UNIDAD 4. -LA ENERGÍA HIDRAÚLICA- Energía cinética del eje. Tuberías Turbinas Alternador. Funcionamiento de una central hidroeléctrica

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1 UNIDAD 4. -LA ENERGÍA HIDRAÚLICA- La energía hidráulica es la que posee el de los ríos, adecuadamente encauzada en los embalses. Hoy en día la energía hidráulica no se utiliza directamente: la turbina acciona un alternador, que produce energía, la cual resulta más fácil de transportar se lleva a cabo en las centrales hidros. Las centrales hidros son aquellas instalaciones que transforman la energía potencial del de los ríos en energía. En una central hidro, las distintas transformaciones energéticas se verifican en tres etapas sucesivas: potencial del del eje Tuberías Turbinas Alternador Funcionamiento de una central hidro Esquema de una central hidro: Tendido eléctrico Embalse de Turbinas Presa Transformadores En el esquema vemos que está formado por: La presa sirve de contención al del embalse, que fluye a través de la tubería forzada hasta llegar a la sala de máquinas. A la entrada de la tubería, una serie de compuertas y rejillas regulan el caudal de y Juan Carlos Página 1

2 actúan como filtro, impidiendo que lleguen a las turbinas elementos extraños (por ejemplo ramas etc...) que podrían deteriorarlas. Al llegar a los grupos turbina-alternador el hace girar a la turbina, produciéndose en los terminales de éste una corriente alterna de alta intensidad y de tensión relativamente baja que mediante transformadores, se convierte en corriente de alta tensión e intensidad baja, que se envía a las líneas de transporte. Para que el rendimiento de la transformación energía potencial del energía sea elevado, conviene aprovechar al máximo la energía del. La potencia, número y tipo de turbinas y alternadores dependen de las características del salto de, del caudal y del desnivel. A medida que disminuye la altura del salto, el caudal debe ser cada vez mayor para que la instalación resulte rentable, pues la potencia es proporcional al producto del desnivel por el caudal. - Tipos de centrales hidros- De acuerdo con la potencia generada, las centrales hidros pueden ser: Minicentrales hidráulicas: Su potencia está comprendida entre 250 Kw y 5000 Kw, para abastecer a pequeñas poblaciones y fábricas situadas en sus cercanías. Macrocentrales: Son aquellas que producen una potencia superior a los 5000 Kw Se sitúan en cuencas de ríos caudalosos, que se aprovechan para la producción de energía a gran escala. Otra forma de clasificación se basa en la estructura de la central, de acuerdo con este criterio pueden ser: Centrales de aprovechamiento por derivación de las s: En este caso se construye una pequeña presa y se desvía el del río. Centrales de aprovechamiento por acumulación de las s: Se construye una presa, en la que el se acumula, en la parte inferior el se devuelve al curso del río, una vez que haya hecho girar la turbina. Centrales de bombeo: Se logra mayor aprovechamiento, se compone de dos embalses (embalse superior y embalse inferior o río), de esta manera cuando la demanda de energía es baja, incluso trabajando la central al mínimo produce más energía de la solicitada, se bombea del embalse inferior al superior, de esta manera se logra el máximo aprovechamiento del, cuya energía puede ser utilizada en los periodos de mayor demanda Entre las ventajas podemos citar las siguientes: - Ventajas e inconvenientes de la energía hidráulica a) El proceso de transformación de la energía hidráulica en es << limpio >>. b) Las presas que se construyen permiten regular el caudal del río, evitando inundaciones en épocas de crecida y haciendo posible el riego en los períodos de escasez de lluvias. c) El embalsada puede servir para el abastecimiento a ciudades durante largos períodos de tiempo. No obstante también presenta inconvenientes: a) Los embalses anegan extensas zonas de terreno, y en ocasiones de gran valor ecológico. b) Las presas retienen las arenas que arrastra la corriente y que son la causa de la formación de deltas en la desembocadura de los ríos. De esta forma se altera el equilibrio animal y vegetal. c) Al interrumpirse el curso natural del río, se producen graves alteraciones en la flora y en la fauna fluvial. d) Una posible rotura de la presa de un embalse puede dar lugar a una verdadera catástrofe. e) Por último destacar la gran dependencia que experimenta la energía hidráulica respecto a las precipitaciones. Juan Carlos Página 2

3 Actividades 1.- Qué transformaciones energéticas tienen lugar en una central hidráulica? En qué dispositivos se realiza cada una de ellas? En una central hidráulica tienen lugar las siguientes transformaciones energéticas: potencial del del del eje Tuberías Turbinas Alternador 2.-Razona la certeza o falsedad de las siguientes afirmaciones: <<Los embalses de que alimentan las centrales hidros se utilizan también para el regadío y para el abastecimiento de de las ciudades>>. <<Las centrales hidros transforman la energía del en energía >>. 3.- Qué analogías y qué diferencias encuentras en el funcionamiento de una central termo y una hidráulica? Basa tu razonamiento en las transformaciones energéticas que tienen lugar en cada caso. Central termo calorífica química de un combustible Caldera del Turbinas del eje Alternador potencial del Tuberías Central hidráulica 4.-Una pequeña central hidro posee un caudal de 26 m 3 /s, y el salto de es de 38 m Qué potencia produce sabiendo que su rendimiento es del 32%? P = 26 m 3 / s x 10 3 Kp / 1m 3 x 9, 8 N / 1Kp x 38m x 0, 32 = 3, w = 3098 Kw Juan Carlos Página 3

4 Hay que tener en cuenta que: 1m Kp 1 Kp = 9, 8 N; N.m = J; J/s =watio La potencia teórica en Kw viene dada por la siguiente expresión: P = c.h.g C: caudal h: altura g: 9,8 5.-Calcula la potencia real de una central hidro, en Kw y cv, sabiendo que el salto de es de 15 m y el caudal de 18 m 3 /s. La turbina empleada es la Kaplan (η =0,94). P Teórica = c.h.g P = 18 x 15 x 9,8 = 2646 Kw η = 94% η = P real / P teórica P real = 2646x0, 94 = 2487,24 Kw 1cv = 735 w 2487, 24 Kw x 10 3 w / 1 Kw x 1cv / 735 w = 3384 cv 6.- Determina la energía producida (en Mwh) en una central hidro que emplea una turbina Pelton (η =90%) en el mes de Noviembre, sabiendo que sobre la turbina actúa un caudal de 3 m 3 /s y la altura del salto de es de 100m. P = c. h. g P = 3 x 100 x 9,8 = 2940 Kw 2940 x 0,9 = 2646 Kw potencia real En Noviembre: t = 30 días x 24 horas = 720 h E = P.t E = 2646 Kw x 720h = 1, Kwh 1905,12 Mwh 7.- El de una presa fluye por una tubería hasta llegar a una turbina situada a 200m debajo de ella. Si suponemos que la turbina tienen un rendimiento del 60% y le llega un caudal de 2000 litros por minuto. Cuál es la potencia de salida? h = 200m Q = 2000 L / min x 1 m 3 / 10 3 L x 1 min / 60 s = 0,033 m 3 / s P = c.h.g = 0,0033 x 200 x 9,8 = 64,68 Kw P es la potencia teórica si el η = 60% la potencia de salida será: P salida = P teórica.0, 6 = 38,8 Kw 8.- Un río tiene un caudal de 3000 L / s y en su recorrido llega a una cascada de 60m de altura. Si se pudiera aprovechar íntegramente toda la potencia generada en el salto. Cuántas bombillas de 100 w se podrían iluminar con esa potencia?. P = c.h.g 3 m 3 / s x 60 x 9, 8 = 1764 Kw 1764 Kw x 10 3 w / 1 Kw x 1 bombilla / 100 w = bombillas 9.- Una central hidro tiene un salto de de 240m y una potencia instalada de 900Mw con 6 turbinas idénticas. Si esta central funciona 10h diarias durante 9meses y 4 horas diarias durante los 3 meses de verano. Calcula: a) La potencia de cada turbina. b) El caudal por cada turbina. c) La energía anual generada. d) Si el rendimiento de las turbinas es del 90%.Calcula el caudal por cada turbina. Juan Carlos Página 4

5 a) P = c.h.g P de cada turbina 900 Mw / 6 turbinas = 150 Mw / turbina b) P / h.g = Kw / 240 x 9, 8 = 63, 77 m 3 / s c) E = P.t 9 meses x 30 días / mes x 10 h día = 2700 h 3 meses x 30 días / mes x 4h 7 día = 360 h Total = 3060 h E = 900 Mw x 3060 h = 2, Mwh d) Si el rendimiento es del 90% η= P real / P teórica P teórica =P real / η = 900 Mw / 0,9 = 1000 Mw P = c. h. g c = P / h.g = Kw / 240 x 9, 8 = 425, 17 m 3 / s Caudal por cada turbina: 425,17 m 3 / s / 6 turbinas = 70,86 m 3 /s por turbina. Juan Carlos Página 5