5 1 Centrales Hidroeléctricas

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T R E S 
G A R G A N T A S , 
C H I N A
2 2 5 0 0 M W
Centrales Hidroeléctricas
Xavier Serrano G.
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Contenido
1. Introducción
2. Origen y Potencial
3. Aprovechamiento Hidráulico
4. Central Hidroeléctrica
5. Funcionamiento Básico de una Central
6. Mini central hidroeléctrica
7. Central hidroeléctrica de bombeo
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Introducción
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Introducción
Hidroeléctricas más grandes del mundo
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Introducción
 Países con más hidroeléctricas
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Contenido
1. Introducción
2. Origen y Potencial
3. Aprovechamiento Hidráulico
4. Central Hidroeléctrica
5. Funcionamiento Básico de una Central
6. Mini central hidroeléctrica
7. Central hidroeléctrica de bombeo
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Origen y potencial
Utilización de la energía del agua proveniente del ciclo hidrológico.
Formas de energía que contiene el agua
 Energía cinética (Ec) → aprovechar la velocidad de la misma
 Energía potencial (Ep)→ elevación del agua
En la mayor parte de los casos la energía cinética no es suficiente para ser 
aprovechada
Explotación de la energía potencial entre dos puntos a diferente altura.
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Origen y potencial
Importancia del Recurso
 Recurso renovable
 Muy rentable, alto rendimiento (80 al 90%)
 Energía mecánica o electricidad a partir de una forma de energía 
mecánica
 Puede obtenerse con dispositivos captadores casi de cualquier tamaño.
 Constituye el 20% de la capacidad generadora de la electricidad total 
instalada a nivel mundial
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Contenido
1. Introducción
2. Origen y Potencial
3. Aprovechamiento Hidráulico
4. Central Hidroeléctrica
5. Funcionamiento Básico de una Central
6. Mini central hidroeléctrica
7. Central hidroeléctrica de bombeo
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Aprovechamiento Hidráulico
 La forma más común de aprovechamiento hidráulico es la
transformación del potencial de una masa de agua en Energía Eléctrica.
 Posibilidad de disponer de agua para riego o abastecimiento hídrico a
las poblaciones.
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Aprovechamiento Hidráulico
TIPOS DE CENTRALES SEGÚN EL EMPLAZAMIETO
 De Agua Fluyente (pasada)
 Con Regulación
Centrales de agua fluyente: Aprovechamiento directo sin necesidad 
de embalsar el agua o mediante embalse reducido.
 Río con caudal regular.
 Muy localizado.
Hay de dos tipos:
 Con Desviación
 Por interposición
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Aprovechamiento Hidráulico
Central de agua fluyente con desviación
Desviar las aguas del río mediante una pequeña presa, hacia un pequeño 
depósito o cámara de carga.
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Aprovechamiento Hidráulico
Central de agua fluyente con interposición
Construir una presa de determinada altura en un tramo del río que ofrece 
un apreciable desnivel.
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Aprovechamiento Hidráulico
Centrales con regulación: Necesidad de retener agua mediante una
presa, formándose un lago o embalse artificial para poder generar un
salto.
Centrales más habituales.
Se pueden reducir a dos tipos.
 Aprovechamiento por interposición, consistente en construir una
presa de determinada altura en un tramo del río que ofrece un
apreciable desnivel.
 Aprovechamiento por desviación, consistente en desviar las aguas
del río mediante una pequeña presa, hacia un pequeño depósito o
cámara de carga.
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Aprovechamiento Hidráulico
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Aprovechamiento Hidráulico
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Aprovechamiento Hidráulico
CLASIFICACIÓN SEGÚN LA ALTURA DEL SALTO
Salto: Diferencia de nivel existente entre el nivel de agua y la turbina.
Clasificación
 Saltos de pequeña altura: 15 m ≥H
 Saltos de mediana altura: 15 m >H>50m
 Saltos de gran altura: 50 m ≤H
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Aprovechamiento Hidráulico
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Aprovechamiento Hidráulico
TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS
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Aprovechamiento Hidráulico
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Potencia Instalada Pinst. (Potencia útil nominal) de la central hidroeléctrica 
puede ser obtenida a partir de:
P= p.Q.g.h
Pinst. = p.g*Qe*Hn * ηt *ηm *ηg *ηtr
Siendo:
 Pinst: Potencia instalada o potencia útil nominal [W]
 p: densidad del agua
 g: Aceleración de la Gravedad (9,81 m/s2)
 Qe: Caudal de equipamiento [m3/s]
 Hn: Salto neto [m] Hn=Hb-∆h
 ηt: Rendimiento de la turbina
 ηm: Rendimiento del multiplicador
 ηg: Rendimiento del generador
 ηtr: Rendimiento del transformador
Aproximando, el producto de todos los rendimientos, comprende entre 0,8 y 0,85.
Aprovechamiento Hidráulico
Ejercicio
Calcular la energía producida por cada litro, velocidad del agua a la
entrada de la turbina, en una presa de altura 370 m. Suponemos que para
este cálculo toda la energía potencial es convertida en cinética.
Si el rendimiento de la turbina es 95% y el del generador eléctrico es 95%
y se requiere generar 400 MW de potencia cuánta agua debe pasar a
través de la turbina ?
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Contenido
1. Introducción
2. Origen y Potencial
3. Aprovechamiento Hidráulico
4. Central Hidroeléctrica
5. Funcionamiento Básico de una Central
6. Mini central hidroeléctrica
7. Central hidroeléctrica de bombeo
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Central Hidroeléctrica
Analizar el emplazamiento de la central: 
 Desnivel
 Caudal
 Terreno (Presa)
Elementos:
 Conducciones
 Diques
 Sistemas captadores.
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Central Hidroeléctrica
1. CONDUCCIONES
Lleva el agua desde la corriente hasta el sistema captador. A través
de un canal abierto (mayor utilización en usos para riego) ó bajo
presión por el interior de un tubo (amplio rango de condiciones de
uso: importante encontrar diámetro y espesor adecuados).
Canalizaciones lo más rectas y lisas posibles: deben reducir al
mínimo las pérdidas por fricción y han de poseer un sistema para
regular el caudal.
Importante: el agua ha de llegar al sistema captador con
la mayor energía posible.
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Central Hidroeléctrica
1. CONDUCCIONES
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 Conducciones
Central Hidroeléctrica
Central Hidroeléctrica
2. DIQUES
Los diques, construcciones necesarias pero no imprescindibles, cuyo objetivo 
es aumentar al máximo el potencial técnicamente aprovechable. 
Funciones:
 Almacenar la energía de la corriente de agua.
 Elevar el nivel del agua para aumentar la cantidad de energía disponible.
Características principales de diseño: 
 Facilidad de construcción.
 Maximización del volumen de agua susceptible de ser almacenada en el 
embalse sin dañar el equilibro natural.
 Minimización de la distancia entre el dique y el captador hidráulico.
 Localización de un desnivel de terreno óptimo.
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2. DIQUES
Problema fundamental: filtraciones de agua a su través o por 
debajo del suelo.
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Central Hidroeléctrica
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Central Hidroeléctrica
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3. SISTEMAS CAPTORES
La elección del dispositivo captador es el punto clave de decisión al construir un 
sistema de aprovechamiento hidráulico. Principales factores que determinan esta 
elección: 
 Caudal
 Desnivel
 Localización
 Condiciones del suelo
 Longitud de las conducciones
 Condiciones del agua
 Generación de energía
 Costes y mano de obra
 Materiales
 Mantenimiento
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Central Hidroeléctrica
3. SISTEMAS CAPTORES
Es la máquina destinada a transformar la energía del agua (energía 
potencial y energía cinética) en trabajo mecánico.
 Ruedas hidráulicas (►Energía Mecánica)
 Turbina de impulsión o tangencial (Pelton►Energía Eléctrica)
 Turbina radial (Francis ►Energía Eléctrica)
 Turbina axial (Kaplan ►Energía Eléctrica)
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Central Hidroeléctrica
Turbina de Impulsión - Pelton:
Alta velocidad: 1000 r.p.m.
Rendimiento 93%
Saltos hidráulicos altos(300m) y bajos caudales.
Son de buen rendimiento para amplios márgenes de
caudal (entre el 30 % y el 100 % del caudal
máximo). Por ello se colocan pocas unidades en
cada central que requiere turbinas de estas
características.
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Central Hidroeléctrica
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Central Hidroeléctrica
Turbina Radial - Francis
La turbina radial es un tipo de turbina de
reacción: dispone de paletas helicoidales.
La energía potencial gravitatoria del agua se
convierte en energía cinética en su recorrido
hacia el rodete.
Se pueden utilizar en saltos de distintas alturas,
con un amplio rango de caudales (entre 1 y 200
m3/s).
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Central Hidroeléctrica
Turbina Axial - Kaplam
 Son muy similares a las turbinas Francis, también son 
turbinas de reacción. 
 El rodete es una simple hélice de tres a ocho palas o 
álabes. Estos álabes son perfilados y para mejorar el 
rendimiento pueden ser ajustables, de forma que su 
orientación sea la óptima para cada caudal. El agua 
entra al rodete prácticamente de forma axial.
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Central Hidroeléctrica
Turbina Axial - Kaplam
 Pueden alcanzar altas velocidades de giro, 
obteniéndose buenos rendimientos para 
amplios rangos de variación del caudal. A 
igualdad de potencia las turbinas Francis 
son más voluminosas que las Pelton.
 Se suelen emplear en saltos de pequeña 
altura (alrededor de 50 m y menos) y 
caudales medios y grandes (suelen ser 
superiores a 15 m3/s).
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Central Hidroeléctrica
Turbina a utilizar según altura del salto caudal
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Central Hidroeléctrica
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Contenido
1. Introducción
2. Origen y Potencial
3. Aprovechamiento Hidráulico
4. Central Hidroeléctrica
5. Funcionamiento Básico de una Central
6. Mini central hidroeléctrica
7. Central hidroeléctrica de bombeo
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Funcionamiento Básico de una Central
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Funcionamiento Básico de una Central
Por la acción de una presa (2) ubicada en el lecho del río, se acumula una
cierta cantidad de agua formando un embalse (1). Con el fin de generar un
salto, se sitúan aguas arriba de la presa, generalmente a cierta
profundidad, para aprovechar volumen de embalse, tomas de agua
formadas por una bocina de admisión protegida por una rejilla metálica
(3) y por compuertas que controlan la admisión del agua a una tubería
forzada (4). Esta, que atraviesa normalmente el cuerpo de la presa, lleva el
agua desde las tomas hasta las máquinas de la central. Al llegar a las
máquinas, el agua hace girar el rodete de la turbina (6) de cada grupo.
Esta turbina va acoplada a un generador de corriente alterna o alternador
mediante un eje (7).
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Funcionamiento Básico de una Central
Solidario al eje (7), para que pueda girar con él, el grupo turbina-
alternador dispone de un generador (8), que tiene por fin generar
una corriente eléctrica continua suficiente como para excitar los
electroimanes del rotor del alternador, quienes a su vez, inducen en
su giro una corriente eléctrica en el estátor.
En los terminales de éste aparece entonces una corriente alterna de
media tensión. Mediante transformadores (10), ésta es convertida
en corriente de baja intensidad y alta tensión, a fin de que pueda
ser transportada (9) con las menores pérdidas posibles.
Normalmente, una central hidroeléctrica dispone de varios grupos
turbina-alternador (5). El conjunto de grupos suele estar alojado en
una sala de máquinas, que es el edificio de la central propiamente
dicho.
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1. Introducción
2. Origen y Potencial
3. Aprovechamiento Hidráulico
4. Central Hidroeléctrica
5. Funcionamiento Básico de una Central
6. Mini central hidroeléctrica
7. Central hidroeléctrica de bombeo
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MINICENTRAL HIDROELÉCTRICA
MINICENTRAL HIDROELÉCTRICA
 Potencia individual < a 10 MW.
 Los elementos y máquinas son los mismos que en las 
grandes centrales hidroeléctricas.
 Localizadas normalmente en los márgenes de los ríos 
mediante la construcción de un pequeño azud. 
 Normalmente son centrales de agua fluyente aunque 
también las hay de pie de presa.
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MINICENTRAL HIDROELÉCTRICA
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1. Introducción
2. Origen y Potencial
3. Aprovechamiento Hidráulico
4. Central Hidroeléctrica
5. Funcionamiento Básico de una Central
6. Mini central hidroeléctrica
7. Central hidroeléctrica de bombeo
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CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE 
BOMBEO
 Disponen de dos embalses situados a diferente altura.
 Horas punta del día → operan como una central
hidroeléctrica convencional
 Horas valle → agua almacenada en el embalse inferior puede
ser bombeada al embalse superior utilizando la energía
eléctrica sobrante para volver a realizar el ciclo productivo
 Utiliza grupos moto-bombas, o bien dispone de turbinas
reversibles, de modo que actúan como bombas y los
alternadores como motores. Evidentemente, en el proceso
global existe una pérdida de energía.
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CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE 
BOMBEO
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Bibliografía
 “Tecnología Energética” G. Verdú, J.L. Muñoz-Cobo, J. Sancho, J. 
Ródenas, R. Sanchís, V. Serradell. SPUVP-97.875 
 “Standard Handbook of Powerplant Engineering” T.C. Elliot, K. Chen, 
R.C. Swanekamp. Ed. McGraw-Hill. 1998. 
 “Energía Hidráulica”. M. Castro y C. Sánchez. Ed. Progensa. 1997. 
 “Tecnologías energéticas e impacto ambiental”. P.L. García. Ed. 
McGraw-Hill. 2001. 
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