UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FILIAL - LIMA
FACULTAD DE INGENIERÍA ESPECIALIDAD DE INGENIERIA CIVIL
CENTRALES HIDROELÉCTRICAS CÁTEDRA
:
HIDROLOGÍA
CATEDRÁTICO
:
ING. ZAMORA TALAVERANO,
INTEGRANTES
:
MAITA MUCHA, ANALLY JULIA
NOE RAMOS RAMON, RICHARD RAMON ZEVALLOS FLORES, ARTURO SANTOS CICLO
:
VII
SECCION
:
C1
TURNO
:
NOCHE 1
Lima –Perú 2012 ÍNDICE INTRODUCCIÓN OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS I CENTRALES HIDROELÉCTRICAS 1.1. CENTRAL HIDROELÉCTRICA
5
1.2. CENTRALES HIDROELECTRICAS EN EL PERÚ
6
A. EL SISTEMA INTERCONECTADO INTERCONECTADO CENTRO CENTRO NORTE
6
B. EL SISTEMA INTERCONECTADO SUR
7
1.3. LAS VENTAJAS DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
8
1.4. DESVENTAJAS
8
1.5. TIPO DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
9
1.5.1. CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE PASADA
9
1.5.2. CE CENTRAL HIDROELÉCTRICA CON EMBALSE DE DE RESERVA
10
1.5.3. CENTRALES HIDROELÉCTRICAS DE BOMBEO
14
1.6. PRINCIPALES PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA UNA CENTRAL CENTRAL HIDROELÉCTRICA HIDROELÉCTRICA 16 A. LA PRESA
16
B. PRESA DE TIERRA
17
C. PRESA DE HORMIGÓN DE GRAVEDAD
17 17
DE BÓVEDA
18
D. LOS ALIVIADEROS
18
E. TOMAS DE AGUA
19
F. CASA DE MÁQUINAS
21
G. TURBINAS HIDRÁULICAS HIDRÁULICAS
26
H. RUEDA PELTON
26
I. TURBINA KAPLAN
29
CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS
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Lima –Perú 2012 ÍNDICE INTRODUCCIÓN OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS I CENTRALES HIDROELÉCTRICAS 1.1. CENTRAL HIDROELÉCTRICA
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1.2. CENTRALES HIDROELECTRICAS EN EL PERÚ
6
A. EL SISTEMA INTERCONECTADO INTERCONECTADO CENTRO CENTRO NORTE
6
B. EL SISTEMA INTERCONECTADO SUR
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1.3. LAS VENTAJAS DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
8
1.4. DESVENTAJAS
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1.5. TIPO DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
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1.5.1. CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE PASADA
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1.5.2. CE CENTRAL HIDROELÉCTRICA CON EMBALSE DE DE RESERVA
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1.5.3. CENTRALES HIDROELÉCTRICAS DE BOMBEO
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1.6. PRINCIPALES PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA UNA CENTRAL CENTRAL HIDROELÉCTRICA HIDROELÉCTRICA 16 A. LA PRESA
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B. PRESA DE TIERRA
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C. PRESA DE HORMIGÓN DE GRAVEDAD
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DE BÓVEDA
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D. LOS ALIVIADEROS
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E. TOMAS DE AGUA
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F. CASA DE MÁQUINAS
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G. TURBINAS HIDRÁULICAS HIDRÁULICAS
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H. RUEDA PELTON
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I. TURBINA KAPLAN
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CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS
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INTRODUCCIÓN Como Como futuros futuros ingen ingenie ieros ros civil civiles es es import important ante e conoce conocerr los temas temas de Centr Centrale aless hidroe hidroelé léctr ctrica icas, s, como como aprove aprovecha charr nuestr nuestro o recurs recurso o hídric hídrico o respet respetand ando o el medio medio ambiente, previo previo un proceso de estudio estudio de impacto impacto ambiental, que será aplicado en camp campo o de la hidr hidrol olog ogía ía,, por por tal tal razó razón n se prof profun undi dizo zo el tema tema como como traba trabajo jo de investigación. El aprovechamiento del recurso hídrico para la generación de energía comenzó en tiempo tiemposs antig antiguos uos con el uso de rueda ruedass hidrá hidrául ulica icass muy rudime rudimenta ntaria riass pero pero que permitían la producción de fuerza motriz para aliviar el trabajo manual del hombre. Fuerza motriz primero y energía eléctrica después fueron los productos energéticos, con que el recurso hídrico contribuyó, y lo continúa haciendo en la actualidad, con el progreso económico y la mejora de la calidad de vida de la población. El proceso de conversión del recurso hídrico más difundido en la actualidad es la producción de energía eléctrica. El desarrollo de la tecnología t ecnología ha permitido alcanzar altísimos niveles de eficiencia en la conversión de la energía hidráulica en energía eléctrica así como la instalación de grandes módulos de producción eléctrica. Basta como ejemplo mencionar el caso de la central hidroeléctrica Itaipú cuya potencia instalada de 12.600 MW es mayor que la demanda máxima del Sistema Argentino de Interconexión en 1999. En nuestro país la Central Hidroeléctrica del Mantaro es la más grande e importante del Perú. Esta majestuosa obra está ubicada en el distrito de Colcabamba, provincia de Tayacaja. Produce 798 Mw, con una caída neta de 748 m también con turbinas Pelton y representa aproximadamente aproximadamente el 40% de la energía del país y alimenta al 70% de la industria nacional que está concentrada en Lima. En 1945 y 1961 se dio el gran aprovechamiento del recurso hídrico del rio Mantaro. Luego Luego de inten intensa sa inves investig tigaci ación ón,, Antúne Antúnezz de Mayolo Mayolo prese presentó ntó el estudi estudio o para para la explotación hidroeléctrica de la llamada primera curva del río Mantaro, en la provincia de Tayacaja, Huancavelica; y se realizaron diversos estudios preliminares, a cargo de consultores de EEUU, Japón y la República Federal Alemana, quienes confirmaron el planteamiento planteamiento de Antúnez de Mayolo.
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La Cuenca Hidrográfica, debido a la variación del caudal del río Mantaro entre las épocas de estiaje y de lluvias, se hace necesaria la construcción de obras de regulación con el objeto de minimizar el riesgo de escasez de agua y al mismo tiempo optimizar el uso de la capacidad instalada del complejo. OBJETIVO GENERAL Analizar y comprender las centrales hidroeléctricas que generan energía eléctrica limpia y renovable desde el punto de vista hidráulico OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Aprovechar el recurso hídrico para generar energía eléctrica Obtener energía eléctrica partir de un recuro renovable y limpia como es el agua
Analizar y comprender el funcionamiento de las centrales hidroeléctricas
Aprovechar las cuencas de una cordillera para la construcción de una central hidroeléctrica mediante de un estudio de impacto ambiental
Conocer las ventajas y desventajas de una central hidroeléctrica
Describir y conocer los componentes, diseño y parámetros de las centrales hidroeléctricas.
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I CENTRALES HIDROELÉCTRICAS 1.1.
CENTRAL HIDROELÉCTRICA
Una central hidroeléctrica es aquella que genera electricidad mediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada de una presa situada a más alto nivel que la central. El agua es conducida mediante una tubería de descarga a la sala de maquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidráulicas se produce la generación de energía eléctrica en alternadores La función de una central hidroeléctrica es utilizar la energía potencial del agua almacenada y convertirla, primero en energía mecánica y luego en eléctrica. El esquema general de una central hidroeléctrica puede ser: Esquema Central Hidroeléctrica
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Un sistema de captación de agua provoca un desnivel que origina una cierta energía potencial acumulada. El paso del agua por la turbina desarrolla en la misma un movimiento giratorio que acciona el alternador y produce la corriente eléctrica. 1.2.
CENTRALES HIDROELECTRICAS EN EL PERÚ
La electricidad se genera de distintas fuentes como la hidráulica, geotérmica, eólica, atómica, solar y térmica, donde se utiliza el carbón, el petróleo y el gas natural, que son recursos no renovables. En nuestro país se utiliza el gran potencial hídrico de los ríos, lagos y lagunas para generar la electricidad que utilizamos. Esta generación hidroeléctrica representa el 60% del total de nuestra electricidad. El otro 40% lo generan las centrales térmicas, que trabajan con la fuerza del vapor y cuyo combustible principal es todavía el petróleo.
Las Centrales Hidroeléctricas de nuestro país están agrupadas en dos sistemas eléctricos: A. EL SISTEMA INTERCONECTADO CENTRO NORTE. Es el de mayor capacidad, ya que genera casi 3 mil megawatts. Abastece a las principales ciudades del país como: Piura, Chiclayo, Trujillo, Chimbote, Huaraz, Huánuco, Tingo María, Cajamarca, Huancayo y Lima. La principales centrales hidroeléctricas que componen este sistema son: 1. Carhuaquero: Ubicada en Cajamarca, aprovecha las aguas del río Chancay y cuenta con una caída neta de 475 m para generar 75 Megavatios (Mw). Fue puesta en servicio en 1988 y pertenece a la empresa EGENOR S.A. 2. Cañón del Pato: Ubicada en Ancash, a 120 Km. de Chimbote en la provincia de Huaylas, utiliza las aguas del río Santa aprovechando una caída de 395 m y
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generando 154 Megawatts (Mw). Fue puesta en servicio en dos etapas: 1958 y 1981 respectivamente. Pertenece también a EGENOR S.A.
3. Gallito Ciego: Ubicada en la provincia de Contumazá, en Cajamarca. Genera 34 Megawatts. Ha sido entregada en concesión definitiva a la empresa Cementos Norte Pacasmayo.
4. Central Hidroeléctrica Santiago Antúnez de Mayolo: Ubicada en el departamento de Huancavelica, provincia de Tayacaja. Produce 798 Mw, con una caída neta de 748 m también con turbinas Pelton. Fue puesta en servicio en dos etapas 1973 y 1979 respectivamente.
5. Restitución: Esta central recibe las aguas ya utilizadas en la Central Antúnez de Mayolo a través de una caída de 258 m generando 216 Mw. Fue puesta en operación en 1984. Ambas componen el complejo hidroenergético más grande del país y pertenecen a Electroperú S.A. 6. Cahua: Ubicado en Pativilca, al norte de Lima, aprovecha las aguas del río Pativilca a través de una caída de 215 m produciendo 41 Mw. Fue puesta en servicio en 1967 y abastece de electricidad a Huacho, Supe, Paramonga, Pativilca y Barranca. 7. Huinco: Es la principal central hidroeléctrica de Lima. Su producción es de 262 Mw a través de 4 generadores. La cuenca hídrica que abastece a Huinco es recogida de las lagunas de Marcapomacocha y Antacoto a 5 mil m.s.n.m. Las aguas son derivadas a través de una caída neta de 1.245 m para ser absorbidas por 8 turbinas Pelton. Fue puesta en operación en 1965. Además de Huinco, otras centrales hidroeléctricas abastecen a la ciudad de Lima. Todas ellas Pertenecen a la empresa EDEGEL S.A.:
Central Matucana: Construida en 1971 genera 120 Mw. con una caída de 980 m.
Central Moyopampa: Inaugurada en 1951 genera 63 Mw. con una caída de 460 m.
Central Callahuanca: Puesta en servicio en dos etapas 1938 y 1958 respectivamente y genera 71 Mw. con una caída de 426 m.
Central Huampaní: Puesta en servicio 1962, genera 31 Mw con una caída de 185 m.
B. EL SISTEMA INTERCONECTADO SUR:
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Suministra energía a una población de más de millones de habitantes. Entre las principales ciudades que abastece están Arequipa, Cusco, Tacna, Moquegua, Juliaca, Ilo y Puno. En este Sistema Interconectado con 711 kilómetros de líneas de transmisión se hallan las siguientes centrales hidroeléctricas:
1. Charcani Ubicada en Arequipa, esta central es una de las más modernas del país. Fue inaugurada en 1988. Genera 136.8 Mw con una caída de agua de 690 m y pertenece a la Empresa EGASA. 2. Machu Picchu: Ubicada en la provincia de Urubamba cerca a las ruinas de Machu Picchu en el Cusco. Genera 110 Mw y su caída neta es de 345 m. Esta Central trabaja con turbinas tipo Francis y fue puesta en servicio en 3 etapas: 1964, 1972 y 1984 respectivamente. En la actualidad esta central se encuentra inoperativa por los graves daños ocasionados por el aluvión sufrido durante la temporada del fenómeno de El Niño de febrero de 1998.
3. Aricota 1 y 2: Se localizan en la provincia de Candarave, en el departamento de Tacna. Aricota I fue construida en 1967 y en la actualidad produce 23.80 Mw con una caída de agua de 617 m a través de un sistema de turbinas Pelton. Aricota 2 genera 11.9 Mw. 4.
San Gabán Ubicada en la provincia de Carabaya, en el departamento de Puno. Es una moderna central que genera 110 Mw de potencia
1.3.
LAS VENTAJAS DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS a) No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía, constantemente repuesta por la naturaleza de manera gratuita. b) Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua. c) A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego, protección contra las inundaciones, suministro de agua, caminos, navegación y aún ornamentación del terreno y turismo. d) Los costos de mantenimiento y explotación son bajos.
e) Las obras de ingeniería necesarias para aprovechar la energía hidráulica tienen una duración considerable.
f) 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 mantenimiento, por lo general, reducidos. 1.4.
DESVENTAJAS
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a) Los costos de capital son con frecuencia muy altos b) El emplazamiento, determinado por características naturales, puede 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. c) La construcción lleva, por lo común, largo tiempo en comparación con la de las centrales termoeléctricas. d) La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en año. 1.5.
TIPO DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
1.5.1. CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE PASADA Una central de pasada 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 aceptar el caudal disponible del río "como viene", con sus variaciones de estación en estación, o si ello es imposible el agua sobrante se pierde por rebosamiento. En ocasiones un embalse relativamente pequeño bastará para impedir esa pérdida por rebosamiento. El esquema de una central de este tipo puede ser el siguiente: PLANTA
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CORTE
En la misma se aprovecha un estrechamiento del río, y la obra del edificio de la central (casa de máquinas) puede formar parte de la misma presa. El desnivel entre "aguas arriba" y "aguas abajo", es reducido, y si bien se forma un remanso de agua a causa del azud, no es demasiado grande. Este tipo de central, requiere un caudal suficientemente constante para asegurar a lo largo del año una potencia determinada. 1.5.2. CENTRAL HIDROELÉCTRICA CON EMBALSE DE RESERVA
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En este tipo de proyecto se embalsa un volumen considerable de líquido "aguas arriba" de las 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 centrales con almacenamiento de reserva exigen por lo general una 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. Pueden existir dos variantes de estas centrales hidroeléctricas: a) La de casa de máquina al pie de la presa: En las figuras siguientes observamos en PLANTA y CORTE el esquema de una central de este tipo: PLANTA
CORTE
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La casa de máquinas suele estar al pie de la presa, como ilustra el dibujo, en estos tipos de central, el desnivel obtenido es de carácter mediano.
b) Aprovechamiento por derivación del agua: En las figuras siguientes tenemos un esquema en PLANTA y CORTE de una central de este tipo: PLANTA
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En el lugar apropiado por la topografía del terreno, se ubica la obra de toma de agua, y el líquido se lleva por medio de canales, o tuberías de presión, hasta las proximidades de la casa de máquinas.
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Allí se instala la chimenea de equilibrio, a partir de la cual la conducción tiene un declive más pronunciado, para ingresar finalmente a la casa de máquinas.
La chimenea de equilibrio es un simple conducto vertical que asegura al cerrar las válvulas de la central, que la energía cinética que tiene el agua en la conducción, se libere en ese elemento como un aumento de nivel y se transforme en energía potencial.
Los desniveles en este tipo de central suelen ser mayores comparados con los que se encuentran en los tipos anteriores de centrales. 1.5.3. CENTRALES HIDROELÉCTRICAS DE BOMBEO Esquema central Hidroeléctrica de bombeo
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1. Embalse superior 2. Presa
3. Galería de conducción 4. Tubería forzada 5. Central 6. Turbinas y generadores 7. Desagües 8. Líneas de transporte de energía eléctrica 9. Embalse inferior o río 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. Al caer el agua, almacenada en el embalse superior, hace girar el rodete de la turbina asociada a un alternador.
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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 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. A continuación un ejemplo de aprovechamiento de hidroeléctrico de las aguas de un rio procedentes de los deshielos de las cumbres. Situada en el curso alto del Aragón, casi en su cabecera, la Central de Ip es la más importante de las obras realizadas para la regulación y aprovechamiento hidroeléctrico de las aguas de este río, procedentes de los deshielos de las cumbres pirenaicas. Consta, en síntesis, de un embalse superior utilizando el ibón de Ip capaz de regular las aportaciones naturales de la pequeña cuenca propia, la del vecino ibón de Iserías y otros de posible captación, y de recibir, a la vez, la aportación por bombeo que se produzca. Un embalse inferior sobre el Aragón permite tanto la recepción del agua turbinada y su almacenamiento hasta la hora aconsejable de bombeo como la regulación de parte de las aportaciones naturales del río
1.6.
PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
A. LA PRESA El primer elemento que encontramos en una central hidroeléctrica es la presa o azud, que se encarga de atajar el río y remansar las aguas.
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Con estas construcciones se logra un determinado nivel del agua antes de la contención, y otro nivel diferente después de la misma. Ese desnivel se aprovecha para producir energía. Las presas pueden clasificarse por el material empleado en su construcción en: B. PRESA DE TIERRA
C. PRESA DE HORMIGÓN
Las presas de hormigón son las más utilizadas y se puede a su vez clasificar en:
DE GRAVEDAD:
Como se muestra en la figura tienen un peso adecuado para contrarrestar el momento de vuelco que produce el agua
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DE BÓVEDA:
Necesita menos materiales que las de gravedad y se suelen utilizar en gargantas estrechas. En estas la presión provocada por el agua se transmite íntegramente a las laderas por el efecto del arco.
D. LOS ALIVIADEROS Los aliviaderos son elementos vitales de la presa que tienen como misión liberar parte del agua detenida sin que esta pase por la sala de máquinas. Se encuentran en la pared principal de la presa y pueden ser de fondo o de superficie. La misión de los aliviaderos es la de liberar, si es preciso, grandes cantidades de agua o atender necesidades de riego.
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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. E. TOMAS DE AGUA Las tomas de agua son construcciones adecuadas que permiten recoger el líquido para llevarlo hasta las máquinas por medios de canales o tuberías. 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. Esta toma 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.
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 presión 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.
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Debido a las variaciones de carga del alternador o a condiciones imprevistas se utilizan las chimeneas de equilibrio que evitan las sobrepresiones en las tuberías forzadas y álabes de las turbinas. A estas sobrepresiones se les denomina "golpe de ariete". Cuando la carga de trabajo de la turbina disminuye bruscamente se produce una sobrepresión positiva, ya que el regulador automático de la turbina cierra la admisión de agua. La chimenea de equilibrio consiste en un pozo vertical situado lo más cerca posible de las turbinas. Cuando existe una sobrepresión de agua esta encuentra menos resistencia para penetrar al pozo que a la cámara de presión de las turbinas haciendo que suba el nivel de la chimenea de equilibrio. En el caso de depresión ocurrirá lo contrario y el nivel bajará. Con esto se consigue evitar el golpe de ariete. Actúa de este modo la chimenea de equilibrio como un muelle hidráulico o un condensador eléctrico, es decir, absorbiendo y devolviendo energía.
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Las estructuras forzadas o de presión, suelen ser de acero con refuerzos regulares a lo largo de su longitud o de cemento armado, reforzado con espiras de hierro que deben estar ancladas al terreno mediante soleras adecuadas
F. CASA DE MÁQUINAS Es la construcción en donde se ubican las máquinas (turbinas, alternadores, etc.) y los elementos de regulación y comando.
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En la figura siguiente tenemos el corte esquemático de una central de caudal elevado y baja caída. La presa comprende en su misma estructura a la casa de máquinas. Se observa en la figura que la disposición es compacta, y que la entrada de agua a la turbina se hace por medio de una cámara construida en la misma presa. Las compuertas de entrada y salida se emplean para poder dejar sin agua la zona de las máquinas en caso de reparación o desmontajes.
1. Embalse 2. Presa de contención 3. Entrada de agua a las máquinas (toma), con reja 4. Conducto de entrada del agua 5. Compuertas planas de entrada, en posición "izadas".
6. Turbina hidráulica 7. Alternador 8. Directrices para regulación de la entrada de agua a turbina
9. Puente de grúa de la sala de máquinas. 10. Salida de agua (tubo de aspiración 11. Compuertas planas de salida, en posición "izadas"
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12.Puente grúa para maniobrar compuertas salidas. 13. Puente grúa para maniobrar compuertas de entrada. En la figura siguiente mostramos el croquis de una central de baja caída y alto caudal, como la anterior, pero con grupos generadores denominados "a bulbo", que están totalmente sumergidos en funcionamiento.
1. Embalse 2. Conducto de entrada de agua 3. Compuertas de entrada "izadas" 4. Conjunto de bulbo con la turbina y el alternador 5. Puente grúa de las sala de máquina
6. Mecanismo de “izada” de las compuertas de salida 7. Compuerta de salida "izada" 8. Conducto de salida
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En la figura que sigue se muestra el corte esquemático de una central de caudal mediano y salto también mediano, con la sala de máquinas al pie de la presa. El agua ingresa por la toma practicada en el mismo dique, y es llevada hasta las turbinas por medio de conductos metálicos embutidos en el dique.
1. Embalse 2. Toma de agua 3. Conducto metálico embutido en la presa 4. Compuertas de entrada en posición de izada 5. Válvulas de entrada de agua a turbinas 6. Turbina 7. Alternador 8. Puente grúa de la central 9. Compuerta de salidas "izada"
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10. Puente grúa para izada de la compuerta de salida 11. Conducto de salida En la figura siguiente tenemos el esquema de una central de alta presión y bajo caudal. Este tipo de sala de máquinas se construye alejada de la presa. El agua llega por medio de una tubería a presión desde la toma, por lo regular alejada de la central, y en el trayecto suele haber una chimenea de equilibrio. La alta presión del agua que se presenta en estos casos obliga a colocar válvulas para la regulación y cierre, capaces de soportar el golpe de ariete.
1. Conducto forzado desde la chimenea de equilibrio 2. Válvula de regulación y cierre 3. Puente grúa de sala de válvulas 4. Turbina 5. Alternador 6. Puente grúa de la sala de máquinas
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7. Compuertas de salida, en posición "izadas" 8. Puente grúa para las compuertas de salida 9. Conducto de salida (tubo de aspiración) G. TURBINAS HIDRÁULICAS Hay tres tipos principales de turbinas hidráulicas:
La rueda Pelton
La turbina Francis
La de hélice o turbina Kaplan
El tipo más conveniente dependerá en cada caso del salto de agua y de la potencia de la turbina. En términos generales:
La rueda Pelton conviene para saltos grandes.
La turbina Francis para saltos medianos.
La turbina de hélice o turbina Kaplan para saltos pequeños.
H. RUEDA PELTON: En la figura se muestra un croquis de la turbina en conjunto para poder apreciar la distribución de los componentes fundamentales. Un chorro de agua convenientemente dirigido y regulado, incide sobre las cucharas del rodete que se encuentran uniformemente distribuidas en la periferia de la rueda. Debido a la forma de la cuchara, el agua se desvía sin choque, cediendo toda su energía cinética, para caer finalmente en la parte inferior y salir de la máquina. La regulación se logra por medio de una aguja colocada dentro de la tubera. Este tipo de turbina se emplea para saltos grandes y presiones elevadas.
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1. Rodete 2. Cuchara 3. Aguja 4. Tobera 5. Conducto de entrada 6. Mecanismo de regulación 7. Cámara de salida Rodete y cuchara de una turbina Penton
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Turbina Penton y alternador
Para saltos medianos se emplean las turbinas Francis, que son de reacción. En el dibujo podemos apreciar la forma general de un rodete y el importante hecho de que el agua entre en una dirección y salga en otra a 90º, situación que no se presenta en las ruedas Pelton. Las palas o álabes de la rueda Francis son alabeadas.
Un hecho también significativo es que estas turbinas en vez de toberas, tienen una corona distribuidora del agua. Esta corona rodea por completo al rodete. Para lograr que el agua entre radialmente al rodete desde la corona distribuidora existe una cámara espiral o caracol que se encarga de la adecuada dosificación en cada punto de entrada del agua. El rodete tiene los álabes de forma adecuada como para producir los efectos deseados sin remolinos ni pérdidas adicionales de carácter hidrodinámico.
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I. TURBINA KAPLAN: En los casos en que el agua sólo circule en dirección axial por los elementos del rodete, tendremos las turbinas de hélice o Kaplan. Las turbinas Kaplan tienen álabes móviles para adecuarse al estado de la carga. Estas turbinas aseguran un buen rendimiento aún con bajas velocidades de rotación. La figura muestra un croquis de turbina a hélice o Kaplan.
CONCLUSIONES
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Se llego a la conclusión mediante un desnivel, la energía potencial contenida en la masa de agua que transportan los ríos para convertirla en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a alternadores.
También se concluye que las energías obtenidas mediante una centra hidroeléctricas son renovables y limpias
En conclusión diremos que el recurso hídrico agua cumple un rol protagónico en la vida del hombre, tanto como para facilitar su actividad diaria
Cada central hidroeléctrica constituye un proyecto distinto de los demás. La Central se ha de adaptar a la configuración del terreno y a las características que ofrece el salto en la naturaleza.
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BIBLIOGRAFÍA
Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje de Ministerio de transportes y comunicaciones
http://www.tecun.com/emdt/110203/Mantaro.pdf
http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo3.html
http://infraestructuraperuana.blogspot.com/2009/06/centralhidroelectrica-del-mantaro.html
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ANEXOS
CENTRAL HIDROELECTRICA DEL MANTARO - PERU La Central Hidroeléctrica del Mantaro es la más grande e importante del Perú. Esta majestuosa obra está ubicada en el distrito de Colcabamba, provincia de Tayacaja. Produce 798 Mw, con una caída neta de 748 m también con turbinas Pelton y 32
representa aproximadamente el 40% de la energía del país y alimenta al 70% de la industria nacional que está concentrada en Lima. Historia: Por la década de los cuarenta, el sabio peruano Santiago Antúnez de Mayolo, inició sus investigaciones sobre el aprovechamiento de los recursos hídricos de la zona del Pongor en la sierra central del país. En 1945 y 1961 luego de intensa investigación, Antúnez de Mayolo presentó el estudio para la explotación hidroeléctrica de la llamada primera curva del río Mantaro, en la provincia de Tayacaja, Huancavelica; y se realizaron diversos estudios preliminares, a cargo de consultores de EEUU, Japón y la República Federal Alemana, quienes confirmaron el planteamiento de Antúnez de Mayolo. Es así que en diciembre de 1961 se crea la Corporación de Energía Eléctrica del Mantaro (CORMAN), empresa pública encargada de desarrollar y explotar el potencial hidroeléctrico del río Mantaro. La Corporación inicia sus funciones en 1963, realizando un estudio comparativo de las propuestas de diversas empresas internacionales. Como resultado, se resolvió iniciar negociaciones formales con el Grupo GIE Impregilo de Italia, las que se llevaron a cabo entre Marzo y Junio de 1966.
Construcción El Contrato de suministro, construcción y financiamiento del Proyecto del Mantaro se firma el 1 de Setiembre de 1966, los equipos para la construcción llegaron entre Enero
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y Junio de 1967, con lo que se iniciaron las obras civiles. Un aspecto importante de estos trabajos, lo constituyó la construcción de nuevos caminos que permitieron transportar los materiales y equipos necesarios su mejora permitió que estos soporten el paso de material pesado requerido. Se tuvieron que construir grandes campamentos en Mantacra, Villa Azul y Campo Armiño, con el objeto de albergar a los miles de trabajadores que laboraron en la obra. Estos campamentos llegaron a albergar hasta 10,000 personas entre trabajadores y familiares. Etapas: • La primera etapa del Complejo Mantaro contempló la construcción de una represa en la Encañada de Vigapata, de donde partiría un túnel de 20 km hasta Campo de Armiño, lugar del cual una tubería de presión llevaría las aguas hasta el lugar donde se construiría una casa de máquinas para tres unidades de generación de 114 MW cada una. Etapa se inaugurada el 6 de Octubre de 1973. • En la segunda etapa del proyecto se instalaron cuatro grupos generadores adicionales a los tres ya existentes y se aumentaron dos tuberías de presión, con lo que se logró alcanzar una potencia total de 798 MW. Esta etapa se inauguró el 1º de Mayo de 1979. • Cinco y medio años después, el 10 de Noviembre de 1984, se inauguró la tercera y última etapa del Proyecto Mantaro, consistente en la Central Hidroeléctrica Restitución. Esta etapa aprovecha las aguas turbinadas provenientes de la central Santiago Antúnez de Mayolo para generar, a través de esta segunda central ubicada en cascada, 210 MW adicionales, con los que se completan 1008 MW en todo el complejo. Las obras del Proyecto Mantaro fueron realmente espectaculares por lo agreste de la geografía y el duro clima reinante en la zona. Más de una víctima cobró este proyecto en su realización y aún hoy, al recorrer las instalaciones del complejo, se siente el estremecimiento propio de apreciar las grandes obras del género humano. Ubicación y descripción La Cuenca Hidrográfica del Mantaro está ubicada en la región central del país y abarca los departamentos de Pasco, Junín, Huancavelica y Ayacucho. El río Mantaro se origina en el Lago Junín, el cual está regulado por la presa de Upamayo, el reservorio de regulación estacional más importante del país.
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Ubicado a 4080 msnm, el Lago Junín tiene una capacidad total de 556 MMC y un volumen útil máximo regulable de 441 MMC. Debido a la variación del caudal del río Mantaro entre las épocas de estiaje y de lluvias, se hace necesaria la construcción de obras de regulación con el objeto de minimizar el riesgo de escasez de agua y al mismo tiempo optimizar el uso de la capacidad instalada del complejo. Los excedentes de agua durante las épocas de lluvia pueden ser almacenados y utilizados durante los meses de estiaje, entre mayo y octubre, para aumentar el caudal del río hasta el nivel requerido de 96 m3/seg, cubriendo así los déficits de agua para la generación de energía. La Central Hidroeléctrica Santiago Antúnez de Mayolo está constituida por tres componentes principales: 1. La represa de Tablachaca: posibilita el almacenamiento y regulación de las aguas tomadas del río Mantaro. 2. El túnel de aducción: tiene una longitud aproximada de 18,830 metros entre la toma y la cámara de válvulas. 3. La casa de máquinas: ubicada sobre la margen izquierda del río Colcabamba. Contiene siete turbinas tipo Pelton, de eje vertical, de cuatro chorros, 114 MW, 450 rpm., accionadas por un salto hidráulico de 820 m. Los transformadores (22 en total) son monofásicos de 13.8/220 KV, y están ubicados en la parte exterior del edificio de la casa de máquinas. La central de Restitución fue construida posteriormente, en 1985, y es accionada por las aguas turbinadas de la Central Santiago Antúnez de Mayolo, las cuales son transportadas a través de un puente-tubo de 93 metros de largo y 5 metros de diámetro, que empalma con un túnel de aducción de 790 metros de longitud que pasa por debajo del campamento de campo Armiño y llega hasta la margen derecha del río Mantaro desde donde son devueltas las aguas represadas en Tablachaca, consta de tres turbinas de 70 MW cada una lo que permite una producción total de 210 MW de potencia.
DESARROLLO DE LA ENERGÍA HIDROELÉCTRICA
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La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad. La tecnología de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX. Las centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se controla y se puede mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas y turbinas para adecuar el flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad. El agua que entra en la turbina sale por los canales de descarga. Los generadores están situados justo encima de las turbinas y conectados con árboles verticales. El diseño de las turbinas depende del caudal de agua; las turbinas Francis se utilizan para caudales grandes y saltos medios y bajos, y las turbinas Pelton para grandes saltos y pequeños caudales. Además de las centrales situadas en presas de contención, que dependen del embalse de grandes cantidades de agua, existen algunas centrales que se basan en la caída natural del agua, cuando el caudal es uniforme. Estas instalaciones se llaman de agua fluente. Una de ellas es la de las Cataratas del Niágara, situada en la frontera entre Estados Unidos y Canadá. A principios de la década de los noventa, las primeras potencias productoras de hidroelectricidad eran Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60% de su electricidad de centrales hidráulicas. En todo el mundo, la hidroelectricidad representa aproximadamente la cuarta parte de la producción total de electricidad, y su importancia sigue en aumento. Los países en los que constituye fuente de electricidad más importante son Noruega (99%), Zaire (97%) y Brasil (96%). La central de Itaipú, en el río Paraná, está situada entre Brasil y Paraguay; se inauguró en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora del mundo.
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