ENERGÍA HIDRÁULICA TECNOLOGÍA INDUSRIAL I

Transcripción

1 ENERGÍA HIDRÁULICA TECNOLOGÍA INDUSRIAL I

2 INTRODUCCIÓN Denominaremos energía hidráulica a aquella energía que tiene el agua cuando se mueve a través de un cauce o río debido al desnivel del terreno o potencial (caída de masa de agua), que se transforma en energía cinética. Esta energía se puede utilizar para mover directamente elementos mecánicos, como norias, molinos (antiguamente) o turbinas en las centrales hidroeléctricas, para producir energía eléctrica. Como muchas de las energías tienen su origen en el Sol. Este es el que hace posible que se produzca el ciclo natural del agua. ENERGÍA HIDRÁULICA

3 DIAGRAMA DE BLOQUES (Esquema) ENERGÍA POTENCIAL ENERGÍA CINÉTICA E. CINÉTICA DE ROTACIÓN ENERGÍA ELÉCTRICA UTILIZAIÓN EMBALSE DE AGUA TUBERÍA TURBINA ALTERNADOR

4 CLASIFICACIÓN GENERAL 1.- De aprovechamiento por derivación de las aguas. Consiste en desviar el agua del río mediante una pequeña presa hacia un canal hasta un depósito (cámara de carga) del cual cae por una tubería a la sala de máquinas. En este tipo de presa el caudal del río suele ser regular a lo largo del tiempo (central fluyente). 2.- De aprovechamiento por acumulación de aguas. Consiste en construir una presa para almacenar agua a un cierto nivel. A media altura (1/3 h) de la presa se encuentra la toma de agua. En este tipo de presa el caudal del río no suele ser regular a lo largo del tiempo.

5 COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO LA PRESA.- Es la encargada de almacenar el agua y elevar su nivel para poder encauzarla para su utilización hidroeléctrica. También (en un segundo plano) se emplea para regular el caudal de agua que circula por el río. Su diseño depende en gran medida de la forma del terreno. Las presas para el aprovechamiento hidroeléctrico son de hormigón. TIPOS: -Presas de gravedad. Son las más utilizadas. Son de perfil triangular. Contrarrestan con su peso el empuje del agua. Costosas de construir y corren el peligro de aparición de grietas. Una variante de este tipo de presas es la de gravedad aligerada. Posee una estructura hueca, para disminuir su peso. Muy seguras y elásticas a las dilataciones.

6 COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO (Tipos) -Presas de bóveda o arco sencillo. Tienen forma de arco abovedado. Se construyen cuando el terreno es lo suficientemente sólido, pues el empuje del agua y la presión de esta la transmite hacia los laterales. Compite con las de gravedad, pues su coste es menor (menos cantidad de material). Su sección es triangular pero más estilizadas que las de gravedad. -Presas de arcos múltiples. Son parecidas a las anteriores. Dispone de varios arcos (según la anchura de la presa). Distribuyen los esfuerzos hacia los laterales. Se utiliza poca cantidad de material.

7 COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO (Tipos) -Presas de contrafuertes. Reducen el volumen de hormigón necesario, utilizando refuerzos tantos como el diseño de la presa requiera. DE CONTRAFUERTE

8 COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO

9 COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO CONDUCTOS DE AGUA.- Son elementos que toda presa debe tener para liberar parte del agua sin que pase por la sala de máquinas, con objeto de descargar el embalse por necesidades de riego, exceso de agua y otras. Para ello se utilizan compuertas de grandes dimensiones. TOMA DE AGUA.- En el origen del canal de derivación se disponen una o varias tomas de agua protegidas por medio de rejillas metálicas para evitar que se introduzcan cuerpos extraños. Hay que limpiar dichas rejillas con regularidad.

10 COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO CANAL DE DERIVACIÓN.- Es el conducto que canaliza el agua desde la presa hasta la tubería de presión o directamente a la cámara de turbinas cuando el salto de agua es inferior a 15 metros. Puede ser abierto (siguiendo la ladera de la montaña)o cerrado (cuando se construye mediante túneles excavados en la montaña). CÁMARA DE PRESIÓN.- Se sitúa en el punto de unión entre el canal de derivación y la tubería de presión. También se suele llamar chimenea de equilibrio. Su misión es compensar y evitar las variaciones bruscas de presión a la entrada a las cámaras de las turbinas debido a las variaciones del caudal de agua. A estas variaciones bruscas se las denomina golpe de ariete (variación de presión en una tubería, por debajo o por encima de la presión normal.

11 COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO TUBERÍA DE PRESIÓN.- Es la tubería forzada que se encarga de conducir el agua hasta la cámara de turbinas. Se construyen de diferentes materiales, como: Las de palastro, con chapas de acero rectangulares dándoles forma cilíndrica soldadas o roblonadas. Se refuerzan con un zuncho para reforzar. Las de cemento-amianto. Son de bajo coste. Se utilizan para saltos de pequeña potencia. Las de hormigón-armado. Son de gran diámetro. Se construyen para grandes caudales, con espiras y varillas de hierro para el armado. Para tuberías pequeñas se emplean armaduras prefabricadas que no se construyen en la misma obra.

12 COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO CÁMARA DE TURBINAS-ALTERNADOR.- Las turbinas son máquinas compuestas por un rodete con alabes o palas unidas a un eje central giratorio. Transforma la energía cinética del agua en energía cinética de rotación. El alternador son máquinas que transforman la energía cinética de rotación en energía eléctrica. Están en la prolongación del eje de la turbina. TIPOS DE TURBINAS

13 TIPOS DE TURBINAS (Según el salto) Turbina Pelton.- Es de alta presión, se utiliza en saltos superiores a los 200 m. Eje horizontal y en su rodete lleva una serie de álabes cóncavos sobre los que se proyecta un chorro de agua procedente de las toberas que pueden ser hasta cuatro en un rodete. Tobera Agua Volante Rodete Tobera Agua Álabes cóncavos Deflector T. PELTON

14 TIPOS DE TURBINAS (Según el salto) Turbina Francis.- Es de media presión, se utiliza en saltos entre 20 y 200 m de altura. Eje vertical y su rodete está constituido por paletas alabeadas. Un distribuidor lleva el agua por la periferia del rodete y se evacua el agua a través de un canal a lo largo del eje de la turbina. Esta turbina puede funcionar sumergida en el agua. Alternador Tubería forzada Distribuidor Álabes T. FRANCIS Salida de agua

15 TIPOS DE TURBINAS (Según el salto) Turbina Kaplan.- Es de baja presión, se utiliza en saltos entre los 5 y los 20 m. Parecida alas Francis, al ser de eje vertical trabajan sumergidas en el agua con el alternador sobre ellas y por encima del nivel del agua, montado sobre unos cojinetes especiales. Su rodete está formado por una hélice de palas orientales que mejoran su rendimiento. Alternador Distribuidor Canal de derivación Palas orientables Salida de agua T. KAPLAN

16 COMPARACIÓN ENTRE TURBINAS TIPOS DE TURBINAS COMPARATIVA TURBINAS

17 COMPONENTES DE UN CENTRO HIDROELÉCTRICO CANAL DE DESAGÜE.- Devuelve el agua utilizada al río. El agua sale a mucha velocidad y hay que proteger las paredes laterales con hormigón para evitar la erosión. PARQUE DE TRANSFORMADORES.- Los alternadores actuales generan electricidad a una tensión inferior a voltios. En estas condiciones las pérdidas de tensión en el transporte serían muy grandes, por lo que se eleva la tensión por encima de los voltios ( v) disminuyendo la intensidad y las perdidas de potencia.

18 PÉRDIDAS EN EL TRANSPORTE ELÉCTRICO Siendo teóricamente la potencia de entrada a un transformador la misma que la de salida, al elevar la tensión se disminuye la intensidad Ley de Ohm P p = V I = (I R) I = I 2 R La pérdida de potencia en el transporte eléctrico es proporcional al cuadrado de la intensidad por lo que si se reduce a la décima parte (I) la potencia se reducirá a la centésima. Ejemplo: L = 1000 m; ( ) = mm 2 /m; S = 10 mm 2 ; I = 8 A R = l/s; R = 0,017*1000/10 = 1,7 P = I 2 R = 8 2 1,7 = 64*1,7 = 108,8 w y sí I = 4 A Averiguar P?

19 POTENCIA DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA La potencia de una central depende del caudal de agua (C) en m 3 /s y de la altura (h) en metros la potencia vendrá en (Kw) P t =9,8 C h pero como no toda la potencia se puede aprovechar ya que existen pérdidas en el transporte del agua (rozamientos) y en el rendimiento de las turbinas y alternadores, hay que introducir el concepto de rendimiento P r = 9,8 C h 1 CV = 736 w = 0,736 kw

20 TIPOS DE CENTRALES MINICENTRALES: La potencia es inferior de 10 Mw: Están ubicadas en los cauces de los pequeños ríos y se pueden utilizar de dos formas: Conectadas a la red general. Un grupo de pequeñas centrales de la zona para que puedan ser rentables. Abastece directamente a pequeños pueblos, caseríos o industrias. Necesita acumuladores para almacenarla y responder a las necesidades en todo momento. GRANDES CENTRALES O CENTRALES HIDROELÉCTRICAS: La potencia es superior a 10 Mw. Se sitúan en cauces de grandes ríos. Un tipo especial de estas centrales son las centrales de bombeo para optimizar y hacer el empleo lo más eficaz posible. Durante las horas de máxima demanda funciona como cualquier central hidroeléctrica. Sin embargo en las horas de menor demanda, la energía generada por los alternadores se aprovecha para bombear agua hasta un embalse superior. La energía potencial acumulada de este modo se puede aprovechar en las horas de máxima demanda. HIDRÁULICA_IBERDROLA

21 TIPOS DE GRANDES CENTRALES EMBALSE SUPERIOR MOTO- BOMBA TURBINA ALTERNADOR TRANSFORMAD0R R S T RÍO EMBALSE INFERIOR RÍO DE BOMBEO PURO

22 TIPOS DE GRANDES CENTRALES EMBALSE RÍO SUPERIOR MOTO- BOMBA TURBINA ALTERNADOR TRANSFORMADOR R S T EMBALSE RÍO INFERIOR RÍO DE BOMBEO MIXTAS

23 LA ENERGÍA HIDRÁULICA Y EL MEDIO AMBIENTE VENTAJAS: 1.- Genera energía (mecánica, eléctrica, etc.,...) 2.- Es limpia, no produce residuos (humos, partículas, etc.,) 3.- Regula el caudal de los ríos: *Evita inundaciones en épocas de lluvias. *Permite el regadío de las tierras bajas. 4.- Abastece a las ciudades de agua por acumulación de las mismas. INCOVENIENTES: 1.- Trastoca la vegetación y la fauna de la zona sobretodo la fluvial. 2.- Cubre de agua tierras fértiles, incluso de valor ecológico. 3.- En algunos casos inunda poblaciones que tienen que ser desplazadas. 4.- Posible acumulación de materia orgánica procedente de vertidos aguas arriba, si no se controlan adecuadamente dichos vertidos.