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DIMENSIONAMIENTO DE
PEQUEÑAS CENTRALES
HIDROELECTRICAS
Prof: Ramiro Ortiz Flórez (PhD)
Laboratorio de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas
Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica - EIEE
![Page 2: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/2.jpg)
Agenda
1. Importancia de PCH s..
2. Limitantes de las PCH s.
3. Tipos de PCH s.
4. Evaluación Hidroenergética.
5. Dimensionamiento.
![Page 3: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/3.jpg)
Importancia de las Centrales Hidroeléctricas CHE s.
1. Solución de problemas de costos crecientes y dificultades en el abastecimiento de combustible.
2. Tecnologías de fácil adaptación.
3. Reducido costo de operación.
4. Reducido costo y simplicidad de mantenimiento.
5. Larga vida útil.
6. Impacto ambiental reducido.
7. Reducción de emisiones de efecto invernadero.
8. Puede compatibilizarse el uso del agua para otros fines mejorando el esquema de inversiones.
![Page 4: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/4.jpg)
Limitantes de las CHE s
1. Requieren de elevadas inversiones unitarias por Kilovatio instalado.
2. Estudios costosos en relación a la inversión total.3. Aplicación condicionada a la disponibilidad de recursos
hidroenergeticos, generalmente retirados de los puntos de demanda.
4. La producción de energía es afectada por condiciones metereológicas estacionales.
5. Es necesario resolver eventuales contradicciones en las prioridades del uso del agua.
6. Su continuidad operativa depende de las características tecnológicas de las instalaciones, de una adecuada base económica productiva para el aprovechamiento de la energía generada y de adecuados esquemas institucionales para la administración, operación y mantenimiento.
![Page 5: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/5.jpg)
TIPOS DE PCH s
PCH Aislada PCH Interconectada
maxD
T
PCH
T PP
maxD
T
PCH
T díadíaEE
PCH
MáxE
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Perfil de la demanda
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Horas
kW
Residencial Demanda Industrial Servicios públicos
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0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Años
kW
Residencial Industrial Servicios públicos
Proyección de la demanda
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Evaluación Hidroenergética
1. Evaluación del potencial hidroenergético.
2. Radio de transmisión de energía.
3. Evaluación energética del recurso.
![Page 9: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/9.jpg)
Evaluación del potencial hidroenergético
Hidrología
Cartografía y Topografía
Geología y Geomorfología
Impacto Ambiental
Socio - económico
HQPPCH **81.9
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![Page 11: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/11.jpg)
0
500
1000
1500
2000
2500
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220L (Km)
Q (m3/s) H (m) P (MW)
Perfil Hidroenergético del Área de la
Cuenca
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Indicadores Energéticos
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 30 60 90 120 150 180 210
L (KM)
i (M
W/K
m)
0
1
2
3
4
5
6
7
0 30 60 90 120 150 180 210
L (Km)
a (
MW
/Km
2)
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PCH Aislada PCH Interconectada
maxD
T
PCH
T PP
maxD
T
PCH
T díadíaEE
PCH
MáxE
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Radio de transmisión de energía
![Page 15: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/15.jpg)
Evaluación energética del recurso.
![Page 16: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/16.jpg)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 20 40 60 80 100 120 140
Histograma Q = f(t)
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0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Curva de frecuencias Q= f(%)
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0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30%
Curva de probabilidades Q = f(%)
10
11
12
13
14
15
16
0% 10% 20% 30% 40%
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Nivel máximo msnm
Nivel mínimomsnm
AlturaH (m)
Pérdidas por altura(10 %)
Eficiencia de los equipos
Pérdidas totales
1063,7 990,0 73,65 0,90 0,80 0,72
Información básica
Potencia y Energía
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0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Energía
Energía firmeEnergía adicional
![Page 21: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/21.jpg)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Factor de carga
![Page 22: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/22.jpg)
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 50 100
Factor de carga en función del
caudal
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 10 20 30 40 50
Factor de carga en función de
la potencia
![Page 23: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/23.jpg)
Información básica
U$A/kW inst(2000 $/U$A)
$/kWh Vida útil (años)
1500 100 20
Inversión
![Page 24: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/24.jpg)
Costos por potencia
![Page 25: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/25.jpg)
0
20
40
60
80
100
120
140
0 20 40 60 80 100
Potencia e inversión en función del caudal
Potencia (MW) Inversión (Miles de Millones $)
![Page 26: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/26.jpg)
0
20
40
60
80
100
120
140
0 20 40 60 80 100
Inversión, ingresos anuales y
amortización en función del
caudal
Inversión (Miles de Millones $)
Ingresos (Miles de Millones $*año)
0
2
4
6
8
10
12
14
0 20 40 60 80 100
Ingresos anuales y
amortización en función del
caudal
Ingresos (Miles de Millones $*año)
Amortizacion (años)
![Page 27: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/27.jpg)
0
20
40
60
80
100
120
140
0 10 20 30 40 50
Inversión, ingresos anuales y
amortizacion en función de la
potencia (MW)
Inversión (Miles de Millones $)
Ingresos (Miles de Millones $*año)
0
2
4
6
8
10
12
14
0 10 20 30 40 50
Ingresos anuales y amortización
en función de la
potencia (MW)
Ingresos (Miles de Millones $*año)
Amortizacion (años)
![Page 28: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/28.jpg)
0
1
2
3
4
5
6
7
0 20 40 60 80 100
Relación entre la venta energía
durante 20 años y la Inversión
en función del caudal
0
1
2
3
4
5
6
7
0 20 40 60
Relación entre la venta energía
durante 20 años y la Inversión
en función de la potencia
![Page 29: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/29.jpg)
Proyectos
Energíafirme
Q prom mes
H (m)Potencia
(MW)Amortización
(años)Factor de
carga
Venta energía durante 20 años/
Inversión
2,78% 64,60 73,65 33,61 10,2 0,34 2,0
15,28% 39,56 73,65 20,58 6,6 0,52 3,0
60,42% 15,00 73,65 7,80 3,9 0,89 5,2
77,78% 13,09 73,65 6,81 3,7 0,93 5,4
![Page 30: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/30.jpg)
Costos por potencia
![Page 31: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/31.jpg)
Dimensionamiento.
![Page 32: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/32.jpg)
PEQUEÑA CENTRAL HIDROELÉCTRICA EN
DERIVACION
![Page 33: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/33.jpg)
PEQUEÑA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
EN DERIVACION
![Page 34: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/34.jpg)
Estructuras Hidráulicas
![Page 35: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/35.jpg)
Captación Tipo Tirol
![Page 36: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/36.jpg)
Captación Lateral
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Conducción Abierta
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Vertederos y Compuertas
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Viaductos y Sifones
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Conducción Cerrada
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Desarenador
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Tanque de Carga y Desarenador
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Conducción a Presión
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Válvula esférica y disco
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Equipos Electromecánicos -Hidrogrupo
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Hidro-grupo de eje vertical
Ventajas:
Posibilidad de colocar el generador en un nivel superior al de las aguas turbinadas.
Inconvenientes:
Transmisión mecánica para acople con el generador.
Cojinete adicional para las cargas verticales.
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Hidrogrupo de eje horizontal
Ventajas Cojinetes normales. Transmisión directa por acoplamiento a
ejes horizontales. inspección fácil.Inconvenientes Cimentaciones de mayor extensión
superficial. Pérdidas de carga en el codo del tubo
difusor.
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Número de Unidades
1. Eficiencia:
Oscilación en la demanda de energía (Dmáx y Dmin).
Oscilación del Caudal (Qmáx y Qmin).
1. Estabilidad a las oscilación en la demanda de energía eléctrica.
2. Estabilidad al golpe de ariete.
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Número de Unidades
Costo unitario del grupo.
Fabricación seriada.
Transporte.
Montaje.
Equipo tropicalizado.
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Turbinas Hidráulicas
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![Page 53: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICASshplab.univalle.edu.co/documentos/Dimensionamiento PCH.pdf · Agenda 1. Importancia de PCH s.. 2. Limitantes de las PCH s. 3. Tipos de PCH s. 4](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022022713/5c48fe3f93f3c317606fdfda/html5/thumbnails/53.jpg)
Generador Eléctrico
Asíncrono
Entrega solo Potencia activa.
Menor costo por unidad de potencia.
No requiere sincronoscopio.
Más estable al CC
Sincrónico
Entrega Potencia activa y reactiva.
Mayor costo por unidad de potencia.
Requiere sincronoscopio.
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Motores asíncronos como
generadores y bombas como
turbinas.
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