LA HIDRODINÁMICA Y SUS APLICACIONES EN CENTRALES

HIDROELÉCTRICAS

Esta energía proviene de la energía mecánica, principalmente potencial, que posee el agua. Por este motivo el emplazamiento de estas centrales sería en las zonas cordilleranas y pre cordilleranas de nuestro país, ya que en estos lugares es dónde podemos encontrar el mayor diferencial de energía potencial en los cauces de ríos. 

INTRODUCCION

PARTE TEÓRICA

ENERGÍA HIDROELÉCTRICA

El agua proveniente de la evaporación de los océanos, además de servir para otros fines, tales como riego, limpieza, enfriamiento, consumo etc. , que lo convierten en un líquido vital para los seres humanos, se utiliza también para accionar máquinas giratorias llamadas turbinas, que a su vez mueven generadores que transforman la energía mecánica en energía eléctrica.

CICLO DEL AGUA

El ciclo hidrológico continua con la formación de arroyuelos y ríos que descienden desde las montañas a las llanuras y mar, completándose de esta manera el ciclo termodinámico (caldera: sol; condensador: atmósfera).

HIDRODINAMICA

Es la parte de la hidráulica que estudia el comportamiento de los fluidos en movimiento, para lo cual se considera que los fluidos sean

Estables, cuando cada partícula que pasa por una determinada posición siempre tiene la misma velocidad de las precedentes en esa posición.

Incompresibles, es decir que los fluidos en movimiento mantienen constante el valor de su densidad.

Irrotacionales, es decir que su único movimiento sea el de traslación, no gira ni rota.

NO viscosos, es decir que no hay rozamiento entre diferentes capas del fluido ni con pared de las tuberías que los producen.

CLASIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS

FLUJO CON RÉGIMEN LAMINAR

A = área=esfuerzo cortante=viscosidad dinámicay = distancia desde las paredes del conducto a un punto dentro del fluidoV = velocidad de flujoa = aceleración del flujoM = masa del fluidoW = peso del fluido

Flujo con régimen turbulento

El flujo turbulento se presenta si las fuerzas viscosas son débiles con relación a las fuerzas inerciales. Al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa el intercambio de momentum molecular entre las partículas del flujo, la viscosidad pierde su efecto, las partículas tienden a rotar y debido a esto, cambian de trayectoria chocando entre sí. El movimiento de las partículas líquidas se realiza siguiendo trayectorias muy irregulares o desordenadas. 

Flujo con régimen transicional

La transición de flujo con régimen laminar a turbulento es gradual y se llama transicional. Se presenta cuando el filamento del fluido comienza a hacerse inestable.

Número de Reynolds

Osborne Reynolds de la Universidad de Cambridge (Inglaterra) realizó sus experimentos para establecer el régimen de flujo en tuberías entre 1880 y 1884. El número de Reynolds representa la preponderancia de las fuerzas viscosas con relación a las fuerzas de inercia y permite clasificar el régimen de flujo.

Re = número de ReynoldsR = radio hidráulico= viscosidad cinemática [ = 10-6 m2/s para agua a 20 C]

Flujo laminar Re < 500Flujo transicional 500 < Re < 1000 Flujo turbulento Re > 1000

ESTUDIO DE LA HIDRODINÁMICA

Para el estudio de la hidrodinámica podemos tomar en cuenta varios principios, ecuaciones, y de esta manera facilitar el entendimiento de los fenómenos producidos en los fluidos.

CAUDAL

El caudal o gasto es una de las principales magnitudes utilizadas en la hidrodinámica y está definida como el volumen del líquido transportado por unidad de tiempo, su fórmula es:

Q = gasto en V = volumen del líquido y fluye en )t = tiempo en que tarda en fluir el líquido en segundos (s) 

Q= gasto en  A = área de la sección transversal del tubo en metros cuadrados v = magnitud de la velocidad del tubo en

FLUJO

Se define como la cantidad de masa del líquido que fluye atreves de una tubería en un segundo.

F = flujo en m = masa del líquido que fluye en kilogramos (kg)t = tiempo que tarda en fluir en segundos (s) 

F = flujo en Q= gasto en P = densidad en peso

PRINCIPIO DE BERNOULLI 

El teorema de Bernouilli fue presentado por primera vez por Daniel Bernouilli (1700-1782) en su obra “Hydrodynamica” (1738) enunciándose de la siguiente manera:

TEOREMA DE TORRICELLI

Es una aplicación del teorema de Bernoulli y estudia el flujo de un líquido concentrado en un recipiente, a través de un pequeño agujero, bajo la acción de la gravedad.

V=velocidad de salida.g=gravedad=diferencia de alturas

ECUACION DE CONTINUIDAD

Cuando un fluido fluye por un conducto de diámetro variable, su velocidad cambia debido a que la  sección transversal varia de una sección del conducto a otra.

REPRESAS HIDROELÉCTRICAS

Las represas hidroeléctricas son una fuente de energía alternativa muy útil que aprovecha los movimientos de agua para producir energía eléctrica, se encuentran entre las construcciones más grandes y espectaculares del hombre.

Alrededor del mundo, las represas hidroeléctricas producen el 24% de toda la energía eléctrica del planeta, lo cual representa también un gran aporte al cuidado del ambiente

TIPOS DE REPRESAS HIDROELECTRICAS

Centrales de agua fluyente

Centrales de embalse

Según su altura de caída de agua1. Centrales de alta presión son las centrales de más de 200m 

de caída del agua2. Centrales de media presión son las centrales con caída del 

agua de 20 a 200m3. Centrales de baja presión concentrados con desniveles de 

agua de menos de 20m.

Aplicaciones 

Se tiene una tubería de 1.5m de diámetro en un punto a 300m sobre el nivel del mar, el agua posee una velocidad de 7.7m s y una presión de 35m. El agua sale de la turbina con una velocidad de 0.7m s y a presión atmosférica en un punto a 308m sobre el nivel del mar. Hallar la energía que impacta a la turbina durante un segundo