas de las turbinas y de los generadores usados en la transformacioacuten

La energiacutea garantizada en un lapso de tiempo determinado generalmente un antildeo que estaacute en funcioacuten del volumen uacutetil del embalse y de la potencia instalada

La potencia de una central puede variar desde unos pocos MW (megavatios) como en el caso de las minicentrales hidroeleacutectricas hasta 14000 MW como en Paraguay y Brasil donde se encuentra la segunda mayor central hidroeleacutectrica del mundo (la mayor es la Presa de las Tres Gargantas en China con una potencia de 22500 MW) la Itaipuacute que tiene 20 turbinas de 700 MW cada una

Las centrales hidroeleacutectricas y las centrales teacutermicas (que usan combustibles foacutesiles) producen la energiacutea eleacutectrica de una manera muy similar En ambos casos la fuente de energiacutea es usada para impulsar una turbina que hace girar un generador eleacutectrico que es el que produce la electricidad Una Central teacutermica usa calor para a partir de agua producir el vapor que acciona las paletas de la turbina en contraste con la planta hidroeleacutectrica la cual usa la fuerza del agua directamente para accionar la turbina

Un ejemplo de estas es el Proyecto Hidroeleacutectrico Palomino[1] ubicado en las inmediaciones del municipio de Bohechio Provincia San Juan Repuacuteblica Dominicana el proyecto hidroeleacutectrico Palomino le ahorraraacute al Paiacutes alrededor de 400 mil barriles de petroacuteleo al antildeo que a la tasa actual representa 60 millones de doacutelares por ahorro de la factura petrolera

Potencia de una central hidroeleacutectrica [editar]

La potencia de una central hidroeleacutectrica se mide generalmente en Megavatios (MW) y se calcula mediante la foacutermula siguiente

Pe = potencia en vatios (W) ρ = densidad del fluido en kgmsup3 ηt = rendimiento de la turbina hidraacuteulica (entre 075 y 090) ηg = rendimiento del generador eleacutectrico (entre 092 y 097) ηm = rendimiento mecaacutenico del acoplamiento turbina alternador (095099) Q = caudal turbinable en m3s H = desnivel disponible en la presa entre aguas arriba y aguas abajo en metros

En una central hidroeleacutectrica se define

Potencia media potencia calculada mediante la foacutermula de arriba considerando el caudal medio disponible y el desnivel medio disponible

Potencia instalada potencia nominal de los grupos generadores instalados en la central

Tipos de centrales hidroeleacutectricas

Seguacuten su concepcioacuten arquitectoacutenica

Centrales al aire libre al pie de la presa o relativamente alejadas de esta y conectadas por medio de una tuberiacutea en presioacuten

Centrales en caverna generalmente conectadas al embalse por medio de tuacuteneles tuberiacuteas en presioacuten o por la combinacioacuten de ambas

Seguacuten su reacutegimen de flujo

Central hidroeleacutectrica Simoacuten Boliacutevar Venezuela

Centrales de agua fluyente

Tambieacuten denominadas centrales de filo de agua o de pasada utilizan parte del flujo de un riacuteo para generar energiacutea eleacutectrica 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 riacuteo tiene una pendiente fuerte u horizontal cuando la pendiente del riacuteo es baja

Centrales de embalse

Es el tipo maacutes frecuente de central hidroeleacutectrica Utilizan un embalse para reservar agua e ir graduando el agua que pasa por la turbina Es posible generar

energiacutea durante todo el antildeo si se dispone de reservas suficientes Requieren una inversioacuten mayor

Centrales de bombeo o reversibles

Se trata de un tipo de central que solo genera energiacutea en horas punta y la consume en horas valle (noches y fines de semana) mediante un grupo electromecaacutenico de bombeo y generacioacuten De esta forma turbinan el agua en las horas de mayor demanda la bombean en las horas en las que la energiacutea no es tan demandada como por la noche hacia un depoacutesito Una vez el depoacutesito esteacute cargado pueden volver a bajar el agua turbinaacutendola y aprovechando de nuevo la energiacutea Su utilizacioacuten para acumular energiacutea puede ser muy interesante para apoyar a centrales que no pueden acumular como las solares o eoacutelicas El beneficio que se consigue es la diferencia entre el precio de la energiacutea en horas punta y horas valle Distinguimos tres tipos centrales puras de acumulacioacuten centrales mixtas de acumulacioacuten y centrales de acumulacioacuten por bombeo diferencial

Seguacuten su altura de caiacuteda del agua

Centrales de alta presioacuten

Que corresponden con el high head y que son las centrales de maacutes de 200 m de caiacuteda del agua por lo que soliacutea corresponder con centrales con turbinas Pelton

Centrales de media presioacuten

Son las centrales con caiacuteda del agua de 20 a 200 m siendo dominante el uso de turbinas Francis aunque tambieacuten se puedan usar Kaplan

Centrales de baja presioacuten

Que corresponden con el low head son centrales con desniveles de agua de menos de 20 m siendo usadas las turbinas Kaplan

Centrales de muy baja presioacuten

Son centrales correspondientes con nuevas tecnologiacuteas pues llega un momento en el cuaacutel las turbinas Kaplan no son aptas para tan poco desnivel Seriacutean en ingleacutes las very low head y suelen situarse por debajo de los 4m

ANTECEDENTES

CENTRALES HIDROELECTRICAS EN EL PERU Y LATINOAMERICA

CENTRALES HIDROELECTRICAS EN PERUacute

Central Hidroeleacutectrica Machupicchu ndash 140 MW

Estudio y definicioacuten de alternativas de rehabilitacioacuten del equipamiento principal y auxiliar de las 2 casas de maacutequinas inundadas por un severo desastre natural (Avalancha de Febrero - Marzo 1998) Definicioacuten de ampliacioacuten a 140 MW 50 m3s

Disentildeo de obras civiles complementarias bocatoma ampliacioacuten de tuacutenel de aduccioacuten modificaciones en casas de maacutequinas

Investigaciones baacutesicas

Geologiacutea estructural

Presencia de huaycos en el riacuteo Aobamba

Metodologiacutea para el disentildeo del sostenimiento de roca

Sostenimiento de la segunda etapa de la casa de maacutequinas

Excavaciones de corte abierto

Ubicacioacuten Cuzco

Central Hidroeleacutectrica Cantildeoacuten del Pato ndash 240 MW

Participacioacuten en el disentildeo y supervisioacuten de la Fase I del repotenciamiento y ampliacioacuten a 240 MW

Proyecto de tres fases que comprendioacute

6 unidades de 40 MW

Nueva bocatoma de 72 m3s

Ampliacioacuten del desarenador existente

Tuacutenel de derivacioacuten de 30 km

Tuacutenel de aduccioacuten de 95 km

Ubicacioacuten Ancash

Central Hidroeleacutectrica Charcani V ndash 135 MW

Supervisioacuten de construccioacuten de la segunda y uacuteltima fase Revisioacuten de disentildeos Ingenieriacutea de detalle de algunas estructuras Disentildeo definitivo de la presa Puente Cincel Pruebas integrales de puesta en servicio

Caudal maacuteximo 24 m3s

Altura bruta 710 m

Tuacutenel a presioacuten de 101 km de longitud y 310 m de diaacutemetro revestido en 62 km

y con blindaje en 39 km

Casa de maacutequinas en caverna a 373 m de la superficie

3 turbinas Pelton verticales

Conducto forzado de 859 m de largo

Chimenea de 90 m de altura

Caacutemara de vaacutelvulas mariposa de 22 m de diaacutemetro

Ubicacioacuten Arequipa

Complejo Hidroenergeacutetico Mantaro

Segundo Tuacutenel y Repotenciacioacuten de las Centrales Hidroeleacutectricas Mantaro y Restitucioacuten

Estudio de factibilidad del segundo tuacutenel para la central Santiago Antuacutenez de Mayolo de 684 MW caiacuteda de 857 m y caudal de 96 m3s y para la central Restitucioacuten de 2175 MW y 257 m de caiacuteda para mayor produccioacuten de energiacutea y para permitir mantenimiento del tuacutenel existente Incluye repotenciamiento de las centrales existentes

Longitud de tuacutenel entre 15 y 20 km

Central Hidroeleacutectrica Mollepata 592 MW

Estudio de factibilidad Definicioacuten del equipamiento y obras civiles

Caracteriacutesticas

4 turbinas Pelton

Caiacuteda neta 1060 m

Tuacutenel de presioacuten de 2 km de longitud y 5m de diaacutemetro

Casa de maacutequinas en caverna

Derivacioacuten del Riacuteo Colcabamba

Estudio de factibilidad para el sistema de enfriamiento de la hidroeleacutectrica Santiago Antuacutenez de Mayolo Obras de captacioacuten derivacioacuten y conduccioacuten Q = 1 m3s

Ubicacioacuten Huancavelica

Central Hidroeleacutectrica El Cantildeo - 100 MW

Estudio de factibilidad Definicioacuten del equipamiento principal auxiliar y obras civiles Caracteriacutesticas

Caudal 43 m3s

Tuacutenel 75 km de longitud

Galeriacuteas 510 m

Liacutenea de transmisioacuten 220 kV 50 km

Ubicacioacuten Cerro de Pasco

Central Hidroeleacutectrica Cochas I

Estudio de factibilidad avanzado Definicioacuten del equipamiento principal auxiliar y obras civiles

Potencia 42 MW

Caudal 28 m3s

Caiacuteda bruta 200 m

Casa de maacutequinas en superficie

Ubicacioacuten Lima

Central Hidroeleacutectrica San Gabaacuten I ndash 110 MW

Revisioacuten del estudio de factibilidad Disentildeo definitivo e ingenieriacutea de detalle

Caudal 23 m3s

Tuacutenel de presioacuten de 64 km de longitud

Liacutenea de transmisioacuten 138 kV160 km

3 subestaciones eleacutectricas 13860 kV

Ubicacioacuten Puno

Central Hidroeleacutectrica San Gabaacuten II ndash 110 MW

Estudio de factibilidad disentildeo definitivo e ingenieriacutea de detalle

Caudal 192 m3s

Tuacutenel de aduccioacuten de 71 km de longitud

Liacutenea de transmisioacuten 138 kV160 km de longitud

Ubicacioacuten Puno

Central Hidroeleacutectrica El Platanal 140 MW

Proyecto de doble propoacutesito generacioacuten e irrigacioacuten

Estudio de factibilidad del proyecto original (1985) que incluye

Estudio del sistema eleacutectrico interconectado

2 turbinas Pelton

Potencia alternadores 834 MVA

Liacutenea de transmisioacuten 50 km 220 kV

Ubicacioacuten Provincia de Cantildeete Lima

Estudio del Potencial Hidroenergeacutetico de la Cuenca del Riacuteo San Gabaacuten

Comprendioacute el estudio del inventario del potencial hidroeleacutectrico de la cuenca del riacuteo San Gabaacuten entre los 880 y 4000 msnm

Desarrollo de un esquema de aprovechamiento hidroeleacutectrico constituido por cuatro saltos con una caiacuteda neta de 2535 m una capacidad instalada de 455 MW y una produccioacuten media anual de energiacutea de 3240 GWh

Se identificoacute en la cabecera de la cuenca las alternativas de regulacioacuten estacional Macusani y Corani con voluacutemenes uacutetiles de regulacioacuten de 100 hm3 y 120 hm3 respectivamente

Estudio desarrollado para el Gobierno Regional Moquegua ndash Tacna - Puno

Ubicacioacuten Puno

36 Mini-Centrales Hidroeleacutectricas - Prodeis Norte

Supervisioacuten de 36 estudios definitivos de las minicentrales hidroeleacutectricas

Mariacutea Jiray 2da Etapa Chacho Guineamayo Huamboya Huabal Friacuteas Huarmaca Misquiyacu Pacarenca 2da Etapa Pomabamba Lonya Grande Namballe Tabaconas Sallique Huallape Nuevo Seasme Kuzu Puerto Inka Unamen Llata Pomahuaca Mandingas Alto Cerpaquino- El Edeacuten Sartibamba Pusac Parcoy Pias Sapalache Catilluc-Tongod Chimbaacuten Balsas Quanda Querocoto Cantange Pongo Caynarachi Umazapa ndash Unidos

Ubicacioacuten Ancash Amazonas Cajamarca Piura La Libertad Huaacutenuco y San Martiacuten

CENTRALES EXTRANJERAS

EN PROYECTOS DE CENTRALES HIDROELEacuteCTRICAS EN LATINOAMERICA

INGENDESA es una empresa de ingenieriacutea multidisciplinaria que posee una amplia experiencia reconocida de maacutes de 60 antildeos en importantes proyectos en Chile y Latinoameacuterica en el disentildeo e inspeccioacuten de proyectos hiacutedricos

La experiencia de INGENDESA en Centrales Hidroeleacutectricas es amplia y variada abarcando desde el reconocimiento de los potenciales hidroeleacutectricos hasta la puesta en servicio y operacioacuten de las obras habiendo desarrollado maacutes de 200 proyectos de potencia instalada entre 1 MW y 1000 MW La empresa ha realizado proyectos de centrales hidroeleacutectricas de muy variadas caracteriacutesticas y magnitudes centrales de pasada con regulacioacuten a traveacutes de embalses artificiales o aprovechando embalses naturales existentes con aducciones en tuacutenel o canal incluyendo la construccioacuten de presas de diferentes tipos y dimensiones

INGENDESA ha podido acumular tambieacuten una experiencia significativa en el disentildeo de presas realizando estudios asociados a maacutes de 80 presas de las cuales maacutes de 20 se encuentran actualmente construidas La mayoriacutea de ellas se ha concebido con la finalidad de regulacioacuten de caudales En cada caso abordado se ha estudiado el tipo de presa maacutes adecuado al lugar de implantacioacuten y a sus objetivos (presas gravitacionales de rellenos de tierra de enrocados con pantalla de hormigoacuten y otros) y sus alturas han estado comprendidas entre 16 m y 150 m las mayores

El desarrollo de proyectos en esta diversidad de condiciones ha permitido a INGENDESA poner a disposicioacuten de sus Clientes especialistas de alto nivel en sismicidad geologiacutea geotecnia hidrologiacutea y disentildeo general de obras hidroeleacutectricas

Los servicios que INGENDESA ha proporcionado en el desarrollo de Centrales Hidroeleacutectricas incluyen

1048766 Estudios de prefactibilidad y factibilidad evaluaciones econoacutemicas y sociales de proyectos estudios de alternativas disentildeos preliminares estudios siacutesmicos sondajes levantamientos topograacuteficos estudios de geologiacutea y geoteacutecnica hidrometriacutea y estadiacutesticas hidroloacutegicas informes y gestioacuten ante autoridades

1048766 Estudios ambientales

1048766 Disentildeo baacutesico y de detalle como son elaboracioacuten de normas de disentildeo memorias de caacutelculo disentildeos de ejecucioacuten proyectos de arquitectura elaboracioacuten de especificaciones teacutecnicas para la construccioacuten y operacioacuten de las obras planos de construccioacuten y anaacutelisis de sistemas

1048766 Disentildeo de los estudios hidroloacutegicos que permiten determinar los caudales medios aprovechables y los maacuteximos instantaacuteneos

1048766 Uso de modelos hidraacuteulicos que han sido una poderosa herramienta que ayuda eficazmente al disentildeo de las obras

INGENDESA ha utilizado maacutes de 60 modelos hidraacuteulicos realizados en laboratorios nacionales o extranjeros lo que le permite disponer de personal altamente capacitado para licitar contratar y supervisar estudios en modelos hidraacuteulicos

1048766 Adquisicioacuten de equipos en especial documentos de licitacioacuten evaluacioacuten de ofertas apoyo a las negociaciones contractuales gestioacuten integral de compras

1048766 Direccioacuten de proyectos

1048766 Administracioacuten e inspeccioacuten teacutecnica de obras

1048766 Recepcioacuten y puesta en servicios de las obras

1048766 Direccioacuten Integrada de Proyectos incluyendo contratos tipo EPCM (disentildeo adquisiciones y administracioacuten de la construccioacuten)

MINICENTRAL HIDROELEacuteCTRICA OJOS DE AGUA (9 MW)

CLIENTE EMPRESA NACIONAL DE ELECTRICIDAD SA

Ubicacioacuten VII regioacuten Chile

Periodo Abril 2005 ndashJunio 2008

La minicentral hidroeleacutectrica Ojos de Agua se ubicariacutea en el valle del riacuteo Cipreses aguas abajo de la laguna La Invernada en la Comuna de San Clemente VII Regioacuten de Chile El proyecto tiene por objeto aprovechar el potencial energeacutetico de los caudales provenientes de los dos principales afloramientos de agua provenientes de las filtraciones de la laguna La Invernada que se estiman en alrededor de 116 m3s y el desnivel de 80 m existente entre dichos afloramientos y el canal de aduccioacuten de la central Isla rama Cipreses

El proyecto debe respetar los caudales y obras existentes de las centrales Cipreses e Isla no siendo un impedimento el aprovechamiento de la infraestructura existente

Las obras fiacutesicas derivadas del proyecto son

1048766 Tipo Hidroeleacutectrica de pasada

1048766 Potencia Instalada 9000 kW

1048766 Energiacutea media anual generable 60 GWh

1048766 Caudal de la central 133 m3s

1048766 Altura neta de caiacuteda 715 m

1048766 Tipo de Turbina Francis horizontal (una)

1048766 Longitud de Tuacutenel 16 km

1048766 Longitud de Tuacutenel Blindado 140 m

1048766 Vol Excavacioacuten Subterraacutenea 16000 m3

1048766 Longitud de canal trapecial 05 km

1048766 Longitud de canal abovedado 12 km

Los servicios que desarrolla INGENDESA consisten en

1048766 Estudio de Alternativas

1048766 Disentildeo Baacutesico de licitacioacuten

1048766 Elaboracioacuten y seguimiento de la Declaracioacuten de Impacto Ambiental

1048766 Elaboracioacuten de documentos teacutecnicos de licitacioacuten proceso de licitacioacuten

1048766 Inspeccioacuten de fabricacioacuten

1048766 Administracioacuten e inspeccioacuten teacutecnica de la construccioacuten y la puesta en servicio de la central

1048766 Direccioacuten y coordinacioacuten del proyecto

1048766 Puesta en Servicio

Antildeo de Puesta en Servicio 2008

CENTRAL HIDROELEacuteCTRICA PALMUCHO (32 MW)

Ubicacioacuten VIII Regioacuten Chile

Periodo Noviembre 2004 - Octubre 2007

La central hidroeleacutectrica Palmucho estaacute ubicada a 130 km al sureste de la ciudad de Los Aacutengeles Palmucho seraacute una central hidroeleacutectrica de pasada con una potencia de 32 MW que aprovecharaacute el caudal ecoloacutegico que debe descargar el embalse Ralco Esta obra consistiraacute fundamentalmente en una unidad generadora dotada de una turbina Francis que se alojaraacute en una caverna de maacutequinas subterraacutenea situada en el macizo rocoso del margen derecho de la presa Ralco

El proyecto considera la construccioacuten mediante un contrato tipo EPC (Engineering Procurement and Construction)

La produccioacuten de la central seraacute entregada al Sistema Interconectado Central (SIC) a traveacutes de la liacutenea Ralco Charruacutea de 2x220 kV

Las principales obras que se deberaacuten construir para el proyecto son Obras de aduccioacuten Caverna de maacutequinas Obras de evacuacioacuten Tuacutenel de acceso a la caverna de maacutequinas Salida de cables de poder Patio de mufas y Enlace al SIC

Las caracteriacutesticas de la Central seraacuten

1048766 Ubicacioacuten Pie de Presa Ralco en caverna zona Desaguumle de Fondo Ralco

1048766 Potencia instalada 32 MW

1048766 Tipo de Turbina Francis de eje vertical

1048766 Tipo de Central De pasada

Las dimensiones maacutes relevantes de la caverna de maacutequinas seraacuten 38 m de longitud 38 m Ancho maacuteximo de 17 m y Altura maacutexima de 30 m

Los servicios que estaacute desarrollado INGENDESA contemplan el Servicio Integral del Proyecto (ePCM) incluyendo

1048766 Ingenieriacutea Conceptual Baacutesica

1048766 Preparacioacuten de los Documentos Teacutecnicos de Licitacioacuten por suministro y construccioacuten

1048766 Inspeccioacuten Teacutecnica de las Obras Equipos y Montaje

1048766 Administracioacuten de los Contratos de Obras y Equipamiento

1048766 Gestioacuten Ambiental

1048766 Asesoriacuteas Especializada

CENTRAL HIDROELEacuteCTRICA YANANGO (425 MW) Y CHIMAY (150 MW)

CLIENTE EMPRESA DE GENERACION ELECTRICA DE LIMA SA

(EDEGEL)

Ubicacioacuten Peruacute

Periodo Noviembre 1998 ndash Diciembre 2000

La central hidroeleacutectrica Yanango se ubica a 280 km al noreste de la ciudad de Lima aprovecha las aguas del riacuteo Tarma y su potencia instalada es de 425 MW con una energiacutea media anual generable de 293 GWh La energiacutea es transportada mediante una liacutenea de 90 km hasta la SE Pachachaca donde se interconecta al Sistema Interconectado Centro Norte (SICN)

Por otra parte la central hidroeleacutectrica Chimay ubicada a 320 km al noreste de la ciudad de Lima aprovecha las aguas del riacuteo Tulumayo y su potencia instalada es de 149 MW con una energiacutea media anual generable de 900 GWh La energiacutea es transportada mediante una liacutenea de 32 km hasta la SE de la Central Yanango

Las principales obras del Proyecto Yanango (US$ 550 millones) son

Tipo Hidroeleacutectrica de pasada

1048766 Potencia instalada 42500 kW

1048766 Frecuencia 16 Hz

1048766 Altura de caiacuteda 2445 m

1048766 Tipo de turbina Francis eje vertical (1)

1048766 4 desarenadores de 75 m de longitud

1048766 Caacutemara de Carga y Vertedero

1048766 Tuacutenel de Aduccioacuten en presioacuten revestido con hormigoacuten proyectado (5100 m de longitud 28m de ancho y 35 m de altura)

1048766 Tuberiacutea en presioacuten exterior (220 m de longitud y 20 m de diaacutemetro)

1048766 Casa de Maacutequinas exterior (ancho 300 m altura 17 m longitud 37m)

1048766 Liacutenea de alta tensioacuten de 220 kV de 90 Km de longitud (190 estructuras)

1048766 Movimiento de Tierra Superficial 51000 m3 de corte y 30000 m3 de relleno

Las principales obras del Proyecto Chimay (US$ 150 millones) son

1048766 Tipo Hidroeleacutectrica de embalse

1048766 Altura bruta de caiacuteda 220 m

1048766 Tuacutenel de Aduccioacuten en presioacuten revestido con hormigoacuten proyectado (9200 m de longitud 75m de ancho y 72 m de altura en el frente convencional y 57 m de diaacutemetro en el frente con TBM)

1048766Tuberiacutea en presioacuten subterraacutenea (500 m de longitud y 38 m de diaacutemetro)

1048766 Casa de Maacutequinas exterior (ancho 270 m altura 20 m longitud 400 m)

1048766 Canal de evacuacioacuten (50 m de longitud)

1048766 Longitud de Tuacuteneles Construidos 9 km

1048766 Presa de Tierra 110000 m3 de relleno

1048766 Cantidad de estructura Instalada 900Ton de equipo hidromecaacutenico

Los servicios de INGENDESA incluyen todas las actividades necesarias para lograr el cumplimiento de los objetivos de calidad costo y plazos de construccioacuten de los proyectos los cuales son ejecutados mediante contratos llave en mano Estos fueron

1048766 Revisioacuten de los disentildeos

1048766 Programacioacuten

1048766 Apoyo a la Supervisioacuten Teacutecnica

1048766 Inspeccioacuten Teacutecnica y Administracioacuten de la Construccioacuten

1048766 Puesta en Servicio de las Obras

1048766 Apoyo a Edegel en las negociaciones para el cierre de ambos contratos con los contratistas

CENTRAL HIDROELEacuteCTRICA ANGOSTURA (177 MW)

CLIENTE INSTITUTO COSTARRICENSE DE ELECTRICIDAD

Ubicacioacuten Costa Rica

Periodo Enero 1996 ndash Octubre 2000

La central hidroeleacutectrica Angostura se ubica en Costa Rica a 6 km de la ciudad de Turrialba Provincia de Cartago y forma parte del desarrollo hidroeleacutectrico de la cuenca del riacuteo Reventazoacuten La central utiliza las aguas del riacuteo Reventazoacuten y la de los riacuteos Tuis y Turrialba La potencia instalada es de 177 MW y la energiacutea media anual se ha estimado en 915 GWh La central se puso en servicio oficialmente en diciembre del antildeo 2000

1048766 Tipo Hidroeleacutectrica de pasada de regulacioacuten diaria

1048766 Tipo de Turbina Francis (tres)

1048766 Vol Excavacioacuten Subterraacutenea 540723m3

Los servicios que desarrolloacute INGENDESA bajo el marco de Contrato DAC 950 2 (D) financiado por el Banco Interamericano de Desarrollo consistieron en

1048766 Inspeccioacuten de la construccioacuten de las obras civiles que constituyen el Proyecto Hidroeleacutectrico Angostura asiacute como el montaje e instalacioacuten de los equipos de generacioacuten

1048766 Administracioacuten de la Construccioacuten

1048766 Asesoramiento en meacutetodos constructivos que desarrolloacute el Instituto Costarricense de Electricidad (ICE)

CENTRAL HIDROELEacuteCTRICA BETANIA (540 MW)

CLIENTE CENTRAL HIDROELECTRICA DE BETANIA SAESP

Ubicacioacuten Colombia

Periodo Enero 1997 - Enero1998

La Central se localiza en el riacuteo Magdalena a unos 40 Km aguas arriba de la ciudad de Nieva y a 380 Km al sur de la ciudad de Bogotaacute

Es una Hidraacuteulica de embalse Utiliza las aguas del riacuteo Magdalena mediante un embalse artificial asiacute como tambieacuten de los Riacuteos Paacuteez Yaguaraacute y otros

1048766 Altura Neta media de caiacuteda 72 m

1048766 Tipo de Turbina Francis de eje vertical (tres)

Embalse

1048766 Volumen total del embalse 2000 millm3

1048766 Muro de presa De rellenos compactados y zonificados

1048766 Altura x longitud de coronamiento 91 x 700 m

Vertedero

1048766 Capacidad de vertimiento 11000 millm3s

1048766 Ndeg de compuertas 3

Los servicios de INGENDESA correspondieron a

1048766 Estudios preliminares

1048766 Estudios de factibilidad para ampliar la capacidad de la central

1048766 Ingenieriacutea baacutesica

1048766 Preparacioacuten de documentos de licitacioacuten de la construccioacuten de las obras civiles preparacioacuten de los documentos de licitacioacuten por el suministro y montaje del equipamiento

CENTRAL HIDROELEacuteCTRICA GUALACA FASE I (28 MW)

CLIENTE INSTITUTO DE RECURSOS HIDRAULICOS Y

ELECTRIFICACION

Ubicacioacuten Panamaacute

Periodo 1995-1998

El Complejo Hidroeleacutectrico Gualaca se encuentra ubicado en la provincia de Chiriquiacute y aprovecha las aguas turbinadas de las centrales Fortuna Estrella y Los Valles y el Complejo Hidroeleacutectrico Estiacute Consiste en la construccioacuten de tres centrales hidroeleacutectricas denominadas Gualaca Los Antildeiles y Chiriquiacute que en conjunto implican un aporte de 117000 KW

1048766 Potencia instalada 28000 KW

1048766 Tipo de Turbina Kaplan (una)

INGENDESA en asociacioacuten con SWECO (Suecia) y CAI (Consultores Asociados de Ingenieriacutea Panamaacute) realizaron todos los estudios correspondientes a

1048766 Revisioacuten de las metodologiacuteas y criterios para cada una de las etapas del estudio que sirven de guiacutea en la preparacioacuten de ellas

1048766 Estudios de Impacto Ambiental y

1048766 Apoyo en las diferentes etapas del proyecto al Director del Proyecto con su equipo de asesores gerenciales especialistas como asimismo en las especialidades Mecaacutenicas y Eleacutectricas del Disentildeo

CENTRAL HIDROELEacuteCTRICA NIHUIL IV (27 MW)

CLIENTE JOSE CARTELLONE CONSTRUCCIONES CIVILES (PARA

HIDRONIHUIL SA)

Ubicacioacuten Argentina

Periodo 1996

El proyecto hidroeleacutectrico Nihuil IV corresponde a una Central ubicada en la provincia Argentina de Mendoza en la hoya del riacuteo Atuel inmediatamente aguas abajo del embalse para riego Valle Grande La Central utiliza las aguas destinadas a riego aprovechando una altura de caiacuteda de 70 metros producida por el embalse y un caudal medio de disentildeo de 55 metros cuacutebicos por segundo

1048766 Altura neta media de caiacuteda 70 m

1048766 Tipo de Turbina Kaplaacuten (una)

Embalse

1048766 Muro de presa Hormigoacuten

La empresa Cartellone se adjudicoacute la licitacioacuten del contrato Llave en Mano por la Construccioacuten de la Central y contratoacute a INGENDESA para desarrollar los siguientes servicios

1048766 Ingenieriacutea conceptual

1048766 Ingenieriacutea baacutesica y de detalle de las obras civiles

CENTRAL HIDROELEacuteCTRICA DON PEDRO (16 MW)

CLIENTE JOSE CARTELLONE CONSTRUCCIONES CIVILES SA

Periodo Enero 1994 - Agosto1996

El Proyecto Hidroeleacutectrico Don Pedro estaacute en la zona centro-norte de Costa Rica provincia de Alajuela aproximadamente 40 Km al Norte de la ciudad de San Joseacute

1048766 Tipo Hidroeleacutectrica de Embalse artificial de regulacioacuten horaria

1048766 Caudal de la Central 48 m3s

1048766 Tipo de turbina Pelton de eje horizontal (una)

Embalse

1048766 Volumen total del embalse 84000 m3

1048766 Muro de presa Posee 3 presas de material granular

1048766 Altura x longitud de coronamiento 78 x 54 8 x 65 y 92 x 62

La empresa Cartellone se adjudicoacute la licitacioacuten del contrato Llave en Mano por la construccioacuten de la Central y contratoacute a INGENDESA para desarrollar los siguientes servicios

1048766 Optimizacioacuten teacutecnico ndash econoacutemica y definiciones baacutesicas

1048766 Optimizacioacuten del anteproyecto existente de obras civiles

1048766 Ingenieriacutea de detalle hidraacuteulico y estructural de todas las obras involucradas en el proyecto

1048766 Asesoriacutea en mecaacutenica de suelos

1048766 Revisioacuten de los proyectos de los equipos de generacioacuten

1048766 Revisioacuten de todos los proyectos eleacutectricos y mecaacutenicos

1048766 Coordinacioacuten teacutecnica de los proyectos involucrados

Sugerencia de aplicaciones consideradas por el grupo

Motores de combustioacuten interna Central nuclear Central termoeleacutectrica Refrigeracioacuten Compresores

CONSTRUCCION DE UNA HIDROELEacuteCTRICA

Parte Hidraacuteulica

Este apartado cabe decir que es una parte fundamental a la hora del aprovechamiento del salto de agua de eacutel depende que una central pueda llegar a ser rentable o no Por esta razoacuten debemos de intentar siempre que sea teacutecnica y razonablemente posible minimizar las peacuterdidas de carga en la tuberiacutea forzada y en el canal de alimentacioacuten e intentar que el rendimiento de la turbina y de todo el sistema sea el maacuteximo posible

ASPECTOS A TENER EN CUENTA A LA HORA DE HACER LA ELECCIOacuteN DE LA TURBINA

Salto neto Caudal Potencia de la turbina Rendimiento de la turbina Velocidad especiacutefica

ALTURA NETA

Es la altura de salto puesta a disposicioacuten de la turbina La denominada altura uacutetil se deduce del salto total restando la altura debida a todas las perdidas de carga sufridas en todo el proceso El salto total es la diferencia de cotas entre el inicio del salto y la zona de desaguumleConsideraremos salto neto como el que disponemos desde la caacutemara de presioacuten hasta el final del tubo de aspiracioacuten El salto uacutetil corresponde a un valor menor que el salto neto ya que se obtiene restando de este todas las peacuterdidas de carga que se originan en el caminoDichas peacuterdidas se deben a las turbulencias y rozamientos del agua en las entradas de las tuberiacuteas paredes de todo tipo de conduccioacuten vaacutelvulas codos aacutengulos cambios de seccioacuten y orificios de salida etc A continuacioacuten adjuntamos un dibujo para hacerlo lo maacutes entendible posible

h1 -- peacuterdida debida al remanso H -- Altura de salto totalh2 ndash peacuterdida en el canal Hrsquo ndash Altura de salto brutoh3 ndash peacuterdida en la caacutemara de presioacuten Hrsquorsquo- Altura de salto netoh4 ndash peacuterdida en la tuberiacuteah5 ndash peacuterdida en la turbinah6 ndash peacuterdida en el tubo de aspiracioacutenh7 ndash peacuterdida en el canal de desaguumleDe acuerdo con lo dicho tendremosAltura neta

Hrsquo = H ndash ( h1 + h2 + h3 + h7 ) pero en nuestro caso la peacuterdida de carga debida al remanso(h1) no es de nuestra incumbencia ya que es en la entrada del canal donde se nos hace la concesioacuten de aguas y por lo tanto contaremos las peacuterdidas de carga a partir de aquiacuteHrsquo = H ndash (h2 + h3 + h7) (1)

Altura de salto uacutetil

Hrsquorsquo = Hrsquo ndash (h4 + h5 + h6) (2)

Cabe destacar la importancia de la altura neta ya que maacutes que ninguna otra caracteriacutestica es el que determina tanto la obra civil (presa canal de derivacioacuten conducto

forzado central) cuanto el tipo de turbina asiacute como la velocidad del grupo y el tipo de alternador

Caudal

El caudal es la cantidad de agua que llega a las turbinas de la central en el espacio de un segundo y viene expresado generalmente en metros cuacutebicos por segundoEste caudal nos vendraacute regulado desde la toma de guarda de la central que nos abastece aguas arriba y nunca podraacute superar el caudal concesional de 095 m3seg El sistema de regulacioacuten es competencia de la central la cual nos suministra el agua y en nuestro caso solo nos tendremos que ocupar de crear un moacutedulo lateral vertedero para mantener el caudal ecoloacutegico del riacuteoPara la determinacioacuten de la turbina actuaremos bajo la premisa de que disponemos de un caudal constante en todas las eacutepocas del antildeo

Potencia de la turbina

La potencia de una turbina es la energiacutea correspondiente a 1 segundo de velocidad que el agua puede adquirir en la turbina como consecuencia de la presioacuten a que estaacute sometidaLlamando Q al caudal en m3seg del salto y Hrsquo salto bruto o disponible la potencia teoacuterica seraacute

Pt = 1000 x g x Q x Hrsquo (3)

Considerando

μm = HrsquorsquoHrsquo (rendimiento de la turbina)

La potencia en el eje del generador seraacute

Pa = 1000 x g x Q x Hrsquo x μm (4)

Pa Potencia uacutetil de la turbina o potencia de accionamientoPt Potencia teoacuterica del salto

Rendimiento de la turbinaDurante el funcionamiento de la turbina se producen peacuterdidas de energiacutea que determinan el rendimiento de ellas En el caso de las turbinas podemos diferenciar 3 grupos de peacuterdidas

A Peacuterdidas hidraacuteulicas

Las peacuterdidas hidraacuteulicas tienen lugar desde la seccioacuten E de entrada hasta el distribuidor en el distribuidor Fink ( y antes en la caja espiral y en el llamado predistribuidor) entre el distribuidor y el rodete ( este espacio se llama entrehierro en las turbinas de reaccioacuten en el rodete y finalmente en el canal de desaguumle

B Peacuterdidas volumeacutetricas

Las peacuterdidas volumeacutetricas se dividen en peacuterdidas exteriores y peacuterdidas interiores las peacuterdidas exteriores constituyen una salpicadura de fluido al exterior que se escapa por el juego entre la carcasa y el eje de la turbina una manera de reducirlas es utilizando la caja de empaquetadura que se llena de estopa o de material de cierre provista de su correspondiente tapa o prensaestopas con pernos que permiten comprimiendo el prensaestopas contra el eje de la maacutequina mejorar el cierre Esta presioacuten sin embargo no puede ser excesiva para no aumentar las peacuterdidas mecaacutenicasEn las peacuterdidas interiores el caudal que sigue por el juego entre el rodete y la carcasa en direccioacuten del caudal principal siempre que la presioacuten a la entrada del rodete sea mayor que a la salida del rodete cosa que si ocurre en las todas las turbinas de reaccioacuten El caudal qi representa una peacuterdida porque no cede energiacutea al rodete sino que su energiacutea se pierde por estrangulamiento en el exterior del rodete

C Peacuterdidas mecaacutenicas

Las peacuterdidas mecaacutenicas incluyen las peacuterdidas por

Rozamiento del prensaestopas con el eje de la maacutequina Rozamiento del eje con los cojinetes Rozamiento del disco Se llama asiacute al rozamiento del

disco con la atmoacutesfera de fluido que le rodeaDicho esto el rendimiento hidraacuteulico seraacute

μh = HrsquorsquoHrsquo (5)μh ndash rendimiento hidraacuteulicoHrsquorsquo-- Altura que el fluido le da al rodeteHrsquo ndash Altura que el fluido le deberiacutea dar siempre y cuando no hubiera peacuterdidasEl rendimiento volumeacutetrico seraacuteμv = ( Q ndash qe ndash qi ) ( Q ) (6)μv ndash rendimiento volumeacutetricoQ ndash caudal suministrado a la turbinaQ ndash qe ndash qi ndash caudal uacutetil o sea caudal que cede su energiacutea en el rodete

El rendimiento interno seraacuteμi = μh x μv (7)μi ndash rendimiento interno

Sabiendo que el rendimiento mecaacutenico esμm = Pa Pt (8)Pa ndash Potencia de accionamiento o potencia en el ejePt ndash Potencia teoacuterica

Podemos decir finalmente que el rendimiento total seraacuteμt = μm x μv x μh (9)μt ndash rendimiento total

Como ya veremos en la memoria de caacutelculo las peacuterdidas mecaacutenicas y volumeacutetricas seraacuten tan pequentildeas que las despreciaremos y por lo tanto los rendimientos mecaacutenicos y volumeacutetricos los aproximaremos a 1 siendo las uacutenicas perdidas a tener en cuenta las hidraacuteulicas

Velocidad Especiacutefica

La velocidad especiacutefica es el factor decisivo a la hora de hacer la eleccioacuten de la turbinaComo ya sabemos la naturaleza ofrece los saltos hidraacuteulicos con potencias muy variadas y una misma potencia con combinaciones muacuteltiples de Q y H (salto neto) Por tanto el rodete de las turbinas hidraacuteulicas va cambiando insensiblemente de forma para adaptarse a las diferentes condiciones de servicioLa clasificacioacuten maacutes precisa de las turbinas hidraacuteulicas es una clasificacioacuten numeacuterica que se hace asignando a toda la familia de turbinas geomeacutetricamente semejantes un nuacutemero a saber el NUacuteMERO ESPECIacuteFICO DE REVOLUCIONES (velocidad especiacutefica)

ns = (n x Pa exp frac12) (H exp 54) (10)ns ndash nuacutemero de revolucionesH ndash altura netaPa ndash potencia en el eje o potencia uacutetil

Tipo de Turbina

Actualmente existe la tendencia a construir turbinas cada vez maacutes econoacutemicas de explotacioacuten maacutes faacutecil y maacutes duraderas

Tendencias Actuales en la Construccioacuten de las Turbinas

Las tendencias actuales son pueacutes las siguientes

A Aumento de la potencia unitaria

Este aumento ademaacutes de reducir el coste por kw instalado facilita la explotacioacuten Los problemas surgen en aumentar la capacidad de produccioacuten y mecanizacioacuten de piezas grandes a que pocos talleres pueden hacer frente y en segundo lugar poca flexibilidad (puentes gruacutea suficientes en los talleres y en la central)

B Aumento de la potencia especiacutefica

Potencia por unidad de peso o unidad de volumen

C Facilitacioacuten de revisioacuten y desmontaje de la turbina

En casos de averiacutea o de revisioacuten seraacute una gran ventaja poder realizar estas operaciones comodidad Esto se traduce en una ventaja econoacutemica

D Sustitucioacuten de la fundicioacuten por la construccioacuten en chapa

Esta sustitucioacuten se realiza para disminuir el peso de la maacutequina En las carcasas la chapa se sustituye por la fundicioacuten con lo que nos ahorramos un 12 por 100 de peso y un 10 por 100 del coste total

E Sustitucioacuten del roblonado por la soldadura

Solo se realiza en las turbinas Francis y Kaplan

Eleccioacuten de la Disposicioacuten del Eje

Vamos a utilizar una turbina Francis de eje horizontal ya que fiacutesicamente es imposible colocar una turbina de eje vertical ya que la sala de turbinas soacutelo dispone de una plantaPor esta causa ya ni me planteo las ventajas que pudiera llegar a tener una disposicioacuten verticalCaracteriacutesticas de la Minicentral

Altura de Salto Aprovechable

Como ya explicamos en el apartado 25211 en las centrales eleacutectricas no se aprovecha toda la altura de salto A la altura de salto teoacuterica se le debe restar todas las peacuterdidas de

carga debidas a los rozamientos y obtendremos la altura de salto aprovechable de la minicentral Las uacutenicas peacuterdidas que nosotros tendremos en cuenta para el caacutelculo de la altura seraacuten las peacuterdidas hidraacuteulicas en la tuberiacutea forzada

Potencia del Salto de Agua Potencia Disponible en la Red PotenciaSuministrada a los Consumidores

Considerando

La potencia en el eje del generador seraacutePa = 1000 x g x Q x Hrsquo x μm (12)

Cabe antildeadir que la potencia eleacutectrica suministrada por el generador dependeraacute del rendimiento de este generador que llamaremos μg Esta potencia seraacute por lo tanto

P = 1000 x g x Q x Hrsquo x μm x μg (13)

Para deducir la potencia eleacutectrica que se puede suministrar a los consumidores se tiene que tener en cuenta ademaacutes de lo expuesto las peacuterdidas eleacutectricas en los transformadores de la central en las liacuteneas de transmisioacuten de energiacutea eleacutectrica y en los trafos de las subestaciones transformadoras Normalmente la energiacutea que llega a los consumidores es un 70 de la energiacutea del salto

Rejillas

La rejilla influye de una forma decisiva en la vida uacutetil de la turbina ya que sin ella esta vida se veriacutea reducida sustancialmente La rejilla se colocaraacute en la salida de la caacutemara de carga o sea en la entrada de la tuberiacutea forzada La funcioacuten de las rejillas es igual de importante como simple su deduccioacuten simplemente consiste en evitar que pasen cuerpos

soacutelidos a traveacutes de la tuberiacutea forzada y que una vez en la turbina puedan dantildear la estructura de los aacutelabes hasta llegar a destruirlos por completo La rejilla seraacute disentildeada y fabricada seguacuten los requerimientos y condiciones de montaje Seraacute construida con pletinas de hierro de 60x10 mm con una separacioacuten entre las mismas de 60 mm apoyadas en la parte inferior en un perfil en U de 120mm Y en la parte superior en un perfil angular de 120mmPara limpiar dicha reja se instalaraacute un equipo de rastrillo automaacutetico con su correspondiente equipo hidraacuteulico y eleacutectrico

TURBINA FRANCIS

La turbina Francis fue desarrollada por James B Francis Se trata de una turbomaacutequina motora a reaccioacuten y de flujo mixto

Las turbinas Francis son turbinas hidraacuteulicas que se pueden disentildear para un amplio rango de saltos y caudales siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de los diez metros hasta varios cientos de metros Esto junto con su alta eficiencia ha hecho que este tipo de turbina sea el maacutes ampliamente usado en el mundo principalmente para la produccioacuten de energiacutea eleacutectrica mediante centrales hidroeleacutectricas

Rodete de una Turbina Francis Primitiva turbina Francis

Desarrollo

Las norias y turbinas hidraacuteulicas han sido usadas histoacutericamente para accionar molinos de diversos tipos aunque eran bastante ineficientes En el siglo XIX las mejoras logradas en las turbinas hidraacuteulicas permitieron que alliacute donde se disponiacutea de un salto de agua pudiesen competir con la maacutequina de vapor

En 1826 Benoit Fourneyron desarrolloacute una turbina de flujo externo de alta eficiencia (80) El agua era dirigida tangencialmente a traveacutes del rodete de la turbina provocando su giro Alrededor de 1820 Jean V Poncelet disentildeoacute una turbina de flujo interno que usaba los mismos principios y S B Howd obtuvo en 1838 una patente en los EEUU para un disentildeo similar

En 1848 James B Francis mejoroacute estos disentildeos y desarrolloacute una turbina con el 90 de eficiencia Aplicoacute principios y meacutetodos de prueba cientiacuteficos para producir la turbina maacutes eficiente elaborada hasta la fecha Maacutes importante sus meacutetodos matemaacuteticos y graacuteficos de caacutelculo mejoraron el estado del arte en lo referente al disentildeo e ingenieriacutea de turbinas Sus meacutetodos analiacuteticos permitieron disentildeos seguros de turbinas de alta eficiencia

Partes

Caja espiral

Tiene como funcioacuten distribuir uniformemente el fluido en la entrada del rodete de una turbina

Predistribuidor

Tienen una funcioacuten netamente estructural para mantener la estructura de la caja espiral tienen una forma hidrodinaacutemica para minimizar las peacuterdidas hidraacuteulicas

Distribuidor

Es el nombre con que se conocen los aacutelabes directores de la turbomaacutequina su funcioacuten es regular el caudal que entra en la turbina a la vez de direccionar al fluido para mejorar el rendimiento de la maacutequina Este recibe el nombre de distribuidor Fink

Es el corazoacuten de la turbina ya que aquiacute tiene lugar el intercambio de energiacutea entre la maacutequina y el fluido pueden tener diversas formas dependiendo del nuacutemero de giros especiacutefico para el cual estaacute disentildeada la maacutequina

Tubo de aspiracioacuten

Es la salida de la turbina Su funcioacuten es darle continuidad al flujo y recuperar el salto perdido en las instalaciones que estaacuten por encima del nivel de agua a la salida En general se construye en forma de difusor para generar un efecto de aspiracioacuten el cual recupera parte de la energiacutea que no fuera entregada al rotor en su ausencia

Aplicaciones

Las grandes turbinas Francis se disentildean de forma individual para cada emplazamiento a efectos de lograr la maacutexima eficiencia posible habitualmente maacutes del 90 Son muy costosas de disentildear fabricar e instalar pero pueden funcionar durante deacutecadas

Ademaacutes de para la produccioacuten de electricidad pueden usarse para el bombeo y almacenamiento hidroeleacutectrico donde un embalse superior se llena mediante la turbina (en este caso funcionando como bomba) durante los periacuteodos de baja demanda eleacutectrica y luego se usa como turbina para generar energiacutea durante los periacuteodos de alta demanda eleacutectrica

Se fabrican microturbinas Francis baratas para la produccioacuten individual de energiacutea para saltos miacutenimos de 52 metros

Ventajas y desventajas

Ventajas de la turbina Francis o tambieacuten llamada VGR

Su disentildeo hidrodinaacutemico permite bajas perdidas hidraacuteulicas por lo cual se garantiza un alto rendimiento

Su disentildeo es robusto de tal modo se obtienen deacutecadas de uso bajo un costo de mantenimiento menor con respecto a otras turbinas

Junto a sus pequentildeas dimensiones con lo cual la turbina puede ser instalada en espacios con limitaciones fiacutesica tambieacuten permiten altas velocidades de giro

Junto a la tecnologiacutea y a nuevos materiales las nuevas turbinas requieren cada vez menos mantenimiento1

Desventajas

No es recomendado para alturas mayores de 800 m por las presiones existentes en los sellos de la turbina

Hay que controlar el comportamiento de la cavitacioacuten No es la mejor opcioacuten para utilizar frente a grandes variaciones de caudal por lo

que se debe tratar de mantener un flujo de caudal constante previsto antes de la instalacioacuten

Parte Eleacutectrica

Generador Siacutencrono

A Introduccioacuten

La maacutequina siacutencrona es un convertidor de energiacutea basado en los fenoacutemenos de induccioacuten electromagneacutetica

Se caracteriza por

Velocidad del rotor es praacutecticamente igual a la velocidad del campo y como ya sabemos

n = n1 = (60 x f )( p ) [min-1] (19)

n -- velocidad del rotorn1 -- velocidad del campof -- frecuencia ( 50 hz )p -- pares de polos

Por tanto al ser la f=50hz la velocidad del rotor viene fijada por el nuacutemero de pares de polos que tenga la maacutequina

B Principio de funcionamiento

Las caracteriacutesticas de la energiacutea producida son de corriente alterna

Constructivamente el alternador debe procurar que la fem sea senoidal porque si esto no fuera asiacute apareceriacutean los armoacutenicosMaacutes del 90 de la energiacutea eleacutectrica producida es gracias a los generadores siacutencronos El alternador requiere una excitatriz rotativa o estaacutetica para su excitacioacuten con el correspondiente regulador de tensioacuten debido a que sus bobinas excitatrices se alimentan con corriente continua De la misma forma este funcionamiento ha de disponer del correspondiente regulador de velocidad el cuaacutel actuacutea sobre la turbina a efectos de mantener la frecuencia constante El generador siacutencrono permite acoplarse a la red por esta razoacuten necesitamos disponer de elementos de sincronismo bien manuales bien automaacuteticos adecuados Por otra parte tiene la ventaja de que una vez acoplada a la red permite trabajar con un costo variable actuando sobre el sistema de excitacioacuten

Caja de Bornes

El generador siacutencrono ha de ir provisto de bornes de conexioacuten que generalmente se ubican en una caja de bornes situado en un costado de la carcasa Los bornes convenientemente aislados atraviesan la carcasa La caja de bornes por otra parte se protege con una tapa para evitar contactos voluntarios o accidentales con los bornes de conexioacuten El sistema de caja de bornes empleado es un sistema perteneciente a la firmaACEC y es el empleado para generadores siacutencronos

Carcasa

La carcasa estaacute provista de cuatro nervios interiores en forma de T invertida De esta forma se facilitaraacute la refrigeracioacuten de la carcasa pues el aire refrigerante es conducido en forma mixta longitudinal radial Desde el punto de vista de resistencia mecaacutenico estas

maacutequinas necesitan un marco de fundicioacuten especial de acero laminado y soldado Par el transporte del alternador dentro del taller de fabricacioacuten y tambieacuten en el lugar definitivo del emplazamiento deben preverse caacutencamos u ojales de suspensioacuten para suspender la maacutequina de las gruacuteas u otros aparatos de elevacioacuten En las proximidades de estos caacutencamos las carcasas se refuerzan por medio de nervios No obstante se adopta la disposicioacuten de dos caacutencamos de suspensioacuten superior

OBTENCIOacuteN DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA PARA EL CENTRO POBLADO DE SAN JOSE

Se tienen los siguientes datos

Caudal Q

Caudal aproximado en el 2010 seguacuten el proyecto CHAVIMOCHIC

Altura se tendraacute en consideracioacuten una altura de 300 metros aproximadamente (altura de caiacuteda de agua del proyecto CHAVIMOCHIC)

Eficiencia del motor 90

Ecuacioacuten

w=mlowastglowasth

Reemplazando datos con el caudal del mes de Enero

w=(8342m3s )lowast(98ms2 )lowast(300m)

w=245254800watt s

w=2452548Mwatts

eficiencia=potencia salidareal (neta)

potencia teoricalowast100

potencia salidareal (neta )=95lowast2452548Mwatts

potencia teorica=iquest22072932Mwatts

Conclusiones

Por medio de los proyectos Hidroeleacutectricos se puede generar energiacutea renovable para muchos pueblos logrando mejorar la calidad de vida y aportando al desarrolloSe puede obtener una energiacutea segura y a un precio coacutemodo aprovechando los recursos de la naturalezaTeniendo las aproximaciones o pronosticaciones del caudal (Q) se puede pronosticar la cantidad de energiacutea ofertada y tomar las medidas necesarias para poder cumplir con la demanda

BIBLIOGRAFIacuteA

Empresa de Ingenieriacutea INGENDESA SASanta Rosa Ndeg 76 - Santiago de Chile

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MATAIX Claudio Turbomaacutequinas Hidraacuteulicas

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httpthalescicaesrdRecursosrd99ed99-0226-01capitulo3html

CENTRAL HIDROELEacuteCTRICA

iquestPORQUEacute SE ELIGIOacute ESTE TEMA

La energiacutea hidroeleacutectrica puede ser un patrimonio nacional sumamente valioso para un paiacutes con la fortuna de tener la topografiacutea apropiada y lluvias (oacute nevadas) abundantes Sin embargo la simple posesioacuten de potencial hidroeleacutectrico no siempre significa que su explotacioacuten seraacute econoacutemica es necesario mantener la debida perspectiva cuando se lo evaluacutea y a menudo resultaraacute maacutes barata la potencia termoeleacutectrica en algunas de sus formas

IMPORTANCIA

La importancia del estudio de las centrales hidroeleacutectricas radica en el hecho de poder convertir la energiacutea hidraacuteulica en energiacutea eleacutectrica ya que razoacuten por la cual a traveacutes de ellas se puede proveer de esta uacuteltima a las ciudades permitiendo el funcionamiento de una gran cantidad de electrodomeacutesticos equipos maquinas etc que a su vez permite una mejor calidad de vida en las civilizaciones y un mejor aprovechamiento de los recursos renovables

Objetivo General

Analizar la importancia que tiene la aplicacioacuten del curso (TERMODINAMICA) en el

desarrollo y crecimiento de la civilizacioacuten y el estudio del correcto

aprovechamiento de la energiacutea hidraacuteulica para poder obtener energiacutea eleacutectrica

Objetivos Especiacuteficos

Las centrales hidroeleacutectricas tiene por fin aprovechar mediante un desnivel la energiacutea potencial contenida en la masa de agua que transportan los riacuteos para convertirla en energiacutea eleacutectrica utilizando turbinas acopladas a alternadores

En algunos casos muy localizados en los que el caudal del riacuteo asegura una aportacioacuten regular de agua la energiacutea potencial de eacutesta puede ser aprovechada directamente sin necesidad de embalsar previamente el agua o bien utilizando un embalse muy reducido Este tipo de centrales recibe el nombre de centrales fluyentes En los casos maacutes habituales por el contrario una cantidad apreciable de agua es retenida mediante una presa formando asiacute un embalse o lago artificial del

FUNDAMENTO TEORICO

ANTECEDENTES

6 unidades de 40 MW

Altura bruta 710 m

4 turbinas Pelton

Caudal 43 m3s

Galeriacuteas 510 m

Potencia 42 MW

Caudal 28 m3s

Ubicacioacuten Lima

Caudal 23 m3s

Ubicacioacuten Puno

Caudal 192 m3s

Ubicacioacuten Puno

2 turbinas Pelton

Ubicacioacuten Puno

(EDEGEL)

Embalse

Vertedero

ELECTRIFICACION

Periodo 1995-1998

HIDRONIHUIL SA)

Periodo 1996

Embalse

ALTURA NETA

Caudal

Considerando

Tipo de Turbina

Considerando

Rejillas

TURBINA FRANCIS

Desarrollo

Partes

Caja espiral

Predistribuidor

Distribuidor

Aplicaciones

Desventajas

A Introduccioacuten

Se caracteriza por

n = n1 = (60 x f )( p ) [min-1] (19)

Caja de Bornes

Carcasa

Caudal Q

Ecuacioacuten

w=mlowastglowasth

w=245254800watt s

w=2452548Mwatts

Conclusiones

BIBLIOGRAFIacuteA

1430-4

13-1327-5

Paacuteginas web

FUNDAMENTO TEORICO

ANTECEDENTES

6 unidades de 40 MW

Altura bruta 710 m

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Tipo de Turbina

Considerando

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Desarrollo

Partes

Caja espiral

Predistribuidor

Distribuidor

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A Introduccioacuten

Se caracteriza por

n = n1 = (60 x f )( p ) [min-1] (19)

Caja de Bornes

Carcasa

Caudal Q

Ecuacioacuten

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Caudal

Considerando

Tipo de Turbina

Considerando

Rejillas

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Desarrollo

Partes

Caja espiral

Predistribuidor

Distribuidor

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A Introduccioacuten

Se caracteriza por

n = n1 = (60 x f )( p ) [min-1] (19)

Caja de Bornes

Carcasa

Caudal Q

Ecuacioacuten

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Se caracteriza por

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Carcasa

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Caudal

Considerando

Tipo de Turbina

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Desarrollo

Partes

Caja espiral

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Distribuidor

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A Introduccioacuten

Se caracteriza por

n = n1 = (60 x f )( p ) [min-1] (19)

Caja de Bornes

Carcasa

Caudal Q

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Se caracteriza por

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Se caracteriza por

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A Introduccioacuten

Se caracteriza por

n = n1 = (60 x f )( p ) [min-1] (19)

Caja de Bornes

Carcasa

Caudal Q

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w=245254800watt s

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Se caracteriza por

n = n1 = (60 x f )( p ) [min-1] (19)

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Carcasa

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Tipo de Turbina

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Se caracteriza por

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Considerando

Tipo de Turbina

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Partes

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A Introduccioacuten

Se caracteriza por

n = n1 = (60 x f )( p ) [min-1] (19)

Caja de Bornes

Carcasa

Caudal Q

Ecuacioacuten

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Considerando

Tipo de Turbina

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Se caracteriza por

n = n1 = (60 x f )( p ) [min-1] (19)

Caja de Bornes

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Se caracteriza por

n = n1 = (60 x f )( p ) [min-1] (19)

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Tipo de Turbina

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Caudal

Considerando

Tipo de Turbina

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Rejillas

TURBINA FRANCIS

Desarrollo

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Caja espiral

Predistribuidor

Distribuidor

Aplicaciones

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A Introduccioacuten

Se caracteriza por

n = n1 = (60 x f )( p ) [min-1] (19)

Caja de Bornes

Carcasa

Caudal Q

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Se caracteriza por

n = n1 = (60 x f )( p ) [min-1] (19)

Caja de Bornes

Carcasa

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Se caracteriza por

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Termodimica Central Hidroelectrica