DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ 1 I) Introducción .- El agua ha sido utilizada desde tiempos antiguos como mecanismo de energía para moliendas y otras labores. La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad. La tecnología de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX. Las centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se controla y se puede mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas y turbinas para adecuar el flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad. El agua que entra en la turbina sale por los canales de descarga. Los generadores están situados justo encima de las turbinas y conectados con árboles verticales. El diseño de las turbinas depende del caudal de agua; las turbinas Francis se utilizan para caudales grandes y saltos medios y bajos, y las turbinas Pelton para grandes saltos y pequeños caudales. I.1) Objetivo .- Estudio y funcionamiento de los diferentes tipos de Centrales Hidroeléctricas, además de conocer los parámetros que influyen en la selección de una Turbina Hidráulica. II) Definición de una Central Hidroeléctrica .- Las centrales hidroeléctricas, son instalaciones que generan energía eléctrica utilizando caídas de agua, sin costo de combustible. Su operación es simple, mantenimiento mínimo y vida útil prolongada. Pueden construirse en tamaños que permiten satisfacer demandas de energía eléctrica de grandes ciudades, así como también de pequeñas localidades e incluso de
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
1
I) Introducción.- El agua ha sido utilizada desde tiempos antiguos como mecanismo de energía para moliendas
y otras labores.
La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El
renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico,
seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de
electricidad a principios del siglo XX.
En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total
de electricidad.
La tecnología de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX. Las
centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se
controla y se puede mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o
tuberías forzadas, controlados con válvulas y turbinas para adecuar el flujo de agua con
respecto a la demanda de electricidad. El agua que entra en la turbina sale por los canales de
descarga. Los generadores están situados justo encima de las turbinas y conectados con
árboles verticales. El diseño de las turbinas depende del caudal de agua; las turbinas Francis se
utilizan para caudales grandes y saltos medios y bajos, y las turbinas Pelton para grandes
saltos y pequeños caudales.
I.1) Objetivo.-
Estudio y funcionamiento de los diferentes tipos de Centrales Hidroeléctricas, además de
conocer los parámetros que influyen en la selección de una Turbina Hidráulica.
II) Definición de una Central Hidroeléctrica.-
Las centrales hidroeléctricas, son instalaciones que generan energía eléctrica utilizando caídas
de agua, sin costo de combustible. Su operación es simple, mantenimiento mínimo y vida útil
prolongada. Pueden construirse en tamaños que permiten satisfacer demandas de energía
eléctrica de grandes ciudades, así como también de pequeñas localidades e incluso de
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
2
viviendas individuales que se encuentran en zonas rurales alejadas de las grandes redes
eléctricas. La energía hidroeléctrica es una de las más rentables. El coste inicial de
construcción es elevado, pero sus gastos de explotación y mantenimiento relativamente bajos.
Aún así tienen unos condicionantes:
Las condiciones pluviométricas medias del año deben ser favorables
El lugar de emplazamiento está supeditado a las características y configuración del
terreno por el que discurre la corriente de agua.
El funcionamiento básico Fig. (1) consiste en aprovechar la energía cinética del agua
almacenada, de modo que accione las turbinas hidráulicas. En el aprovechamiento de la
energía hidráulica influyen dos factores: el caudal y la altura del salto para aprovechar mejor el
agua llevada por los ríos, se construyen presas para regular el caudal en función de la época
del año. La presa sirve también para aumentar el salto. Otra manera de incrementar la altura
del salto es derivando el agua por un canal de pendiente pequeña (menor que la del cauce del
río), consiguiendo un desnivel mayor entre el canal y el cauce del río.
. . . .E Potencial E Cinetica E Cinetica de rotacion E Electrica→ → →
Fig. (1) Esquema de generación y transformación de la energía eléctrica
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
3
Detalles Fig. (1) Sección transversal de una presa:
En las presas se genera electricidad liberando un flujo controlado de agua a alta presión a
través de un conducto forzado. El agua impulsa unas turbinas que mueven los generadores y
producen así una corriente eléctrica. A continuación, esta corriente elevada de baja tensión
pasa por un elevador de tensión que la transforma en una corriente reducida de alta tensión. La
corriente se transporta por cables de alta tensión hasta las subestaciones eléctricas donde se
reduce la tensión para ser empleada por los usuarios. El agua sale de la presa por el desagüe.
III) Tipos de Centrales Hidroeléctricas.-
Se pueden clasificar según varios argumentos, como características técnicas, peculiaridades
del asentamiento y condiciones de funcionamiento.
En primer lugar hay que distinguir las que utilizan el agua según discurre normalmente por el
cauce de un río, y aquellas otras a las que ésta llega, convenientemente regulada, desde un lago
o pantano. Se denominan:
Centrales de Agua Fluente.
Centrales de Agua Embalsada:
Centrales de Regulación.
Centrales de Bombeo.
Según la altura del salto de agua o desnivel existente:
Centrales de Alta Presión.
Centrales de Media Presión.
Centrales de Baja Presión.
III.1) Centrales de Agua Fluente (De Pasada): Llamadas también de agua corriente, o de agua fluyente. Se construyen en los lugares en que
la energía hidráulica debe ser utilizada en el instante en que se dispone de ella, para accionar
las turbinas hidráulicas. No cuentan prácticamente con reserva de agua, oscilando el caudal
suministrado según las estaciones del año. En la temporada de precipitaciones abundantes,
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
4
desarrollan su potencia máxima, y dejan pasar el agua excedente. Durante la época seca, la
potencia disminuye en función del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en la época
de estiaje. Su construcción se realiza mediante presas sobre el cauce de los ríos, para
mantener un desnivel constante en la corriente de agua.
Fig. Presa de agua fluente en el río Urumea
III.2) Centrales de Agua Embalsada: Se alimenta del agua de grandes lagos o de pantanos artificiales, conseguidos mediante la
construcción de presas. El embalse es capaz de almacenar los caudales de los ríos afluentes,
llegando a elevados porcentajes de captación de agua en ocasiones. Esta agua es utilizada
según la demanda, a través de conductos que la encauzan hacia las turbinas.
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
5
III.2.1) Centrales de Regulación: Tienen la posibilidad de almacenar volúmenes de agua en el embalse, que representan
periodos más o menos prolongados de aportes de caudales medios anuales. Prestan un gran
servicio en situaciones de bajos caudales, ya que el almacenamiento es continuo, regulando de
modo conveniente para la producción. Se adaptan bien para cubrir horas punta de consumo.
III.2.2) Centrales de Bombeo:
Se denominan 'de acumulación'. Acumulan caudal mediante bombeo, con lo que su actuación
consiste en acumular energía potencial. Pueden ser de dos tipos, de turbina y bomba, o de
turbina reversible. La alimentación del generador que realiza el bombeo desde aguas abajo, se
puede realizar desde otra central hidráulica, térmica o nuclear. No es una solución de alto
rendimiento, pero se puede admitir como suficientemente rentable, ya que se compensan las
pérdidas de agua o combustible.
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
6
III.3) Centrales de Alta Presión:
Aquí se incluyen aquellas centrales en las que el salto hidráulico es superior a los 200 metros
de altura. Los caudales desalojados son relativamente pequeños, 20 m3/s por máquina.
Situadas en zonas de alta montaña, aprovechan el agua de torrentes, por medio de
conducciones de gran longitud. Utilizan turbinas Pelton y Francis.
III.4) Centrales de Media Presión: Aquellas que poseen saltos hidráulicos de entre 200-20 metros aproximadamente. Utilizan
caudales de 200m3/s por turbina.
En valles de media montaña, dependen de embalses. Las turbinas son Francis y Kaplan, y en
ocasiones Pelton para saltos grandes.
Compuertas del embalse de Alloz
III.5) Centrales de Baja Presión:
Sus saltos hidráulicos son inferiores a 20 metros. Cada máquina se alimenta de un caudal que
puede superar los 300m3/s. Las turbinas utilizadas son de tipo Francis y especialmente
Kaplan.
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
7
IV) Principales Componentes de una Central Hidroeléctrica.-
IV.1) La Presa: El primer elemento que encontramos en una central hidroeléctrica es la presa o azud, que se
encarga de atajar el río y remansar las aguas.
Con estas construcciones se logra un determinado nivel del agua antes de la contención, y otro
nivel diferente después de la misma. Ese desnivel se aprovecha para producir energía.
Las presas pueden clasificarse por el material empleado en su construcción en:
Presa de Tierra
Presa de Hormigón
Presas de Derivación:
Presas de derivación, llamadas también azudes y presas de vertedero están dispuestas,
preferentemente, para elevar el nivel del contribuyendo a crear el salto y siendo efecto
secundario el almacenamiento del agua cuando lo requieran las necesidades de consumo.
Presas de Embalse:
Por el contrario, el objeto preferente de las presas de embalse es el almacenamiento de agua
para regular el caudal del río, siendo de efecto secundario la elevación del nivel del agua para
producir de salto.
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
8
IV.2) Los Aliviaderos: Los aliviaderos son elementos vitales de la presa que tienen como misión liberar parte del
agua detenida sin que esta pase por la sala de máquinas.
Se encuentran en la pared principal de la presa y pueden ser de fondo o de superficie.
La misión de los aliviaderos es la de liberar, si es preciso, grandes cantidades de agua o
atender necesidades de riego.
Para evitar que el agua pueda producir desperfectos al caer desde gran altura, los aliviaderos se
diseñan para que la mayoría del líquido se pierda en una cuenca que se encuentra a pie de
presa, llamada de amortiguación.
Para conseguir que el agua salga por los aliviaderos existen grandes compuertas, de acero que
se pueden abrir o cerrar a voluntad, según la demanda de la situación.
IV.3) Tomas de Agua: Las tomas de agua son construcciones adecuadas que permiten recoger el líquido para llevarlo
hasta las máquinas por medios de canales o tuberías.
Las tomas de agua de las que parten varios conductos hacia las tuberías, se hallan en la pared
anterior de la presa que entra en contacto con el agua embalsada. Estas tomas además de unas
compuertas para regular la cantidad de agua que llega a las turbinas, poseen unas rejillas
metálicas que impiden que elementos extraños como troncos, ramas, etc. puedan llegar a los
álabes y producir desperfectos
IV.4) Casa de Máquinas: Es la construcción en donde se ubican las máquinas (turbinas, alternadores, etc.) y los
elementos de regulación y comando.
En la figura siguiente tenemos el corte esquemático de una central de caudal elevado y baja
caida. La presa comprende en su misma estructura a la casa de máquinas.
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
9
1. Embalse
2. Presa de contención
3. Entrada de agua a las máquinas (toma), con reja
4. Conducto de entrada del agua
5. Compuertas planas de entrada, en posición "izadas".
6. Turbina hidráulica
7. Alternador
8. Directrices para regulación de la entrada de agua a turbina
9. Puente de grúa de la sal de máquinas.
10. Salida de agua (tubo de aspiración
11. Compuertas planas de salida, en posición "izadas"
12. Puente grúa para maniobrar compuertas salida.
V) Ventajas y desventajas de una Central Hidroeléctrica.-
Entre las ventajas están:
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
10
No requiere combustible.
No contamina ni el aire ni el agua.
Los costos de mantenimiento y de explotación son bajos.
Las obras de ingeniería para aprovechar la energía tienen una duración muy larga.
Se tiene flexibilidad de operación.
Tiene bajo mantenimiento.
Da beneficios adicionales a la comunidad.
Entre las desventajas están:
Los costos por KW instalado son muy altos.
Como las plantas están lejos de los centros de consumo las inversiones crecen
adicionalmente a la central hidroeléctrica.
La construcción lleva más tiempo que una central termoeléctrica.
La disponibilidad fluctúa durante las diferentes estaciones del año, año con año.
VI) Definiciones Fundamentales.-
La altura Ho, en una planta Hidroeléctrica es la diferencia entre el nivel de agua del depósito
detrás de la presa y el nivel de agua de la curva de remanso o saliente. Debido a la afluencia y
condición de operaciones estos niveles son muy variables. La altura neta o efectiva, H, es la
altura disponible para la producción energética después de deducir las perdidas de la
conducción en el sistema como se muestra en la figura.
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
11
El agua impulsa las turbinas que mueven los generadores y producen así una corriente
eléctrica.
El poder hidráulico se da por:
[ ] ( )* * * * ......... 11000
g Q HP KW ecuacionη ρ= =
Donde:
η = es la eficiencia de la turbina
Q = es la proporción de caudal (en m3s-1) en una altura de H (m).
La eficiencia hidráulica de la planta es la proporción de la altura neta a la altura principal
(H/H0) y la eficiencia total es igual a la eficiencia hidráulica que cronometra la eficiencia de la
turbina y generador. La capacidad instalada de una central hidroeléctrica es la energía máxima
que puede desarrollarse por los generadores a la altura normal con el caudal lleno. La unidad
de poder eléctrico entregada por unidad de tiempo, es kilowat-hora (Kwh.).
La energía primaria o energía “firme”, es la energía que siempre está disponible, y qué
corresponde a la corriente de caudal mínimo sin la considerar el almacenamiento. La energía
secundaria, es la energía restante y no está disponible todo el tiempo. La energía secundaria
sólo es útil si puede absorberse relevando alguna otra estación, mientras afecta un combustible
(energía termal) así se economiza agua (en caso de otra hidro-estación con almacenamiento).
VII) Datos esenciales de caudal para la valoración de la energía potencial
del agua.-
El grosor de altura de cualquier esquema propuesto puede evaluarse por la técnica de simple
topografía, considerando que los datos hidrológicos de la lluvia y caudal de la corriente es
esencial para evaluar las cantidades de agua disponibles.
Se hace necesario tomar los siguientes datos:
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
12
a) Es necesario tomar datos sobre el caudal diariamente, por semana y de manera mensual
sobre un período de varios años, para determinar la capacidad de la planta y el rendimiento
estimado que son dependiente en el caudal promedio del rió y su distribución durante el año.
b) Los caudales bajos, para calcular la energía primaria, firme, o energía confiable.
VIII) Turbinas Hidráulicas.-
Las turbinas hidráulicas son las máquinas motrices accionadas por el agua, instaladas en las
Centrales Hidroeléctricas.
Podemos decir que una turbina hidráulica es la máquina destinada a transformar la energía
hidráulica, de una corriente o salto de agua, en energía mecánica. Por lo tanto, toda turbina
convierte la energía del agua, manifestada bien en su forma de presión (energía potencial o de
posición) como en la de velocidad (energía cinética), en el trabajo mecánico existente en un
eje de rotación. En términos generales podemos definir a las turbinas hidráulicas como
motores hidráulicos destinados a aprovechar las corrientes y saltos de agua.
VIII.1) Tipos de Turbinas Hidráulicas.-
En el presente apartado, se inicia el estudio de los tres tipos de turbinas hidráulicas según los
tipos de centrales: Pelton (saltos grandes y caudales pequeños), Francis (salto más reducido y
mayor caudal), Kaplan (salto muy pequeño y caudal muy grande) y de hélice.
De cada uno de dichos tipos, mencionaremos las características técnicas y de aplicación más
destacadas que los identifican, la descripción de los distintos elementos que componen cada
turbina, así como el principio de funcionamiento de las mismas.
Para establecer esta relación en el orden indicado, nos basamos en el empleo de las turbinas en
función de la altura del salto, si bien no hay límites perfectamente definidos que separen los
márgenes de utilización de unos tipos respecto de los demás.
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
13
VIII.1.1) Turbinas Pelton .-
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
14
Las turbinas Pelton, se conocen como turbinas de presión por ser ésta constante en la zona del
rodete, de chorro libre, de impulsión, o de admisión parcial por ser atacada por el agua sólo
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
15
una parte de la periferia del rodete. Así mismo entran en la clasificación de turbinas
tangenciales y turbinas de acción, conceptos que analizaremos a su debido tiempo.
Su utilización es idónea en saltos de gran altura (alrededor de 200 m y mayores), y caudales
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
69
a) El Caudal Uniformemente Distribuido es:
( )6
3
66 3
31.21*1014*28*24*60*60
0.9231.21 10 2.23 10 4
14
m segX X m Para semanas de periodos
=
=
⇒ = →
Con esto calculamos la reserva necesaria que se requiere a través de la grafica Caudal
acumulado versus periodo.
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
70
D
C
H
FG
E
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
71
(4 .5 2
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
72
a) Se obtendrá a través de gráficos de pendientes una capacidad de almacenamiento de 6 34.52*10 m y con esto y la ecuación (1) se obtiene la potencia total de la reserva:
[ ] ( )* * * * .............. 11000
0.92*1000*9.81*0.92*40 332
332
q Q HP KW
P KW
P KW
η ρ⇒ = =
⇒ = =
⇒ =
b) La capacidad del reservorio ( )6 3
6 34.52*10
2.26*102
mm= = .
La demanda reducida con el almacenamiento es la línea (OB) en la figura de la curva de masa
una vez obtenido se calcula para 36105.2 mx en 14 periodos de cuatro semanas se obtiene:
c) Para una constante de salida de una planta de bajo cabezal, descargas pequeñas, una turbina
Francis es la mas apropiada. El poder de salida es también pequeño y uniforme, sin embargo ,
un mínimo de dos unidades puede instalarse en caso de fallas o de mantenimiento, estas son
las opciones:
1) Diseñar y operar dos unidades compartiendo con el mismo poder de salida
2) Diseñar una unidad solamente, una segunda de similar tamaño, como una unidad
suplementaria es antieconómico.
3) En vista de expuesto, es deseable diseñar y operar una unidad, provista con otra unidad
de diesel para mantenimiento.
La velocidad especifica
[ ]5 4
* . . .sN PN r p m
H⇒ = =
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
73
Si adopto una 0.70φ = de la Tabla 12.1 y un corredor de diámetro
1 3
* QD aN
⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠ :
Donde: 4.43a = .
Con:
[ ]1 3
* *1000QD a mmN
⎛ ⎞⇒ = =⎜ ⎟⎝ ⎠
*2* * 84.60*
D Ng H Hυφ⇒ = =
despejo y obtengo ( )N que es la velocidad rotacional y debemos seguir los consejos de
Monsoyi debajo de la tabla (A) para turbinas como se obtiene una valor de 810 rpm se va a
las mas próxima que será 750rpm
Y así obtengo el
1 30.924.43* *1000 475750
475
D mm
D mm
⎛ ⎞⇒ = =⎜ ⎟⎝ ⎠
⇒ =
Y la
5 4
750* 332136 . .
40136
s
s
N r p m
N rpm
⇒ = =
⇒ =
( ) ( )" ".
sConlaVelocidad Especifica N y segunla tabla BOcupamos una turbina tipo Francis develocidad Media
∴
→
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
74
X.2) Ejemplo de Aplicación Nº2).-
En esta práctica vamos a estudiar el comportamiento de una turbina Pelton, y vamos a ver los
diferentes comportamientos con diferentes parámetros de entrada, y veremos los valores de
salida.
En la turbina Pelton hemos tomado los siguientes datos:
Datos en turbina Turbina 1 Turbina 2 Turbina 3
Q 0.0065 m3/s 0.012 m3/s 0.0167 m3/s H 19 mcda 16 mcda 16 mcda N 1145 rpm 1450 rpm 1700 rpm M 3.924 Nm 9.32 Nm 10.791 Nm V 80 V 200 V 180 V I 5 A 7 A 3.6 A
Con estos datos tenemos que calcular:
Potencia neta (o primaria), es la que hay en la entrada de la turbina.
[ ]
( )( )( )
( )
3
3
2
* * *1000
:
1000
Pr . . . .
Q g HN KW
Donde
Densidad del agua Kg m
Q Caudal a la entrada m seg
H esion deentrada m c d a
g Aceleracion dela gravedad m s
ρ
ρ
⇒ = =
=
=
=
=
1000*0.00645*19*9.81 1.211
10001.211
N KW
N KW
⇒ = =
⇒ =
Potencia en el eje (o secundaria), es la que tiene la turbina en el mismo eje y es por lo tanto la
que transmite al generador.
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
75
( ) [ ]
( )( )
*2* **
60:
. . .3.924*2* *1145 0.472
600.472
e
e
e
M nN M w KW
DondeM el Par Nm
n Velocidad en r p m
N KW
N KW
π
π
⇒ = =
=
=
⇒ = =
⇒ =
Potencia eléctrica (o útil), es la que nos genera la dinamo.
( ) [ ]
( )( )
*2* **
60:
80*5 400 0.40
0.40
u
u
u
M nN V I KW
DondeV la tension V
I la corriente AN W KW
N KW
π⇒ = =
=
=
⇒ = = =
⇒ =
Rendimiento total, de la turbina
[ ]*100 %
0.472 38.97%1.21138.97%
et
t
t
NN
η
η
η
⇒ = =
⇒ = =
⇒ =
Rendimiento de la dinamo, y disipada por la carga:
[ ]*100 %
0.40 84.74%0.47284.74%
ud
e
d
d
NN
η
η
η
⇒ = =
⇒ = =
⇒ =
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
76
Rendimiento global, que puede ser o el producto de las dos anteriores o la relación entre la
potencia útil y la primaria.
[ ]* %0.3897*0.8474 33.02%
33.02%
t dη η ηη
η
⇒ = =
⇒ = =
⇒ =
Todas estas operaciones tenemos que realizarlas con las otras dos turbinas, con lo que nos da
unos resultados que a continuación expondremos en la siguiente tabla.
Turbina1 Turbina 2 Turbina 3 N 1.211 kW 1.883 kW 2.621 kW Ne 0.472 kW 1.415 kW 1.921 kW Un 0.4 kW 1.4 kW 648 kW
η turbina 38.97 % 75.14 % 73.29 % η dinamo 84.74 % 98.93 % 33.73 % η global 33.02 % 74.34 % 24.72 %
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Tabla(A) Recomendación de Mosonyi para la velocidad Rotacional.
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
78
CLASIFICACION DE TURBINAS SEGÚN LA "VELOCIDAD ESPECIFICA"
Velocidad Especifica ( )Ns
Tipo deTuberia
Altura del Salto ( )m
Hasta 18 Pelton con una Tobera 800 18 a 25 Pelton con una Tobera 800 – 400 26 a 35 Pelton con una Tobera 400 – 100 26 a 35 Pelton con dos Toberas 800 – 400 36 a 50 Pelton con dos Toberas 400 – 100 51 a 72 Pelton con cuatro Toberas 400 – 100 55 a 70 Francis lentísima 400 – 200 70 a 120 Francis lenta 200 – 100
120 a 200 Francis media 100 – 50 200 a 300 Francis veloz 50 – 25 300 a 450 Francis ultra velocísima 25 – 15 400 a 500 Hélice velocísima Hasta 15 270 a 500 Kaplan lenta 50 – 15 500 a 800 Kaplan veloz 15 – 5
800 a 1100 Kaplan velocísima 5 Tabl(B). Clasificación de turbinas Hidráulicas según la Velocidad Especifica.
Fig.(C) Curvas que relacionan el Salto y el Caudal para Turbinas Pelton y Francis
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
79
POTENCIA INSTALADA A 31 DE DICIEMBRE (MW) Periodo 1.940-1.999
Fig.(D) Potencia instalada entre 1940 y 1999
GENERACIÓN ANUAL DE ENERGIA ELECTRICA (GWh) Periodo 1.940-1.999
Fig.(E) Generación anual de energia electrica entre 1940 y 1999
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
80
Fig. (G) Curva de Rendimiento de turbinas
Fig. (F) Curvas de Caudales que circulan por el río
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
81
La energía hidráulica es un recurso natural disponible en aquellas regiones que presentan suficiente cantidad de agua . En esta fotografía aérea puede observarse la presa de Itaipú, proyecto conjunto de Brasil y Paraguay sobre las aguas del río Paraná, y su central hidroeléctrica, la mayor del mundo, de la que se obtienen importantes recursos energéticos.
Hidroeléctrica Raúl Leoni Esta central hidroeléctrica adoptó el nombre de Raúl Leoni en honor al presidente de la República de Venezuela, quien gobernó el país durante la segunda mitad de la década de 1960. La central, ubicada en el cañón de Necuima en la región de la Guayana venezolana, proporciona energía eléctrica a todo el país.
La presa de Gabíkovo Este embalse recoge las aguas del río Danubio a su paso por el suroeste de Eslovaquia. La central hidroeléctrica y la presa se terminaron de construir en 1992.
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I
Dr. Ing. Francisco Pablo GACRIA GUTIERREZ
82
DESARROLLOS HIDROLELECTRICOS Y TURBINAS OBRAS HIDRAULICAS I