INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA ANTONIO JOSE DE

SUCRE

EXTENCION BARQUISIMETO

Integrante:

Olivo Ronny CI: 20319800

Defina Central Hidroeléctrica

Una central hidroeléctrica es una instalación donde se transforma la

energía potencial (asociada a la altura) y cinética (asociada al movimiento)

en energía eléctrica.

Elementos que la componen

Embalse: Un embalse es el lugar donde se almacena el agua,

y consta de la presa y los desagües.

1. Presa: Es una barrera interpuesta en el cauce de un río para

retener y almacenar su agua, elevando el nivel

considerablemente y regulando e l caudal de salida. Atendiendo

a la forma de resistir el empuje de la corriente hay dos tipos de

presa: presas de gravedad, en las que el empuje del agua se

contrarresta con el peso del muro que forma la presa, y presas de

bóveda, en forma de arco, con lo que se consigue soportar mejor

la presión del agua.

2. Desagües: Son aperturas dispuestas en la pared principal de la

presa a través de las cuales se controla la salida del agua.

Existen tres tipos de desagües: de superficie, de medio fondo y

de fondo.

Tuberías de conexión: Desde las tomas de agua se conduce

el agua de la presa hasta estas tuberías de conexión que se

encargan de llevar el agua hacia las turbinas. Están

construidas con materiales de gran resistencia como acero,

fundición, fibrocemento o plástico reforzado con fibra de vidrio.

El diámetro y grosor de las tuberías dependen del caudal de la

presa, y se sostienen en el suelo mediante apoyos y con

anclajes de hormigón en los cambios de dirección; pueden ser

aéreas o subterráneas.

Planta transformadora: Son las instalaciones donde se

transforma la energía cinética del agua en energía eléctrica.

Las partes que componen una planta transformadora son los

elementos de cierre y reguladores y las turbinas.

1. Turbinas de acción. Para hacer girar las aspas se aprovecha sólo

la velocidad del agua. Estas turbinas pueden ser de flujo cruzado,

de tipo Pelton y otras. La más usada es la turbina Pelton, en la

que el agua que empuja los álabes es impulsada por inyectores

que regulan el caudal, y se emplea para centrales de pequeño

caudal y con un gran salto de agua. Tiene la característica de que

admite una amplia variación de caudal, y, en caso de parada,

cuenta con un deflector de chorro, mecanismo que dirige el agua

directamente al desagüe evitando una sobrepresión en la tubería.

2. Turbinas de reacción. En estas turbinas el movimiento de los

álabes es provocado tanto por la velocidad como por la presión

del agua. Hay varios tipos de turbina de reacción: turbina Francis

de hélice, Kaplan, etc.

Generador y elementos anexos. Los elementos anexos o

complementarios son los elementos necesarios para controlar el proceso

de generación de corriente eléctrica y regularlo.

Centrales hidroeléctricas según sus características ortográficas, atendiendo a

su estructura o según la potencia que generen

Según la potencia instalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser:

Centrales hidráulicas de gran potencia: más de 10MW de potencia eléctrica.

Minicentrales hidráulicas: entre 1MW y 10MW.

Microcentrales hidroeléctricas: menos de 1MW de potencia.

Según características técnicas: 1. Centrales de Agua Fluente 2. Centrales de agua embalsada: Centrales de Regulación Centrales de Bombeo.

Según la altura del salto de agua o desnivel existente: Centrales de Alta Presión Centrales de Media Presión.

Centrales de Baja Presión.

Centrales de Agua Fluente: Llamadas también de agua corriente, o de agua fluyente. Se construyen en los lugares en que la energía hidráulica debe ser utilizada en el instante en que se dispone de ella, para accionar las turbinas hidráulicas. Centrales de Agua Embalsada: Se alimenta del agua de grandes lagos o de pantanos artificiales (embalses), conseguidos mediante la construcción de presas. El embalse es capaz de almacenar los caudales de los ríos afluentes, llegando a elevados porcentajes de captación de agua en ocasiones. Este agua es utilizado según la demanda, a través de conductos que la encauzan hacia las turbinas. Centrales de Regulación: Tienen la posibilidad de almacenar volúmenes de agua en el embalse, que representan periodos más o menos prolongados de aportes de caudales medios anuales. Prestan un gran servicio en situaciones de bajos caudales, ya que el almacenamiento es continuo, regulando de modo conveniente para la producción. Se adaptan bien para cubrir horas punta de consumo. Centrales de Bombeo:

Se denominan 'de acumulación'. Acumulan caudal mediante bombeo, con lo que su actuación consiste en acumular energía potencial. Pueden ser de dos tipos, de turbina y bomba, o de turbina reversible. La alimentación del generador que realiza el bombeo desde aguas abajo, se puede realizar desde otra central hidráulica, térmica o nuclear. No es una solución de alto rendimiento, pero se puede admitir como suficientemente rentable, ya que se compensan las pérdidas de agua o combustible. Centrales de Alta Presión: Aquí se incluyen aquellas centrales en las que el salto hidráulico es superior a los 200 metros de altura. Los caudales desalojados son relativamente pequeños, 20 m3/s por máquina. Situadas en zonas de alta montaña, y aprovechan el agua de torrentes, por medio de conducciones de gran longitud. Utilizan turbinas Pelton y Francis. Centrales de Media Presión: Aquellas que poseen saltos hidráulicos de entre 200-20 metros aproximadamente. Utilizan caudales de 200m3/s por turbina. En valles de media montaña, dependen de embalses. Las turbinas son Francis y Kaplan, y en ocasiones Pelton para saltos grandes. Centrales de Baja Presión: Sus saltos hidráulicos son inferiores a 20 metros. Cada máquina se alimenta de un caudal que puede superar los 300m3/s. Las turbinas utilizadas son de tipo Francis y especialmente Kaplan.

Diga las ventajas y las desventajas de la energía hidráulica?

Ventajas

- Debido al ciclo del agua su disponibilidad es inagotable.

- Es una energía totalmente limpia, no emite gases, no

produce emisiones toxicas, y no causa ningún tipo de lluvia acida.

- Es una energía barata, los costes de operación son muy bajos,

existen mejoras tecnológicas constantemente que ayudan a explotar de

manera más eficiente los recursos.

- Permite el almacenamiento de agua para abastecer fácilmente a actividades

recreativas o sistemas de riego.

- Se pueden regular los controles de flujo en caso e que haya riesgo de una

inundación.

Desventajas

- La construcción de las platas requiere una gran inversión, por otra parte,

lossitios donde se pueden construir centrales en condiciones económicas son

muy limitadas.

- Las presas se convierten en obstáculos para las especies como el salmón

- por otra parte, las represas afectan al lecho de los ríos, causando erosión y

afectar el ecosistema del lugar.

- Las presas tienden a estar lejos de las grandes poblaciones, entonces es

necesario transportar la electricidad producida a través de redes costosas.

Fundamentos Teóricos

Medidores de orificio

Son dispositivos que consisten en una reducción en la sección de flujo de una tubería, de modo que se produzca una caída de presión, a consecuencia del aumento de velocidad.

Haciendo un balance de energía entre el orificio (punto 1) y la sección posterior al orificio (punto 2), despreciando las pérdidas por fricción tenemos:

.....(1)

Para un fluido incomprensible y de la ecuación de continuidad:

.................................(2)

Sustituyendo 2 en 1:

.......(3)

Despejando v1 y sabiendo que D1 = Dorificio

........(4)

En caso de que se consideren las pérdidas de fricción, es necesario agregar el coeficiente de orificio Co, teniendo lo siguiente:

....(5)

Siendo v1: velocidad en el orificio. Si se requiere conocer el Caudal:

.....(6)

Co: Coeficiente de orificio o coeficiente de descarga para el caudal. Este coeficiente varía entre 0.6 y 0.62 para orificios concéntricos de bordes afilados y si el Número de Reynolds es mayor de 20 000 y si la toma posterior está en la vena contracta.

D0: Diámetro de orificio. D2: Diámetro de la tubería.

Usualmente el diámetro del orificio está entre 50 y 76% del diámetro de la tubería. La toma corriente arriba debe quedar a una distancia correspondiente a un diámetro de la tubería de la cara del orificio y la de corriente abajo a una distancia de 0.5 del mismo diámetro, D2. En los medidores instalados la manera más simple de obtener la caída de presión consiste en el empleo de un manómetro diferencial en “U”. La pérdida de carga o pérdidas permanentes por fricción se obtienen por:

...(7)

Para gases la ecuación debe modificarse mediante un factor empírico que, para el caso de comportamiento ideal es:

....(8)

Siendo K la relación de las capacidades caloríficas a presión y volumen constantes.

....(9)

Por lo tanto:

....(10)

Las ecuaciones anteriores se aplican cuando las tomas de presión están situadas en las bridas, 1 diámetro de la tubería antes de la placa y 0.5 diámetro después, si la toma posterior está situada después de la vena contracta se utiliza un factor K que es función de la relación b para Reynolds mayores de 20 000.

Donde:

....(11)

Tubo Venturi

Este medidor fue inventado por Clemens Herschel en 1881 y lleva el nombre de Venturi por el científico italiano que fue el primero en experimentar en tubos divergentes. Este medidor es el más exacto teniendo una mínima pérdida de presión perma-nente y permitiendo el paso de 1.6 veces más el flujo que la placa de orificio. El aparato está formado por tres secciones principales, una convergente con ángulo menor a 7°, una sección intermedia que constituye la garganta o estrechamiento y una divergente.

La ecuación para obtener la velocidad se deduce de manera similar a la de un medidor de orificio.

...(12)

v1: velocidad en la garganta. D1: Diámetro de la garganta. D2: Diámetro de la tubería. Cv: Coeficiente de descarga; su valor medio es de 0.98. Las pérdidas de presión no recuperables son del 10% de la caída de presión marcada en el manómetro diferencial.

Rotámetro

Consiste esencialmente de un flotador indicador que se mueve libremente en un tubo vertical ligeramente cónico con el extremo de menor diámetro en la parte inferior.

El fluido entra por la parte inferior del tubo y ejerce una fuerza ascendente sobre la base del flotador; al subir el flotador permite que pase una determinada cantidad de flujo por el área anular, área formada entre el flotador y la pared del tubo y será tal que la caída de presión en ese estrechamiento baste para equilibrar la fuerza de gravedad y el peso del flotador, en ese momento el flotador permanece estacionario en algún punto del tubo.

La pérdida de presión se mantiene constante sobre el intervalo completo del flujo. Entonces para cada flujo. El flotador alcanza una altura determinada. El tubo cónico lleva grabada una escala lineal en unidades del flujo o indica el

porcentaje del flujo máximo. Los rotámetros no necesitan tramos rectos de tubería antes y después del punto donde se instalan.

En qué principio se basa el uso de los medidores de orificio

Su operación está basada en el principio de una obstrucción de flujo

presente en un ducto o tubería, y por consiguiente existirá una diferencia de

presión a través de la obstrucción.

Cómo funciona un rotámetro

El rotámetro se compone de un tubo, en el cual el flujo esta dirigido

verticalmente hacia arriba. Un flotador sube o baja dependiendo de la velocidad

del fluido, deteniéndose cuando este alcanza un equilibrio entre la fuerza que

con que empuja el fluido y el peso del flotador.

Qué efecto tiene la colocación de las tomas de presión en la placa de

orificio

Nos permiten conocer la caída de presión antes y después de que el fluido

pase por la placa.

Cómo son las pérdidas de presión en el Venturi en comparación con las

de orificio

Mayores, debido a que es menor el diámetro.

Medidor

De Turbina

Este medidor consiste de un rotor con alabes, semejante a una turbina, que se instala en el centro de la tubería y gira con una velocidad angular que es directamente proporcional al flujo.

Para medir la velocidad de la turbina, sin generar ninguna

fuerza resistente sobre el aspa que produzca error se utilizan principalmente

convertidores electromagnéticos.

Explique en que consiste el golpe de ariete

El golpe de ariete se origina debido a que el fluido es

ligeramente elástico (aunque en diversas situaciones se puede considerar

como un fluido no compresible). En consecuencia, cuando se cierra

bruscamente una válvula o un grifo instalado en el extremo de una tubería de

cierta longitud, las partículas de fluido que se han detenido son empujadas por

las que vienen inmediatamente detrás y que siguen aún en movimiento. Esto

origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería a una velocidad que

puede superar la velocidad del sonido en el fluido. Esta sobrepresión tiene dos

efectos: comprime ligeramente el fluido, reduciendo su volumen, y dilata

ligeramente la tubería. Cuando todo el fluido que circulaba en la tubería se ha

detenido, cesa el impulso que la comprimía y, por tanto, ésta tiende a

expandirse. Por otro lado, la tubería que se había ensanchado ligeramente

tiende a retomar su dimensión normal. Conjuntamente, estos efectos provocan

otra onda de presión en el sentido contrario. El fluido se desplaza en dirección

contraria pero, al estar la válvula cerrada, se produce una depresión con

respecto a la presión normal de la tubería. Al reducirse la presión, el fluido

puede pasar a estado gaseosoformando una burbuja mientras que la tubería se

contrae. Al alcanzar el otro extremo de la tubería, si la onda no se ve disipada,

por ejemplo, en un depósito a presión atmosférica, se reflejará siendo mitigada

progresivamente por la propia resistencia a la compresión del fluido y la

dilatación de la tubería.

Cavitación

La cavitación o aspiraciones en vacío es un efecto hidrodinámico que se

produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran

velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido

debido a la conservación de la constante de Bernoulli. Puede ocurrir que se

alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo

componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas

o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de

mayor presión e implosionan (el vapor regresa al estado líquido de manera

súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de

gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno.

La implosión causa ondas de presión que viajan en el líquido a

velocidades próximas a las del sonido, es decir independientemente del fluido

la velocidad adquirida va a ser próxima a la del sonido. Estas pueden disiparse

en la corriente del líquido o pueden chocar con una superficie. Si la zona donde

chocan las ondas de presión es la misma, el material tiende a debilitarse

metalúrgicamente y se inicia una erosión que, además de dañar la superficie,

provoca que ésta se convierta en una zona de mayor pérdida de presión y por

ende de mayor foco de formación de burbujas de vapor. Si las burbujas de

vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared sólida cuando

implosionan, las fuerzas ejercidas por el líquido al aplastar la cavidad dejada

por el vapor dan lugar a presiones localizadas muy altas, ocasionando

picaduras sobre la superficie sólida. Nótese que dependiendo del material

usado se puede producir una oxidación del material lo que debilitaría

estructuralmente el material.