PLANEAMIENTO DE LAS CENTRALES HIDROELECTRICAS

PLANEAMIENTO DE LAS
CENTRALES HIDROELECTRICAS
Facultad de Ingeniería
Mecánica y Energía
Escuela Profesional de
Ingeniería en Energía
CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
CURSO: (E 8 1 )
Ing.
CENTRALES HIDROELÉCTRICAS 0 43
José Apaza
ESCUELA PROFESIONAL DE
INGENIERIA EN ENERGIA

Índice
CURSO: (E 8 1 )
Ing.
José Apaza
A. El recurso hidráulico
B. Clasificación y tipos de centrales
C. Componentes de una central
D. Estudio de la demanda

A . Recurso hidráulico
 La energía hidráulica se basa en aprovechar
la caída del agua desde cierta altura.
 La energía potencial, durante la caída, se
convierte en cinética. El agua pasa por las
turbinas a gran velocidad, provocando un
movimiento de rotación que finalmente se
transforma en energía eléctrica por medio
de los generadores.
 Es un recurso natural disponible en las zonas
que presentan suficiente cantidad de agua,
y una vez utilizada, es devuelta río abajo.
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Ing.
José Apaza

 Su desarrollo requiere construir pantanos,
presas, canales de derivación y la instalación
de grandes turbinas y equipamiento para
generar electricidad. Todo ello implica la
inversión de grandes sumas de dinero, por lo
que no resulta competitiva en regiones
donde el carbón o el petróleo son baratos.
 Sin embargo, el peso de las consideraciones
medioambientales y el bajo mantenimiento
que precisan una vez estén en
funcionamiento centra la atención en esta
fuente de energía.
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Ing.
José Apaza

 El Perú dispone de una gran cantidad
de recursos hídricos, con 106 cuencas
y una disponibilidad per cápita de
68.321 metros cúbicos (m3) en 2006,
muy por encima de la media para
Sudamérica, 45.399 m3.
 Hay una considerable variabilidad
estacional en la escorrentía de los ríos,
ya que dos tercios se producen entre
enero y abril.
 Además, el Perú concentra el 71% de
los glaciares tropicales de los Andes
Centrales.
 Los Andes dividen al Perú en tres
cuencas de drenaje naturales.
CURSO: (E 8 1 )
Ing.
José Apaza

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Ing.
José Apaza
Cuencas del Perú
 Según datos de INRENA, la
cuenca seca del Pacífico,
con 37,4 km3 disponibles al
año, representa el 1,8% de
los recursos hídricos
renovables del Perú.
 Sus 53 ríos, que fluyen hacia el oeste desde los Andes, suministran la mayor parte del
agua de la región costera. Sólo cerca del 30% de estos ríos son perennes.
 Desde 1984 hasta el 2000, la disponibilidad promedio del agua disminuyó a 33 millones
m3; y desde 2003 hasta 2004, a 20 millones m3.
 La extracción para agricultura representa 14 millones m3 (o el 80% del uso total del
agua) y para el consumo doméstico, 2 millones de m3 (12% del total).
 La cuenca del Atlántico contiene el 97% de toda el agua dispone y recibe casi 2000
km3 de precipitaciones al año. La agricultura también representa el 80% del uso del
agua mientras que el consumo doméstico es del 14%.
 La cuenca del Lago Titicaca recibe 10 km3. En esta cuenca, el uso agrícola del agua
representa el 66%, mientras que el consumo doméstico es del 30%.

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Ing.
José Apaza
Cuenca del Atlántico
 Distintos afluentes externos aportan al
río Amazonas, en la cuenta del
Atlántico, unos 125 km al año. Los
principales afluentes son Napo, Tigre,
Pastaza, Santiago, Morona, Cenepa y
Chinchipe.
 El Instituto Nacional de Recursos Naturales INRENA calcula que la cantidad total de
aguas subterráneas disponibles en la costa es de entre 35 y 40 km3.
 Extracción de aguas subterráneas por sector en la costa peruana (Fuente: INRENA)
 Hay datos específicos solamente acerca de ocho valles de la costa, con 9 km3 de
aguas subterráneas disponibles. Aproximadamente unos 1.8 km3 se extraen
actualmente en la costa. No hay información suficiente sobre la disponibilidad y
extracción de aguas subterráneas en las regiones del altiplano y del Amazonas.

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Ing.
José Apaza
Cuenca del lago Titicaca
 Distintos afluentes externos aportan al
río Amazonas, en la cuenta del
Atlántico, unos 125 km al año. Los
principales afluentes son Napo, Tigre,
Pastaza, Santiago, Morona, Cenepa y
Chinchipe.
TABLA 1. AFLUENTES PRINCIPALES DEL LAGO TITICACA
Río
Area de la Cuenca
(km2)
Caudal Promedio (m3/s)
Caudal Mínimo (m3/s)
Período 1956-1987
Ramis
Ilave
Coata
Catari
Huancané
Suchez
14.700
7.705
4.550
2.022
3.540
2.825
76
39
42
10
20
11
25
10
11
---
5
4

B . Tipos de Centrales
Hay muchos tipos de centrales hidroeléctricas,
ya que las características del terrno donde se
sitúa la central condicionan en gran parte su
diseño. Se podría hacer una clasificación en
varios modelos básicos.
 De agua fluyente o de pasada
 De embalses
 A pie de presa
 Por derivación de las aguas
 De bombeo o reversibles
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Ing.
José Apaza

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José Apaza
De agua fluyente o de pasada
 En este caso no existe embalse, el
terrno no tiene mucho desnivel y es
necesario que el caudal del río sea
lo suficientemente constante como
para asegurar una potencia
determinada durante todo el año.
Durante la temporada de
precipitaciones abundantes,
desarrollan su máxima portencia y
dejan pasar agua excedente. En
cambio, durante la época seca, la
potencia disminuye en función del
caudal, llegando a ser casi nulo en
algunos ríos en verano.

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De embalses
 Se crean mediante la construcción de
una o más presas que forman lagos
artificiales donde se almacena un
volumen considerable de agua por
encima de las turbinas.
 El embalse permite graduar la cantidad
de agua que pasa por las turbinas. con el
embalse puede producrise energía
eléctrica durante todo el año aunque el
río se seque completamente durante
algunos meses, cosa que sería imposible
con una central de agua fluyente.
 Estas centrales exigen, generalmente,
una inversión de capital más grande que
la de agua fluyente.

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José Apaza
A pie de presa
 Es un tipo de central de embalse. En
un tramo de río con un desnivel
apreciable se construye una presa
de una altura determinada. La sala
de turbinas esta situada después de
la presa.

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Ing.
José Apaza
Por derivación de las aguas
 Es un tipo de central de embalse. Las
aguas del río son desviadas
mediante una pequeña presa y son
conducidas mediante un canal con
una pérdida de desnivel tan
pequeña como sea posible, hasta
un pequeño depósito llamado
cámara de carga o de presión. De
esta sala arranca una tubería
forzada que a parar a la sala de
turbinas. Posteriormente, el agua es
devuelta al río abajo, mediante un
canal de descarga. Se consiguen
desniveles más grandes que en las
centrales a pie de presa.

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José Apaza
De bombeo o reversibles
 Son un tipo especial de centrales
que hacen posible un uso más
racional de los recursos hidráulicos.
 Disponen de dos embalses situados
a diferente nivel. Cuando la
demanda diaria de energía
eléctrica es máxima, estas centrales
trabajan como una central
hidroeléctrica convencional: el
agua cae desde el embalse
superior haciendo girar las turbinas y
después queda almacenada en el
embalse inferior.
 Durante las hora del día de menos
demanda, el agua es bombeada al
embalse superior para que vuelva a
hacer el ciclo producto.
Por Ejemplo:
Complejo Hidroeléctrico Río Grande (Argentina)

C . Componentes de una central
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José Apaza
Conducciones hidráulicas
Toma de agua
 Consiste en la estructura que se realiza
para desviar parte del agua del cauce
del río y facilitar su entrada desde el
azud o la presa. Su diseño debe estar
calculado para que las pérdidas de
carga producidas sean mínimas. La
toma normalmente dispone de una
rejilla que evita la entrada de
elementos sólidos al canal y una
compuerta de seguridad que se
denomina ataguía.
 En funcionamiento normal esta
compuerta permanece abierta,
cerrándose únicamente en caso de
emergencia o cuando se va a realizar
una inspección o reparación

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Desarenador (de la presa Capillucas)
 La presa de Capillucas es
complementada por un desarenador
de 5 naves, un canal de conducción y
una cámara de carga que comunica
las obras de captación con el túnel de
aducción.
 El túnel de aducción de 12.5 km de
longitud y 5 m de diámetro es la
columna vertebral del proyecto El
Platanal. Este conduce el agua desde
la localidad de Capillucas hasta la
localidad de San Juanito, distrito de
Zúñiga, provincia de Cañete, donde
se emplaza la casa de máquinas de la
central hidroeléctrica.
Desarenador de Capillucas de la CH El Platanal
(Lima-Cañete-Yauyos)

CURSO: (E 8 1 )
Ing.
José Apaza
Toma de agua

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José Apaza
Canales de derivación
El primer tramo que
recorre el agua se
realiza a través de
canales, túneles o
tuberías
En el segundo tramo
hasta la turbina, se utilizan
siempre tuberías.

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Ing.
José Apaza
Toma de agua
 Según el tipo de mini central que
vayamos a construir, se necesita una
red mayor o menor de conducciones.
Las instalaciones situadas a pie de
presa no tienen cámara de carga (es
el propio embalse), al contrario que las
centrales en derivación donde el
agua tiene que hacer un recorrido
más largo: primero desde la toma a la
cámara de carga, y después hasta la
turbina.

CURSO: (E 8 1 )
Ing.
José Apaza
Cámara de carga
Toma de agua
 Según el tipo de mini central que
vayamos a construir, se necesita una
red mayor o menor de conducciones.
Las instalaciones situadas a pie de
presa no tienen cámara de carga (es
el propio embalse), al contrario que las
centrales en derivación donde el
agua tiene que hacer un recorrido
más largo: primero desde la toma a la
cámara de carga, y después hasta la
turbina.

Cámara de carga:
Algunas centrales hidroeléctricas cuentan
también con una cámara de carga que sirve
para mantener la presión de caída en la
tubería forzada, y con un último desarenador
que puede estar ubicado al principio o al final
del túnel de conducción para almacenar el
agua y garantizar un suministro constante a
las turbinas. Complementariamente, en la
parte alta de las tuberías forzadas se
construyen pozos verticales denominados
chimenea de equilibrio, los cuales tienen
como finalidad evitar el “golpe de ariete”

Funciones de la cámara de carga en una Central
Hidroeléctrica:
 Crear un aumento de reserva de agua que
permita satisfacer las necesidades de las
turbinas durante los aumentos bruscos de
demanda.
 Disponer de un volumen que le permita
amortiguar el golpe de ariete originado por
las paradas bruscas.
 Mantener sobre la tubería una altura de agua
suficiente que evite el ingreso de aire.
 Impedir la entrada a la tubería de presión de
elementos sólidos de arrastre y flotantes.
 Decantar materiales sólidos en suspensión y
permitir su lavado.
 Verter el exceso de agua en las horas en las
que el caudal de agua consumido por las
turbinas es inferior al caudal de diseño.

 Para el dimensionamiento de la cámara de
carga como mínimo se debe considerar el doble
del volumen de la tubería forzada, lo cual
garantizará evitar el golpe de ariete.
 Vol(Cámara de carga) = 2 x Vol (tubería forzada)
Cámara de Carga
Turbina

CURSO: (E 8 1 )
Ing.
José Apaza
Sistema Scada
 Scada (supervisión, adquisición
y control de datos)
 Scada es una aplicación
software que corre en el
ordenador de control
 Una pantalla gráfica da una
idea del estado del sistema y
permite introducir consignas o
valores de programación
 Además el scada debe ser
capaz de recoger los datos de
la central en históricos

CURSO: (E 8 1 )
Ing.
José Apaza
Sistema Scada
 Scada (supervisión, adquisición y
control de datos)
 Scada es una aplicación software
que corre en el ordenador de
control
 Una pantalla gráfica da una idea
del estado del sistema y permite
introducir consignas o valores de
programación
 Además el scada debe ser capaz
de recoger los datos de la central
en históricos

D . Operación y Supervisión
CURSO: (E 8 1 )
Ing.
José Apaza
Norma Técnica para la Coordinación
de la Operación en Tiempo Real

D . Operación y Supervisión
CURSO: (E 8 1 )
Ing.
José Apaza
Revista Electricidad. Pág. 14. Edición 32. Julio 2016

D . Ventajas y desventajas Central Hidroeléctrica
CURSO: (E 8 1 )
Ing.
José Apaza
Ventajas
 Recurso renovable
 Tecnologia limpia
 Costo de producción el más bajo
 Larga vida útil (>100 años)
 Altas eficiencias (=85%)
 Operación y mantenimiento simple
 Fuente de empleo.
Desventajas
 Recurso totalmente irregular
 Alto costo de inversión (1,200 $/kW)
 Proyecto único
 Largo tiempo de construcción (3
años)
 Alejado de los centros de consumo
(líneas de transmisión)
 Riesgo potencial elevado (plan de
contingencia, EIA)
 Necesita mucha estadística.
Cantidad (Qnom) Calidad
(desarenador, turbina).

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