Aspectos Generales de La Hidraulica Maquinaria

UNIDAD 1. Aspectos generales

Julio de 2011

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIAPAS, Julio CAMPUS 1, FACULTAD DE INGENIERÍA UNIDAD 1. Aspectos FLUJO NO deHIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL PERMANENTE Julio de 2011 generales 2011 HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE (EXPOSICIÓN)

EQUIPO 1. PRESENTAN:

ALFREDO SÁNCHEZ VELASCO CARLOS RODRIGO GUTIÉRREZ GÓMEZ JOSEPH MARTÍNEZ SANTIAGO MIGUEL ÁNGEL MEDINA DÍAZ

1 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


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CONTENIDO ÍNDICE. ……………………………… …………………………………………… …………… …………………PÁG. UNIDA 1. ASPECTOS GENERALES Introducción. ………………………… …………………………………………………….. …………………………..

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1.1 Energía y potencia en un sistema hidráulico. 1.1.1 Sistema hidráulico. …………………………………………………………….4 1.1.2 Energía. …………………………………………………………………………4 1.1.3 Potencia. ………………………………………………………………………..6 1.2. Características y componentes principales de equipos de bombeo. 1.2.1 Clasificación. ………………………………………………………………….. 9 1.2.2 Partes y características de una bomba. ……………………………. 10 1.3. Características y componentes principales de una central hidroeléctrica. 1.3.1 Aprovechamiento de energía hidráulica. ………………………………13 1.3.2 Tipos y características de centrales eléctricas. ……………………..13 1.3.3 Principales componentes. componentes. de una central hidroeléctrica. ……….18 1.4. Disponibilidad de recursos hidroeléctricos en México. 1.4.1 El agua como recurso disponible. ……………………………………….28 1.4.2 Disponibilidad y problemas de agua en nuestra región. …………31 1.4.3 Fuentes disponibles de energía eléctrica. ……………………………..32 1.4.4 Plantas eléctricas de Chiapas. ………………………………………………35 3 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


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1.4.5 La central hidroeléctrica más importante de Chiapas. …………….36 2. Conclusión. ……………………………………………………………………………………38 3. Bibliografía. …………………………………………………………………………………….39

Introducción La energía eléctrica es la principal energía en que usa la mayoría de las maquinas, en los hogares, calles, para equipos domésticos, que hacen funcionar las industrias, automóvil etc. Es decir la energía eléctrica está en toda todass parte artess como como el aire aire y es uno uno de los los más más impor mporta tan ntes tes descubrimientos e inventos del hombre sin duda alguna. Entonces esta energía tan importante y necesaria para cada persona tiene que adquirir día a día y eso implica comprar la energía, lo que también se ha vuelto una forma de generar economía para la producción de la electricidad. Existen muchas centrales de producción de energía eléctrica, central hidroe hidroeléc léctri trica, ca, central central termoel termoeléct éctric rica, a, central central nuclea nuclear, r, centra centrall eólica eólica,, cent centra rall sol solar entr entre e otras tras,, pero perolla pri primera mera es la más más impo import rtan ante te,, econó económi mico co,, prod produc ucti tivo vo y benef benefic icio ioso so para para el medi medios os ambi ambien ente te y la sociedad, ya que consiste en la utilización del agua, para la generación de la electricidad. Como su nombre lo dice hidroeléctrica, que se basa en el almacen almacenami amient ento o del agua en una gran cantid cantidad, ad, instal instalaci ación ón de turbinas, generadores, transformador etc. que más adelante durante el desarrollo del tema se explicara con más detalle. En este este pres presen entte trab trabaj ajo o se trat trata a pri princi ncipal palment mente e de la centr entral al hidroe hidroeléc léctri trica, ca, todo todo lo referen referente te a ello ello donde donde present presentarem aremos os temas temas como como,, ener energí gía a y pote potenc ncia ia,, sist sistem ema a hidr hidráu áuli lico co,, cara caract cter erís ísti tica cass y componentes de un equipo de bombeo, características de la central hidroeléctricos, el recurso hidroeléctrico en nuestro país y entre otros, que son temas muy importantes y necesarios, mas para las personas que se dedican a la construcción, ingenieros en general que son los que están más relacionados con la electricidad. Entonces esta recopilación de información tiene un amplio enfoque hacia los ingenieros civiles, ya que se trataran conceptos de la construcción de la presa hidroeléctrica. Cabe mencionar que está presente información no es muy profundo, es algo algo superf superfic icia ial, l, es algo algo que nos nos servi servirá rá para para enri enriqu quec ecim imie iento nto de nuestr nuestro o conoci conocimie miento nto y preparac preparación ión como como ingeni ingeniero eross civile civiles, s, mismos mismos 4 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


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que presen sentan este ste trabajo ajo. Se presen esentta una reco ecopilaci ación corr corresp espon ondi dien ente te a la prim primera era unid unidad ad del prog program rama a de hidr hidráu áuli lica ca de maqu maquin inar aria ia y del del fluj flujo o no perm perman anen ente te,, cabe cabe menc mencio iona narr que que esta esta investigación fue realizada teniendo datos previos, en otras palabras, lo que se presenta a continuación es una segunda investigación, ya que esta esta fue fue real realiz izada ada con con anter anterio iori ridad dad por por comp compañe añero ross del del semes semestr tre e anterior

1.1

1.2 ENERGÍA Y POTENCIA EN UN SISTEMA HIDRÁULICO

1.1.1 El sistema hidráulico Una clá clásic sica a def defini inició ción n del sis sistem tema a hidráulico: es un conjunto de dispositivos que mediante la utilización de un flujo de líquidos permite generar un movimiento el cual puede ser aprovechado en forma de energía. Es un sistema de transporte de fluidos, y se basa en la estática y dinámica de flui fl uido dos. s. ca cabe be señ señal alar ar qu que e nu nues estr tro o pu punt nto o de co comp mpre resi sión ón es so sobr bre e lo loss comp co mpon onen ente tess de un una a ce cent ntra rall hi hidr droe oelé léct ctri rica ca,, as asíí qu que e no de desv svia iarem remos os el concepto del sistema hidráulico, ya que se puede encontrar otras definiciones de este mismo. Si bien los líquidos y gases (fluidos) pueden transportarse en recipientes por cualqu cua lquier ier med medio io convenci convenciona onal, l, se ent entien iende de por tra transp nsport orte e de fluidos fluidos en ingeniería el movimiento continuo y forzado de líquidos o gases a través de cond co nduc ucci cion ones es fi fija jass qu que e fo form rman an un ci circ rcui uito to de fl flui uido dos, s, el cu cual al co cons nsta ta de elementos funcionales, cuyo número número y especie dependen dependen de la función a que se destine el circuito, y que están conectados entre sí mediante conducciones a través de las que se establece el transporte del fluido de alimentación del circuito de unos elementos a otros. Hay gran variedad de circuitos de fluidos en ingeniería, con concepciones, configuraciones y aplicaciones muy diversas .. El funcionamiento de los sistemas hidráulicos se basa en la relación existente entre área, fuerza y presión. A lo largo del tiempo se han establecido un conjunto de leyes que explican el comportamiento de los sistemas hidráulicos. Los sis sistem temas as hi hidrá dráuli ulicos cos se sir sirven ven de las pro propie piedad dades es de los flu fluido idoss par para a distribuir la fuerza ejercida y aplicarla en lugares específicos. Los sis sistem temas as hid hidráu ráulic licos os se ut utili ilizan zan a me menud nudo o par para a lev levant antar ar obj objeto etos, s, por ejemplo, ejemp lo, motores de auto automóvi móviles. les. Es neces necesario ario que el diseñ diseñador ador del sistem sistema a comprenda la relación entre presión, fuerza y área, para que pueda lograr que el sistema funcione adecuadamente. adecuadamente.

1.1.2 Energía 5 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011 El término energía en forma general (del griego energeia, actividad, operación; energos, fuerza de de acción o fuerza trabajando) trabajando) tiene diversas aceptaciones y definiciones según el contexto, teniendo en común que es relacionada con la idea ide a de un una a ca capac pacida idad d par para a obr obrar, ar, tra transf nsform ormar ar o pon poner er en mo movim vimien iento. to. La energía puede definirse defi nirse en la form forma a tradicional, aunque no universalmente correcta como "la capacidad de efectuar trabajo". Esta sencilla definición no es muy precisa ni válida para todos los tipos de energía, como la asociada al calor, pero sí es correcta para la energía mecánica. Pero, ¿qué ¿qué se entiende por trabajo? En el leng lenguaje uaje cotidiano cotidiano tiene diversos diversos significados. En física tiene un significado muy específico para describir lo que se obtiene mediante la acción de una fuerza que se desplaza cierta distancia. El trabajo efectuado por una fuerza constante, tanto en magnitud como en dirección, se define como: "el producto de la magnitud del desplazamiento por la componente de la fuerza paralela al desplazamiento". , do dond nde e W =t =tra raba bajo jo,, desplazamiento neto d.

es la co comp mpon onen ente te de la fuer fuerza za para parale lela la al

.

La energía no es un estado físico real, ni una sustancia intangible, sino solo una magnitud escalar que se le asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstracción matemática de una propiedad de los estados físicos.



Julio de 2011 Energía en diversos tipos de sistemas físicos Física clásica

Mecán ica

Electromagn etismo

Termodiná mica

Energí Energía Energía a Electromagné Interna mecán tica ica Energí Energía a radiante cinétic a

Física relativista

Física Quími cuánt ca ica

Energía en reposo

Energ Energí ía de dell a de vacio ionizac ión

Energía de desintegr ación

Energí a de enlace

Energía térmica

Energí Energía a calorífica potenc ial Energía potencial eléctrica

En una central hidroeléctrica se utiliza energía hidráulica para la generación de energía energ ía eléct eléctrica rica.. Son el resultado actual de la evolución de los antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para mover una rueda. La energía hidráulica se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La energía potencial, durante la caída, se convierte en cinética. El agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente se transforma en energía eléctrica por medio de los generadores. Para caracterizar un aprovechamiento energético es indispensable indicar su potencia y la energía que produce durante determinado tiempo, esto es aún más importante cuando se trata de centrales hidroeléctricas, debido a que en ellas la energía producida tiene un valor prácticamente invariable, mientras que su potencia puede estar afectada por otras características del sistema. Por otra parte parte,, un apro aprovecha vechamient miento o hidro hidroeléc eléctrico trico no pued puede e carac caracteriza terizarse rse comp co mple leta tame ment nte e só sólo lo po porr su po pote tenc ncia ia,, si sino no ad adem emás ás,, y en fo form rma a mu muy y importante, por el tiempo en que esta puede utilizarse. A este concepto se le 7 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011 llama energía y representa el trabajo desarrollado en un cierto tiempo; esto es, el producto de la potencia por dicho tiempo, que generalmente se expresa en horas aprovechadas, es decir: Energía = Potencia x Tiempo en horas Al especificar la energía producida en una planta, es necesario indicar en qué periodo se produce; por ejemplo: no tiene ningún significado decir que una planta produce X cantidad de kilowatts-hora, si no se especifica en cuanto tiempo (un mes, un año, etc.)

1.1.3 Potencia En físic física, a, poten potenci cia a es la canti cantida dad d de traba trabajo jo efectuado por unidad de tiempo. En otras palabras como la rapidez a la cual se efectúa trabajo, o bien, como la rapidez de transferencia de energía en el tiempo. La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiem ti empo po;; es de deci cir, r, la ca cant ntid idad ad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado ( p = dW / dt ). ) . La unidad en el Si Siste stema ma Int Intern ernaci aciona onall de Unidades es el vatio o watt, que es lo mismo. La po pote tenc ncia ia hi hidr dráu áuli lica ca,, es el tr trab abaj ajo o qu que e efec ef ectú túa a un me meca cani nism smo o hi hidr dráu áuli lico co po porr unidad unid ad de de tiempo, tiempo, es es decir: decir: poten potencia cia es es

igual al trabajo por unidad de tiempo; trabajo = presion x superficie x distancia v ( volumen, volumen, en este este caso es caudal, ya que desplazamos desplazamos fluido) fluido) = superficie x distancia. Total Total llegam llegamos os a la con conclu clusió sión, n, que en un sistema sistema hidrául hidráulico ico la vel veloc ocida idad d queda indicada por el caudal, en litros por minuto, y la fuerza, por la presión.

Las Unidades

Unidades de Potencia Sistema Internacion al

Sistema Inglés

Sistema técnico unidades

Vatio (W)

Caballo de Kilográmetro ergio por Caballo de potencia (HP) po porr se segu gund ndo o segundo vapor (CV)

de

Sistema cegesimal


Otras unidades


Julio de 2011 (kgm/s) 1HP= ft.lbf/s 1HP HP= = W

(erg/s)

550

1CV= kgf.m/s

745. 74 5.7 7

1CV CV= = W

75 735. 73 5.5 5

El Sistema Internacional la potencia se expresa en Joule por segundo, unidad a la que se le da el nombre Watt (W), 1 W = 1J/s. Cuando decimos que un foco consume 60 watts, estamos diciendo dici endo que trans transform forma a en cada segu segundo ndo 60 Joul Joules es de energía eléctrica eléctrica en energía luminosa o térmica. Para potencias elevadas se usa el caballo de fuerza, abreviado hp, que equivale a 746 Watts. Las unidades de este sistema se utilizan comúnmente comúnmente en los aprovechamientos hidráulicos, así como las siguientes derivadas del Sistema Internacional de Unidades: Magnitud Magnit ud Unidad Equivalencia Símbolo Fuerza

newton

kg-m/s2 kgm/s2

Presión

pascal pas cal

N/m2

Trabajo Trabajo Potencia Potenc ia

joule watt

N kg/m kg/ m • s2 N-m Nm

J/s

Pa

kg-m2/s2

kg-m2/s3

J

W

¿Entonces que es energía y potencia en un sistema hidráulico?

Sistema de tuberías o dispositivos de transporte de fluido. Donde se requiere requiere incrementar la energía mecánica para ejercer trabajo (potencia) sobre el fluido. fluido. Mecanismo Mecanismo aplicado aplicado en la central de distribución distribución de agua potable, potable, presas, central hidroeléctrica, etc. El intercambio de energía entre dos sistemas ocurre mediante transferencia térmica o trabajo. En tubería tuberíass y acc acceso esorio rioss se disipa disipa energía energía mecánic mecánica, a, presentá presentándo ndose se la potencia, junto forman una presión para transportar el agua otro elemento del sistema.Pero cuando en un sistema de tuberías se requiere incrementar la energía energ ía mecánica mecánica es necesario necesario ejercer trabajo trabajo sobre el flujo. Este trabajo trabajo se transfiere con bombas en el caso de líquidos o con compresores, ventiladores y sopladores en el caso de gases. Tanque Succión Cárcam Bomb h H TDescarga d s o de de o a m Impulsión descarg succión a



Julio de 2011 Si se considera el flujo entre un tanque inferior, que se conoce como pozo o cárcamo de succión, desde donde se alimenta una bomba hidráulica mediante una tubería de succión, y un tanque superior donde entrega la tubería de descarga o impulsión se tiene la combinación de los dos tipos de transferencia de energía. En la succión se pierde energía por fricción (h fs) y por turbulencia local en accesorios (hLs), tal como también ocurre en la descarga (h d = hfd + hLd). La gráfica ilustra esas pérdidas (h s + hd) y la diferencia topográfica (h T) de nivel entre las superficies de los dos tanques, abiertos a la atmósfera y en condición de flujo permanente e incompresible. En estos casos se requiere un incremento de energía mecánica que se obtiene por la acción de una bomba hidráulica. Las ganancias de energía se manifiestan como aumentos de presión Un mot motor, or, nor norma malme lmente nte elé eléctr ctrico ico,, con convie vierte rte pot potenc encia ia elé eléctr ctrica ica (P eléctrica) en potencia poten cia mecá mecánica nica (Pmecánica) en un ej eje e ac acop opla lado do a un una a ru rued eda a co con n ál álab abes es impulsores que a su vez transmiten gran parte de esa potencia mecánica al flujo en forma de potencia manométrica (P manométrica = QbombeoHmanométrica), que incrementa la energía de PRESIÓN del flujo.

1.2 CARACTERÍSTICAS Y COMPONENTES PRINCIPALES DE EQUIPOS DE BOMBEO Un equi equipo po de bomb bombeo eo es un transf transfor orma mado dorr de energ energía ía.. Reci Recibe be ener energí gía a mecánica y la convierte en energía, que un fluido adquiere en forma de presión, de posición o de velocidad. Las bombas se emplean para impulsar toda toda clase clase de líqui líquidos dos (agua, (agua, aceit aceites es de lubric lubricaci ación, ón, combus combustib tibles les,, ácido ácidos, s, líquidos alimenticios, etc.

Breve historia de la bomba La primera bomba conocida fue descrita por Arquímedes y se conoce como tornillo de Arquímedes, Arquímedes , descrito por Arquímedes en el siglo III a. C., C., aunque este sistema había sido utilizado anteriormente por Senaquerib, Senaquerib, rey de Asiria en el siglo VII a. C. [] En el siglo siglo XII, XII, Al-Jazari desc descri ribi bió ó e ilus ilustr tró ó dife difere rent ntes es tipo tiposs de bomb bombas as,, incluyendo bombas reversibles, bombas de doble acción, bombas de vacío, bombas de agua y bombas de desplazamiento positivo. Ante Antess de dete determ rmin inar ar el tama tamaño ño de un sist sistem ema a de bomb bombeo eo de agua agua,, es necesa necesario rio entend entender er los concep conceptos tos básico básicoss que descri describen ben las condic condicion iones es hidráulicas de una obra.

CDT = CE + CD = Nivel estático + abatimiento + altura de la descarga + fricción



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1.2.1 Clasificación



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– BOMBAS BOMBAS ROTO ROTO DINÁMIC DINÁMICAS: AS: todas todas y solo solo las las bombas bombas que que son son turbomáq turbomáquina uinass pertenecen a este grupo. siempre e rotativas rotativas y su órgano órgano transmisor transmisor de energía energía se ➢ Estas son siempr llama rodete ➢ Se llama llaman n fotodi fotodinám námica icass porque porque su movim movimien iento to es rotati rotativo vo y la dinámica de la corriente juega un papel esencial en la transmisión transmisión de energía. – BOMB BOMBAS AS DE DE DESP DESPLA LAZA ZAMI MIEN ENTO TO POS POSIT ITIV IVO O. A este grupo pertenecen no solo las bombas bombas alternati alternativas, vas, sino las rotativa rotativass llamadas llamadas roto estáticas estáticas (son rotativas) rotativas),, pero en en ellas ellas la dinám dinámica ica de de la corrie corriente nte no juega juega un papel papel esencial en la transmisión de energía. – BOMB BOMBAS AS RECI RECIPR PROC OCAN ANTE TES. S. El funci uncion onam amie ient nto o es que que cier cierta ta cant cantid idad ad de agua agua es obli obliga gada da a entr entrar ar al cuer cuerpo po de la bomb bomba, a, en dond donde e qued queda a encerra encerrada da momen momentán táneam eament ente, e, para para despué despuéss ser forzad forzada a a salir salir por por la tubería de descarga. – BOMB BOMBA A DE DIAF DIAFRA RAGM GMA. A. Ocas Ocasio iona nalm lmen ente te,, las las bomb bombas as Reci Recipr proc ocan ante te está están n provistas de un diafragma flexible recíprocamente en vez de un émbolo o pistón Reciprocante, caja de empaque. 12 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011 – BOMBA RECIPROCANTE DE EMBOLO DE DESCAR DESCARGA GA VARIAB VARIABLE. LE. Bomba Bomba cuyo cuyo gasto gasto de desc descar arga ga pued pueda a ser ser vari variad ado o sin sin camb cambia iarr la velocidad de rotación. – BOMB BOMBAS AS ROTAT ROTATOR ORIA IAS. S. Estas Estas bomba bombas, s, como como ya antes ntes se dijo dijo no tien ienen válv válvu ulas las ni part partes es reci recipr proc ocan ante te;; el movim ovimie ient nto o del del líqu líquid ido o es efec efectu tuad ado o por por la acci acción ón comb combin inad ada a de dos dos elemen elementos tos girato giratorio rioss semeja semejante ntess a las ruedas ruedas dentadas. Los elementos constructivos de que constan son: ➢ ➢

Una Una tube tuberí ría a de aspi aspira raci ción ón,, que que conc conclu luye ye prácticamente prácticamente en la brida de aspiración. El impulsor o rodete, formado por una serie de álabes de diversas diversas formas que giran dentro dentro de una carcasa carcasa circular. circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte móvil de la bomba.

Bombas de impulsor abierto, semiabierto y cerrado a) De álabes aislados (abiertos). b) Con una pared o disco lateral de apoyo (semiabiertos). c) Con ambas paredes laterales (cerrados).

1.1.2 Partes y características de una bomba CARCASA La carcasa es la parte de la bomba que cubre las partes internas de la misma. La función de la carcasa es conv convert ertir ir la ener energí gía a de velo veloci cida dad d impa impart rtid ida a al líquido por el impulsor en energía de presión. Esto se lleva a cabo mediante reducción de la velocidad por un aumento gradual de área. IMPULSOR. El impulsor es el corazón de una bomba. Recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba. ANILLOS DE DESGASTE La función del anillo de desgaste es tener un elemento fácil y barato de remover en aquellas partes en donde, debido a las cerradas holguras que se producen entre el impulsor que gira y la carcasa fija, la presencia del desgaste 13 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011 es casi casi segura. segura. En esta esta forma, forma, en lugar lugar de tener que cambiar todo el impulsor o toda la carcasa, solamente se quitan los anillos, los cuales pueden estar montados a presión en la carcasa, el impulsor o en ambos. ESTOPEROS, EMPAQUES Y SELLOS La función de éstos es enviar el flujo hacia afuera, a través del orificio por donde pasa la flecha de la bomba bomba y el flujo de aire hacia el interior interior de la bomba. El estopero es una cavidad concéntrica con la flecha donde van colocados los empaques. empaques. Prácticam Prácticamente ente en todos todos los estoperos estoperos se tendrá tendrá que ejercer una cierta presión presión para contrarrestar o equilibra la que ya existe en el interior de la bomba. Debido a la misma presión, se origina en la flecha flecha una fricc fricción ión bastan bastante te consi consider derabl able e con el consabido aumento de temperatura, por lo cual deberá procurarse un medio de lubr lubric icac ació ión n y enfr enfria iami mien ento to.. Ello Ello se logr logra a mediante la introducción introducción de una pieza que que no se deforma, llamada jaula de sello. La cual tiene una forma acanalada y a la que se le hace llegar desde la misma carcasa o desde una fuente externa un líquido de enfriamiento. La presión de los empaques se efectúa por medio del prensaestopas, una pieza metálica que se mueve por medio de tornillos. FLECHAS. La flecha de una bomba es el eje de todos los elem elemen ento toss que que gira giran n en ella ella,, tran transm smit itie iend ndo o además además el movimien movimiento to que le imparte imparte la flecha flecha motor.

del

COJINETES El obje objeti tivo vo de los los coji cojine nete tess es sopo soport rtar ar la flec flecha ha de todo todo el roto rotorr en un alin alinea eami mien ento to corre correct cto o en rela relaci ción ón con con las las part partes es esta estacciona ionari rias as.. Por Por medi edio de un correcto diseño soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba.



Julio de 2011 BASE La base de la bomba centrifuga centrifuga debe estar fijada fijada al suelo. Es en esta parte en la que está atorni atornilla llada da o soldad soldada a la bomba bomba centri centrifug fuga a con el fin de evitar evitar vibraciones que si se produjesen destruirían la bomba. Todo el peso de la bomba descansa sobre esta parte de la bomba.

1.3CARACTERÍSTICAS Y COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA. En una central hidroeléctrica se utiliza energía hidráulica para la generación de energí ene rgía a elé eléctr ctrica ica.. Son el resu resulta ltado do ac actua tuall de la evo evoluc lución ión de los ant antigu iguos os molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para mover una rueda.

En general, estas centrales aprovechan la energía potencial que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como salto geodésico. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar 15 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011 por una turbina hidráulica la cual transmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica. La función de una central hidroeléctrica es utilizar la energía potencial del agua almacenada y convertirla, primero en energía mecánica y luego en eléctrica. Siendo así de una transformación de energía, como se muestra en el siguiente esquema

Funcionamiento La presa es una construcción que sirve para contener el agua y contener un embalse. El agua se libera por los desagües, que fluye por tuberías de conexión hasta la sala de máquinas (una vez filtrada); la energía cinética del agua acumulada se convierte en energía cinética de rotación de la turbina, que acoplada a un alternador de forma solidaria, genera energía eléctrica. La función de una central hidroeléctrica es utilizar la energía potencial del agua almacenada y convertirla, primero en energía mecánica y luego en eléctrica.

1.3.1 El Aprovechamiento de la energía hidráulica Las formas más frecuentemente utilizadas para explotar la energía hidráulica son:

Desvío del cauce de agua El principio fundamental de esta forma de aprovechamiento hidráulico de los ríos se basa en el hecho de que la velocidad del flujo de estos es básicamente constante a lo largo de su cauce, el cual siempre es descendente. Este hecho revela que la energía potencial no es íntegramente convertida en cinética como sucede en el caso de una masa en caída libre, la cual se acelera, sino que ésta es invertida en las llamadas pérdidas, es decir, la energía potencial se "pierde" en vencer las fuerzas de fricción con el suelo, en el transporte de partícula partí culas, s, en forma formarr remol remolinos inos,, etc.. etc.... Enton Entonces ces esta energía pote potencia nciall podr podría ía ser aprovechada si se pueden evitar las llamadas pérdidas y hacer pasar al agua ag ua a tr tra avé véss de una tu turb rbin ina. a. El con onju jun nto de obr bra as que pe perm rmit iten en el aprovechamiento de la energía anteriormente mencionada reciben el nombre de central hidroeléctrica o Hidráulica.

Interceptación de la corriente de agua Este método consiste en la construcción de una presa de agua que retenga el cauce de agua causando un aumento del nivel del río en su parte anterior a la presa de agua, el cual podría eventualmente convertirse en un embalse. El dique establece una corriente de agua no uniforme y modifica la forma de la superficie de agua libre del río antes y después de éste, que toman forma de las llamadas curvas de remanso. El establecimiento de las curvas de remanso determina un nuevo salto geodésico aprovechable de agua. 16 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


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1.3.2 Tipos y características de centrales eléctricas Se puede obtener energía eléctrica de estas diferentes centrales 1. Hidroeléctricas 2. Termoeléctricas 3. Geotérmicas 4. Nucleares 5. Eólicas 6. Mareomotrices 7. Solares Aunque en México, las plantas más importantes son las hidroeléctricas, las termoeléctricas y en los últimos años las nucleares. Cabe destacar que de entre todas la Centrales Hidroeléctricas llevan una gran ventaja contra los otros tipos de centrales, tanto en lo económico como en lo ambiental, ya que las Hidroeléctricas utilizan el agua y la después del proceso la liberan por medio de desaguaderos hidráulicos. Aquí se ilustran algunas ventajas y desventajas que conllevan una Central Hidroeléctrica. Ventajas No re requ quie iere ren n co comb mbus usti tibl ble, e, si sino no qu que e us usan an un una a fo form rma a re reno nova vabl ble e de energía, constantemente repuesta por la naturaleza de manera gratuita. Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua. A men enud udo o pu pued ede e co com mbi bina nars rse e co con n ot otro ross be bene neffic icio ios, s, co como mo ri rieg ego, o, protec pro tecció ción n co contr ntra a las in inund undaci acione ones, s, sum sumin inist istro ro de agu agua, a, ca camin minos, os, navegación y aún ornamentación del terreno y turismo. Los costos de mantenimient mantenimiento o y explotación son bajos. Las obras de ingeniería necesarias para aprovechar la energía hidráulica tienen una duración considerable. La turbina hidráulica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia siendo sus costes de mantenimient mantenimiento, o, por lo general, reducidos. •

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Desventajas Los costos de capital por kilovatio instalado son con frecuencia muy altos. El empl emplazam azamiento iento,, deter determina minado do por cara caracterí cterística sticass natu naturales rales,, pued puede e estar lejos del centro o centros de consumo y exigir la construcción de un sistema de transmisión de electricidad, lo que significa un aumento de la inversión y en los costos de mantenimiento y pérdida de energía. La construcción lleva, por lo común, largo tiempo en comparación con la de las centrales termoeléctricas. La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en año. 17 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE •

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Características de una central hidroeléctrica Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son: La potencia, que está en función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máxim máx imo o tur turbin binabl able, e, ad ademá emáss de las car caract acterí erísti sticas cas de las tur turbin binas as y de los generadores usados en la transformación. La energía garantizada en un lapso de tiempo determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, y de la potencia instalada. La poten potencia cia de una central puede variar desde uno unoss poco pocoss MW (megavatios), (megavatios), como en el caso de las mini centrales hidroeléctricas, hasta 14.000 MW como en Pa Para ragu gua ay y Br Bra asi sill do don nde se encu cuen entr tra a la se seg gun unda da may ayo or cen enttra rall hidroeléctrica del mundo (la mayor es la Presa de las Tres Gargantas, en China, con una potencia de 22.500 MW), la Itaipú que tiene 20 turbinas de 700 MW cada una. Las centrales hidroeléctricas y las centrales térmicas (que usan combustibles fósiles) producen la energía eléctrica de una manera muy similar. En ambos casos la fuente de energía es usada para impulsar una turbina que hace girar un generador eléctrico, que es el que produce la electricidad. Una Central térmica usa calor para, a partir de agua, producir el vapor que acciona las paletas de la turbina, en contraste con la planta hidroeléctrica, la cual usa la fuerza del agua directamente para accionar la turbina. Potencia de una central hidroeléctrica La potencia de una central hidroeléctrica se mide generalmente en Megavatios (MW) y se calcula mediante la fórmula siguiente:

Donde: Pe = potencia en vatios (W) ρ = densidad del fluido en kg/m³ ηt = rendimiento de la turbina hidráulica (entre 0,75 y 0,90) ηg = rendimiento del generador eléctrico (entre 0,92 y 0,97) ηm = rendimiento mecánico del acoplamiento turbina alternador (0,95/0.99) Q = caudal turbinable en m3/s H = desnivel disponible en la presa entre aguas arriba y aguas abajo, en metros m) En una central hidroeléctrica se define: oten enccia calc lcul ula ada med edia ian nte la fó fórm rmul ula a de ar arri riba ba Potenc Pot encia ia med media: ia: pot considerando el caudal medio disponible y el desnivel medio disponible. 18 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011 Potencia instalada: potencia nominal de los grupos generadores instalados en

la central.

Tipos de centrales hidroeléctricas Las centrales hidroeléctricas se pueden clasificar de diferentes formas, ya sea por su construcción, la cantidad de agua que pueda ser utilizada para la generación de la energía eléctrica, así como también la forma en que el agua llega a ellas, algunas de las clasificaciones se muestran enseguida: Según su concepción arquitectónica Centrales al aire libre Centrales en caverna Según su régimen de flujo Centrales de agua fluyente. Centrales de embalse. Centrales de regulación Centrales de bombeo o reversibles Según su altura de caída del agua Centrales de alta presión Centrales de media presión Centrales de baja presión Centrales de muy baja presión • •

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SEGÚN SU CONCEPCIÓN ARQUITECTÓNICA Centrales al aire libre Están al pie de la presa, o relativamente alejada de esta. Están conectadas por medio de una tubería en presión. Centrales en caverna Generalmente están conectadas al embalse por medio de túneles, tuberías en presión, o por la combinación de ambas. SEGÚN SU RÉGIMEN DE FLUJO Centrales de agua fluyente. Una central de agua fluyente es aquella en que no existe una acumulación apreciable de agua "corriente arriba" de las turbinas. En una central de este tipo las turbinas deben acepta ace ptarr el cau caudal dal dis dispon ponib ible le del río "co "como mo viene", con sus variaciones de estación en esta es taci ción ón,, o si el ello lo es im imp pos osib iblle el ag agua ua sobrante se pierde por rebosamiento. Operan en forma continua porque no tienen capacidad para almacenar agua, no disponen de embalse. Turbinan el agua disponible en el momento, limitadamente limitadamente a la capacidad instalada. Las características de este tipo de centrales son: 19 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011 No cuentan con reserva de agua Gran caudal y pequeña altura Potencia máxima en temporada de lluvias, mínima en tiempo seco Centrales de embalse. Es el tipo más frecuente de central hidroeléctrica. Util Ut iliz izan an un em emba bals lse e pa para ra re rese serv rvar ar ag agua ua e ir graduando el agua que pasa por la turbina. En este es te ti tipo po de pr proy oyec ecto to se em emba bals lsa a un vo volu lume men n cons co nsid ider erab able le de lí líqu quid ido o "a "agu guas as ar arri riba ba"" de la lass turbinas mediante la construcción de una o más presas que forman lagos artificiales. El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Del volumen embalsado depende la cantidad que puede hacerse pasar por las turbinas. Con embalse de reserva puede producirse energía eléctrica durante todo el año aunque el río se seque por completo durante algunos meses, cosa que sería imposible en un proyecto de pasada. Las cen centra trales les co con n alm almac acena enamie miento nto de res reserv erva a exi exigen gen por lo gen genera erall un una a inversión de capital mayor que las de pasada, pero en la mayoría de los casos permiten usar toda la energía posible y producir kilovatios-hora más baratos. Las características de este tipo de centrales son: Presa Pre sa que acu acumu mula la agu agua a pro proven venien iente te de gra grande ndess lag lagos os o pa panta ntanos nos artificiales en embalse superior Regulación del caudal Gran altura, pequeño caudal Producción variable según demanda Centrales de regulación Tienen la posibilidad de almacenar volú vo lúme mene ness de ag agua ua en el em emba bals lse, e, qu que e representan periodos más o menos prolongados de aportes de caudales medios anuales. Prestan un gran ser erv vicio en situ si tuac acio ione ness de ba bajo joss ca caud udal ales es,, ya qu que e el almacenamiento es continuo, regulando de modo conveniente para la producción. Centrales de bombeo o reversibles Las centrales de bombeo son un tipo especial de centrales hidroeléctricas que posibilitan un empleo más racional de los recursos hidráulicos de un país. Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda de energía eléctrica alcanza su máximo nivel a lo largo del día, las centrales de bombeo funcionan como una central convencional generando energía. • • •

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Julio de 2011 Al caer el agua, almacenada en el embalse superior, hace girar el rodete de la turbina asociada a un alternador. Después el agua queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del día en la que la demanda de energía es menor el agua es bombeada al embalse superior para que pueda hace un reciclo 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.

SEGÚN SU ALTURA DE CAÍDA DEL AGUA Centrales de alta presión Se encuentran incluidas en este apartado, aque aq uell llas as ce cent ntra rale less cu cuyo yo va valo lorr de sa salt lto o hidráulico es superior a los 200 m (altura meramente orientativa), siendo rela re lati tiva vam men entte peq eque ueñ ños los caud udal ales es 3 desa de salo loja jado dos, s, al alre rede dedo dorr de 20 m /s por máquina. Están ubicadas en zonas de alta montaña, donde aprovechan el agua de torrentes que suelen desembocar en lagos naturales. Se utilizan, exclusivamente exclusivamente turbinas Pelton y turbinas Francis, que reciben el agua a través de conduccio conducciones nes de gran longitud. Centrales de media presión Se consideran como tales, las que disponen de saltos hidráulicos comprendidos entre 200 y 20 m aproximadamente, desaguando caudales de hasta 200 m 3/s



Julio de 2011 por cada turbina. Dependen de embalses relativamente grandes, formados en valles de media montaña. Preferentemente, las turbinas utilizadas son de tipo Francis y Kaplan, pudiendo tratar tra tarse se de tur turbin binas as Pel Pelton ton para los saltos saltos de may mayor or alt altura ura,, den dentro tro de los márgenes establecidos. Centrales de baja presión Se incluyen, en esta denominación, las que, asentadas en valles amplios de baja montaña, el salto hidráulico es inferior a 20 m, estando alimentada cada máquina por caudales que pueden superar los 300 m 3/s. Para estas alturas y caudales, resulta apropiada la instalación de turbinas Francis y, especialmente, las turbinas Kaplan. Centrales de muy baja presión Son So n ce cent ntra rale less co corr rres espo pond ndie ient ntes es co con n nu nuev evas as te tecn cnol olog ogía ías, s, pu pues es ll lleg ega a un momento mom ento en el cuál las turbi turbinas nas Kaplan no son aptas para tan poco desnivel. desnivel. Serían en inglés las very low head, y suelen situarse por debajo de los 4m.

1.3.3 Principales componentes de una central hidroeléctrica Entre los componentes principales que conforman una central hidroeléctrica podemos identificar las siguientes: ➢ Presa ➢ Turbina ➢ Tubería forzada y o canal ➢ Generador ➢ Transformador ➢ Líneas eléctricas ➢ Válvulas y compuertas ➢ Descarga de fondo ➢ Embalse ➢ Casa de maquinas

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 Co n es esta tass co cons nstr truc ucci cion ones es se lo logr gra a un determinado nivel del agua antes de la contención, y otro nivel diferente después de la misma. Ese desnivel se aprovecha para producir energía. Es un una a co const nstruc rucció ción, n, nor normal malmen mente te de 22 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011 hormigón, que se alza sobre el suelo del río y perpendicular a su dirección, con la finalidad de retener el agua, para elevarla a un nivel suficiente y formar un em emba bals lse. e. De Depe pen ndi dien endo do de la lass ca cara ract cter erís ísti tica cass or orog ográ ráfi fica cass y de su emplazamiento, emplazamient o, se escogerá entre una configuración u otra. Tipos de Presas Según su estructura:  Presa de gravedad  Presa de arco  Presa de bóveda o de doble arco  Presa de arco-gravedad  Presa de contrafuertes o aligerada.  Presa de bóveda múltiple. Según sus materiales:  Presas de hormigón  Presas de materiales sueltos  Presas de enrocamiento con cara de hormigón Presas de Gravedad

Depende por completo de su propio peso para su estabilidad, es decir, las presas de gravedad son presas que resisten el empuje horizontal del agua totalmente con su peso propio. Su perfil es en esenci ese ncia a tri triang angula ular, r, pa para ra ase asegur gurar ar est estabi abilid lidad ad y evit ev itar ar es esfu fuer erzo zoss ex exce cesi sivo voss en la pr pres esa a o su cimentación. Las presas de gravedad hechas en concreto por lo general se utilizan para bloquear corrientes de agua a través de gargantas estrechas. A causa de que su peso es el que sostiene el agua dell em de emba bals lse, e, la lass pr pres esas as de gr grav aved edad ad he hech chas as de co conc ncre reto to ti tien ende den n a us usar ar grande gra ndess can cantid tidade adess de con concre creto, to, lo cu cual al pu puede ede ser cos costos toso. o. Per Pero o mu mucho choss prefieren su apariencia sólida en lugar de las presas de arco o contrafuerte, que son más delgadas. Las presas de gravedad pueden ser construidas con llenos de tierra o roca o con concreto. También pueden estar hechas con concreto, las cuales suelen ser muy costosas porque requieren de mucho material para su elaboración. Generalmente la base de una presa de gr grav aved edad ad he hech cha a de co conc ncret reto o es aproxi apr oxima madam dament ente e ig igual ual a 0.7 vec veces es su altura: b = 0,7 * h Presas de Arco



Julio de 2011 Tie Tiene nen n un una a co cons nsid idera erabl ble e cu curv rvat atur ura a ag agua uass ar arri riba ba,, de la cu cual al de depe pend nde e su resistencia resist encia.. La forma natur natural al del arco (curva) sostiene sostiene el agua en el emba embalse. lse. Estructuralmente trabajan como un arco horizontal, transmitiendo la mayor parte de la carga a los estribos o laderas del valle y no al lecho del valle. En términos estructurales la presa de arco es más eficiente que las presas de gravedad o las de contrafuerte, al reducir de manera considerable el volumen de concreto requerido, requerido, puesto que son más delg delgadas. adas. El mejor diseño de una presa de este tipo es en el cual se tienen un arco doblemente curvado. Por lo general las presas de arco están hechas de concreto y son convenientes en casos en los que se tienen gargantas estrechas con estribos fuertes, es decir, son más adecuadas en localidades estrechas y rocosas. La mayoría de las veces la garganta tiene forma de V, aunque en algunos casos menos frecuentes, ésta tiene forma de U. Las presas de arco generalmente se clasifican en:Delgada: b/h < 0,2 Media: 0,2 < b/h < 0,3 Gruesa: b/h > 0,3 • •

Presas de Bóveda

Es una derivación particular de la presa de arco ar co si simp mple le y ta tamb mbié ién n se le co cono noce ce co como mo presa de arco de dobl doble e curvatura. curvatura. La presa de bóveda emplea curvaturas complejas tanto en los planos verticales como en los horizontales. Es la más sofisticada de las presas de concreto y su es estr tru uct ctur ura a es en es esen enccia un don ono o o concha, conc ha, suma sumament mente e econ económic ómica a en conc concreto. reto. La estabilidad de los estribos es importante para la integridad estructural y la seguridad de este tipo de presa. Presas de Arco-Gravedad

Combina características de las presas de arco y lass pr la pres esas as de gr grav aved edad ad y se co cons nsid idera era un una a soluci sol ución ón de co compr mpromi omiso so ent entre re los dos tip tipos. os. Tiene forma curva para dirigir la mayor parte del esfuerzo contra las paredes de un cañón o un valle, que sirven de apoyo al arco de la presa. pre sa. Ade Ademá más, s, el mur muro o de co conte ntenc nción ión tie tiene ne más espesor en la base y el peso de la presa permite soportar parte del empuje del agua. Este Est e ti tipo po de pr pres esa a pr prec ecis isa a me meno norr vo volu lume men n de re rell llen eno o qu que e un una a pr presa esa de gravedad. 24 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011 Presas de Contrafuerte

El con onccep epto to es esttru rucctu tura rall de la lass presas de contrafuerte consiste en un par ara amen ento to con onti tin nuo ag agua uass arri rib ba soport rta ado a intervalos regu re gullar ares es po porr un con ontr traf afue uert rte e aguas abajo. En otras palabras, en las presas de contrafuerte la cara de la presa está sostenida por un conjunto de soportes que refuerzan la presa en el lado aguas abajo. Las presas de contrafuerte pueden tomar muchas formas: la cara puede ser plana o curva. Por lo general, las presas de contrafuerte están hechas de concreto y pueden estar reforzadas con varillas de acero (concreto reforzado). El contrafuerte puede ser hueco o sólido. Lass pr La pres esas as de co cont ntra rafu fuer erte te ma maci cizo zo o de ca cabe beza za só sóli lida da,, so son n la lass va vari rian ante tess modernas más notables de este tipo y, para propósitos conceptuales, pueden considerarse como una versión aligerada de la presa de gravedad. Las presas de contrafuerte generalmente necesitan sólo de un tercio a la mitad de la cantidad de concreto, en relación con las presas de gravedad de altura similar, pero no necesariamente son menos caras debido a la mayor cantidad de formas y de acero de refuerzo necesario. Como una presa de contrafuerte es menos masiva que una presa de gravedad, lass ca la carg rgas as de la ci cime ment ntac ació ión n so son n me meno nore ress y po porr lo ta tant nto o un una a pr pres esa a de contrafue cont rafuerte rte pued puede e util utilizars izarse e en cime cimentac ntaciones iones que son dema demasiad siado o débil débiles es para apoyar una presa de gravedad. Presas de bóveda múltiple

Es una derivación particular de la presa de arco simple y también se le conoce como presa de arco de doble curvatura. La presa de bóveda empl em plea ea cu curv rvat atur uras as co com mpl plej ejas as ta tant nto o en lo loss planos verticales como en los horizontales.

Turbinas Una turbina hidráulica es una turbo máquina motora hidráulica, que aprovecha la energía de un fluido que pasa a través de ella para producir un movimiento de rotación que, transferido mediante un eje, mueve directamente una máquina o bien un generador que transforma la energía mecánica en eléctrica, así son el órgano fundamental de una Central hidroeléctrica.



Julio de 2011 Las tu Las turb rbin inas as hi hidr dráu áuli lica cas, s, ju junt nto o co con n lo loss mo moli lino noss de vi vien ento to,, so son n la lass tu turb rbo o máquinas más antiguas que existen. Se puede explicar su antigüedad por la gran disponibilidad geográfica de las cuencas hidrológicas, siendo los viejos molinos de agua un lugar común. Lass tu La turb rbin inas as co comú múnm nmen ente te us usad adas as en un una a Ce Cent ntra rall Hi Hidr droe oelé léct ctri rica ca so son n la lass siguientes:  Turbina Kaplan  Turbina Pelton  Turbina Francis Turbinas Kaplan

Las turbinas Kaplan Kaplan son turbinas de agua de reacc reacción ión de flujo axial, con un rodete que funciona de manera semejante a la hélice de un barco, y deben su nombre a su inventor, el austriaco Viktor Kaplan. Se emplean en saltos de pequeña altura. Las amplias palas o álabes de la tu turb rbin ina a so son n im impu puls lsad adas as po porr ag agua ua a al alta ta pr pres esió ión n liberada por una compuerta. Loss ál Lo álab abes es de dell ro rode dete te en la lass tu turb rbin inas as Ka Kapl plan an so son n siempre regulables y tienen la forma de una hélice, mientras que los álabes de los distribuidores pueden ser fijos o regulables. Si ambos son regulables, se dice que la turbina es una turbina Kaplan verdadera; si solo son regulables los álabes del rodete, se dice que la turbina es una turbina Semi-Kaplan. Las turbinas Kaplan son de admisión radial, mientras que las Semi-Kaplan pueden ser de admisión radial o axial. Turbinas Pelton

Una turbina Pelton es uno de los tipos más eficientes de turbina hidráulica. Es una turbo máquina motora, de flujo transversal, admisión parcial y de acción. Consiste en una rueda (rodete o rotor) dotada de cucharas en su perife per iferia ria,, las cua cuales les est están án esp especi ecialm alment ente e rea realiz lizada adass para convertir la energía de un chorro de agua que incide sobre las cucharas. Lass tu La turb rbin inas as Pe Pelt lton on es está tán n di dise seña ñada dass pa para ra ex expl plot otar ar grandes saltos hidráulicos de bajo caudal. Las centrales hidroeléctricas dotadas de este tipo de turbina cuentan, la mayoría de las veces, con una larga tubería llamada galería de presión para trasportar al fluido desde grandes alturas, a veces de hasta más de doscientos metros. Al final de la galería de presión se suministra el agua a la turbina por medio de una o varias válvulas de aguja, también llama lla madas das iny inyect ectore ores, s, los cua cuales les tie tienen nen for forma ma de tob tobera era par para a aum aument entar ar la velocidad del flujo que incide sobre las cucharas. Turbinas Francis



Julio de 2011 La turbina Francis fue desarrollada por James B. Francis. Se trata de una turbo máquina motora a reacción y de flujo mixto. Las tur turbin binas as Fra Franci nciss son tur turbin binas as hid hidráu ráulic licas as que se pueden diseñar para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de los dos metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más ampliamente usado en el mundo, principalmente para la producción de energía eléctrica mediante centrales hidroeléctricas. Generador eléctrico

Un generador eléctrico es todo disp di spos osit itiv ivo o ca capa pazz de ma mant nten ener er un una a diferenci dife rencia a de poten potencial cial eléc eléctrico trico entre doss de su do suss pu punt ntos os,, ll llam amad ados os po polo los, s, termi ter minal nales es o bor bornes nes.. Los gen genera erador dores es eléctr elé ctrico icoss son má máqui quinas nas des destin tinada adass a tran tr ansf sfor orma marr la en ener ergí gía a me mecá cáni nica ca en elé lécctr tric ica. a. Es Esta ta tr tran ansf sfo orm rmac ació ión n se cons co nsig igue ue po porr la ac acci ción ón de un ca camp mpo o magn gnét étic ico o so sob bre lo loss cond nduc ucto tore ress eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Están basados en la ley de Faraday. Un generador es una máquina eléctrica que realiza el proceso inverso que un motor eléctrico, el cual transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente indu in duci cida da en un ge gene nera rado dorr si simp mple le de una so sola la fa fase se.. La ma mayo yorí ría a de lo loss generadores de corriente alterna son de tres fases. Embalse

Se denomina embalse a la acumulación de agua producida por una obstrucción en el lecho de un río o arroyo que cierra parcial o totalmente su cauce. La obstrucción del cauce puede ocurrir por causas naturales como, por ejemplo, el derrumbe de una ladera en un tramo estrecho del río o arroyo, la acumulación acumulació n de placas de hielo o las construcciones hechas por los castores, y por obras construidas por el hombre para tal fin, como son las presas. 27 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011

Compuerta Hidráulica Una compuerta hidráulica es un dispositivo hidráulico-mecánico destinado a regular el pasaje de agua u otro fluido en una tubería, en un canal, presas, esclusas, obras de derivación u otra estructura hidráulica. Principales tipos de compuertas Para Pa ra ca cana nale les, s, pr pres esas as,, esc esclu lusa sass y ob obra rass hi hidr dráu áuli lica cass de en enve verg rgad adur ura a lo loss principales tipos de compuertas son: Compuerta tipo anillo Compuerta tipo basculante, también denominada clapeta o chapaleta Compuerta tipo cilindro Compuerta tipo esclusa Compuerta tipo lagarto Compuerta tipo rodante Compuerta tipo sector Compuerta tipo segmento Compuerta tipo Stoney Compuerta tipo tambor Compuerta tipo tejado Compuerta tipo vagón Compuerta tipo visera Compuerta tipo Stop Log Compuertas automáticas automáticas para control de nive •

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Transformadores Se denomina transformador o trafo (abrev (ab reviat iatura ura), ), a un dis dispos positi itivo vo elé eléct ctric rico o que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctri ricco de corriente alterna, mante ma ntenie niendo ndo la fre frecu cuenc encia. ia. La pot potenc encia ia qu que e ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igua uall a la qu que e se obt btie ien ne a la sa sali lid da. La Lass máq áqui uina nass rea eale less pre rese sen nta tan n un pe peq que ueñ ño porcen por centaj taje e de pér pérdi didas das,, dep depend endien iendo do de su diseño, tamaño, etc. El transformador es un dispositivo que convi co nviert erte e la ene energí rgía a elé eléct ctric rica a alt altern erna a de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de interacción electr ele ctrom omagn agnéti ética. ca. Est Está á con consti stitui tuido do por dos o 28 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011 más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente y por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferro magnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electr ele ctrom omagn agnéti ética ca y est están án con consti stitui tuidos dos,, en su for forma ma má máss sim simple ple,, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado, fabricado bien sea de hierro dulce o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el fluj fl ujo o ma magn gnét étic ico. o. La Lass bo bobi bina nass o de deva vana nado doss se de deno nomi mina nan n pr prim imar ario ioss y secundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

Vertedores o 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 prec pr ecis iso, o, gr gran ande dess ca cant ntid idad ades es de ag agua ua o at aten ende derr 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.

Tomas de agua Las tomas de adecuadas adecuadas el líq íqui uid do par ara a máqu má quin inas as po porr tuberías.

agua son construcciones que permi permiten ten recog recoger er llev ll eva arl rlo o hast ha sta a las medi me dios os de ca cana nale less o



Julio de 2011 La toma 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.

Canal de derivación El canal de derivación se utiliza para conducir agua desde la presa hasta las turbinas de la central. Generalmente es necesario hacer la entrada a las turbinas con conducción forzada siendo por ello preciso que exista una cámara de presi presión ón donde termina el canal y comienza la turbina. Es bastante normal evitar el canal y aplicar directamente las tuberías forzadas a las tomas de agua de las presas.

Casa de Maquinas Es la construcción en donde se ubican las máquinas (turbinas, alternadores, etc.) y los elementos de regulación y comando. La casa de máquinas suele estar al pie de la presa. Representa Repre sentación ción de una casa de maqu maquina ina Se observa en la figura que la disposición es compacta, y que la entrada de agua a la turbina se hace por medio med io de una cámara cámara con constr struid uida a en la mis misma ma pre presa. sa. Las com compue puerta rtass de entrada y salida se emplean para poder dejar sin agua la zona de las máquinas en caso de reparación o desmontajes.



Julio de 2011 1. Embalse 2. Pr Presa esa de co cont nten enció ción n 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. Tu Turb rbin ina a hi hidr dráu áuli lica ca 7. Alt lte ernador 8. Dire Direct ctri rice cess pa para ra re regu gula laci ción ón de la en entr trad ada a de ag agua ua a turbina 9. Puen Puente te de de grúa grúa de de la sal sala a de máquinas. 10.. Sal 10 alid ida a de ag agu ua (tu tubo bo de aspiración 11. Compuertas planas de salida, en posición "izadas" 12. Puent Puente e grúa para maniobrar maniobrar compuertas salidas.

13. Puente grúa para maniobrar compuertas de entrada.

Desagüe de Fondo Se denomina descarga de fondo a una estructura hidráulica, asociada a las presas hidráulicas. Su función puede ser: garant antiza izarr el ca cauda udall eco ecológ lógico ico inm inmedi ediata atamen mente te ag aguas uas aba abajo jo de una  gar presa;  per permi mitir tir el vac vaciad iado o del em embal balse se par para a efectuar operaciones de mantenimien mantenimiento to en la presa;  reducir el volumen de material sólido depositado en proximidad de la presa. Dado que el agua sale de la presa con una pres pr esió ión n co cons nsid ider erab able le,, si el ch chor orro ro no es controlad cont rolado o adec adecuada uadament mente e pued puede e provo provocar car eros er osio ione ness lo loca cali liza zada dass pe peli ligr gros osas as pa para ra la 31 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011 estabilidad de la presa misma. Por ese motivo las descargas de fondo siempre están equipadas con disipadores de energía

Líneas de Transmisión La red de transporte de energía eléctrica es la parte del sistema de suministro eléctrico constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a través de grandes distancias la energía eléctrica generada en las centrales eléctricas. Para ello, los niveles de energ energía ía eléc eléctrica trica producidos producidos deben deb en ser tra transf nsform ormado ados, s, ele eleván vándos dose e su niv nivel el de tens te nsió ión. n. Es Esto to se ha hace ce co cons nsid ider eran ando do qu que e pa para ra un determinado nivel de potencia a transmitir, al elevar la te tens nsió ión n se re redu duce ce la co corr rrie ient nte e que ci circ rcul ular ará, á, red re duc ucié iénd ndos ose e la lass pé pérd rdid idas as po porr Ef Efec ecto to Jo Joul ule. e. Co Con n es este te fi fin n se em empl plaz azan an subest sub estac acion iones es ele elevad vadora orass en las cu cuale aless dic dicha ha tra transf nsform ormaci ación ón se efe efectú ctúa a empleando transformadores, transformadores, o bien autotransformadores. De esta manera, una red de tr tran ansm smis isió ión n em empl plea ea us usua ualm lmen ente te vo volt ltaj ajes es de dell or orde den n de 22 220 0 kV y superiores, denominados alta tensión, de 400 o de 500 kV. Parte de la red de transporte de energía eléctrica son las líneas de transporte. 1.3

DISPONIBILIDAD DE HIDROELÉCTRICOS EN MÉXICO.

RECURSOS

En México, la capacidad instalada termoeléctrica duplica a la hidroeléctrica. Esto se ha debido a que por razones de necesidad urgente, se recurrió a instalar termoeléctricas, aun habiendo muchas posibilidades de explotación hidráulica. La ventaja es que las térmicas pueden entrar en operación en mucho menos tiempo que las hidráulicas. También cuenta con 4.000 presas y otros tipos de infraestructura hidráulica con una capacidad de almacenamiento de 180km 3, que repres representa enta el 44% del caudal anual. En las regiones áridas, las presas se utilizan generalmente para riego. rie go. En las reg region iones es húm húmeda edas, s, las pre presas sas se uti utiliz lizan an gen genera eralme lmente nte par para a genera gen eració ción n de ele electr ctrici icidad dad.. En Méx México ico,, las pre presas sas tam tambié bién n rep repres resent entan an un medio para la protección ante inundaciones. Méx éxiico cuenta con aproximadamente aproximadamen te 70 lagos con una capacidad de almacenamiento de 14km 3. El más grande, tiene una capacidad de almacenamiento de 8126hm 3. Sin duda el lago de Chap Chapala ala es un embalse natural situado principalmente en el estado de Jalisco au aunq nque ue ta tamb mbié ién n co comp mpar arte te ri ribe bera ra co con n al algu guno noss mu muni nici cipi pios os de Michoacán.. Es el más grande de México al contar con 1112 km² Michoacán km²,, con una profundidad de aproximadamente 9 metros. Algunos principales lagos y capacidad de almacenamiento: 32 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011

Lago

Superficie de la Capacidad de Ente federal cuenca fluvial km² almacenamiento hm³

Chápala

1116

8126

Jalisco Michoacán

Cuitzeo

306

920

Michoacán

Patzcuaro

97

550

Michoacán

Yuriria

80

188

Guanajuato

Catemaco

75

454

Veracruz

16

Morelos

Tequesquiteng 8 o

Nabor Carrillo 10 12 México Fuente: CONAGUA México cuenta con una extensión superficial de aproximadame nte 2 Millones de Km2, Km2, sin sin emba embarg rgo, o, cerc cerca a del del 50% 50% de esta esta supe superf rfic icie ie es de terre terreno noss montaños montañosos os y el 50% restante restante le correspon corresponde de a terrenos de topografí topografía a más o menos plana. Y es en éstas áreas, donde se encuentran asentados los grandes núcleo núcleoss poblac poblacion ionale aless y se desarro desarrolla llan n la mayor mayor parte parte de las activi actividad dades es económicas. Para dichas labores, han sido de vital importancia los recursos hidrológicos. Sin embargo, la distribución del agua en el territorio nacional es irregular, debido a la gran diversidad fisiográfica y climática. La precipitación media en el territorio nacional es de 775 mm, equivalentes a 1,513 km3 (Comisión Nacional Nacional del Agua, 2008). 2008). De esta cantidad, cantidad, 1,084 km3 se evapotranspiran y el escurrimiento superficial medio es de 400 km 3, de los cuales se aprovechan 47 km3. Es importante señalar que México recibe de Estados Unidos y Guatemala 50 km 3, y exporta hacia Estados Unidos 0.44 km 3 de acuerdo con el Tratado de Aguas de 1944. Por otro lado, los acuíferos reciben una recarga de 78 km3 y se les extraen 28 km 3. Se considera que el 50 % del escurrimiento anual total se concentra en los ríos más cauda caudalos losos os ubica ubicados dos en el surest sureste e del país, país, cuya cuya región región hidrol hidrológ ógica ica comprende sólo el 20 % de la superficie total del territorio. De esta forma, el agua se encuentra encuentra disponib disponible le en escurrimie escurrimientos ntos superfici superficiales, ales, cuyo volumen volumen 3 promedio se estima en 410,164 millones de m anuales. Estos escurrimientos se distribuyen en 320 cuencas hidrológicas, en la vertiente del Pacífico, las cuencas más importantes son las de los ríos Yaqui, Fuerte, Mezquital, Lerma, 33 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE

y


Julio de 2011 Santiago y Balsas; y en la vertiente del Golfo de México, sobresalen las de los ríos Bravo, Pánuco, Papaloapan, Grijalva y Usumacinta. Balance hídrico nacional.

1.4.1 El agua como recurso disponible DISPONIBILIDADES Y EXTRACCIONES DE AGUA POR REGIÓN ADMINISTRATIVA, PARA FINES DE PLANTACIÓN

Medias históricas anuales

Comp Compen endi dio o Bási Básico co del Agua Agua en Méxi México co,, 2001 2001;; se pres presen enta ta el cuad cuadro ro “Dispo “Disponib nibili ilidad dad y Usos Usos del Agua Agua por Región Región Admini Administr strati ativa, va, para para fines fines de planeación”, planeación”, que es el soporte de la figura anterior. De ese cuadro, se reproduce a continuación las columnas de disponibilidad, escurrimiento, recarga y extracción de dicho cuadro, para que el lector pueda 34 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011 comprobar que en este cuadro, la disponibilidad natural base media (columna 1), es la suma del escurrimiento superficial virgen medio (columna 2) mas la recarga media de acuíferos (columna 3). Todas las cantidades son para un periodo de tiempo de un año.

FUENTE: “COMPENDIO BÁSICO DEL AGUA 2001”. CNA. ENERO 2001 Se puede observar que este cuadro no se toma en cuenta la calidad del agua, ni las variaciones en cantidad que presentan los cuerpos de agua. En cantidad simplemente suma el escurrimiento de todo el año y la recarga media de acuíferos acuíferos,, para obtener el valor señalado como disponib disponibilid ilidad ad natural natural base media; no toma en cuenta la variación del escurrimiento superficial a lo largo del año, no señala el efecto de la capacidad de almacenamiento de agua superficial. Usos Usos del del agua agua. El 77 % del del agua agua se util utiliz iza a en la agri agricu cult ltur ura, a, 14 % para para abastecimiento público, 5 % para generación de energía por medio de plantas termoeléctricas y 4 % para la industria (Figura 2). Sin embargo, existen tres características que limitan este aprovechamiento: aprovechamiento:



Julio de 2011

Los Problemas que afectan la disponibilidad de agua en el país son: Contaminación Contaminación difusa aportada por ciudades y zonas agrícolas. Contaminación Contaminación puntual. Operación de plantas de tratamiento. Administración del agua: existe sobre concesión en las cuencas y los acuíferos; no se clausuran tomas ilegales; la invasión de cauces, vasos y zonas federales. Las Propuestas de solución ante ante la escasez y contaminación contaminación del agua agua • • • •

Es nece necesa sari rio o tamb tambié ién n toma tomarr en cuen cuenta ta las las prop propue uest stas as hech hechas as para para los los orga organi nism smos os oper operad ador ores es de agua agua pota potabl ble e y sane saneam amie ient nto; o; incr increm emen enta tarr el tratamiento de las aguas residuales y su reuso en forma sustentable técnica y económica, y lograr que el tratamiento de las aguas residuales esté en la agenda de las instancias federal, estatal y municipal. Así Así tamb tambié ién n como como el cont contro roll en la oper operac ació ión n y efic eficie ienc ncia ia de plan planta tass de tratamiento de aguas residuales, En el inventario de plantas de tratamiento (Comisión Nacional del Agua, 2009), se reporta que en 2008 había 2,174 plantas, y que de ellas operaban 2,082, con un gasto de tratamiento de 33,778 m3/s, que es 59.5% de la capacidad instalada. instalada. Para poder tener un control en nuestro recurso necesitamos establecer un balance, donde todas las necesidades estén cubiertas y bien distribuidas.

Propuesta de balance hídrico nacional

Reuso y Circulación: Cuando se trate 60% del total de las aguas municipales, y

en una etapa posterior se haga lo mismo con las aguas no municipales, e incluso cuando se incremente el porcentaje de aguas residuales colectadas, se 36 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011 podría contar con una importante cantidad de agua para reusar en la industria o en el riego. Agua Virtual: Es la cantidad de líquido que se utiliza o integra a un producto, en la actualidad podemos calcular calcular el agua virtual, con con esa información información podemos podemos saber que países exportan exportan o consumen mayor mayor cantidad de agua agua virtual. Desalación de Agua: La desalación es una tecnología que se utiliza en México desde desde hace hace mucho mucho tiemp tiempo, o, sobre sobre todo todo en zonas zonas turíst turística icass donde donde el agua agua escasea, como Cancún, en Quintana Roo, Acapulco, en Guerrero, y Los Cabos, en Baja California Sur (abastece a una población de 40 mil habitantes).Incluso se construyen para uso agrícola donde el valor económico de los cultivos así lo permite (por ejemplo, vid o flores). Actualmente se analiza la posibilidad de utilizar agua desalada para grandes proyectos de desarrollo entre México y Estados Unidos. Humedad del Suelo: Fuente que se utiliza pero que pocas veces se cuantifica es la hume humeda dad d del del suel suelo. o. Es impo import rtan ante te que que se haga hagan n eval evalua uaci cion ones es más más precisas de este recurso, para hacer una mejor planeación del uso eficiente del agua.

1.4.2 Disponibilidad y problemas del agua en nuestra región

Está Está conf confor orma mada da por por los los estad estados os de Chia Chiapa pass y Taba Tabasc sco, o, así así como como área áreass pequeñas de Campeche y Oaxaca. Tiene una superficie de 101 700 km2, 5% del del terr territ itor orio io naci nacion onal al,, un clim clima a pred predom omin inan ante te cáli cálido do – húme húmedo do,, una una temperatura media anual de 24°C, una precipitación media anual cuyo valor es de 2 258 mm, y que llega a sobrepasar los 4 000 mm en la sierra de Chiapas, una de las más altas precipitaciones del país. En el 2000 se alcanzó una población de 5.8 millones de habitantes, y en ella se ubican ciudades de más de 50 000 habitantes, como Villahermosa y Cárdenas en Tabasco, Tapachula, Tuxtla Gutiérrez, San Cristóbal y Comitán en Chiapas; y 37 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011 más de 15 000 localidades rurales dispersas, 80% en Chiapas, que alojan a 52% de los habitantes de la región, lo que dificulta el suministro de servicios. Se estima que para el año 2025 la población ascenderá a 7.5 millones de habitantes de los cuales solo el 54% se ubicara en zonas urbanas. Precipitación media anual de la región XI frontera sur, en mm:

Los Problemas centrales con la cantidad cantidad y calidad del recurso en la región región son: Defici Deficient ente e cobert cobertura ura de agua agua potabl potable, e, alcant alcantari arilla llado do y saneam saneamien iento to en localidades urbanas. Rezago en los servicios de agua potable, alcantarillado y saneamiento del medio rural. Bajo aprovechamiento y manejo deficiente del agua superficial. Vulnerabilidad Vulnerabilidad ante siniestros por inundación Contaminación Contaminación de corrientes superficiales La situación específica de la región con relación al resto de las regiones del país se caracteriza por ser una de las zonas con mayores rezagos; sus niveles de cobertura de agua potable, alcantarillado y saneamiento son muy bajos y exi existe ste una gran ran degra egrada dacción ión aceler elera ada del medio edio amb ambiente ente y una vulnerabilidad ante la ocurrencia de ciclones tropicales en las zonas bajas. Para aprovechar este recurso, en México se cuenta con un sistema de obras hidráulicas para almacenamiento de 125,000 millones de m3, y los lagos y lagunas tienen una capacidad de almacenamiento de 14,000 millones de m3 que en total corresponde al 34 % del escurrimiento anual. De la capacidad total de alma almace cena nami mien ento to de agua agua en pres presas as,, el 33 % se util utiliz iza a para para rieg riego o principalmente en las regiones semiáridas del norte y el 37 % se usa en la generación de energía eléctrica, principalmente en el sur del país; y el resto para otros usos (Lomelí, 2006). •

•

• • •

1.4.3 Fuentes disponibles de energía eléctrica



Julio de 2011 El sect sector or eléc eléctr tric ico o en México se cons consid ider era a estr estrat atég égic ico o para para la sobe sobera raní nía a nacional. Por lo tanto, hay ciertas limitaciones para la participación privada y se permite a las empresas extranjeras operar en el país sólo a través de contratos de servicio específicos. Según establece la Constitución, el sector eléctrico es de propiedad federal y es la Comisión Federal de Electricidad (CFE) quien controla esencialmente todo el sector. Los intentos de reformar el sector se han enfrentado tradicionalmente a una gran resistencia política y social en Méxi México co,, dond donde e los los subs subsid idio ioss para para cons consum umid idor ores es resi reside denc ncia iale less abso absorb rben en considerables recursos fiscales. El sector eléctrico en México se basa en gran medida en fuentes: Eólicas Térmicas o termoeléctricas Hidroeléctricas Geotérmicas Nucleares Fuente eólica Repr Repres esen enta ta el 0.17 0.17% % de la prod produc ucci ción ón de ener energí gía a en nues nuestr tro o país país.. La producción de energía eólica todavía es muy limitada en México aunque se estima que el potencial del país se encuentra por encima de 40.000 MW. 13 La CFE cuenta con dos plantas eólicas en funcionamiento, La Venta y Guerrero Negro, que tienen una capacidad combinada de 3 MW. El potencial eólico en el estado estado de Oaxaca es de 33.2 33.200 00 MWe. Otro Otross esta estado doss con con pote potenc ncia iall eóli eólico co son Zacatecas, Zacatecas, Hidalgo y Baja Californi California a. La ventos ventosa a (izqu (izquier ierda) da) y Guerrer Guerrero o negro (derecha) Fuentes térmicas o termoeléctricas Representa el 48 % de la producción de energía en México. Es una instalación empl emplea eada da para para la gene genera raci ción ón de energ energía ía eléc eléctr tric ica a a part partir ir de la ener energí gía a liberada en forma de calor, mediante la combustión de combustibles fósiles como petróleo, petróleo, gas natural natural o carbono. carbono. Contribuy Contribuye e a la contaminaci contaminación ón por la liberación de dióxido de carbono. • • • • •

Samalayuca, chihuahua

Mexicali



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Fuente nuclear La Centra Centrall Nuclea Nuclearr de Laguna Laguna Verde Verde es una central nuclear de generación eléctrica, cuenta con 2 unidades generadoras de 682.5 MW eléctricos cada una. Situada Situada en Alto Lucero de Gutiérrez Gutiérrez Barrios (Veracruz, (Veracruz, México). Con Con la certificación certificación del organismo regulador nuclear de México, la Comisión Na cional de Seguridad Seguridad Nuclear y Salvaguardas (CNSNS), la Secretaría de Energía otorgó o torgó las licencias licencias para operación comercial a la unidad 1 el 29 de julio de 199 0 y a la unidad 2 el 10 de abril abril de 1995. 1995. La centra centrall es propieda propiedad d de la Comisión Comisión Federal de Electr Electrici icida dad d (CFE). (CFE). Hasta Hasta ahora, ahora, es la única única centra centrall nucle nuclear ar en México.



Julio de 2011 Fuente solar El potencial solar de México es el tercero más grande del mundo. Se estima que el potencial solar bruto del país es de 5 KWh/m 2 diarios, que corresponde a 50 veces la generación eléctrica nacional. 15 En 2005 había 328.000 m 2 de paneles paneles de energía solar térmica y 115.000 m2 de módu ódulos los de energ nergía ía sola solarr PV (fot fotovol ovolttaico aico)) instalados en México. Se espera que la capacidad instalada en 2013 sea de 25 MW, con una generación de 14 GWh al año. Fuente geotérmica Representa el 1.92% de la producción de energía. México tiene un gran potencial geotérmico debido a su intensa actividad tectónica y volcánica. volcánica. Ocupa el tercer lugar en la escala mundial de producción de energía energía geotérmic geotérmica a. En 2006 2006,, la capac pacida idad geotérmica instalada era de 980 MW y la producció producción n total total fue de 6,71 TWh. Existen cuatro campos geotérmicos actualmente en funcionamiento: Cerro Prieto, Los Azufres, Los Humeros y Las Tres Vírgenes. El potencial estimado es de 217 MW para los campos que producen activamente y de 1.500 MW para los campos aún no desarrollados. Energía de la biomasa Se conoce como biomasa energética al conjunto de materia orgánica, de origen vegetal o animal. México también cuenta con un gran potencial para producir energía a partir de biomasa. Se estima que, teniendo en cuenta los residuos agrícolas y forestales con potencial energético y los residuos sólidos urbanos de las diez principales ciudades, el país tiene una capacidad potencial de 803 MW y podría generar 4.507 MWh al año.

Fuente hidroeléctrica

En una central hidroeléctrica se utiliza energía hidráulica para la generación de energía energía eléctrica eléctrica.. Son el resultado actual de la evolución de los antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para mover una rueda. 41 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011 En general, estas centrales aprovechan la energía potencial que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como salto geodésico. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual transmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica. eléctrica. Aproximadamente el 22% de la electricidad producida en México proviene de recursos hidroeléctricos. La mayor planta hidroeléctrica de México es Manuel Moreno Torres, en Chicoasén, Chiapas, Chiapas, con 2.300 MW. Ésta es la cuarta planta de energía hidroeléctrica más productiva del mundo. La planta hidroeléctrica el Cajón, Cajón, con 750 MW, que se encuen encuentra tra ubicada ubicada en Nayarit y que comenzó a funcionar en noviembre del 2006, es el último proyecto de gran envergadura finalizado, actualmente actualmente el gran proyecto a un no finalizado es LA YESCA. La sociedad cree en este tipo de fuente de generación de energía eléctrica ya que las externalidades que provocan generan un crecimiento económico en las zonas, garantizando el suministro del recurso eléctrico, creciendo la seguridad al evitar evitar inund inundaci acion ones, es, promo promovie viendo ndo el turism turismo, o, la recrea recreació ción n (depor (deportes tes acuáticos), la pesca, las vías de comunicación, entre otros. ¿Cuántas Plantas Hidroeléctricas tiene México en operación? En México hay 64 Centrales Hidroeléctricas, de las cuales 20 son de gran importancia y 44 son centrales pequeñas Actualmente 57 plantas hidroeléctricas están produciendo energía eléctrica y 7 cent centra rale less hidr hidroe oelé léct ctri rica cass está están n fuer fuera a de serv servic icio io.. Esta Esta info inform rmac ació ión n está está actualizada hasta el 29 de mayo de 2009. 1.4.4 Plantas Hidroeléctricas en Chiapas

}El rio Grijalva, uno de los gigantes mexicanos por su caudal hidráulico, ha proporcionado a nuestra Patria hasta hoy, el 40.02% de la generación anual de energí energía a hidroe hidroeléc léctri trica. ca. Comisi Comisión ón Federa Federall de Electr Electrici icidad dad,, fuente fuente del dato dato anterior, ha hecho estudios de factibilidad para construir en la misma cuenca, otro otross sist sistem emas as y dado dado lo posi positi tivo vo de ello ello,, se incr increm emen enta tara ra el porc porcen enta taje je mencionado. Con los complejos Angostura (Dr. Belisario Domínguez) que produce 1080 MWh; MWh; Chic Chicoa oasé sén n (Ing (Ing.. Manu Manuel el More Moreno no Torre Torres) s) prod produc ucto tora ra de 5580 5580 GWh; GWh; Malpaso (Nezahualcóyotl) generando 2754 GWh y Peñitas (Ángel Albino Corzo) dotando al sistema 1912 GWh, el rio Grijalva se ha convertido en la cuenca de la que mayor explotación de energía, obtiene el país. El majestuoso Grijalva que en su trayectoria ha brindado diversión y sustento a muchos pueblos, haciendo feraces las tierras de sus riberas con sus grandes avenidas, ahora nos otorga, gracias a la tecnología e ingenio del hombre, la posibilidad de usar energía renovable, que no daña al medio ambiente, y por 42 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


Julio de 2011 tanto no perjudica la salud de los seres vivientes, como aun sucede con las llamadas, energía no renovables. La hidroenergia hidroenergia de los ríos es producto productora ra de energía energía limpia y los embalses embalses de los complejos hidroeléctricos construidos en ellos, colaboran en la conservación del hábitat de muchas especies animales; por esto sería ideal la producción energética, teniendo como energía primaria el agua, sin embargo esto no siemp siempre re es posibl posible e aun habiend habiendo o ríos, ríos, por por la necesi necesidad dad de cañon cañones es para para construir las cortinas. La población actual de nuestro planeta no subsistirá con las características de hoy, si no utilizáramos electricidad, de ello deriva el deseo de la humanidad de encontrar nuevas energías primarias, primarias, para crear más más energía eléctrica. eléctrica. Las prospectivas del sector eléctrico mexicano, son necesarias debido a que nos darán darán a conoce conocerr el mercado mercado y en base a ello, ello, saber que que produc producció ción n de electricidad debe tener el País. Algunas centrales hidroeléctricas de nuestro estado: Nombre de la central

Número de unidades

Fecha de entrada en operación

Capacidad efectiva instalada (MW)

Ubicación

Aguamilpa Solidaridad

3

15-Sep-1994

960

Tepic, Nayarit

Ambrosio Figueroa (La Venta)

5

31-May-1965

30

La Venta, Guerrero

Ángel Albino Corzo (Peñitas)

4

15-Sep-1987

420

Ostuacán, Chiapas

Bacurato

2

16-Jul-1987

92

Sinaloa de Leyva, Sinaloa

Bartolinas

2

20-Nov-1940

1

Tacámbaro, Michoacán

Belisario Domínguez (Angostura)

5

14-Jul-1976

900

Venustiano Carranza, Chiapas

1.4.5 La central hidroeléctrica más importante de México

Una de las presas mas importante en nuestro estado y también en nuestro La Central hidroeléctrica país es: Manuel Moreno Torres (Chicoasén)



Julio de 2011 Está ubicada ubicada sobre el río Grijalva en el municipio municipio de Chicoasén, Chicoasén, Chiapas. Chiapas. Esta central hidroeléctrica lleva también el nombre del Ing. Manuel Moreno Torres, quien fue Director Director General General de CFE durante el sexenio del presidente presidente Adolfo Adolfo Lópe Lópezz Mate Mateos os (195 (19588-19 1964 64). ).La La tecn tecnol olog ogía ía hidr hidroe oelé léct ctri rica ca requ requie iere re de la constr construcc ucción ión de presas presas,, una casa casa de máquin máquinas as para para instal instalar ar los equipo equiposs electromecánicos (turbina, generador eléc eléctr tric ico, o, tran transf sfor orma mado dore res) s),, y un cuarto de control para la operación de la central. Estas instalaciones deben estar debajo del fondo de la base de la cortina de la presa, con la finalidad de aprovechar la energía potencial del agua. El agua de la presa es conducida por una una tube tuberí ría a hast hasta a el rode rodete te de la turb turbin ina a hidr hidráu áuli lica ca.. La fuerz fuerza a del del agua agua hace hace gira girarr las las aspa aspass de la turb turbin ina a transf transform ormand ando o la energ energía ía potenc potencial ial del agua agua en energí energía a cinéti cinética ca,, que se transf transform orma a en energí energía a mecáni mecánica ca.. La turbin turbina a tiene tiene acopl acoplado ado un genera generador dor CARACTERÍSTICA eléctrico, que transforma la energía mecánica mecánica en eléctrica. eléctrica. 395.00 m.s.n.m. Elevación del labio Casa de maquinas S central (FICHAcuenta con cinco unidades turbogeneradoras La de 300 MW cada una, superior compuertas Nivel de agua máximo Tipo TÉCNICA) para una capacidad instalada total (NAMO) de 1,500 MW. Estas unidades entraron en de operación 394.00 m.s.n.m. Subterránea operación comercial en distintos meses de 1980 y 1981. Hidrología 392.00 m.s.n.m. Gasto máximo Actualmente cuenta con 8 unidades generadoras de 300 MW cada Dimensión una, con de ancho (Avenida de diseño) diseño) Área total de la de agua lo que la central cuentaNivel desde juniomínimo de 2004 con una capacidad instalada de 20.50 M 3 cuenca de operación 17,400 m /seg. 2,400 MW. (NAMINO) Dimensión de largo 7 940 Km2 generada es transportada a través Desfogue La energía de diez líneas de transmisión: 380.00 199.00 en M seis a 400 KV medio y cuatro de 115m.s.n.m. 115 KV. La mayoría Compuertas de las líneas líneas de alta tensión Escurrimiento anual 400 KV envían el fluido fluido eléctrico eléctric o hacia la Ciudaddeslizantes de Veracruz, central en altura Capacidad total al (No.-yhel x área Dimensión NAME a)léct 3 máxima. del de l país pamill. ís,, con co un enla enlace ce a la Cent Centra rall Hidr Hidroe oelé ctri rica ca La Ango Angost stur ura, a, en el 1,347 mn 3 municipio de Venustiano1,705 Carranza, mill. mChiapas. 10 - 9.28 x 4.55 M 43.00 M Gasto medio anual 413.74 M3/seg Gasto máximo registrado 6,214 M3/seg. Cortina Tipo Enrocamiento Elevación de la corona 402.00 m.s.n.m. Longitud de la corona

Capacidad de control de avenidas

Elevación media 205.07 m.s.n.m.

Grúas viajeras (No. Capacidad)

Conducción

2 - 270/40 ton

Conductos (No. y diámetro)

Turbinas

8 - 6.70 M

5 - Francis

Longitud total

Marca

235.00 M

Mitsubishi

Inclinación

Longitud total de la cresta

Potencia

52°

300 MW

75.60 M

Obra de toma

Gasto de diseño

69.88 mill. m3 Capacidad útil para generar 270 mill. m

3

Obra de excedencias Elevación de la cresta 373.00 m.s.n.m

584.00 M .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Número de tomas 44 Ing. Y DEL FLUJO NO Gasto máximo PERMANENTE de descarga total Altura máxima 8 262.00 M 15,000 m3/seg. Gasto máximo por toma

No. - tipo

186.70 m3/seg. Velocidad de rotación 163.64 r.p.m.


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CONCLUSIÓN

Las centrales hidroeléctricas son tan importantes en nuestro país, ya que gracias a la energía eléctrica que se produce por estas se pueden realizar trabajos en grandes empresas y fábricas, como las empresas automo automotri trices ces,, de comida comidass enlatad enlatadas, as, tortil tortillerí lerías, as, entre entre muchas muchas más. más. Tenemos la gran fortuna que en nuestro estado tengamos el paso de gran grande dess ríos ríos como como el Grij Grijal alva va que que grac gracia iass a su caud caudal al en Chia Chiapa pass tenemos varias presas, que aporta una gran parte de la energía eléctrica a nuestro país. Las centrales hidroeléctricas dan abasto a toda una sociedad con sus vent ventaj ajas as y nos nos dan dan sati satisf sfac acci ción ón y segu seguri rida dad d en nues nuestr tras as labo labore res. s. También son la mayor estructura que nos ayudan en la generación de energía eléctrica apoyándose de una fuerza o estabilidad hidráulica, conllevando todo un proceso para su generación. Duran Durante te el desar desarro roll llo o del tema tema habl hablam amos os que, que, para para el tran transp spor orte te y mane manejo jo del del flui fluido do se nece necesi sita ta ente entend nder er vari varios os conc concep epto toss de los los fenómenos fenómenos que pasa con el agua, para poder almacenar al agua, ya sea para distribuir o usar para generar energía eléctrica se necesita los dispositivos, equipos mecánicos, es obvio que estos equipos toman en cuenta el comportamiento del agua en un determinado espacio y tiempo 45 Ing. .civil| HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE


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por ejemplo la potencia , la energía que fluye al agua, la velocidad entre otras. Esto stos mismo smos, son son tomado ados en cuenta en una central hidroeléctrica, en una central de distribución de agua potable, en un sistema de y riego etc. Cabe Cabe menc mencio ionar nar que que nuest nuestro ro país país afor afortu tuna nadam dament ente e tien tiene e un gran gran reconocimiento en la construcciones de presas y centrales hidroeléctricas, por lo tanto el entendimiento de estos obras ingenieriles no es muy difícil, ya que se ubica en los 10 primeros lugares del mundo en la generación n de energía eléctrica por con centrales hidroeléctricas. Por otra parte, la energía hidráulica es la fuente más apropiada y una de las mejores que no dañan nuestro medio ambiente y que es renovable, una fuente que jamás se acabara hasta que el ser humano lo permita. Por eso mismo, es una de los beneficios que nos da la naturaleza.

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MECÁNICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRÁULICAS, CLAUIDO MATAIX, SEGUNDA EDICIÓN. http://www.coiim.es/enla/Industria/presas_hidraulic1.htm http://www.codeso.com/MCHE2.html http://es.wikipedia.org/wiki/Lago_de_Chapala http://www.monografias.com/trabajo http://www.mon ografias.com/trabajos62/disponibilida s62/disponibilidad-aguad-aguamexico/disponibilidad-agua-mex mexico/dispon ibilidad-agua-mexico.shtml ico.shtml http://es.wikipedia.org/wiki/Central_Nuclea http://es.wikipedia.o rg/wiki/Central_Nuclear_Laguna_Verde r_Laguna_Verde http://es.wikipedia.org/wiki/Central_hidroeléctrica http://www.skyscraperlife.com/latin-bar/20281-las-plantashidroelectricas-mas-grandes-del-mundo.html http://www.hidroenergia.net/index.php? option=com_content&view=art option=com _content&view=article&id=119:icuan icle&id=119:icuantas-plantastas-plantashidroelectricas-tiene-mexico-en-operacion hidroelectricas-tiene -mexico-en-operacion&catid=28:isabias&catid=28:isabiasque&Itemid=59

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Aspectos Generales de La Hidraulica Maquinaria

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