Javier Samuel Gho Barba, Ingeniero Químico Diplomado en Sistemas y Tecnologías Energéticas (UNU)
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- Julia de la Cruz Navarro
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1 Javier Samuel Gho Barba, Ingeniero Químico Diplomado en Sistemas y Tecnologías Energéticas (UNU) Presentación realizada en P. Universidad Católica Santiago (Chile), 31 de Mayo de
2 EL ENFOQUE DE LA ENERGÍA PARA EL SIGLO XXI 1.Reducir demanda (ahorro de energía) 2. Usar combustibles fósiles de la forma más eficiente y limpia posible 3. Maximizar el uso de fuentes de energías renovables 2
3 Campo de aplicación de turbinas hidráulicas 3
4 (-) (+) Q [m 3 /s] H [m] (+) (-) 4
![H [m] (+)](/docs-images/44/15864554/images/page_4.jpg "(-) 4")
5 Rendimiento de las turbinas 5
6 Fórmula de Cálculo de Potencia Hidráulica instantánea P [kw] = 9,81 * e * Q [m 3 /s] * Hneta [m] En la práctica se puede emplear (estimación conservadora): P [kw] = 7 * Q [m 3 /s] * Hbruta [m] Fórmula de Cálculo de Energía Hidráulica (embalsada) P [kwh] = 2,73 * 10-3 * V [m 3 ] * H [m].hay que considerar una eficiencia en la conversión 6
![Q [m 3 /s] * Hbruta [m] Fórmula de Cálculo de Energía Hidráulica (embalsada) P [kwh]](/docs-images/44/15864554/images/page_6.jpg "= 2,73 * 10-3 * V [m 3 ] * H [m].")
7 ERNC es un matching entre OO y Dda Energética RECURSO MAQUINA (CONVERSOR) Viento Turbina Eólica Sol Módulo FV ó Sistema Térmico Agua Turbina Hidráulica 7
8 Sistema Híbrido Melinka (Eólico + Diesel + Inversores con BB)
9 Sistema Híbrido Melinka (Eólico + Diesel + Inversores con BB)
10 Sistema Híbrido Melinka (Eólico + Diesel + Inversores con BB)
11 RECURSOS HIDRICOS PARA MCH 11
12 ETAPAS DE UN PROYECTO DE MCH o PCH Perfil de Proyecto ó Evaluación Preliminar de Sitio Prefactibilidad / Factibilidad Técnico Económica Proyecto Ingeniería Básica Proyecto Ingeniería de Detalles 12
13 13
14 ETAPAS DE PROYECTO Ciclo Proyecto y los Aspectos Ambientales Estudio de Prefactibilidad / Factibilidad Ingeniería Básica Ingeniería de Detalle Consideración de variables ambientales en diseño del proyecto Evaluación de sustentabilidad Análisis de aspectos Socio-ambientales (comunidades locales) Análisis de Alternativas de Localización desde la perspectiva ambiental Estudios de Línea Base (Medio Físico, Biótico, Humano) Análisis Preliminar de Impactos Determinación del Plan de Manejo Preliminar Construcción Evaluación Detallada de Impactos Detalles del Plan de Manejo Especificaciones Técnicas Ambientales Inspección Ambiental Aplicación del Plan de Manejo 14
15 Caracterización sitios para PCH Parámetro Caracterización MCH 1 MCH MCH n Altura de Carga bruta (H bruta) Qm (mensual/año) (DGA, otros) Área drenaje cuenca (Km 2 ) BT/ Restitución (medida/estimada) Distancia (BT/Restitución) Tipo Suelos /sectores roca (sendas / requerimiento de túnel) Acceso a Caminos Línea eléctrica (SE, KV red) Carta IGM/ CIREN Corfo Legales (suelos /Der. de Agua) Regulación (laguna) Conexión (aislada/red) Valor Energía (US$/MWh) Precipitaciones (mm/mes, mm/año) Estadística (lluvias/ caudales) Requerimientos Ambientales (DIA /EIA) 15
16 Pequeñas Centrales Hidroeléctricas de Pasada MCH y PCH Características (Obras y componentes) 16
17 Características de la Pequeñas centrales hidroeléctricas de Pasada Participan del MDL (generan bonos de carbono) Permiten generación y consumo en el lugar No caducan por sedimentos (Vida útil solo limitada por OO CC) ni deterioran los cursos de agua (eutrificación o uso como basureros) El diseño permite mantener condiciones ambientales para la supervivencia de la biota acuática Permiten mantener ecología de los bordes de las riberas No afectan migración de las poblaciones de peces Permiten manejar las crecidas en condiciones similares a la situación sin proyecto 17
18 Características de la Pequeñas centrales hidroeléctricas de Pasada Continuidad del flujo (Vertedero de Excedencia) que las hace compatibles con la operación de sistemas de riego (adecuadas para proyectos con Asociaciones de Canalistas /Regantes) El arrastre y transporte de sedimentos se mantiene Propiedad de particulares (dueños e terrenos y/o aguas) D. de Aprovechamiento segmentan tramos cortos Corto período de idea-implementación ( 2-3 años) Menores costos de inversión permite que sean abordadas por privados evitando consorcios y concentración de propiedad. Rara vez provocan migración o traslado de asentamientos humanos (DIA en vez de EIA) 18
19 Zona de Proyecto PCH 6 MW (Mantiene ecología de riberas) 19
20 Subsistema Bocatoma para canal 11 m3/s 20
21 BOCATOMA TIROLESA ESCALA DE PECES 21
22 22
23 Canal de Aducción 23
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25 Canal aducción Vertedero rechazo de carga Cámara de Carga Tubería de Presión Casa de Máquinas Restitución al cauce 25
26 Subsistema Cámara de Carga 26
27 Cámara de Carga 27
28 VERTEDERO RECHAZO DE CARGA 28
29 29
30 30
31 Casa de Máquinas 31
32 Carta Topográfico IGM Curso del Río Zona de Deshielo Análisis de características de la cuenca pendientes, uso de terreno, área aportante, vegetación, etc. Análisis de datos fluvioy pluviométricos Analizar datos de caudales de ríos y estaciones pluviométricas cercanas Ubicación del Proyecto Limite de la Cuenca Aportante Síntesis de caudales mensuales y crecidas Para estimar potencial energético y para diseñar obras civiles y equipos Estudio de Hidrología Caudal ecológico /caudal mínimo Caudal para sostener actividad biológica en el rio (ej. 10% de caudal normal, 50% de mínimo, etc.) 32
33 Selección del caudal de diseño Q
34 Centrales de Pasada (PMGD) y Orografía 34
35 35
36 Centrales de Pasada (PMGD) y Orografía P = 9,81 * e* Q * h Turbinas de reacción de mayor costo de OO CC P = 9,81 * e * Q * H Turbinas de Impulso con menor costo de OO CC 36
37 Ejemplos de Mini y Pequeñas Centrales EJEMPLOS 37
38 Centrales de Pasada Recuperación antiguas centrales Derivación con azud Centrales de pie de presa Bypass en acueductos Bombas como turbinas (Aprovechamiento de Relaves) 38
39 MCH Termas de Puyehue kw Circa 1938 D.C. Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación kw ) > RED Operando a la fecha 39
40 MCH Termas de Puyehue kw Circa 1938 D.C. Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación kw ) > RED Ahora operando y vendiendo a la red 40
41 MCH Termas de Puyehue kw Circa 1938 D.C. Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación kw ) > RED BOCATOMA Ahora operando y vendiendo a la red 41
42 MCH Termas de Puyehue kw Circa 1938 D.C. Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación kw ) > RED TURBINA SIEMENS SCHÜCKERT Ahora operando y vendiendo a la red 42
43 MCH Termas de Puyehue kw Circa 1938 D.C. Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación kw ) > RED TURBINA SIEMENS SCHÜCKERT Ahora operando y vendiendo a la red 43
44 MCH Termas de Puyehue kw Circa 1938 D.C. Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación kw ) > RED TURBINA SIEMENS SCHÜCKERT Ahora operando y vendiendo a la red 44
45 MCH Termas de Puyehue kw Circa 1938 D.C. Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación kw ) > RED TURBINA SIEMENS SCHÜCKERT Ahora operando y vendiendo a la red 45
46 MCH LONCOCHE 215 kva Hb = 4,6 m Circa 1927 Casa de Máquinas 46
47 MCH LONCOCHE 215 kva Hb = 4,6 m Circa 1927 Generador 47
48 MCH LONCOCHE 215 kva Hb = 4,6 m Circa 1927 Tablero de mármol 48
49 MCH Gorbea 150 kw Hb = 5m Circa 1926 Casa de Máquinas Nivel de crecida (primera semana Septiembre 2008) Por qué? Operó hasta Aparición del SIC con + kw y - $/kwh 49
50 MCH Gorbea 150 kw Hb = 5m Circa 1926 Así está a Marzo de
51 51
52 El concepto de la turbina de pozo Turbina Francis eje horizontal cojinetes sistema Wülfel, salida con tubo de aspiración en hormigón, para instalar en cámara abierta. 52
53 MCH Gorbea 150 kw Hb = 5m Circa 1926 Así estaban las Obras de Arte. 53
54 ESQUEMA GENERAL MCH CON TURBINA DIVE Tipo axial vertical Rotor con álabes de paso fijo Contenedor para tableros de fuerza y control Potencia 400 kw 54
55 Diagrama de generación CA Hz / CC / CA 50 Hz 55
56 56
57 57
58
59 59
60 Instalación turbine Dive (Alemania)
61 61
62 62
63 MCH Molino Villarrica - 0,65 MW Turbina de Flujo Cruzado Ossberger > RED Proveedor: Mantex S.A. La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile. Fonos : (56-2) / Fax : (56-2) proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl 63
64 MCH Molino Villarrica - 0,65 MW Turbina de Flujo Cruzado Ossberger > RED Proveedor: Mantex S.A. La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile. Fonos : (56-2) / Fax : (56-2) proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl 64
65 MCH Molino Villarrica - 0,65 MW Turbina de Flujo Cruzado Ossberger AISLADA Proveedor: Mantex S.A. La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile. Fonos : (56-2) / Fax : (56-2) proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl 65
66 MCH Molino Villarrica - 0,65 MW Turbina de Flujo Cruzado Ossberger > RED Proveedor: Mantex S.A. La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile. Fonos : (56-2) / Fax : (56-2) proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl 66
67 PCH Alberto Mohr 1,2 MW Puyehue, Osorno Turbina de Flujo Cruzado Ossberger > RED Proveedor: Mantex S.A. La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile. Fonos : (56-2) / Fax : (56-2) proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl 67
68 PCH Alberto Mohr 1,2 MW Puyehue, Osorno Turbina de Flujo Cruzado Ossberger > RED Proveedor: Mantex S.A. La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile. Fonos : (56-2) / Fax : (56-2) proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl 68
69 PCH Alberto Mohr 1,2 MW Puyehue, Osorno Turbina de Flujo Cruzado Ossberger > RED Proveedor: Mantex S.A. La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile. Fonos : (56-2) / Fax : (56-2) proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl 69
70 PCH Alberto Mohr 1,2 MW Puyehue, Osorno Turbina de Flujo Cruzado Ossberger > RED Proveedor: Mantex S.A. Mantex S.A. La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile. Fonos : (56-2) / Fax : (56-2) proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl 70
71 PCH Eyzaguirre 2 MW Asoc. de Canalistas del Maipo Turbina de Flujo Cruzado Ossberger > RED Proveedor: Mantex S.A. La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile. Fonos : (56-2) / Fax : (56-2) proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl 71
72 PCH Eyzaguirre 2 MW Asoc. de Canalistas del Maipo Turbina de Flujo Cruzado Ossberger > RED Proveedor: Mantex S.A. La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile. Fonos : (56-2) / Fax : (56-2) proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl 72
73 PCH Eyzaguirre 2 MW Asoc. de Canalistas del Maipo Turbina de Flujo Cruzado Ossberger > RED Proveedor: Mantex S.A. La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile. Fonos : (56-2) / Fax : (56-2) proyectos@mantex.cl y rafiebig@mantex.cl 73
74 PCH Puclaro 5,6 MW Junta de Vigilancia del Río Elqui 2 unidades Francis (WKV - Alemania) Inaugurada el 6 de mayo de
75 Pequeña Central Hidroeléctrica Puclaro 5,6 MW Tipo de Obra: Pie de Presa Altura de Presa útil: 80 m Turbinas: WKV (Alemania) Qoperación: 6-10 m 3 /s Tipo: Francis (2 unidades en paralelo) Factor de Planta: 61% Potencia: 2*2,8 MW Inversión: 7 MMUS$ Generación: MWh Inversión unitaria: 1250 US$/kW 75
76 PCH Puclaro 5,6 MW 76
77 Pequeña Central Hidroeléctrica Puclaro 5,6 MW 77
78 Centrales Asociación Canal Maule e Hidromaule Lircay Está localizada en la Comuna de San Clemente. El caudal máximo disponible es 27,73 [m 3 /s] y el desnivel existente entre el canal y el río es aproximadamente 107 m (100 m de altura neta) Estos equipos consisten en dos grupos Francis de turbinas de eje horizontal de capacidad 9,7 MW cada uno. Las turbinas son de tipo Francis de 600 RPM con volante de inercia y estarán unidas por un eje al respectivo generador de Potencia de salida de 11,0 MVA. 78
79 Centrales Asociación Canal Maule e Hidromaule Mariposas Se encuentra ubicada en la zona que se conoce como Bramadero, a 20 Km al oriente de San Clemente, Región del Maule. La central se abastecerá con las aguas conducidas por el Canal Maule Norte Alto, entregando las aguas ocupadas en la generación al Canal Mariposas y Quebrada Vergara-Guindo. La central está diseñada para un caudal de 20 [m 3 /s], una altura neta de caída de 35 [m] y tendrá una capacidad instalada de 6 MW. Se estima que el potencial aprovechado en obras de riego es del orden de 18 %. 79
80 Centrales Asociación Canal Maule e Hidromaule Providencia La Central Hidroeléctrica Providencia se encuentra ubicada en el sector del Sifón Huepi, a orillas del Estero Picazo (afluente del Río Lircay), ubicado a 20 Km al oriente de San Clemente, Región del Maule. Utiliza las aguas conducidas por el Canal Maule Norte Bajo Segunda Sección y las devuelve al Estero Picazo. La Central está diseñada para un caudal de 27 [m 3 /s] y tendrá una capacidad de 12,7 MW y una altura neta de caída de 52,1 [m]; la generación varía entre 4 y 12 MW. La energía generada por la Central Providencia será transportada mediante una Línea de Alta Tensión de 10 Km de longitud hasta la Central Lircay, donde se sigue conduciendo hasta la S/E Maule mediante la LAT existente de la Central Lircay. El proyecto está actualmente en la etapa de la Ingeniería Básica. Se estima que la construcción de la Central se iniciará en Marzo de 2011 y el inicio de la generación comercial en Abril de Generación en conjunto de MWh (consumo de ciudad de Curicó). 80
81 Nuevos desarrollos para aplicaciones en condiciones de muy baja altura
82 Bombas (centrífugas) como Turbinas 82
83 Pruebas Pilotos Turbina Bomba en Relaves (35 kw) 83
84 Controlador electrónico de frecuencia
85 Pruebas Pilotos Turbina Bomba en Relaves (35 kw) 85
86 MCH Nº 4 Km 21,75 en aducción Azapa (ejemplo) 86
87 87
88 88
89 89
90 90
91
92 Altura : 3,6 m Capacidad : 5,72 [m 3 /s] N : 28 RPM D: 2,6 m Ángulo : 22º P : 150 kw G: 670 MWh Anual CO2 evitado: 288 Ton
93 P: 26,8 [kw] / Hb =1,25 [m] 3,15 [m 3 /s]
94
95 Rendimiento comparativo
96 MCH deficientes MCH Exitosas 96
97 BMG Hidroconsultores Concepción JMS Ingenieros Consultores Ltda. (Ing. Civil Juan Marcus Sch.) INTE LTDA. Ingenieros Consultores (Ing. Civil Mecánico Carlos Bonifetti D.) Puerto Montt Javier Gho B. Ingeniero Químico Diplomado Sistemas y Tecnologías Energéticas (UNU 97
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