Manual de Centrales Hidroelectricas

MANUAL BÁSICO DE
CENTRALES
HIDROELÉCTRICAS

QUITO
2012

CONCEPTOS BÁSICOS

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
Principio de funcionamiento.
La energía mecánica de la masa de agua cinética (asociada al movimiento) y potencial
(asociada a la altura), se transforma en energía mecánica de rotación mediante una
turbina hidráulica, esta energía es la que se emplea para accionar un generador hastaun transformador que eleva la tensión para poder transportar la electricidad a los
centros de consumo.

Esquema de una instalación hidroeléctrica

Partes de una Central Hidroeléctrica
Una central hidroeléctrica está conformada por dos partes que son:
Parte 1
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Embalse
Presa y aliviaderos
Tomas y depósitos de agua
Canales, túneles y galerías

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Tuberías forzadasChimeneas de equilibrio

Parte 2
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Turbinas hidraulicas
Alternadores
-2-

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
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Transformadores
Sistemas eléctricos de media alta y muy alta tensión
Sistema eléctrico de baja tensión
Sistema eléctrico de corriente continúa
Medios auxiliares
Cuadros de control

Ventajas de una Central Hidroeléctrica
 No requieren ningún tipo de combustible no renovable, sino que seutiliza una
forma renovable de energía que es el agua.
 Es energía limpia ya que no contamina ni agua ni aire
 Se pueden combinar beneficios conjuntos como son:
 Riego
 Protección contra inundaciones
 Suministro de agua
 Navegación
 Y aun ornamentación y turismo
 Los costos de mantenimiento y operación son bajos y las obras de energía
hidráulica tienen una duración considerable.Desventajas de una Central hidroeléctrica


La construcción por lo general tiene un tiempo considerablemente largo a
comparación de las centrales térmicas.



La disponibilidad de energía puede variar de estación en estación y de año en
año
Los costos de capital por kilovatio instalado son con frecuencia altos



Tipos de centrales convencionales de generación de energíaeléctrica
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Hidráulicas
Térmicas
Geotérmicas
Mareomotriz
Nucleares (fisión)
Eólicas
Solares

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Tipos de centrales alternativas de generación de energía eléctrica
Como alternativa de fuentes de generación eléctrica y muchas de las cuales están aun
en etapas de investigación tenemos:
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Energía solar
Bioenergía
Energía de las olas de losocéanos
Energía de las corrientes marinas
Energía del diferencial térmico de los mares
Fusión nuclear
Energía del hidrogeno
Licuación del carbón
Gasificación del carbón

Conceptos básicos de Generación.
Diseño de un sistema de generación.
Para diseñar un sistema se tiene 4 etapas:



Estudio de la demanda y capacidad del recurso hídrico
Estudio hidrológico
-4-




Estudio depre-factibilidad
Estudios de factibilidad final

Potencia Hidroeléctrica
Si vaciamos un volumen V cuyo peso de la masa de agua es G y esta cae a una distancia
al centro de gravedad Hcg se desarrolla un trabajo T que está definido por:

T  G * H CG

Tn * m

G  V *  agua

 agua  1Tn / m 3

Ahora para poder obtener la potencia hidráulica P y manteniendo el nivel constante
conuna descarga Q tenemos:

P

Trabajo G * H B  * V * H B


Tiempo
t
t

PHID   * q * H B (Ec 1)

La Ec No 1 se la denomina ecuación de la Potencia Hidráulica Teórica, ideal o bruta.
Cuyas unidades son Tn * m
s





Ahora Tn * m

s



 equivale a 9.81 Kilovatios (Kw) entonces tenemos:
Kw (Ec 2)

PHID  9.81* Q * H B

Explicar sistema hidráulico
En base a ladefinición del sistema hidráulico obtenemos la Potencia Hidráulica
Aprovechable PHA así tenemos:

PHA  PHID *  SH

Kw

Donde  SH es la eficiencia del sistema hidráulico el cual se define por:

 SH 

H NETA
H BRUTA

PHA  9.81 * Q * H B *

H NETA
H BRUTA

PHA  9.81* Q * H NETA
H NETA  H B   H f  hmenores 
-5-

 H

f

 hmenores   Coef *Q 2 (Ec 3)...