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OBRAS HIDRULICAS
Aprovechamientos hidroelctricos
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1. INTRODUCCIN
2. SISTEMA ELCTRICO ESPAOL
3. APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS
1. Introduccin
2. Anlisis de la capacidad de regulacin
3. Anlisis hidrolgico de una cuenca
4. Tipologa de los aprovechamientos
4. ELEMENTOS DE LOS APROVECHAMIENTOS
1. Toma
2. Canal de derivacin
3. Conduccin en presin
4. Equipos de generacin
5. PREDIMENSIONAMIENTO TURBINAS
Aprovechamientos hidroelctricos
ndice
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Cuesta y Vallarino (2000). Aprovechamientos hidroelctricos. 2 Tomos.Servicio de Publicaciones del CICCP.
Novak. Moffat, Nalluri y Narayanan (2007). Hydraulic Structures. Taylorand Francis.
Granados, Garrote, Delgado y Martn (2003). Problemas de Obras
Hidrulicas. Servicio de Publicaciones del CICCP.
Manuales de referencia del ICOLD, ASCE
Ms detalles en Presas y Aprovechamientos Hidroelctricos (4)
Aprovechamientos hidroelctricos
Bibliografa
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Agua disponible limitada Necesidad de almacenamientos para diferentes usos:
Abastecimiento Industrial Ecolgico Regado Produccin elctrica
Demanda variable en el tiempo y espacio
Aprovechamientos hidroelctricos
INTRODUCCIN
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Anuario de Red Elctrica Espaola (2011)
Aprovechamientos hidroelctricos
SISTEMA ELCTRICO
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Aprovechamientos hidroelctricos
SISTEMA ELCTRICO
Anuario de Red Elctrica Espaola (2011)
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Aprovechamientos hidroelctricos
SISTEMA ELCTRICO
Caractersticas del mercado elctrico
La generacin debe satisfacer la potencia demandadamuy rpidamente y con calidad:
ContinuidadVoltaje fijo
Frecuencia FijaLa energa elctrica no se almacena
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Aprovechamientos hidroelctricos
SISTEMA ELCTRICO
CURVA DE CARGA DIARIA: 3 BANDAS CARACTERTICAS
! " "! " "! " "
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Aprovechamientos hidroelctricos
SISTEMA ELCTRICO
"
"
"
"
"
"
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Aprovechamientos hidroelctricos
SISTEMA ELCTRICO
"
"
"
"
"
"
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Aprovechamientos hidroelctricos
ndice
1. INTRODUCCIN
2. SISTEMA ELCTRICO ESPAOL
3. APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS
1. Introduccin
2. Anlisis de la capacidad de regulacin
3. Anlisis hidrolgico de una cuenca
4. Tipologa de los aprovechamientos
4. ELEMENTOS DE LOS APROVECHAMIENTOS
1. Toma
2. Canal de derivacin
3. Conduccin en presin
4. Equipos de generacin
5. PREDIMENSIONAMIENTO TURBINAS
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Aprovechamientos hidroelctricos
APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS
Anlisis de la capacidad de regulacin
La regulacin sirve para adaptar la oferta a la demandaAnualHiperanual
Objetivo: Conocer el volumen necesario para satisfacerdemanda
Balance de masas
Ms detalles: Regulacin de Recursos
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Aprovechamientos hidroelctricos
APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS
Anlisis de cuencas para uso hidroelctrico
Potencial hidroelctrico brutoPotencial hidroelctrico tcnicoPotencial hidroelctrico econmico
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Aprovechamientos hidroelctricos
APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS
Tipologa de aprovechamientos hidroelctricos
Potencia=
W=
W[ ]=
J / S[ ]Produccin=Energa = Wt[ ]= Wh[ ]= J[ ]
W = QH
A
BQ
H
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Aprovechamientos hidroelctricos
APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS
Tipologa de aprovechamientos hidroelctricos
Saltos a pie de presaSaltos en derivacin - fluyentesSalto en derivacin con embalseSalto con conduccin a presinCentrales reversibles o de bombeo
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Aprovechamientos hidroelctricos
APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS
Salto a pie de presa
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Aprovechamientos hidroelctricos
APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS
Salto a pie de presa
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Aprovechamientos hidroelctricos
APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS
Salto en derivacin o fluyente
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Aprovechamientos hidroelctricos
APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS
Salto en derivacin o fluyente
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Aprovechamientos hidroelctricos
APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS
Salto en derivacin con embalse
Con canal de derivacin
Con galera de presin
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Aprovechamientos hidroelctricos
APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS
Salto en derivacin con embalse
Con canal de derivacin
Con galera de presin
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Aprovechamientos hidroelctricos
APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS
Central reversible o con bombeo
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Aprovechamientos hidroelctricos
ndice
1. INTRODUCCIN
2. SISTEMA ELCTRICO ESPAOL
3. APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS
1. Introduccin
2. Anlisis de la capacidad de regulacin
3. Anlisis hidrolgico de una cuenca
4. Tipologa de los aprovechamientos
4. ELEMENTOS DE LOS APROVECHAMIENTOS
1. Toma
2. Canal de derivacin
3. Conduccin en presin
4. Equipos de generacin
5. PREDIMENSIONAMIENTO TURBINAS
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Elementos
Azud o presa Toma Derivacin
En lmina libre :Canal + Cmara de carga + Conduccin blindada
En presin:Galera de presin + Chimenea de equilibrio + Conduccin blindada
Central
Canal de restitucin
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Tomas
Central de Valparaso
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Tomas
Central de Yagisawa
Central de Belesar
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Tomas con baja sumergencia
Embalse de Dinorwig
k= 0.54 embocadura simtrica
k= 0.74 embocadura asimtrica
S= kv D
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Tomas para azudes
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Tomas para azudes
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Rejas y Limpiarejas
H=
W
b
4/3
sen
v2
2g
= 2.42
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Compuertas
Permiten vaciado y aislado del canal Vagn
Grandes dimensiones Prdida de carga
Gran tamao Sistema accionamiento
Manual (no regulacin) Automtico (regulacin en fluyentes)
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Desarenadores
Necesarios en tomas superficiales Proteccin equipos electromecnicos
V10Ws
D 1mm
Lterica 10y
Lprctica 17h
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Desarenadores
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Canal de derivacin
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Canal de derivacin
Proyectado 0.5 1m debajo nivel mximo V=1.5 m/s (
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Cmara de carga
Transicin entre lmina libre y presin Elementos auxiliares:
sistema de decantacin, rejas, compuertas y aliviadero
Comprobar condiciones de sumergencia para evitar entrada de aire
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ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Cmara de carga: Aliviadero
Para condiciones de parada de emergencia de las turbinas
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
A h i hid l i
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Galera en presin
Galera excavada en roca Revestidas de hormign (n=0.015) Revestimiento no est pensado para
descompresiones ni cambios de presin bruscos
Elemento proteccin : CHIMENEA DE EQUILIBRIO
A h i t hid l t i
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Galera en presin
A h i t hid l t i
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Chimenea de equilibrio
A h i t hid l t i
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Conduccin forzada
A h i t hid l t i
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Conduccin forzada
Aprovechamientos hidroelctricos
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Central hidroelctrica
Lnea de agua Vlvula de guarda (mariposa/esfrica) Grupo electromecnico
TurbinaAlternador
Tubo de aspiracin Restitucin
Lmina libre o presin (Chimenea de equilibrio) Equipos proteccin fauna Elementos de cierre (vlvulas + atagua aislamiento)
Aprovechamientos hidroelctricos
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Aprovechamientos hidroelctricos
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Tubo de aspiracin
Aprovechamientos hidroelctricos
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Aprovechamientos hidroelctricos
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Turbinas + Alternador
Turbinas Accin: Flujo en lmina libre. PELTON Reaccin: Flujo en presin. FRANCIS o KAPLAN
Aprovechamientos hidroelctricos
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Turbina PELTON: H>>> y Q
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Turbina FRANCIS (rango intermedio)
Aprovechamientos hidroelctricos
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Turbina KAPLAN: H> (rpidas)
Aprovechamientos hidroelctricos
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Q H Ns
PELTON < 10 m3/s H> 400 m
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Aprovechamientos hidroelctricos
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Elementos de proteccin 1. Compuerta de toma2. Vlvula de cabecera3. Vlvula de guarda4. Atagua o compuerta de desage
Aprovechamientos hidroelctricos
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ndice
1. INTRODUCCIN
2. SISTEMA ELCTRICO ESPAOL3. APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS
1. Introduccin
2. Anlisis de la capacidad de regulacin
3. Anlisis hidrolgico de una cuenca
4. Tipologa de los aprovechamientos4. ELEMENTOS DE LOS APROVECHAMIENTOS
1. Toma
2. Canal de derivacin
3. Conduccin en presin
4. Equipos de generacin
5. PREDIMENSIONAMIENTO TURBINAS
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Aprovechamientos hidroelctricos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
CAUDAL = Aportacin / tiempo utilizacin
Fluyente : 3000 4000 h /ao Central de Puntas: 1000 2000 h/ao Caudal de equipo Caudal nominal, mnimo y mximoSALTO
H : Salto bruto Hi : Salto netoPOTENCIA
W[kW]= 9.8 Q m3 s H m[ ]
Aprovechamientos hidroelctricos
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p o ec a e os d oe c cos
ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Q H Ns
PELTON < 10 m3/s H> 400 m
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ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Aprovechamientos hidroelctricos
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ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Aprovechamientos hidroelctricos
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ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
PROCEDIMIENTO (Cuesta y Vallarino)
Determinar la Potencia Determinar la Velocidad especfica
La velocidad especfica no es adimensional !!!
Ns=
N P
H54
SI : P(KW) : Ns=
N PKW
H54
SI : P(CV) : ns=
N PCV
H54
US: P(HP):n's= N PHP
H54
1W = 735 CV
1W = 746 HP
Ns (m,kW) = ns (CV) /1.16
Ns (m,kW) = 3.81n 's (pies,HP)
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ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
PROCEDIMIENTO (Cuesta y Vallarino)
Frmulas empricas para el clculo de la velocidad especfica
Calcular la velocidad de giro aproximada
Pelton : Ns 85.49
H0.243
Francis : Ns 2000
H
Kaplan : Ns 2419
H0.489
N=
Ns H
54
/ PkW
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ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Ejemplo: dimensionamiento geomtrico TK
Rodete
Aprovechamientos hidroelctricos
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ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Ejemplo: dimensionamiento geomtrico TK
Cmara espiral
Aprovechamientos hidroelctricos
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ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
Ejemplo: dimensionamiento geomtrico TK
Tubo aspiracin
Aprovechamientos hidroelctricos
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ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
PREDIMENSIONAMIENTO ALTERNADOR
En turbinas hidroelctricas de grandes aprovechamientos se usanalternadores sncronos
La velocidad de giro y el nmero de pares de polos del alternadorcondiciona la frecuencia de generacin de la corriente alterna
N=60 f
2p
N :velocidad de giro - velocidad sncrona (rpm)
f: frecuencia corriente (50 Hz)2p: pares de polos del rotor del alternador
Aprovechamientos hidroelctricos
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ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
EL ALTERNADOR ELEMENTAL
Aprovechamientos hidroelctricos
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ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
EL ALTERNADOR ELEMENTAL
INDUCTOR
INDUCIDO
Aprovechamientos hidroelctricos
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ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
EL ALTERNADOR DE UNA TURBINA
Pares de polos : 2p=1 Pares de polos : 2p=2
Aprovechamientos hidroelctricos
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ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
ESTATOR
Elemento inducido
ROTOR
Elemento inductor
Aprovechamientos hidroelctricos
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ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
ROTORES
6 polos = 2 (2p) 2p = 3 pares de
polos
Velocidadsncrona:
N=3000/3=1000 rpm
Aprovechamientos hidroelctricos
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ELEMENTOS DE LOS A.HIDROELCTRICOS
ROTORES
4 polos2p = 2 pares de polosN=1500 rpm
16 polos
2p = 8 pares de polosN=375 rpm