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Taller Regional sobre Energías Renovables no-convencionales
Relator: Javier Gho Barba
Enertec SpA
www.enertec-chile.cl
Temuco, 29 de marzo de 2016
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SITUACION 1
Hay un desnivel entre captación y
restitución en el estero y se
dispone de un caudal para regadío
SITUACION 2
No hay desnivel entre
captación y restitución
pero el cauce del estero
tiene más de 1 metro de
profundidad y trae
velocidad de agua.
Ingenios Hidráulicos
Foto : Molino en Curaco de Velez
En el sector aledaño a Castro (Chiloé)
los historiadores indican unas 48
instalaciones (circa 1750 -1800)
Presentación BMG Hidroconsultores www.bmghidroconsultores.cl 2015
Larmahue en la VI Región es un
lugar muy característico por estos
molinos de agua (norias).
NOTA: 17 de las 40 azudas localizadas en este sector
fueron declaradas Monumento Histórico en 1998 ( DS
883 del 19 de agosto de 1998)
POTENCIA = Producto de CAUDAL * ALTURA
Para Microcentrales
P [kW] = 9,81 * Ef. * Q [m3/s] * Hneta [m]
P [kW] = 7 * Q [m3/s] * Hn [m]
“1 [m3/s] de caudal con una caída de 1 metro son 7 kW” ………...(7*1*1)
“0,100 [m3/s] de caudal con una caída de 10 metros son 7 kW ”…...(7*0,1*10)
“0,010 [m3/s] de caudal con una caída de 100 metros son 7 kW ”….... (7*0,01*100)
POTENCIA * TIEMPO = ENERGÍA ……
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COMPONENTES DE UNA INSTALACION
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COMPONENTES DE UNA INSTALACION
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Barrera
(Azud)
Compuerta
de limpieza
Bocatoma
Casa de
Máquinas
Vertedero de
Excedencia
Canal de
Restitución
Cámara
de Carga
Desripiador
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Ejemplo de bocatoma lateral con barrera tipo azud
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Ejemplo de bocatoma lateral con barrera tipo azud
Azud en río Kazeke (Tanzania)
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Ejemplo de diseño de bocatoma de sumidero (Tirolesa)
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Ejemplo de diseño de bocatoma de sumidero (Tirolesa)
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Bocatoma de captación con reja Coanda
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Etapas de construcción una Cámara de Carga para Microcentral Hidroeléctrica
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Etapa de operación de una Cámara de Carga para Microcentral Hidroeléctrica
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Tecnología para Microcentrales
Pelton Turgo Flujo Cruzado Kaplan Bomba Centrífuga
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Campo de aplicación de turbinas hidráulicas según altura y caudal
Campo de Aplicación de Turbinas (Diagrama Genérico)
FRANCIS
KAPLANBANKI
PELTON
TURGO
0 0.2 0.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 50 100
2
3
6
10
20
30
50
100
200
300
500
1000
10 kW
50 kW
100 kW
500 kW
1000 kW
5000 kW10000kW
CAUDAL [m /s]3
SA
LT
O N
ET
O [
m]
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Turbina Francis
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Turbina Turgo
Rodete Turgo de 100 [mm] de
diámetro para picoturbina Platypus
(Australia) (izq) y de gran potencia
(der.)
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Turbina Turgo
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Turbina Turgo
(…..para una noción de tamaño de escala)
Diámetro
Rodete
[mm]
Diámetro de
Cazoleta
[mm]
Altura Útil de Salto [m]
15 20 3040
80 30
5,4 6,3 7,7 8,9 [l/s]
2,1 2.385 2.925 3.380 RPM
0,6 0,95 1,7 2,7 kW
120 45
12,2 14,1 17,3 20 [l/s]
1380 1590 1950 2270 RPM
1,4 2,1 3,9 6 kW
180 60
21,6 25,2 30,8 35,6 [l/s]
920 1.060 1.300 1.500 RPM
2,5 3,8 6,9 10,7 kW
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Superficie suficiente para instalar CM
Cercado
Distribución adecuada de componentes
Acceso expedito
Bodega externa para almacenaje
Operador cerca
de ella
Bitácora
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Tecnologías catastradas
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Diagrama de selección de turbinas hidráulicas según altura y caudal
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Diagrama de Selección de Turbinas (Pelton y Turgo)
Fuente : Gilkes (UK)
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ETAPAS DE UN PROYECTO DE MCH o PCH
• Perfil de Proyecto ó Evaluación Preliminar de Sitio
• Prefactibilidad Técnico Económica
• Proyecto Ingeniería Básica
• Proyecto Ingeniería de Detalles
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P [kW] = 7 * Q [m3/s] * Hn [m]
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Desnivel (H) + Caudal (Q) = Oportunidad de Proyecto
P [kW] = 7 * Q [m3/s] * H [m]
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Desnivel (H) + Caudal (Q) = Oportunidad de Proyecto
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Trabajos de Terreno
•Estimación de altura de
carga
•Estimación de distancia
entre captación y restitución
•Estimación de Distancia
entre Generación y Consumo
(Por ej. Turbina a Bombas)
•Estimación de Caudales
•Distancia a la red
•Esquema de Instalación y
Registro Fotográfico
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CALCULO HIDRAULICO TUBERIA MATRIZ
Proyecto: PCH Azapa Turno: Sector Bajo Fecha: Marzo 29, 2010
Calculista : J GHO Pág.: 1 de 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Desc. Tramo Local Li L Q Dnom. Di J V Hf Hf * 1,1 Cota Ht HpPoper.
TurbinaP
Pinstal.:
P [kVA]
(m) (m) (m3/h) (mm) (mm) (m/1m) (m/s) (mca) (mca) (m) (mca) (mca) (mca) (kW)
BT 0 a 0 0 2160 26 648 0,006 1,82 0,00 0,00 1004,8 1005,3 0,5 heje hid.
ab b 595 595 2160 26 648 0,006 1,82 3,40 3,74 1000,4 1001,6 1,2
bc c 1245 1839 2160 26 648 0,006 1,82 7,11 7,82 965,8 993,7 27,9
cd d 664 2503 2160 26 648 0,006 1,82 3,79 4,17 955,0 989,6 34,6
de e 711 3214 2160 26 648 0,006 1,82 4,06 4,47 929,3 985,1 55,8
ef f 736 3950 2160 26 648 0,006 1,82 4,20 4,62 915,0 980,5 65,5
PCH1 fg g 550 4499 2160 26 648 0,006 1,82 3,14 3,46 896,1 977,0 80,9 81 379 473
gh h 1005 5504 2160 26 648 0,006 1,82 5,74 6,32 882,0 970,7 88,7
hi i 1340 6845 2160 26 648 0,006 1,82 7,66 8,42 853,3 962,3 108,9
ij j 1169 8014 2160 26 648 0,006 1,82 6,68 7,35 840,0 954,9 114,9
jk k 378 8392 2160 26 648 0,006 1,82 2,16 2,38 820,0 952,6 132,6
PCH2 kl l 523 8915 2160 26 648 0,006 1,82 2,99 3,28 805,0 949,3 144,3 63 296 371
lm m 2082 10997 2160 26 648 0,006 1,82 11,89 13,08 760,0 936,2 176,2
mn n 628 11625 2160 26 648 0,006 1,82 3,59 3,95 735,3 932,3 197,0
nñ ñ 520 12145 2160 26 648 0,006 1,82 2,97 3,26 720,0 929,0 209,0
ño o 1339 13484 2160 26 648 0,006 1,82 7,65 8,41 710,0 920,6 210,6
PCH3 op p 284 13767 2160 26 648 0,006 1,82 1,62 1,78 687,4 918,8 231,4 87 408 510
pq q 1506 15274 2160 26 648 0,006 1,82 8,61 9,47 649,7 909,3 199,3
qr r 1236 16509 2160 26 648 0,006 1,82 7,06 7,76 617,7 901,6 214,2
rs s 742 17252 2160 26 648 0,006 1,82 4,24 4,67 601,8 896,9 247,2
st t 1290 18541 2160 26 648 0,006 1,82 7,37 8,10 564,6 888,8 271,1
tu u 1438 19980 2160 26 648 0,006 1,82 8,22 9,04 534,3 879,8 277,9
uv v 1032 21012 2160 26 648 0,006 1,82 5,89 6,48 513,0 873,3 308,6
PCH4 vw w 1060 22071 2160 26 648 0,006 1,82 6,05 6,66 490,0 866,6 332,3 145 679 849
wx x 1796 23867 2160 26 648 0,006 1,82 10,26 11,29 460,0 855,3 342,4
xy y 1349 25216 2160 26 648 0,006 1,82 7,70 8,47 440,0 846,9 356,9
yz z 1845 27061 2160 26 648 0,006 1,82 10,54 11,59 400,0 835,3 375,3
PCH5 za1 a1 514 27575 2160 26 648 0,006 1,82 2,94 3,23 389,7 832,0 392,0 66 308 384
a1b1 b1 1376 28952 1768 24 597 0,006 1,76 8,07 8,88 370,0 823,1 423,1
b1c1 c1 1163 30114 1768 24 597 0,006 1,76 6,82 7,50 350,0 815,6 426,0
c1d1 d1 872 30986 1768 24 597 0,006 1,76 5,11 5,62 330,0 810,0 440,0
PCH6 d1e1 e1 1957 32943 1768 24 597 0,006 1,76 11,48 12,63 310,0 797,4 447,4 45,1 173 216
e1f1 f1 1524 34468 1260 24 597 0,003 1,25 4,78 5,25 290,0 792,1 462,1
f1g1 g1 741 35209 1260 24 597 0,003 1,25 2,32 2,55 284,1 789,6 479,6
g1h1 h1 1532 36741 1260 24 597 0,003 1,25 4,80 5,28 260,0 784,3 494,3
h1i1 i1 1447 38188 1260 24 597 0,003 1,25 4,53 4,99 233,5 779,3 495,2
PCH7 i1j1 j1 1523 39711 1260 24 597 0,003 1,25 4,77 5,25 208,61 774,1 514,1 78,1 213 266
231 3070
Condiciones : CHazen-Williams = 110
Turbinas 1-4 en sector alto (amarillo) Chequeo = z + Hf *1,1+ Po =
Turbinas 5-7 en sector bajo (verde) Suma Pérdidas = 231,24
Todas las turbinas son tipo Flujo Cruzado Diferencia de cota = 796,19
Presión descarga = 0,00
Archivo : plahid03.xls
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Análisis de características de
la cuenca pendientes, uso de terreno, área
aportante, vegetación, etc.
Análisis de datos fluvio-
y pluviométricosAnalizar datos de caudales de ríos y
estaciones pluviométricas
cercanas
Síntesis de caudales
mensuales para estimar potencial
energético y crecidas
para diseñar obras civiles y
protecciones
Caudal ecológico/caudal mínimo
Caudal para sostener actividad biológica en el rio(ej. 10% de caudal
normal, 50% de mínimo, etc.)
Estudio de Hidrología
Carta Topográfico IGM
Ubicación del
Proyecto
Curso del Río
Limite de la
Cuenca
Aportante
Zona de
Deshielo
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MicroCentrales Hidroeléctricas
(Potencia hasta 100 kW)
EJEMPLOS
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PowerPal MHG-1000 LH 1 kWPiCH “Quinquén”
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• Pico Central Mano Negra, Coyhaique 300 W (estimado)
Propietario: Günther Schäfer QEPD
Turbina Axial (hélice) en uso
directo, “regulada” en carga
base con calefactores (..y aislada)
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MCH LºVerdeMCH El Chenke
MCH C. Gonzalo
MCH Sta- Fudelia
CHILE
Cuatro MCH en Aysén
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PiCH 1,5 kW – Michell-Banki Fdo. Sta. Fudelia
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MCH Cta. Gonzalo - Boca Toma con fallas - Año1999
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MCH Cta. Gonzalo 25 kW - Rehabilitación de obra de toma
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MCH Cta. Gonzalo - Cámara de carga reconstruida
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Vista Eª Río Cisnes – Aysén - MCH ‘El Chenke’ 36 kW
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MCH “El Chenke” – 36 kW – Eª Río Cisnes
C. de Carga
C. de
Máquinas
Transformador
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MCH “Río Grande” – Turbina y Generador
VÁLVULA DE MARIPOSA
MANÓMETRO
GUARDA-CORREAS
VÁLVULA REGULADORA DE CAUDAL
TURBINA
TAPA
ALTERNADOR
BASTIDOR
BASE
DESAGUE TANQUE
CAÑERÍA AGUA A TQUE. DE CGA. LASTRE
Mapa ubicación
(Ver www.turistel.cl, Mapa Rutero ‘B’)
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MCH Termas de Puyehue - 130 kW – Circa 1938 “D.C.”
Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación 80 – 130 kW ) > RED
Operando a la fecha
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MCH Termas de Puyehue - 130 kW – Circa 1938 “D.C.”
Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación 80 – 130 kW ) > RED
Ahora operando
y vendiendo
a la red
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MCH Termas de Puyehue - 130 kW – Circa 1938 “D.C.”
Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación 80 – 130 kW ) > RED
BOCATOMA
Ahora operando
y vendiendo
a la red
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Ejemplos de instalaciones
Ejemplos de instalaciones
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Ejemplos de instalaciones
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Ejemplos de instalaciones
MCH “El Chenke” – Turbina y Generador
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Ejemplos de instalaciones
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Ejemplos de instalaciones
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Ejemplos de instalaciones
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Instalaciones ULH de Turbinas Seabell (Japón)
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Instalaciones de turbinas en sitios con baja caída
C&K H = 7 m Q = 1,4 [m3/s] 75 kW
C&K H = 10 m Q = 4 [m3/s] 2* 150 kW
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Instalaciones de turbinas en sitios con baja caída
C&K H = 2,5 m Q = 0,25 [m3/s] P = 5,5 kW
C&K H = 8 m Q = 1,4 [m3/s] P = 90 + 15 kW
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Instalaciones de turbinas en sitios con baja caída
C&K H = 7 m Q = 1,8 [m3/s] 110 kWC&K H = 28 m Q = 3[m3/s] P = 3 *225 kW
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C&K H = 2,1 m Q = 3,2 [m3/s] P = 45 kW C&K H = 2,1 m Q = 1,5 [m3/s] P = 25 kW
Instalaciones de turbinas en sitios con baja caída
C&K H = 3,5 m Q = 4,5 [m3/s] 120 kWC&K H = 4,7 m Q = 5,6 [m3/s] 200 kW
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Instalaciones de turbinas en sitios con baja caída (AC)
CK Kaplan P = 370 [kW] H = 4,7 [m] Q = 10
[m3/s]www.bmghidroconsultores.cl
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Turbina Tornillo de Arquímides VLH
Ejemplos de instalaciones de tornillos hidrodinámicos
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Ejemplos de instalaciones de tornillos hidrodinámicos
Altura : 3,6 m
Capacidad : 5,72 [m3/s]
N : 28 RPM
D: 2,6 m
Ángulo : 22º
P : 150 kW
G: 670 MWh
Anual CO2 evitado: 288 Ton
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Ejemplos de instalaciones de tornillos hidrodinámicos
P: 26,8 [kW] / Hb =1,25 [m] 3,15 [m3/s]
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Ejemplos de instalaciones de tornillos hidrodinámicos
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Turbinas hidrocinéticas
(New Energy Corporation (Canadá))
Instalación sobre estructura flotante
Instalación sobre estructura fija
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Piscicultura Hueyusca ( Camanchaca) – Gentileza Alvaro Poblete
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Ejemplo de bocatoma de gabiones
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Piscicultura Hueyusca ( Camanchaca) – Gentileza Alvaro Poblete
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Ejemplo de bocatoma de gabiones
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Recomendaciones para instalación de turbinas hidrocinéticas
• Análisis de caudales medios mensuales y crecidas para periodos de
retorno 100, 200 años (chequear con 500 años).
• Instalación en canal de derivación con vertedero de seguridad
• Rejas de desbaste gruesas y finas para evitar materias (suspensión y
semisumergidas)
• Velocidad de diseño idealmente mayor a 1,5 [m/s]
• Potencias sobre 5 kW
• Sistemas autónomos
Buscar fabricantes establecidos con historia y respaldo post-venta
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Referencias bibliográficas para diseño en pagina web CNR
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Referencias bibliográficas para diseño en pagina web CNR
MC
H E
xito
sas
MC
H d
efic
ien
tes
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Consejos para el desarrollo de un proyecto
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98
https://www.youtube.com/watch?v=MEbyFYsn_Gk
https://www.youtube.com/watch?v=fVvCiqhc_Eo
https://www.youtube.com/watch?v=lgpIwLJZIeg
https://www.youtube.com/watch?v=S3MQJSDoTuw
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