INFORME ACADEMICO DE CENTRALES HIDROELECTRICAS, PRIMERA PRESENTACION

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I. Introducción
La mayoría de los pequeños aprovechamientos hidroeléctricos son del tipo de agua
fluyente, lo que quiere decir que las turbinas generan electricidad mientras pase por
ellas un caudal igual o superior a su mínimo técnico y se paran cuando el caudal
desciende por debajo de ese nivel. Normalmente este tipo de aprovechamientos no
tiene posibilidad de almacenar agua para generar en horas punta, aunque existen
excepciones, sobre todo en aprovechamientos de montaña, en las que se ensancha
la cámara de carga para ese propósito.
Algunos pequeños aprovechamientos trabajan como centrales aisladas, pero
difícilmente pueden hacer frente al suministro seguro de electricidad, a no ser que
se dimensionen de forma que esté garantizado, a lo largo del año, el caudal mínimo
necesario, por existir un lago aguas arriba o estar situados aguas debajo de una
central convencional que turbina todo el año. En los países industrializados, y en
muchos de los países en vías de desarrollo, estos aprovechamientos se conectan,
en general, a la red principal. Con esta solución la red toma a su cargo la regulación
de la frecuencia, pero obliga al productor a vender su electricidad, a precios a
menudo muy bajos, a la compañía distribuidora.
Desde los comienzos de la producción de electricidad, la hidráulica ha sido, y sigue
siendo, la primera fuente renovable utilizada para su generación. Hoy en día la
hidroelectricidad – la suma de la convencional y de la pequeña – representa, en la
Unión Europea, de acuerdo con las cifras del Libro Blanco, el 13% del total,
reduciendo consiguientemente en más de 67 millones las toneladas de CO2
emitidas por año. Ahora bien, así como los aprovechamientos hidroeléctricos
convencionales, en los que la importancia de la obra civil y la necesaria inundación
de grandes áreas para embalsar el agua y crear la necesaria altura de salto, dan
lugar a importantes impactos en el entorno, los pequeños aprovechamientos se
integran fácilmente en el ecosistema más sensible.

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II. Objetivos
 General
Estimar la población futura, la potencia de energía requerida y el caudal de
diseño para un proyecto de generación de energía eléctrica con
aprovechamiento hidráulico, para una microcuenca asumida.
 Específicos
- Determinar la potencia requerida, la demanda neta entre otros.
- Determinar el caudal de diseño.

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III. Marco teórico
Central hidroeléctrica
En una central hidroeléctrica se utiliza energía hidráulica para la generación de energía
eléctrica. Son el resultado actual de la evolución de los antiguos molinos que
aprovechaban la corriente de los ríos para mover una turbina.
En general, estas centrales aprovechan la energía potencial gravitatoria que posee la
masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como
«salto geodésico». En su caída entre dos niveles del cauce, se hace pasar el agua
por una turbina hidráulica que transmite energía a un generador eléctrico donde se
transforma en energía eléctrica.
La energía hidroeléctrica es electricidad generada aprovechando la energía del
agua en movimiento. La lluvia o el agua de deshielo, provenientes normalmente de
colinas y montañas, crean arroyos y ríos que desembocan en el océano. La energía
que generan esas corrientes de agua puede ser considerable, como sabe cualquiera
que haya hecho descenso de rápidos.
Este tipo de energía lleva años explotándose. Los agricultores, desde la Grecia
antigua han utilizado molinos de agua para moler trigo y hacer harina. Localizados
en los ríos, los molinos de agua recogen el agua en movimiento en cubos situados
alrededor del molino. La energía cinética del agua en movimiento gira el molino y
se convierte en la energía mecánica que mueve el molino.
A finales del siglo XIX, la energía hidroeléctrica se convirtió en una fuente para
generar electricidad. La primera central hidroeléctrica se construyó en Niagara Falls
en 1879. En 1881, las farolas de la ciudad de Niagara Falls funcionaban mediante
energía hidroeléctrica. En 1882, la primera central hidroeléctrica del mundo
comenzó a funcionar en Estados Unidos en Appleton, Wisconsin.
Una central hidroeléctrica clásica es un sistema que consiste en tres partes: una
central eléctrica en la que se produce la electricidad; una presa que puede abrirse
y cerrarse para controlar el paso del agua; y un depósito en que se puede almacenar
agua. El agua de detrás de la presa fluye a través de una entrada y hace presión
contra las palas de una turbina, lo que hace que éstas se muevan. La turbina hace
girar un generador para producir la electricidad. La cantidad de electricidad que se
puede generar depende de hasta dónde llega el agua y de la cantidad de ésta que
se mueve a través del sistema. La electricidad puede transportarse mediante cables
eléctricos de gran longitud hasta casas, fábricas y negocios.

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Tipos de aprovechamientos
El objetivo de un aprovechamiento hidroeléctrico es convertir la energía potencial
de una masa de agua situada en un punto - el más alto del aprovechamiento – en
energía eléctrica, disponible en el punto más bajo, donde está ubicada la casa de
máquinas. La potencia eléctrica que se obtiene en un aprovechamiento es
proporcional al caudal utilizado y a la altura del salto De acuerdo con la altura del
salto los aprovechamientos pueden clasificarse en.
• De alta caída: salto de más de 150 m
• De media caída: salto entre 50 y 150 m
• De baja caída: salto entre 2 y 20 m Estos límites son arbitrarios y solo constituyen
un criterio de clasificación.
Otra clasificación en función del tipo de central sería la de:
• Aprovechamientos de agua fluyente
• Centrales a pie de presa con regulación propia
• Centrales en canal de riego o tubería de abastecimiento de agua
• Centrales ubicadas en plantas de tratamiento de aguas residuales.
Aprovechamientos de agua fluyente
Son aquellos aprovechamientos que no disponen de embalse regulador, de modo
que la central trabaja mientras el caudal que circula por el cauce del río es superior
al mínimo técnico de las turbinas instaladas, y deja de funcionar cuando desciende
por debajo de ese valor. Dentro de este concepto, y dependiendo de la topografía
del terreno, pueden diferenciarse varias soluciones: Los aprovechamientos de
media y alta caída en ríos de fuerte pendiente, utilizan un azud o presa,
generalmente de baja altura, que remansa el agua elevando su cota para desviarla
hacia una estructura de toma. Desde esta, una tubería a presión conduce el agua
directamente a la central. Las tuberías a presión son relativamente caras por lo que
esta solución muchas veces tiene un coste elevado. La alternativa es llevar el agua
por un canal de poca pendiente, que discurre paralelo al río, hasta la cámara de
carga, desde la que una tubería forzada la conduce a presión a la casa de máquinas.
Si las características topográficas o morfológicas del terreno no son favorables, el
canal puede no ser la solución óptima. En estos casos, una tubería de baja presión,
con una pendiente superior a la del canal, puede resultar más económica. A la salida
de las turbinas el agua se restituye al cauce mediante un canal de desagüe.

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Centrales de pie de presa
Un aprovechamiento hidroeléctrico no puede permitirse la construcción de un gran
embalse, dado el elevado coste de la presa y sus instalaciones anexas. No obstante,
si existen embalses construidos para otros usos - regulación de caudal, protección
contra avenidas, riegos, alimentación de agua potable, etc. - se puede generar
electricidad con los caudales excedentes, o con los desembalses para riegos y
abducción de agua, e incluso con el caudal ecológico que está obligado a mantener
el embalse.
En este caso es necesario comunicar el nivel de aguas arriba con el de aguas abajo,
mediante una estructura hidráulica en la que se inserte la turbina. Si la presa tiene
una salida de fondo la solución es obvia. Si no existiera ninguna toma de agua
prevista podría utilizarse una toma por sifón, solución muy elegante que no exige
realizar obras de fábrica en la presa y el conjunto puede ser transportado a obra,
completamente pre-montado. La solución es adecuada para presas de hasta 10 m
de altura y turbinas de no más de 1 MW, aunque exista un ejemplo en Suecia, de

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una toma de sifón en una central de 11 MW, y varias tomas de sifón con alturas de
hasta 30 m en los Estados Unidos.
Período de diseño

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Es el tiempo que se supone la obra estará trabajando al 100% de su capacidad. El
periodo de diseño, está ligado a los aspectos económicos, por lo que no se deben
desatender los aspectos financieros. Esto tiene como consecuencia que el
ingeniero, trate de diseñar las obras modularmente para que la construcción de los
sistemas se vaya realizando conforme se requiera.
Para determinar el período de diseño se tendrá en cuenta la tendencia del
crecimiento de la población.
TAZA PERIODO DE DISEÑO
<1 20 - 30 25
1 – 2 15 - 25 20
>2 10 - 20 15
20
Vida Útil
La “vida útil” se considera al tiempo en que las obras estarán en servicio al 100%
sin que tengan unas erogaciones de operación y mantenimiento elevadas. El tiempo
está determinado por la duración de los materiales de que estén hechos los
componentes de la obra
Potencia de una central hidroeléctrica
La potencia de una central hidroeléctrica se mide generalmente
en megavatios (MW) y se calcula mediante la fórmula siguiente:
Donde:
 Pe = potencia en vatios (W)
 ρ = densidad del fluido en kg/m³
 ηt = rendimiento de la turbina hidráulica (entre 0,75 y 0,94)
 ηg = rendimiento del generador eléctrico (entre 0,92 y 0,97)
 ηm = rendimiento mecánico del acoplamiento turbina alternador
(0,95/0.99)
 Q = caudal turbinable en m³/s
 H = desnivel disponible en la presa entre aguas arriba y aguas
abajo, en metros (m)
En una central hidroeléctrica se define:

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 Potencia media: potencia calculada mediante la fórmula de
arriba considerando el caudal medio disponible y el desnivel
medio disponible.
 Potencia instalada: potencia nominal de los grupos
generadores instalados en la central.

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IV. Cálculos y resultados
a.- Datos
Caudales
enero feb. marzo abril mayo junio julio ago. set. oct. nov. dic.
Qmax(m3/s) 11.9 15.2 19.4 16.3 9.9 5.1 5.3 3.4 3.8 5.6 7.2 8.7
Qmin(m3/s) 1.11 1.43 1.82 1.51 0.91 0.51 0.5 0.3 0.4 0.5 0.7 0.8
Qmed(m3/s) 3.42 4.35 5.55 4.67 2.84 1.46 1.5 0.98 1.08 1.62 2.06 2.49
Datos firmados y aprobados por el docente ver hoja borrador al final
Población
18000 habitantes
b.- Cálculos
- Potencia: interpolamos de tabla para 10 000 y 20 000 habitantes
población potencia
10000 550
18000 1070
20000 1200
Datos firmados y aprobados por el docente ver hoja borrador al final
Asumiendo
Población: Pn
Potencia: P

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Utilizaremos la siguiente fórmula
𝑃𝑟 = 𝑃0 +
𝑃𝑛𝑟 − 𝑃𝑛1
𝑃𝑛2 − 𝑃𝑛1
(𝑃2 − 𝑃1)
𝑃𝑟 = 550+
18000− 10000
20000− 10000
(1200− 550)
Por tanto la potencia requerida será: 1070
- Caudal: utilizaremos la siguiente fórmula
𝑃 = 7.5 ∗ 𝑄 ∗ 𝐻
Para:
P: potencia
Q: caudal
H: diferencia de cotas entre el canal y la casa de maquinas
Tenemos de datos.
Potencia: 1070
Altura: 130
𝑄 =
1070
7.5 ∗ 130
Por lo tanto el caudal será 1.097 m3/s

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V. Conclusiones
 La población estimada es de 18 000 habitantes
 La potencia requerida para esta cantidad de habitantes es de 1070
 el desnivel entre casa de máquinas y el canal es de 130 metros
 el caudal requerido para estas condiciones es de 1.097 m3/s
VI. Bibliografía
 MATAIX, Claudio. Turbo máquinas Hidráulicas.editorial Gaceta.1998
 Hidráulica de los Canales Abiertos. Ven Te Chow. Editorial Diana, México,
1983. ISBN 968-13-1327-5
 Separa del Docente del Curso