Dicha tendencia reconoce dos causas principales, a saber:

Transcripción

1 Capítulo 10 Vector hidráulico: Coo vector energético se lo puede considerar de tipo concentrado, aunque no en el grado de un cobustible por ejeplo; tiene asiiso la capacidad de ser alacenado sin necesidad de transforación alguna, lo cual ha peritido desarrollar grandes instalaciones destinadas a regular su disponibilidad, dado que la isa no es constante, sino que posee ciclos largos, de tipo estacional, con arcada influencia eteorológica. Este vector reconoce un uso en sostenido auento desde la antigüedad, hasta hace un par de décadas, donde el rito de expansión de la capacidad instalada ostró una tendencia a detenerse. Dicha tendencia reconoce dos causas principales, a saber: Los costos de instalación crecieron en fora descontrolada, haciendo que la financiación de las obras de gran envergadura sea uy dificultosa. Los plazos de aortización resultaron sensibleente ás cortos de lo planeado originalente porque las instalaciones no tuvieron la duración en estado operativo planeada. Juntaente con los inconvenientes en la conservación de las obras (ás que los equipos), coenzaron a hacerse evidentes signos inequívocos de ipacto abiental negativo. Cuando se decidió atenuar parte de dicho ipacto por vía de la adecuación de los proyectos de las obras civiles, los costos derivados de dichas edidas hicieron que los costos finales crecieran aún ás, poniendo fuera de copetitividad el costo del kwh generado frente a otras alternativas. En la actualidad se puede decir que prácticaente no se están instalando nuevos eprendiientos, sobre todo en ríos de llanura, liitándose los países o epresas poseedores u operadores de centrales hidroeléctricas a conservar las isas en razonable estado operativo. Potencia de un sistea hidráulico: Dado un sistea coo el siguiente Hb Donde Hb es el salto bruto entre los dos niveles, si se consideran las pérdidas que iplican la cañería, válvulas si las hubiere, etc. englobadas en un valor Δh, se tiene que el salto neto resulta: H = Hb - Δh Capítulo 10 1

2 En base a lo anterior, la energía potencial de un salto de agua se puede aprovechar ediante: El peso de una asa de agua que cae. La presión del agua. La velocidad del agua. La cobinación de todo lo anterior. La potencia hidráulica disponible, para un voluen de agua V que pesa G y cae desde una altura H, y que produce el trabajo W = G. H será: G H γ V H = = = γ Q H t t Si lo que se utiliza es la presión, introducida en un cilindro de sección S y carrera L, producirá un trabajo W = p.s.l= p.v, entonces la potencia será p V = = p Q si p = γ H entonces resulta = γ H Q t Si se usa la velocidad edia, la energía cinética es E = G g entonces G = t g γ V = = γ Q H t g pues por definición es H = g O sea que cualquiera sea el edio utilizado (caída, presión, energía cinética), la potencia hidráulica disponible de un salto neto H es siepre la isa. Kg 100 Si seg 10 [ ] = en KW resulta = Q H 9,8 Q H Rendiiento de las áquinas hidráulicas: Se puede definir el rendiiento total coo el cociente entre la potencia efectiva y la potencia disponible: η = La potencia efectiva se calcula ediante la evaluación de las pérdidas: e a)pérdidas voluétricas: Son debidas a las fugas de agua a través de la áquina, es decir, es la parte de caudal que se pierde por juegos o huelgos entre las partes fijas y las partes óviles. La reducción de potencia es proporcional a dicha pérdida de caudal. En este caso se puede definir el rendiiento voluétrico coo Q - q ηv = donde Q = caudal disponible; q = caudal de pérdidas y Q - q = caudal efectivo Q Capítulo 10

3 b)pérdidas ecánicas: En este caso resultan de considerar los rozaientos entre las distintas partes de la áquina, especialente entre partes óviles y partes fijas, y se obtiene del cociente entre la potencia efectiva utilizable y la potencia hidráulica calculada: e η = pero coo es e = - donde es = potencia de pérdida por rozaientos, por lo que queda η - = c) Rendiiento total: Q - q H e Q - q e e ηt = η ηh ηm = = η Q Q γ Turbinas hidráulicas: a)turbinas de acción: Son las llaadas turbinas de chorro, cuando el agua entra al rotor a presión atosférica; en este caso toda la energía potencial del salto se transfora en energía cinética antes de entrar en el rotor; en él, dicha energía cinética se transfora en energía ecánica. b)turbinas de reacción: Cuando el agua llega al rotor con presión hidrostática ayor que la atosférica; es decir, entra con energía potencial de presión. Dentro del rotor la energía potencial de presión se transfora (reacciona) en energía cinética. En algunas turbinas esta transforación se realiza en el rotor (turbinas de derrae interno) y en otras se realiza exteriorente (turbinas tipo hélice). Las turbinas de acción son de adisión parcial, es decir, que el agua entra por uno o ás puntos de la periferia del rotor, En las turbinas de reacción el agua ingresa en todo el contorno del rotor, es decir, son turbinas de adisión total. Esto se puede resuir: Adisión parcial Inyección turbinas de acción Adisión total Reacción úero específico de revoluciones: T ( Q - q) H γ Q H V = disp El núero específico de revoluciones o núero característico es la velocidad de giro con la cual una turbina produce una potencia unitaria (1 CV) a partir de un salto neto de 1., y se define e n S = n 5 4 H Capítulo 10 3

4 Donde n es la velocidad de giro de la turbina, H el salto neto en etros y la potencia disponible en CV En base a lo anterior se puede efectuar la siguiente clasificación de tipos de turbinas: Tipo úero específico de Salto neto en etros revoluciones Kaplan 800 ns 500 H 80 Francis 400 ns H 80 Pelton 35 ns H 80 Se puede efectuar una clasificación priaria de estos conversores de acuerdo al siguiente criterio: Altura Caudal Tipo de áquina tilización baja elevado Kaplan Ríos de llanura edia grande Francis Ríos rápidos elevada bajo Pelton Ríos de ontaña Asiiso, existen equipos adaptados para cursos pequeños de agua, con bajos requeriientos en cuanto a instalación, y que por su baja potencia solaente sirven a un solo usuario, es decir que no se utilizan para alientar redes, que son las ini y las icro turbinas hidráulicas. Todas tienen en coún su sencillez constructiva y su bajo costo, factor que juntaente con los bajos costos de instalación las hacen adaptables a pequeñas explotaciones rurales. Aunque la ayoría trabaja con pequeños saltos, existen odelos de tipo Pelton para cuando se disponen grandes saltos con pequeños caudales. n esquea de la turbina Pelton es el siguiente: TRBIA TIPO PELTO El núero de chorros puede variar de uno a cuatro, dependiendo de los caudales disponibles en cada caso. Capítulo 10 4

5 En cuanto a las turbinas Francis, un esquea general podría ser coo el siguiente: TRBIA TIPO FRACIS Finalente, las turbinas Kaplan tienen disposiciones coo se indica en el siguiente esquea: TRBIA TIPO KAPLA En este, coo en todos los casos, la fora y las diensiones son las que corresponden a cada caso en particular, dado que no existen dos instalaciones hidráulicas iguales. Capítulo 10 5