INSTITUTO TECNOLOGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE LOS CABOS

¨Por una patria con sabiduría y espíritu de progreso¨

6IE-02V

Clasificasion de las centrales hidroelectricas

Sistemas y maquinas de fluidos

Isrrael Cota Robinson

Jairo Herrera Rodriguez

Brenda Michelle Navarro Vargas

Jose Emanuel Garcia Galicia

Ricardo Natanael Garfias Baltierra

Martin Alejandro

Emanuel Balbino Rosalio

06/03/2015

CENTRALES HIDROELECTRICAS

Cada central hidroeléctrica constituye un proyecto distinto de los demás.

La central se ha de adaptar a la configuración del terreno y las características que ofrece el salto de la naturaleza. Porque la naturaleza no ofrece simplemente una potencia hidráulica bruta, por ejemplo, de 100.000 kW, sino que esta misma potencia en veinte sentidos distintos del globo que ofrece las configuraciones del terreno distintas y con caudales y saltos brutos distintos.

CLASIFICACION DE LAS CENTRALES

Primeramente tenemos los tipos centrales según el tipo de ensamble.

Las centrales se clasifican en:

1.- Centrales de agua fluyente

No tienen embalse propiamente tal. El agua o se utiliza en las turbinas o se derrama por el aliviadero de la central. Son los mas frecuentes y entre ellas se encuentran la centrales de mas potencia. Son centrales de llanura. Se caracterizan por un gran caudal y poca altura. La central se instala en el curso mismo del rio o en el canal desviado, después de interceptar el mismo por un dique de contención. Se pueden subclasificar en centrales con reserva, diaria o semanal (la reserva no supone propiamente un embalse) o sin reserva. En las primeras se ensancha algo el curso del rio para una cierta acumulación de agua.

Aprovechamiento por derivación del agua y sin embalse.

Las Centrales de Agua Fluyente o Pasada se basan en la caída natural del

agua de ríos con un caudal regular, siendo éste muy variable dependiendo de

la hidrología. Su función es desviar el cauce de agua de un río y dirigirlo

hacía las turbinas.

El proceso suele iniciarse en un azud o presa de derivación, donde se desvía

el agua por un canal hasta una cámara de carga. Desde allí parte una tubería

que lleva el agua hasta la turbina, situada en el edificio de la central, junto

con el generador eléctrico. Luego el agua se devuelve al río a través de un

canal de desagüe.

Las turbinas reciben el caudal disponible del río, con sus variaciones de

estación en estación, con lo que a veces el agua sobrante se pierde por

rebosamiento. Para evitarlo, a veces se añade un embalse relativamente

pequeño. En estas centrales las turbinas pueden ser de eje vertical, cuando

el río tiene una pendiente fuerte u horizontal cuando la pendiente del río es

baja.

Dos ejemplos de Centrales de Agua Fluyente son la Presa de Olaberri en el valle del Leitzarán, Guipuzcoa, y las Cataratas del Niágara, situada en la frontera entre Estados Unidos y Canadá.

2.- Centrales con embalse

Esta aprovecha un meandro de de cauce natural del rio, tubería forzada (o tubería en la cual el agua se encuentra bajo presión) y central.

El canal se construye con poca pendiente y gran sección transversal que disminuye las perdidas y aprovecha al máximo la energía que perderá en el lecho natural tortuoso del rio.

El embalse tiene por objeto regular las aportaciones del caudal de los ríos. Los embalses pueden ser destinados por su capacidad de acumulación de regulación mensual, anual o hiperanual. La acertada selección económica de la capacidad de un embalse depende de un gran número de factores y en particular del coste de la obra, que dependen del primer lugar de la configuración natural del terreno.

En estadísticas las grandes presas europeas en servicio en el año 1974, España figura en el primer lugar con 573 presas, de las cuales el 42% son utilizados en conexión con centrales hidroeléctricas.

Aprovechamiento por acumulación/retención del agua. Este es el tipo más

frecuente de central hidroeléctrica. Mediante la construcción de una o más

presas, se forman embalses que se utilizan para retener grandes cantidades

de agua y regular la cantidad de agua que pasa por las turbinas.

Al contrario que las anteriores, disponen de un embalse de agua que regula

la cantidad de agua que pasa a las turbinas, regulando, además, el caudal

del río. Suelen ser centrales con grandes caídas de agua y poco caudal, y su

producción de electricidad se puede adaptar a la demanda.

El dique establece una corriente no uniforme y modifica la forma de la

superficie libre del río antes y después de éste que toman forma de las

llamadas curvas de remanso. El establecimiento de las curvas de remanso

determinan un nuevo salto geodésico aprovechable.

Con estas centrales puede producirse energía eléctrica durante todo el año,

incluso aunque el río se seque durante algunos meses, si se dispone de

reservas suficientes. Por lo general requieren de una inversión de capital

mayor que las de agua fluyente, pero en la mayoría de los casos permiten

usar toda la energía posible y producir kilovatios-hora más baratos.

La Represa de Itaipú, entre Brasil y Paraguay es una Central de Embalse o

Reserva y una de las más grandes del mundo. Otra Central de este tipo es la

Presa de Atazar en Madrid.

Enseguida se muestran las centrales de acumulamiento por bombeo.

3- ACUMULAMIENTO POR BOMBEO

Una central hidroeléctrica de bombeo es un tipo especial de central hidroeléctrica que tiene dos embalses. El agua contenida en el embalse situado en el nivel más bajo —embalse inferior—, es bombeada durante las horas de menor demanda eléctrica al depósito situado en la cota más alta —embalse superior—, con el fin de turbinarla, posteriormente, para generar electricidad en las horas de mayor consumo eléctrico.

Por tanto, estas instalaciones permiten una mejora en la eficiencia económica de la explotación del sistema eléctrico al almacenar electricidad en forma de agua embalsada en el depósito superior. Constituye en la actualidad la forma más económica de almacenar energía eléctrica.

Las centrales que no tienen aportaciones de agua significativas en el embalse superior se llaman centrales de bombeo puro. En otro caso, se denominan centrales mixtas de bombeo.

Estas a su vez se clasifican en 4 tipos de centrales por bombeo, las cuales se describen a continuación:

CENTRALES SEPARADAS PARA BOMBEO DE GENERACION

Estas centrales reciben el nombre de centrales de acumulación por bombeo. Las máquinas utilizadas en este tipo de instalaciones pueden ser grupos ternarios, turbino-bombas y centrales separadas para bombeo y generación, y hay que tener en cuenta que su rendimiento es menos que el de una central hidroeléctrica normal, puesto que hay que consumir más energía en bombear un determinado caudal de agua que a la que se obtiene turbinando ese mismo caudal desde la altura a la que se ha elevado el bombeo.

Central de acumulación por bombeo con centrales separadas para bombeo y generación

LAS CENTRALES CON GRUPOS CUATERNARIOS.

En la misma central grupos motor bomba exclusivamente para bombeo y grupos turbina-generador exclusivamente para generación.

LAS CNTRALES CON GRUPOS TERNARIOS

Cada grupo se compone de tres máquinas: bomba, motor-alternador síncrono y turbina. La turbina eléctrica es, pues, una maquina reversible, pero las maquinas hidráulicas son dos distintas

CENTRALES CON GRUPOS BINARIOS

Cada grupo se compone de dos máquinas solamente, una maquina eléctrica; motor alternador síncrono y una maquina hidráulica: bomba turbina reversible.

TURBINAS KAPLAN

En las turbinas Kaplan sin cámara espiral la admisión del fluido se realiza mediante un conducto de toma, los álabes del distribuidor se encuentran situados en un plano perpendicular al eje de la turbina y el rodete de la misma se encuentra situado en la prolongación del tubo de admisión. Desde el punto de vista hidráulico, esta disposición es más eficiente que la de las turbinas Kaplan con cámara espiral, en las que el flujo entra horizontalmente en la cámara espiral, donde adquiere una dirección de desplazamiento tangencial, girando hacia el centro de la turbina a través del redistribuidor y

del distribuidor, girando 90º para atravesar el rodete y luego (si el tubo de aspiración es de tipo acodado) girando otros 90º para salir horizontalmente.

Dentro de esta clase de turbinas Kaplan se pueden encontrar dos configuraciones básicas:‐ Turbinas en S con el codo aguas arriba: en ellas el conducto de admisión gira un cierto ángulo orientando el flujo hacia el rodete, lo que permite la salida del eje de la turbina; después de este giro se encuentran el pre distribuidor y el distribuidor, en los que se dota al flujo de un movimiento rotacional para un adecuado intercambio de energía con el rodete, tras el que se encuentra el tubo de aspiración, que puede ser acodado o troncocónico.‐ Turbinas en S con el codo aguas abajo: el conducto de admisión suele ser horizontal y el flujo atraviesa el pre distribuidor, el distribuidor y el rodete, tras el cual se encuentra con un giro del tubo de aspiración hacia abajo, que permite sacar el eje de la turbina, y después con un nuevo codo se vuelve a una orientación horizontal. Se puede concluir que el único elemento que presenta diferencias significativas respecto a los componentes de una turbina Kaplan con cámara espiral es el distribuidor.

TURBINA DERIAZ

Esta turbina, es el resultado de combinar las características de la turbina Francis rápida con la turbina Kaplan, con el objetivo de lograr una turbina que utilizara la altura aprovechable en los rangos de 20 a 200 m. Para este fin las palas están colocadas formando un ángulo de 45 grados con el eje de la turbina, condición esta que le exige al flujo una trayectoria diagonal al pasar a través del rotor. El número específico de revoluciones varía de 150 a 450 rpm. Por la facilidad de mover las palas en su posición diagonal y debido a su forma, este tipo de turbinas tiene reversibilidad de trabajar como bomba, razón está que le ha permitido ser utilizada en centrales hidroeléctricas de acumulación de bombeo.

TURBINA FRANCIS

La turbina Francis fue desarrollada por James B. Francis. Se trata de

una turbomáquina motora a reacción y de flujo mixto.

Las turbinas Francis son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar para un

amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de

desnivel que van de los dos metros hasta varios cientos de metros. Esto,

junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más

ampliamente usado en el mundo, principalmente para la producción de

energía eléctrica en centrales hidroeléctricas.

BOMBA TURBO DE DOS VELOCIDADES

Una turbobomba es una turbomáquina formada por dos componentes básicos: una bomba rotodinámica y una turbina de gas propulsora. A menudo están montadas solidarias sobre el mismo eje, pero que también pueden ir engranadas. El objetivo de una turbobomba es generar un flujo de un fluido, generalmente líquido, a presión para alimentar una cámara u otro dispositivo.

Las turbobombas pueden ser de dos tipos en función del tipo de bomba: con bomba centrífuga, en la que el bombeo se lleva a cabo expulsando un fluido a alta velocidad, o una bomba axial, en el que la alternancia de álabes rotativos y estáticos aumenta la presión del fluido gradualmente.

CENTRALES MAREMOTRICES

SEGÚN LA POTENCIA

1.- Microcentrales

Potencia máxima, 99kW

2.- Centrales de pequeña potencia

Potencia de 100 a 999kW

3.- Centrales de potencia media

Potencia de 1000 a 9.999 kW

4.- Centrales de gran potencia

Potencias superiores a 10.000 kW

SEGÚN LA ALTURA DE SALTO

En este lugar como siempre que no se especifica lo contrario, se entiende por salto la altura neta, que suele ser menor, a la altura bruta.

La clasificación de las centrales según la altura de salto es la más importante porque el salto neto más que ninguna otra característica es el que determina tanto la obra civil, (presa, canal de derivación, conducto forzado, central) cuanto el tipo de turbina así como la velocidad del grupo y el tipo de alternador.

También aquí los límites de saltos que se indican son convencionales:

1.- Saltos de pequeña altura

Altura neta h=<que 14.99 m

2.- Saltos de mediana altura

15.00<= h <= que 49.99m

3.- Saltos de gran altura h>= a 50m

SEGÚN LA ECONOMIA DE LA EXPLOTACION

Las centrales se clasifican en:

1.- Centrales independientes

Alimentan una red individual no conectada a otras centrales

2. - Centrales interconectadas

Alimentan una red común junto con otras centrales hidráulicas, térmicas, convencionales o nucleares. La tendencia moderna como sucede en España es crear una red nacional única con interconexión de todas las centrales incluso las pequeñas.

SEGÚN EL LUGAR DE INSTALACION

1.- Centrales de agua fluyente

La central intercepta el curso del rio

2.- Centrales de pie de presa

La central se construye al pie del embalse.

3.- Centrales subterráneas

Se desarrollaron grandemente en Suecia, en la última Guerra mundial para protección contra protección contra ataques aéreos; en la actualidad, gracias al desarrollo de la técnica de construcción de túneles, han adquirido un gran auge en el mundo entero y en muchos casos constituyen la solución más económica.

Bibliografia

Mecanica de fluidos y maquinas hidraulicas , segunda edicion, Claudio Mataix

http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m200018/doc1.pdf

http://www.ecovive.com/centrales-segun-la-afluencia-del-caudal

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/interesantes/centrales/

http://es.slideshare.net/martinbarraza14/plantas-hidroelectricas

http://energialternativaitm.blogspot.mx/2010/10/blog-post_29.html