Fundamentos de centrales hidroeléctricas pequeñas y sus obras anexas

FUNDAMENTOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS PEQUEÑAS Y SUS OBRAS ANEXAS MARCIAL GONZALEZ SALAS INGENIERO CIVIL HIDRAULICO JUNIO – 2008 División de Estudios y Desarrollo Principios de Hidrogeneración Carga y Caudal La energía hidráulica se obtiene cuando un fl uno inferior. un curs un río atraviesa una un canal o embalse d origen PACE 1 or7 n nivel superior a cauce «cerro abajo», una barrera artificial ndola al río de La caída vertical del agua o «carga» es esencial en la generación hidráulica. El escurrimiento rápido del agua por si sola no contiene energía suficiente para generación hidroeléctrica,

Por consiguiente: La generación de energía hidroeléctrica requiere de dos elementos: un Caudal de agua «Q» y una Carga «H». Principios de Hidrogeneración es la caída vertical máxima de agua disponible, desde el nivel de captación en el río hasta el nivel de descarga al cauce. aprovechamientos pequeños, el caudal se puede expresar en litros/segundo (I/s) en que 1000 1/s equivalen a 1 m3/s . Principios de Hidrogeneración Potencia y Energía Es la cantidad de trabajo realizado, o la capacidad para realizar un trabajo (Joule) .

La «Electricidad» es una forma de energía, que se expresa en kilowatt-horas (KWh). Energía» «Potencia» Es la energía generada por segundo. Se mide en Watts (1 Watt = 1 1 Kilowatt (KW) son 1000 watts. todo lo anterior son datos para el Cálculo de la Potencia P=n. p. g. Q. H p : es la potencia mecánica producida por el eje de la turbina (Kilowatts) n : es la eficiencia hidráulica de la turbina (70% – 90%) 8 p : es la densidad del agua (1000 Kg/m3) g : es la aceleración de gravedad ( 9,81 m/s2) Q : es el Caudal que pasa por la turbina (m3/s) No se compliquen Alguien lo calculará por Uds.

H : es la Carga Neta del agua sobre la turbina (m) División de Estudios y Des recipitaciones Con un factor de planta elevado (generalmente > 50%) si se compara con la eólica (generalmente < 30%) y la solar Una baja tasa de variabilidad diaria con un cambio gradual en el tiempo un mínimo impacto ambiental por emplazamiento y operación Amplia experiencia en este tipo de tecnología en el país Escenario legal y ambiental favorable como fuente de ERNC Centrales Hidroeléctricas Pequeñas Asociadas a Obras de Riego Aspecto clave : Conocer las distintas variaciones en el entorno fisico en que se ubican estas hidrocentrales, que inciden en sus costos: aspectos geológicos y de mecánica de suelos para el mplazamiento de las obras, el largo de los canales de aducción, la falta de caminos para trasladar los equipos, los lugares en que se ubican las bocatomas, la distancia de las líneas de transmisión, Ingeniería Báslca Aspectos Generales El costo de construcción de una central hidroeléctrica de pasada depende tanto de la altura de caída como de los caudales disponibles. 1 Barrera de captación 2. Rebalse 3. - Canal de aducción 4. - Aliviadero de emergencia 5. - Desarenador 6. - Cámara de carga 7. - Aducción 8. - Casa de Máquinas 9. - Restitución al cauce 10. - Cauce natural Ingeniería Básica edia de los costos sería la siguiente: a) Ingeniería : 20 % b) Obras Civiles : 30 % c) Equipos Electromecánicos : 50 % Teniendo en cuenta todas estas variables, los costos totales de una central hidroeléctrica pequeña pueden fluctuar entre los US$1500 y los US$ 2500 por KW instalado. Estas cifras pueden variar significativamente dependiendo de la complejidad de las obras civiles y de la distancia a las lineas de transmisión eléctrica.

Costos de la Ingeniería Básica Los costos anuales de una central hidroeléctrica : Fijos: derivados de la operación y mantenimiento Variables: derivados directamente de las inversiones involucradas dependen de las tasas de interés, depreciaciones, impuestos, seguros, etc. ) Los costos de operación: las remuneraciones del personal (sistemas automatizados de bajo requerimiento de personal ) los costos de mantenimiento reducidos (no sobrepasa anualmente el 2 % del costo de construcción. ) Antecedentes Generales Para el estudio y diseño de una central hidroeléctrica pequeña se requiere la siguiente información básica: Hidroloe[a Topografía Aspe cos Geotécnicos Aspectos abastecimiento, de modo de elaborar diseños seguros que permitan sortear adecuadamente las crecidas.

Topografía Se deberá determinar las alturas de caídas existentes a partir de la información disponible, ya sea de planos elaborados por organismos estatales tales como la CNR, DOH, IGM o CIREN, o directamente por las organizaciones de regantes. Si éstos no existieren o fueran inadecuados para estos propósitos, se deberá efectuar levantamientos especiales que sean compatibles con las obras a diseñar. Aspectos Geológicos y Geotécnicos Se deberá conocer las caracter[sticas del terreno en que se fundarán las obras hidráulicas y las estructuras hidromecánicas y eléctricas, para poder determinar su estabilidad frente a sismos, ientos, nieve, erupciones volcánicas, etc. Dependiendo del tamaño de la central hidroeléctrica se deberá ser más riguroso en el alcance de los estudios geológicos, geomorfológicos, geotécnicos y sísmicos.

Aspectos Medioambientales Las centrales hidroeléctricas pequeñas están consideradas como fuentes de generación amigables para el medioambiente, pero pueden producir algunas alteraclones que es preciso determinar para implementar medidas de mitigación. Durante la construcción, se deberá cuidar la instalación de faenas, movimientos de tierra, modificación de taludes naturales, isposición de desechos, tr hículos, etc. Durante la SI_IF,• explotación, se deberá tom ardos por disminuciones en tramos cauce natural del cual se derivó el canal alimentador, o de terrenos inundados por una eventual obra de regulación bocatoma. las del los en Obras Civiles Obras hidráulicas necesarias para disponer del caudal que escurre por un cauce natural captándolo, conduciéndolo hacia las turbinas y devolviéndolo a dicho cauce.

Obras de Captación Desarenador Obras de Aducción Cámara de Carga o Chimenea de Equilibrio Tuberías en Presión Casa de Máquinas Obras de Restitución Equipos Hidromecánicos Son los equipos destinados al Control del Caudal que escurre por el acueducto, tales como compuertas, válvulas, rejillas y sus elementos de accionamiento. Destacan las Turbinas y sus equipos y elementos de Protección y Control, que transforman la Energía Hidráulica en Mecánica. Turbinas pueden ser: De impulso o acclón ( pelton, Turgo y MitchellBanki o de flujo transversal) De reacción. (Francis y las de Hélice. ) Cada una de las cuales tiene un campo de aplicación bien específico, que depende de la altura de caída existente y del caudal disponible.

Disponiendo de la altura de caída y el caudal de diseño del royecto en estudio, es posible seleccionar con este gráfico el tipo de turbina más adecuado como también la potencia generada. Equipos Eléctricos Son los destinados a transformar la energía mecánica en eléctrica, su transporte y el control de ambos procesos. Entre éstos cabe mencionar: Generador Transformador de Poder Equipos Eléctr. Auxiliares Equipos de Conexión Sistemas de Enlace Centrales Hidroeléctricas Pequeñas en Chile PGH Las Cascadas: 172 kW ; Bocatoma – Lago Yelcho PGH cas cascadas: 172 kW ; Equipos PGH Canal Eyzaguirre : 1,9 MW – Sociedad Canal del Maipo PGH Canal Eyzaguirre, Tu del Maipo r: MW – Soc. Canal