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El ayuntamiento de Cazalgas (Toledo) está interesado en saber si es viable económicamente un proyecto para obtener energía para iluminar y sobre todo climatizar sus instalaciones municipales en el caluroso verano de la zona. La idea que proponen es utilizar uno de los arroyos que aportan agua al embalse municipal. Deberemos calcular cuál será la producción si colocamos una turbina en un salto deagua junto al embalse. Los datos que tenemos son:
Salto bruto: 14,25m
Salto útil: 13m
Pérdidas de carga primarias: 1,8% del salto útil
Pérdidas secundarias: 2,8% del salto útil
Horas equivalentes: 2.160 horas
El caudal del equipamiento dependerá de la turbina que elijamos para el emplazamiento. Sin embargo el caudal mínimo técnico se estima en 85 l/s
Los datos que no se conocen puedesestimarlos bajo tu criterio con una justificación de la decisión tomada. A continuación estima el consumo del ayuntamiento anualmente. Para hacer los cálculos ten en cuenta que las instalaciones municipales tienen 400 m2, 7 aparatos de aire acondicionado de 1.900 W de potencia, trabajan en ellas 17 personas y hay elementos como iluminación, ordenadores, impresoras y demás aparatos típicos de oficina.Con los datos de producción y de consumo, orienta al ayuntamiento para que se decidan si llevar a cabo el proyecto o no.
¿Es suficiente la instalación de una turbina para el consumo?
¿Qué ocurriría si un año de sequía el caudal mínimo técnico baja a 15 l/s?
¿Qué ocurriría si un año por fallos en el mantenimiento nuestra turbina trabaja a rendimiento menor del 50% y el tiempo defuncionamiento baja a 1.750 horas?
¿Y si un año tenemos gran pluviometría y nuestro caudal mínimo técnico aumenta a 140 l/s y 2.800 horas equivalentes?
Solución:
Cálculo de producción y consumo
El primer paso es calcular el salto neto disponible en el lugar de instalación. Éste se calcula como el salto útil menos las pérdidas de carga primaria y secundaria:
H_n=H_u-(H_p+H_s)=13-(1,8/100∙13+2,8/100∙13)=13-(0,234+0,364)=12,402 m
Éste es un salto reducido. Existen distintos tipos de turbina aptas para saltos pequeños, como la Kaplan, la Ossberger, o la Francis, esta última muy extendida comercialmente.
Es el momento ahora de calcular el caudal de equipamiento de la instalación. Para ello, se define el caudal mínimo técnico como Q_mt=k∙Q_e
Qe: caudal de equipamiento
K: factor deproporcionalidad (Pelton 0,10; Kaplan 0,25; Francis 0,40)
En este caso, el caudal mínimo técnico es de 85 l/s, por lo que se tiene: Q_e=Q_mt/k=85/k l/s
Dependiendo del tipo de turbina seleccionada, se tendrá un caudal de equipamiento de 212,5 l/s (Francis); 340 l/s (Kaplan); o 850 l/s (Pelton) Atendiendo de forma simultánea tanto al caudal de equipamiento calculado como al salto neto, se escoge utilizar unaturbina Francis, comercialmente más extendida y apta para las condiciones de caudal y salto descritas.
Por lo tanto, la turbina seleccionada trabajará con un caudal de 0,213 m3/s y un salto neto 12,402 m.
La potencia instalada se calcula como:
P=Q_e∙ρ∙g∙H_n=0,21∙1000∙9,81∙12,402=25,6 kW
Para el cálculo de la producción de energía eléctrica se considera un rendimiento promedio típico para unaturbina Francis del 93% :
E=P∙η_t∙h_eq=25549∙0,93∙2160=51324 kWh
η_t: rendimiento de la turbina (93%)
h_eq: horas equivalentes con valores de altura y caudal nominales (2160)
El siguiente paso es estimar la demanda energética de las instalaciones municipales del ayuntamiento de Cazalegas. Los únicos datos del enunciado son los siguientes:
400 m2
7 aparatos de aire acondicionado de 1900 Wde potencia cada uno (funcionamiento durante los meses de verano)
17 personas trabajan en dichas instalaciones
Edificios de oficinas
Para la estimación del consumo de aire acondicionado se considera su uso tan sólo durante los meses de verano, tres meses y medio, resultando:
L_(A/A)=3,5∙22∙7∙1,9∙7=7168,7kWh/año=7,17 MWh/año
Se han tenido en cuenta 22 días laborales al mes con jornadas...