3.- Partes de Una Central Hidroelectrica

5/13/2018 3.- Partes de Una Central Hidroelectrica - slidepdf.com

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COMPONENTES PRINCIPALES DE LA CENTRALHIDROELECTRICA

PRESA:

Es la estructura central de una planta.

FUNCIONES:

• Crear el embalse para el almacenamiento del agua.• Incrementar el nivel para lograr una mayor caída.• Retener sedimentos que trae el flujo o el río.• Almacenamiento de agua para lograr regulación o para poder

generar en épocas de baja hidrología.

OBJETIVOS AL CONSTRUIR LA PRESA:

• Generación de energía.• Control de inundaciones.• Irrigación.• Suministro de agua potable.• Acuacultura.• Recreacionales.• Control de contaminación.

http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Hydroelectric_dam_portuguese.PNG



• Navegación.

TIPOS DE PRESAS:

• Presas de tierra, con núcleo impermeable de arcilla.• Presas de enrocado, con cara de concreto.• Presas de concreto:

o Presa de gravedad.o Presa de arco (una curvatura en el plano horizontal).o Presa de arco cúpula (doble curvatura, en el plano

horizontal y en el plano vertical)

Las presas de concreto de arco cúpula son ligeras pero requieren deterrenos adecuados, la forma arqueada origina fuerzas muy

considerables en los apoyos laterales y por ello precisan de terrenosde roca de excelente calidad.

En la escogencia del tipo de presa interviene la topografía que defineel ancho y la altura de ésta. Si el ancho es menor (<) que la altura,entonces se selecciona una presa de concreto. Si el ancho es mayor (>) que la altura, entonces se selecciona una presa de enrocado o detierra, lo cual depende a su vez del material disponible en la zona.

La geología y la sismicidad influyen en la selección del tipo de presa:

Tierra, Enrocado, Concreto gravedad, Concreto de arco (1 curvatura),Concreto de arco cúpula (2 curvaturas), van, en su orden, de las másdeficiente a la mejor geología. Es decir, si las característicasgeológicas son deficientes entonces es necesario, o la únicaalternativa es construir una presa de tierra, etc.

INSTRUMENTACION DE LA PRESA:

• Equipo para medición de asentamiento.

• Equipo para medición de niveles hidráulicos.• Presión de poros →piezómetros neumáticos.• Desplazamientos horizontales → Inclinómetros.• Deformaciones →Extensómetros lineales.• Esfuerzos totales normales →Celdas de presión.• Equipo para medición de deformaciones en la cresta.• Caudalímetros.



CONDUCCION:

Son los túneles, canales y tuberías de carga, empleados para llevar elagua hacia la(s) turbina(s).

CASA DE MAQUINAS:

Es el lugar en donde se encuentran los equipos encargados derealizar la transformación de la energía del agua en energía eléctrica.Generalmente se ubican en la casa de máquinas: La(s) turbina(s),

generador(es), transformador(es) de potencia y equipos auxiliares dela planta.

SUBESTACION:

Se encuentran ubicados, en este sitio, los interruptores yseccionadores, el barraje, pararrayos, transformadores de corriente ypotencial y las líneas de interconexión que salen de la planta, para

conectarla al sistema nacional o a la carga.

ESTUDIOS PREVIOS PARA LA DETERMINACION DE LACENTRAL

Con base en las proyecciones de demanda de energía y potencia, seidentifica la necesidad de entrada en operación de nuevos proyectosde generación.

Se efectúan estudios de los recursos hídricos existentes en donde sedelimitan las cuencas, áreas de drenaje, precipitaciones, medición decaudales, etc. Las cuencas se delimitan mediante estudiostopográficos y de fotogeología. Con las áreas de drenaje se emplea lacartografía.



El flujo de agua es afectado por el clima. La cantidad de lluvia y latemperatura son importantes. Las características del suelo sobre elcual llueve antes de que se efectúe el drenaje hacia el cauce de agua,llamada área de drenaje, poseen una gran influencia. El tipo de suelo ysu estructura es fundamental, la cantidad y variedad de vegetación ylos patrones de uso del suelo tienen efecto sobre la proporción delagua lluvia que alcanza el cauce de agua (escorrentía).

La cantidad de agua perdida por la evapo-transpiración (efectocombinado de la evaporación directa y de la evaporación que sigue ala absorción hecha por las plantas) típicamente puede ser 1/3 de lalluvia que cae. En adición al conocimiento de la cantidad de agua quefluye, debemos saber cómo varía ésta a lo largo del mes, meses yaños con anterioridad a la escogencia de una turbina y un generador

para un sitio particular.

r = Rendimiento específico.

A = Area donde caen las lluvias que luego drenan hacia el cauce deagua.

Q= Caudal medio.

Precipitaciones:

Orográfica: Se presenta por barreras naturales, cordilleras, etc.

Convectiva: Acumulación de aire, convección de corrientes de aire.Es una lluvia local.

La lectura de las precipitaciones se efectúa con pluviómetros. Elregistro con Pluviógrafos.

Algunas formas de medición de la precipitación media son:



• Promedios:

• Thiessen:

MEDICION DE CAUDALES:

[m³/seg]. La sección del río para hacer la medición (aforo) debe ser estable desde el punto de vista geológico.

V0,2 →0,2 h

V0,6 →0,6 h

(V0,2 + V0,6 ) / 2 = V [m/seg]

qi = V * A [m/seg] [m²]→ [m³/seg]

Q1 = ∑ qi (Caudal al nivel 1)

Para hacer los aforos se usa un equipo tipo hélice llamado Molinete.

El operador del molinete utiliza la tarabita para situarse a lo largo de lasección del río y hacer la medición.

Teniendo los datos de caudales con las fechas en que se obtuvieronéstos, se puede realizar la gráfica de caudal vs tiempo; o sea, unhidrograma.

Con las series de caudales medios diarios y mensuales se puedeevaluar la potencia y energía que se puede obtener vs la regulación.



La potencia se calcula así:

Potenciai = H * g * Qi * ρ * η turbogrupo

H es el salto o caída, que se escoge con base en los estudiosanteriores de la cuenca, topográficos, aerofotografía, etc.

Si se selecciona la planta de generación con la potencia mínimaentonces habría un desperdicio de agua (caudal sobrante) el cualsería factible de utilizar económicamente.

Si se selecciona la planta de generación con la potencia máxima

entonces habría un desperdicio de capacidad instalada puesto queesta potencia solo se podría aprovechar por un corto período detiempo. El costo sería supremamente alto y es muy probable que nohubiera factibilidad económica.

Uno de los criterios que se emplea es seleccionar el equipocorrespondiente a cinco veces la potencia mínima o de estiaje.

Entonces:

Se obtiene la gráfica de distribución de frecuencias, con base en elhidrograma y en la aplicación de un paquete estadístico.

Frecuencia: Número de veces que se presenta un evento, en nrepeticiones.

Se obtiene además la curva de duración de caudales o de frecuenciaacumulada, la cual representa el porcentaje (%) del tiempo en el cualel caudal Q es igualado o excedido.

Teniendo los datos de caudales y la frecuencia con que se presentan,se ordenan los caudales de mayor a menor y se van sumando lasfrecuencias para obtener la acumulada, estos datos se grafican encaudal vs % de tiempo, ejemplo:

De 24 mediciones se obtuvieron los siguientes datos de caudales:



El caudal Q de:

10 m³/s se presentó 6 veces








Entonces:

Caudal Frecuencia Frecuenciaacumulada

Porcentaje deltiempo (%)

10 6 6 25

9 5 11 45.83

7 4 15 62.5

6 1 16 66.67

5 1 17 70.83

3 2 19 79.17

2 3 22 91.67

1 2 24 100

Total 24 24 →100 % del tiempo



FAi →X

Otro de los criterios que se emplea para seleccionar el caudal dediseño (Qdiseño), es tomar, usualmente, el caudal que se presenta el30 % - 35 % del tiempo, o sea que el 35 % del tiempo el caudal dediseño (Qdiseño) es igualado o excedido.

Volumen total del embalse = Volumen muerto + Volumen útil

El volumen muerto es función de la vida económica del proyecto esigual al volumen de sedimentos que llegan provenientes del río en unaño, multiplicado por el número de años de vida del proyecto, es decir,es el volumen del embalse destinado para que se depositen lossedimentos. El volumen muerto generalmente lo determina un estudio

de hidrología y de geología.

Volumen muerto = Mm³/año (de sedimentos) * Número de años.

El volumen útil es el que realmente se emplea para la generación deenergía.

Teniendo el volumen total del embalse y la topografía del área, sepuede estimar una altura de la presa y por lo tanto un orden demagnitud en el costo, es decir, se puede tener una primera

aproximación al costo de las obras civiles. Entonces, al sumar a lasanteriores el costo aproximado de los equipos, imprevistos, ingenieríay administración, se puede conocer un estimativo inicial del costo totaldel proyecto.

(Costo total / KW) →Costo del KW instalado

KW →Potencia que generaría la Central (capacidad a instalar).

Entonces, teniendo el costo total con los gastos anuales de

administración, operación y mantenimiento (A, Ο & Μ ); los ingresospor venta de energía y otros costos financieros, si los hay, se hace laevaluación económica preliminar para analizar la factibilidad delproyecto.

Usualmente se toma como parámetro evaluativo la tasa interna deretorno (TIR) con un valor esperado del 15 % en US$ dólares.

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