Hidroelectrica

1. INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA ANTONIO JOSE DE
SUCRE
EXTENCION BARQUISIMETO
Integrante:
Olivo Ronny CI: 20319800

2. Defina Central Hidroeléctrica
Una central hidroeléctrica es una instalación donde se transforma la
energía potencial (asociada a la altura) y cinética (asociada al movimiento)
en energía eléctrica.
Elementos que la componen
 Embalse: Un embalse es el lugar donde se almacena el agua,
y consta de la presa y los desagües.
1. Presa: Es una barrera interpuesta en el cauce de un río para
retener y almacenar su agua, elevando el nivel
considerablemente y regulando e l caudal de salida. Atendiendo
a la forma de resistir el empuje de la corriente hay dos tipos de
presa: presas de gravedad, en las que el empuje del agua se
contrarresta con el peso del muro que forma la presa, y presas de
bóveda, en forma de arco, con lo que se consigue soportar mejor
la presión del agua.
2. Desagües: Son aperturas dispuestas en la pared principal de la
presa a través de las cuales se controla la salida del agua.
Existen tres tipos de desagües: de superficie, de medio fondo y
de fondo.
 Tuberías de conexión: Desde las tomas de agua se conduce
el agua de la presa hasta estas tuberías de conexión que se
encargan de llevar el agua hacia las turbinas. Están
construidas con materiales de gran resistencia como acero,
fundición, fibrocemento o plástico reforzado con fibra de vidrio.

3. El diámetro y grosor de las tuberías dependen del caudal de la
presa, y se sostienen en el suelo mediante apoyos y con
anclajes de hormigón en los cambios de dirección; pueden ser
aéreas o subterráneas.
 Planta transformadora: Son las instalaciones donde se
transforma la energía cinética del agua en energía eléctrica.
Las partes que componen una planta transformadora son los
elementos de cierre y reguladores y las turbinas.
1. Turbinas de acción. Para hacer girar las aspas se aprovecha sólo
la velocidad del agua. Estas turbinas pueden ser de flujo cruzado,
de tipo Pelton y otras. La más usada es la turbina Pelton, en la
que el agua que empuja los álabes es impulsada por inyectores
que regulan el caudal, y se emplea para centrales de pequeño
caudal y con un gran salto de agua. Tiene la característica de que
admite una amplia variación de caudal, y, en caso de parada,
cuenta con un deflector de chorro, mecanismo que dirige el agua
directamente al desagüe evitando una sobrepresión en la tubería.
2. Turbinas de reacción. En estas turbinas el movimiento de los
álabes es provocado tanto por la velocidad como por la presión
del agua. Hay varios tipos de turbina de reacción: turbina Francis
de hélice, Kaplan, etc.
 Generador y elementos anexos. Los elementos anexos o
complementarios son los elementos necesarios para controlar el proceso
de generación de corriente eléctrica y regularlo.

4. Centrales hidroeléctricas según sus características ortográficas, atendiendo a
su estructura o según la potencia que generen
 Según la potencia instalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser:
Centrales hidráulicas de gran potencia: más de 10MW de potencia eléctrica.
Minicentrales hidráulicas: entre 1MW y 10MW.
Microcentrales hidroeléctricas: menos de 1MW de potencia.
 Según características técnicas:
1. Centrales de Agua Fluente
2. Centrales de agua embalsada:
Centrales de Regulación
Centrales de Bombeo.
 Según la altura del salto de agua o desnivel existente:
Centrales de Alta Presión
Centrales de Media Presión.
Centrales de Baja Presión.
Centrales de Agua Fluente:
Llamadas también de agua corriente, o de agua fluyente. Se construyen
en los lugares en que la energía hidráulica debe ser utilizada en el
instante en que se dispone de ella, para accionar las turbinas
hidráulicas.
Centrales de Agua Embalsada:
Se alimenta del agua de grandes lagos o de pantanos artificiales
(embalses), conseguidos mediante la construcción de presas. El
embalse es capaz de almacenar los caudales de los ríos afluentes,
llegando a elevados porcentajes de captación de agua en ocasiones.
Este agua es utilizado según la demanda, a través de conductos que la
encauzan hacia las turbinas.
Centrales de Regulación:
Tienen la posibilidad de almacenar volúmenes de agua en el embalse,
que representan periodos más 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
producción. Se adaptan bien para cubrir horas punta de consumo.
Centrales de Bombeo:

5. Se denominan 'de acumulación'. Acumulan caudal mediante bombeo,
con lo que su actuación consiste en acumular energía potencial. Pueden
ser de dos tipos, de turbina y bomba, o de turbina reversible.
La alimentación del generador que realiza el bombeo desde aguas
abajo, se puede realizar desde otra central hidráulica, térmica o nuclear.
No es una solución de alto rendimiento, pero se puede admitir como
suficientemente rentable, ya que se compensan las pérdidas de agua o
combustible.
Centrales de Alta Presión:
Aquí se incluyen aquellas centrales en las que el salto hidráulico es
superior a los 200 metros de altura. Los caudales desalojados son
relativamente pequeños, 20 m3/s por máquina.
Situadas en zonas de alta montaña, y aprovechan el agua de torrentes,
por medio de conducciones de gran longitud.
Utilizan turbinas Pelton y Francis.
Centrales de Media Presión:
Aquellas que poseen saltos hidráulicos de entre 200-20 metros
aproximadamente. Utilizan caudales de 200m3/s por turbina. En valles
de media montaña, dependen de embalses.
Las turbinas son Francis y Kaplan, y en ocasiones Pelton para saltos
grandes.
Centrales de Baja Presión:
Sus saltos hidráulicos son inferiores a 20 metros. Cada máquina se
alimenta de un caudal que puede superar los 300m3/s.
Las turbinas utilizadas son de tipo Francis y especialmente Kaplan.
Diga las ventajas y las desventajas de la energía hidráulica?
Ventajas
- Debido al ciclo del agua su disponibilidad es inagotable.
- Es una energía totalmente limpia, no emite gases, no
produce emisiones toxicas, y no causa ningún tipo de lluvia acida.
- Es una energía barata, los costes de operación son muy bajos,
existen mejoras tecnológicas constantemente que ayudan a explotar de
manera más eficiente los recursos.
- Permite el almacenamiento de agua para abastecer fácilmente a actividades
recreativas o sistemas de riego.

6. - Se pueden regular los controles de flujo en caso e que haya riesgo de una
inundación.
Desventajas
- La construcción de las platas requiere una gran inversión, por otra parte,
lossitios donde se pueden construir centrales en condiciones económicas son
muy limitadas.
- Las presas se convierten en obstáculos para las especies como el salmón
- por otra parte, las represas afectan al lecho de los ríos, causando erosión y
afectar el ecosistema del lugar.
- Las presas tienden a estar lejos de las grandes poblaciones, entonces es
necesario transportar la electricidad producida a través de redes costosas.
Fundamentos Teóricos
Medidores de orificio
Son dispositivos que consisten en una reducción en la sección de flujo de una
tubería, de modo que se produzca una caída de presión, a consecuencia del
aumento de velocidad.
Haciendo un balance de energía entre el orificio (punto 1) y la sección posterior
al orificio (punto 2), despreciando las pérdidas por fricción tenemos:
.....(1)

7. Para un fluido incomprensible y de la ecuación de continuidad:
.................................(2)
Sustituyendo 2 en 1:
.......(3)
Despejando v1 y sabiendo que D1 = Dorificio
........(4)
En caso de que se consideren las pérdidas de fricción, es necesario agregar el
coeficiente de orificio Co, teniendo lo siguiente:
....(5)
Siendo v1: velocidad en el orificio.
Si se requiere conocer el Caudal:
.....(6)
Co: Coeficiente de orificio o coeficiente de descarga para el caudal. Este
coeficiente varía entre 0.6 y 0.62 para orificios concéntricos de bordes afilados
y si el Número de Reynolds es mayor de 20 000 y si la toma posterior está en
la vena contracta.

8. D0: Diámetro de orificio.
D2: Diámetro de la tubería.
Usualmente el diámetro del orificio está entre 50 y 76% del diámetro de la
tubería. La toma corriente arriba debe quedar a una distancia correspondiente
a un diámetro de la tubería de la cara del orificio y la de corriente abajo a una
distancia de 0.5 del mismo diámetro, D2.
En los medidores instalados la manera más simple de obtener la caída de
presión consiste en el empleo de un manómetro diferencial en “U”.
La pérdida de carga o pérdidas permanentes por fricción se obtienen por:
...(7)
Para gases la ecuación debe modificarse mediante un factor empírico que,
para el caso de comportamiento ideal es:
....(8)

9. Siendo K la relación de las capacidades caloríficas a presión y volumen
constantes.
....(9)
Por lo tanto:
....(10)
Las ecuaciones anteriores se aplican cuando las tomas de presión están
situadas en las bridas, 1 diámetro de la tubería antes de la placa y 0.5 diámetro
después, si la toma posterior está situada después de la vena contracta se
utiliza un factor K que es función de la relación b para Reynolds mayores de 20
000.

10. Donde:
....(11)
Tubo Venturi
Este medidor fue inventado por Clemens Herschel en 1881 y lleva el
nombre de Venturi por el científico italiano que fue el primero en experimentar
en tubos divergentes.
Este medidor es el más exacto teniendo una mínima pérdida de presión perma-
nente y permitiendo el paso de 1.6 veces más el flujo que la placa de orificio.
El aparato está formado por tres secciones principales, una convergente con
ángulo menor a 7°, una sección intermedia que constituye la garganta o
estrechamiento y una divergente.
La ecuación para obtener la velocidad se deduce de manera similar a la de un
medidor de orificio.
...(12)
v1: velocidad en la garganta.
D1: Diámetro de la garganta.
D2: Diámetro de la tubería.
Cv: Coeficiente de descarga; su valor medio es de 0.98.
Las pérdidas de presión no recuperables son del 10% de la caída de presión
marcada en el manómetro diferencial.

11. Rotámetro
Consiste esencialmente de un flotador indicador que se mueve libremente
en un tubo vertical ligeramente cónico con el extremo de menor diámetro en la
parte inferior.
El fluido entra por la parte inferior del tubo y ejerce una fuerza ascendente
sobre la base del flotador; al subir el flotador permite que pase una
determinada cantidad de flujo por el área anular, área formada entre el flotador
y la pared del tubo y será tal que la caída de presión en ese estrechamiento
baste para equilibrar la fuerza de gravedad y el peso del flotador, en ese
momento el flotador permanece estacionario en algún punto del tubo.
La pérdida de presión se mantiene constante sobre el intervalo completo
del flujo. Entonces para cada flujo. El flotador alcanza una altura determinada.
El tubo cónico lleva grabada una escala lineal en unidades del flujo o indica el

12. porcentaje del flujo máximo. Los rotámetros no necesitan tramos rectos de
tubería antes y después del punto donde se instalan.
En qué principio se basa el uso de los medidores de orificio
Su operación está basada en el principio de una obstrucción de flujo
presente en un ducto o tubería, y por consiguiente existirá una diferencia de
presión a través de la obstrucción.
Cómo funciona un rotámetro
El rotámetro se compone de un tubo, en el cual el flujo esta dirigido
verticalmente hacia arriba. Un flotador sube o baja dependiendo de la velocidad

13. del fluido, deteniéndose cuando este alcanza un equilibrio entre la fuerza que
con que empuja el fluido y el peso del flotador.
Qué efecto tiene la colocación de las tomas de presión en la placa de
orificio
Nos permiten conocer la caída de presión antes y después de que el fluido
pase por la placa.
Cómo son las pérdidas de presión en el Venturi en comparación con las
de orificio
Mayores, debido a que es menor el diámetro.
Medidor De Turbina
Este medidor consiste de un rotor con alabes, semejante a una
turbina, que se instala en el centro de la tubería y gira con una
velocidad angular que es directamente proporcional al flujo.
Para medir la velocidad de la turbina, sin generar ninguna
fuerza resistente sobre el aspa que produzca error se utilizan principalmente
convertidores electromagnéticos.
Explique en que consiste el golpe de ariete
El golpe de ariete se origina debido a que el fluido es
ligeramente elástico (aunque en diversas situaciones se puede considerar
como un fluido no compresible). En consecuencia, cuando se cierra
bruscamente una válvula o un grifo instalado en el extremo de una tubería de
cierta longitud, las partículas de fluido que se han detenido son empujadas por
las que vienen inmediatamente detrás y que siguen aún en movimiento. Esto
origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería a una velocidad que

14. puede superar la velocidad del sonido en el fluido. Esta sobrepresión tiene dos
efectos: comprime ligeramente el fluido, reduciendo su volumen, y dilata
ligeramente la tubería. Cuando todo el fluido que circulaba en la tubería se ha
detenido, cesa el impulso que la comprimía y, por tanto, ésta tiende a
expandirse. Por otro lado, la tubería que se había ensanchado ligeramente
tiende a retomar su dimensión normal. Conjuntamente, estos efectos provocan
otra onda de presión en el sentido contrario. El fluido se desplaza en dirección
contraria pero, al estar la válvula cerrada, se produce una depresión con
respecto a la presión normal de la tubería. Al reducirse la presión, el fluido
puede pasar a estado gaseosoformando una burbuja mientras que la tubería se
contrae. Al alcanzar el otro extremo de la tubería, si la onda no se ve disipada,
por ejemplo, en un depósito a presión atmosférica, se reflejará siendo mitigada
progresivamente por la propia resistencia a la compresión del fluido y la
dilatación de la tubería.
Cavitación
La cavitación o aspiraciones en vacío es un efecto hidrodinámico que se
produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran
velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido
debido a la conservación de la constante de Bernoulli. Puede ocurrir que se
alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo
componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas
o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de
mayor presión e implosionan (el vapor regresa al estado líquido de manera
súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de
gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno.
La implosión causa ondas de presión que viajan en el líquido a
velocidades próximas a las del sonido, es decir independientemente del fluido
la velocidad adquirida va a ser próxima a la del sonido. Estas pueden disiparse
en la corriente del líquido o pueden chocar con una superficie. Si la zona donde
chocan las ondas de presión es la misma, el material tiende a debilitarse
metalúrgicamente y se inicia una erosión que, además de dañar la superficie,
provoca que ésta se convierta en una zona de mayor pérdida de presión y por
ende de mayor foco de formación de burbujas de vapor. Si las burbujas de
vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared sólida cuando
implosionan, las fuerzas ejercidas por el líquido al aplastar la cavidad dejada

15. por el vapor dan lugar a presiones localizadas muy altas, ocasionando
picaduras sobre la superficie sólida. Nótese que dependiendo del material
usado se puede producir una oxidación del material lo que debilitaría
estructuralmente el material.