UNIVERSIDAD DEL SIN ELAS BECHARA ZAINUN
GENERACIN HIDRULICA
PRESENTADO A:
ING. ALONSO C. ARTEAGA
PRESENTADO POR:
JUAN PABLO SEZ MACEA
GUSTAVO POLO
FRAIDYS DORIA
MONTERA (CRDOBA) MARZO DEL 2015
CENTRALES HIDROELCTRICAS
TIPOS DE CENTRALES HIDROELCTRICAS
El aprovechamiento hidro-energtico se puede realizar construyendo una presa para
crear un embalse, esta forma requiere de gran profundidad en su diseo y gran
tecnologa. Este tipo de obra no es recomendable para las pequeas centrales, por
cuanto son obras costosas que en la mayora de los casos encarecen el costo de kilo
vatio instalado. La otra forma es por medio de la derivacin del caudal; este caso tiene
un fcil diseo y es posible usar tecnologa regional; en Colombia, este es el tipo de
PHC usada.
Desde el punto de vista de cmo utilizar el agua para la generacin, las centrales
hidroelctricas se pueden clasificar en:
CENTRAL A FILO DE AGUA:
Tambin denominadas centrales de agua fluyente o de pasada, utilizan parte del flujo
de un ro para generar energa elctrica. Operan en forma continua porque no tienen
capacidad para almacenar agua, no disponen de embalse. Turbinan el agua
disponible en el momento, limitadamente a la capacidad instalada. En estos casos las
turbinas pueden ser de eje vertical, cuando el ro tiene una pendiente fuerte u
horizontal cuando la pendiente del ro es baja.
CENTRAL ACOPLADA A UNO O MS EMBALSES:
Es el tipo ms frecuente de central hidroelctrica. Utilizan un embalse para reservar
agua e ir graduando el agua que pasa por la turbina. Es posible generar energa
durante todo el ao si se dispone de reservas suficientes. Requieren una inversin
mayor. Existen dos variantes de esta central hidroelctrica:
La casa de mquinas se encuentra al lado de la presa:
POR DERIVACIN DEL AGUA
CENTRAL DE BOMBEO:
Son un tipo especial de centrales hidroelctricas que posibilitan un empleo ms
racional de los recursos hidrulicos de un pas. Disponen de dos embalses situados a
diferente nivel. Cuando la demanda de energa elctrica alcanza su mximo nivel a lo
largo del da, las centrales de bombeo funcionan como una central convencional
generando energa.
Al caer el agua, almacenada en el embalse superior, hace girar el rodete de la turbina
asociada al alternador. Despus el agua queda almacenada en el embalse inferior.
Durante las horas del da en la que la demanda de energa es menor el agua es
bombeada al embalse superior para que pueda hacer el ciclo productivo nuevamente.
Para ello la central dispone de grupos de motores-bomba o, alternativamente, sus
turbinas son reversibles de manera que puedan funcionar como bombas y los
alternadores como motores.
ELEMENTOS QUE COMPONEN UNA PCH
Este tipo de planta es de filo de agua, en la que no se usa un embalse para almacenar
agua, sino que el caudal se toma del recurso hdrico directamente por medio de una
bocatoma que dirige el caudal a u canal en el que se alcanza la cada necesaria para
obtener la potencia requerida; despus se encuentra un tanque de presin y un
desarenador que conducen el caudal a una tubera a presin por la cual se lleva a la
turbina de generacin. Su impacto ambiental es mnimo comparado con el causado
por un proyecto de autorregulacin o que usa un embalse. A continuacin se hace
una breve descripcin de los elementos que componen una PCH de filo de agua:
BOCATOMA: Es la obra en la que se toma el caudal necesario para obtener la
potencia de diseo.
PRESA O AZUD:
La presa es una pared artificial que cierra un valle o depresin geogrfica donde se
almacena el agua. En otros casos, la presa deriva un cierto caudal hacia las obras de
conduccin. Para levantar la presa, se construye un tnel que desva
provisionalmente el cauce del ro; por tal razn dicho tnel se llama tnel de
desviacin. En el rea libre se construye la obra. La presa puede incluir una estructura
denominada vertedero, el cual permite que el agua excedente aportada al embalse
sea liberada y fluya directamente al cauce natural aguas abajo.
Las presas se clasifican segn la forma de su estructura y los materiales empleados.
Las grandes presas pueden ser de hormign o de elementos sin trabar. Las presas de
hormign ms comunes son de gravedad, de bveda y de contrafuertes. Las presas
de elementos sin trabar pueden ser de piedra o de tierra. Tambin se construyen
presas mixtas, por ejemplo de gravedad y de piedra, para conseguir mayor
estabilidad. Adems, una presa de tierra puede tener una estructura de gravedad de
hormign que soporte los aliviaderos. La eleccin del tipo de presa ms adecuado
para un emplazamiento concreto se determina mediante estudios de ingeniera y
consideraciones econmicas. El coste de cada tipo de presa depende de la
disponibilidad en las cercanas de los materiales para su construccin y de las
facilidades para su transporte. Muchas veces slo las caractersticas del terreno
determinan la eleccin del tipo de estructura.
Canal: Es una obra de conduccin de agua expuesta sobre la superficie del suelo. Se
encuentra en la parte alta, generalmente entre el ro y el embalse. Puede incluir un
desarenador, parte ms profunda y ancha que el resto del canal. Su funcin es la de
permitir el acumulamiento en l de arena y otros slidos que el agua arrastra y que
reducen el volumen de lquidos en el embalse.
Tnel:
Es un tramo de conduccin bajo la superficie del suelo. Si se inicia en una de las
paredes del embalse, la entrada estar constituida por la toma de agua, la que
contienen en el frente unas rejillas que evitan que objetos voluminosos restos de
plantas o animales penetren al tnel. En su extremo posterior, la toma cuenta con una
compuerta de acceso que permite o no que las aguas ingresen al tnel, segn las
necesidades. Generalmente est abierta.
Tubera de presin o forzada:
Es el tramo final de la conduccin. Como su nombre lo especfica, es la que soporta
las mximas presiones internas causadas por el agua. Cuentan con vlvulas
disipadoras de energa y de admisin para regular el flujo hacia las turbinas.
Tanque de presin: Es un tanque en el que la velocidad del agua es cercana a cero,
empalma con la tubera de presin, y debe evitar el ingreso de slidos y de burbujas
de aire a la tubera de presin, y amortiguar el golpe de ariete; adems, debe
garantizar el fcil arranque del grupo turbina-generador y tiene un volumen de reserva
en caso de que las turbinas lo soliciten.
Desarenador: Es un tanque de mayor dimensin a la obra de conduccin en el que
las partculas en suspensin pierden velocidad y son decantadas, cayendo al fondo.
Aliviadero: Se usa para eliminar el caudal de exceso en la bocatoma y el tanque de
carga regresndolo al curso natural.
Casa de mquinas: Es la edificacin donde se produce la energa elctrica. Consta
de varias partes. Entre las ms importantes se encuentran las unidades de
generacin, la salea de control y los equipos auxiliares.
Turbina: Es el elemento que transforma la energa hidrulica en mecnica para
accionar el generador.
Datos:
DATOS: CANTIDAD:
SALTO 105 Metros
CABEZA NETA DEL DISEO 90 Metros
CAUDAL 3
780
COMUNIDAD 400 Viviendas
TIPO DE COMUNIDAD PORCENTAJE
Estrato 1 - 2 50 %
Estrato 3 - 4 30 %
Estrato 5 10 %
Industrial 10 %
La PCH est nivel del mar y se encuentra a 18km de la carga a abastecer
factor de utilizacin de una vivienda 30%
Abaco Para la Seleccin del Tipo de Turbina
SOLUCION 1) Total 400 viviendas
Estrato 1-2 ; 50%; 200 viviendas; A= 50 2
Para una vivienda circuito de luces y tomas
32 2 50 2
= 1600 VA
Cargas especiales
Licuadora 300 w
Tv 60 w
Equipo de sonido 100 w
Nevera 150 w
Ventilador 167 w
Plancha 1000 w
Total W 1777 w
Capacidad total para una vivienda
1777w + 1600w = 3377 w
Entonces;
3000 + (0.3 x 377) = 3113.1 w
Nota: Las 200 casas consumen 622620 w
200 x 3113.1 = 622620 w
2) Total 400 viviendas
Estrato 3-4 ; 30%; 120 viviendas; A= 100 2
Para una vivienda circuito de luces y tomas
32 2 100 2
= 3200 VA
CARGAS ESPECIALES
Licuadora 300 w
Tv 60 w
Equipo de sonido 100 w
Nevera 150 w
Ventilador 167 w
Plancha 1000 w
Lavadora 450 w
TOTAL W 2227 W
Capacidad total para una vivienda
2227w + 3200w = 5427 w
Entonces;
3000 + (0.3 x 2427) = 3728.1 w
Nota: Las 120 casas consumen 516340 w
120 x 4302.9 =516340 w
3) Total 400 viviendas
Estrato 5 ; 10%; 40 viviendas; A= 225 2 Para una vivienda circuito de luces y tomas
32 2 225 2
= 7200 VA
CARGAS ESPECIALES
Licuadora 300 w
Tv 60 w
Equipo de sonido 100 w
Nevera 150 w
Ventilador 167 w
Plancha 1000 w
Lavadora 450 w
Capacidad total para una vivienda
5800w + 7200w = 13000 w
Entonces;
3000 + (0.3 x 10000) = 6000 w
Nota: Las 120 casas consumen 240000 w
40 x 600 =240000 w
4) Sector Industrial 5) A= 400 2
Circuito de luces y tomas
22 2 400 2
= 8800 VA
Capacidad total
8800w + 11190w + 540850 = 560840 w
CARGAS ESPECIALES
A/A 5hp x 746 w = 3730w x 3 = 11190 w
CIRCUITOS EXCLUSIVOS
2 motores 300 hp 447600 w
1 motor 125 hp 93250 w
TOTAL 540850 W
Entonces;
3000 + (0.3 x 557840) = 170352 w
Nota: Las 40 industrias consumen 6814080 w
40 x 170352 = 6814080 w
Postes por cada estrato
Estrato 1-2
67 postes x 87 w = 5829 w
Estrato 3-4
60 postes x 87 w = 5220 w
Estrato 5
40 postes x 87 w = 3480 w
Sector industrial
40 postes x 87 w = 3480 w La sumatoria de las cargas es de 18004 w
Carga total
Estrato 1-2 622620 w
Estrato 3-4 3728.1 w
Estrato 5 6814080 w
Industrial 6814080 w
La sumatoria total de todas las cargas es 7680428.1 w
Carga total: 7680428.1 w x alumbrado pblico x factor de utilizacin
Carga total: 7680428.1 w x 18004 x 0.20 = 9238118.52 w
= 9.23 mva
= 9238.11 kva
Segn los valores de caudal y salto que se dan para el ejercicio, se puede
determinar que la turbina que debe ser usada es la turbina FRANCIS.
Potencia de la turbina
= 9,81 []
= = 90
3
= = 780
=
Entonces la potencia de la turbina es igual:
= 9,81 90 780 0,85
DIMENSIONES DEL RODETE
= 3
=
602
3 =
= Coeficiente de velocidad perifrica
= 0,31 + 2,5103
= 0,31 + 2,5103 209,15
= 0,83
Dimetro de salida.
84,5
3 =
3 =
84,5 0,83 90
75
3 = 8,87
1
= 0,4 + 3
1
= 0,4 + 3
1
= 0,85
3
94,5
94,5
208,41
Remplazando 3 y despejando 1
1 = 0,85 8,87 = 7,53
2 1
= 0,96 + 0,00038(208,41)
= 0,96
Remplazando 3 y despejando 2
3 = 0,96 8,87 = 8,53
1 = 0,094 + 0,00025(208,41) = 19,64
3
Remplazando 3 y despejando 1
1 = 19,64 8,87 = 174,23 2 1
= 3,16 0,0013(208,41)
= 0,34
Remplazando 3 y despejando 1
2 = 0,34 8,87 = 3,07
DIMENSIONES DEL CARACOL
= 1,2
3
19.56
208,41 = 1,106
= 1,1
3
54,8
3
3
208,41 = 1,36
= 1,32
3
49,25
208,41 = 1,55
= 1,50
3
48.8
208,41 = 1,73
= 0,98
3
63,60
208,41 = 1,29
= 1
3
131,4
208,41 = 1,63
= 0,89
3
96,5
208,41 = 1,35
= 0,79
3
81,75
208,41 = 1,18
= 0,1 + 0.00066(208,41) = 0.23662
3
= 0,88 + 0.00049(208,41) = 0.98143
3
= 0,60 + 0.000015(208,41) = 0.603105
3
CAVITACIN
hb hv hs
= HN
Segn las siguientes tablas
Hb: presin atmosfrica = 10.351
Hv: presin de vapor = 0324
Hs: sumergencia =
HN: cabeza neta de diseo = 90
= 7.54 x 105(208.41) = 0.1402
hs = HN hb + hv hs = HN + hb hv
hs = (0.1462)(90) + (10.351) + (0.324) = 1.943 DETERMINACIN DE LAS DIEMENSIONES DEL GENERADOR
Para determinar las dimensiones del generador se tiene en cuenta la velocidad
sncrona y el nmero de polos que se obtuvieron en el dimensionamiento de la
turbina (ejercicio anterior).
Para el numero de polos #P= 95 se calcula de la tabla el valor mnimo y el valor
mximo de la tabla para H
0.231 2 2 109
=
2 = 379000
(
1.25 )1,25
2 = 379000
(
9238.11 103 75.781.25
)1,25
2 = 863.32 109
0.231 863.32 109 75.762 109
= 9238.11 103
= 0.123 Aproximado a el valor mnimo de H
3
=
( ) 10
600
32.5 9 = + 50 = 53.33
95
95 3
=
(53.33) 10
600
= 2687.78 = 68.24
=
68.24
= 95
= 2.25 = 225.66
108
= 2
; = 11
=
108
9238,11 103 108
= 2687.78 11 75.78 = 412327333.1
9238,11 103 108
= (2687.78)2 412327333.1 75.78
= 0.040
Lmite superior
9
= 12.57 ( )
= 12.57 (
2687.78
95 ) = 355.63
Lmite inferior
= 5.5 ( )
= 5.5 (
2687.78
95 ) = 155.60
Dimetro externo del ncleo
= + 44
= 2687.78 + 44 = 2731.78
Dimetro de la carcasa
= + 84
= 2687.78 + 84 = 2771.78 Dimetro del recinto del generador
= + 164
= 2687.78 + 164 = 2851.78 Altura total del generador
= + 90
= 155.60 + 90 = 245.6
Calculo de la reactancia
0.65
= 102
3
0.65 2.25 412327333.1
= 102
= 6030287.247
= 102
6030287.247 102
= 2.25 412327333.1 = 0.65
=
1 2 4.44
1 2 = 1.1
= 13.8
= 60
= 1.05
= 6360
1.1 13.8 9
= 4.44 60 6030287.247 = 9.4 10
2.12
= 1 2
2.12 6360 9.4 109 1.05
= 95 1.1 = 0.001 10
6
9
=
0.85
0.001 103
= 0.85 = 1.17 10
=
1.26
0.85 104
1.26 1.17 106
= 0.85 104
= 0.17 10