Gestores de Contenidos : Álvaro Neva Rodríguez y Horacio Charry López

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1 Gestores de Contenidos : Álvaro Neva Rodríguez y Horacio Charry López
Curso: TURBINAS HIDRÁULICAS I (ACH03) Objetivo General: Reconocer el principio de funcionamiento y los elementos que constituyen una turbina hidráulica. Gestores de Contenidos : Álvaro Neva Rodríguez y Horacio Charry López

2 UNIDAD II COMPONENTES ESENCIALES DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Objetivo: Suministrar los conceptos básicos de los componentes esenciales en una central hidroeléctrica.

3 Lección 5 El embalse, la bocatoma, la conducción, la unidad de generación y la descarga.
Una central hidroeléctrica es un conjunto de obras y de máquinas, que recoge y lleva volúmenes de agua desde una altura superior, hasta otra inferior de la superficie terrestre para aprovechar la energía potencial, que es convertida por las máquinas de la central en energía eléctrica, merced a una fase intermedia de conversión en energía mecánica. En esta unidad se presenta una introducción y los aspectos mas importantes de los componentes de una central hidroeléctrica.

4 EMBALSE, PRESA Y OBRAS COMPLEMENTARIAS.
Como embalse se conoce el depósito artificial de agua que se forma mediante un dique o una presa en el curso de un río o arroyo, con el fin de almacenar sus aguas para distintos usos. Normalmente es necesario la construcción de mas de un dique, para formar el entorno de un embalse. El agua de los embalses se utiliza en el abastecimiento de las poblaciones, para regar los terrenos y para la producción de energía eléctrica (Plantas hidroeléctricas). Además, los embalses construidos en los cursos alto y medio de algunos ríos regulan las variaciones de su caudal debidas a las precipitaciones o lluvias. Cuando llueve o nieva, parte del agua que cae es retenida por el suelo, otra es absorbida por la vegetación, parte se evapora, y el resto, que se incorpora al caudal de los ríos recibe el nombre de aguas de escorrentía que son retenidas en los embalses.

5 Fuentes de abastecimiento de agua

6 Las escorrentías alcanzan cerca de un 30% del volumen de precipitación, y esta cantidad puede aumentar al fundirse las masas de nieve. Las plantas hidroeléctricas de agua fluente no tienen capacidad de regulación de las aguas, pues el caudal utilizado corresponde prácticamente al disponible en el río. Las plantas con embalse tienen capacidad de regulación de los caudales; esta capacidad puede ser mínima, apta para regular los caudales durante el día o la semana. Al aumentar esta capacidad de regulación, es posible la transferencia estacional de volúmenes hídricos y por lo tanto de la producción relativa. Los tipos mas utilizados de presas de retención para conformar los embalses son las presas de hormigón y las presas de elementos sin trabar.

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8 Las presas de hormigón más comunes son de gravedad, de bóveda y de contrafuertes. Las presas de elementos sin trabar pueden ser de piedra o de tierra. También se construyen presas mixtas, por ejemplo de gravedad y de piedra, para conseguir mayor estabilidad. Como obras complementarias del embalse están los vertederos, que permiten evacuar los excesos de caudal que llegan al embalse, producto de crecidas o crecientes del afluente o de los afluentes que alimentan dicho embalse. Los vertederos están constituidos por aliviaderos de umbral fijo o de compuertas. Otra obra complementaria del embalse son las instalaciones construidas para la descarga de fondo, que normalmente están cerradas por órganos de interceptación (compuertas) que se operan comúnmente mediante mandos hidráulicos.

9 Presa de tierra y embalse de la central Betania en Colombia
Vertedero - Compuerta radial

10 BOCATOMA. Está conformada por una estructura de toma provista de rejas y órganos de interceptación ó dispositivos de cierre y de seguridad, por ejemplo válvulas mariposa y compuertas entre otros, que son accionadas generalmente por mandos hidráulicos. Cuando el dispositivo de seguridad es una compuerta, esta normalmente se instala y se retira con una grúa pórtico. En la bocatoma como su nombre lo indica, se toman las aguas del embalse o desde la cámara de compensación para que finalmente lleguen a la turbina hidráulica. CONDUCCIÓN. Desde la bocatoma, salen las tuberías de conducción forzada que llevan las aguas a las máquinas de la central, confiriendo con su inclinación un salto o caída para aprovechar.

11 Las tuberías de conducción forzada están constituidas generalmente por tuberías metálicas de chapa de acero; en raras ocasiones se emplean hormigón armado. Pueden ser instaladas a la intemperie, en galerías inclinadas o en pozos verticales. En las tuberías de conducción se construye una cámara de compensación o almenara, con el fin de reducir los efectos de las variaciones súbitas de caudal, ocasionadas por las variaciones de potencia de las máquinas de la central, para proteger la maquinaria y las tuberías forzadas limitando la amplitud de la variación de presión, conocida como golpe de ariete según se describió en la unidad 1. Las tuberías de conducción, en su parte final tienen elementos de interceptación como son las válvulas esféricas que van conectadas directamente a las máquinas hidráulicas, en este caso turbinas. Por razones evidentes de seguridad, estos elementos de interceptación tienen que estar en condiciones de actuar en cualquier régimen de servicio y en particular de cerrar la tubería en condición de caudal máximo.

12 Componentes de una central hidráulica

13 LA UNIDAD DE GENERACIÓN.
En la mayoría de los casos las tuberías que alimentan varias máquinas, acaban con un colector distribuidor de varias bifurcaciones. Se encuentran aplicaciones en las cuales el diámetro de la conducción forzada va de mayor a menor diámetro, a fin de conservar la velocidad constante que se disminuida por las pérdidas de fricción. LA UNIDAD DE GENERACIÓN. Es un conjunto de máquinas que convierte la energía hidráulica en energía mecánica y energía eléctrica. Las máquinas que convierten la energía hidráulica en energía mecánica sobre un eje de rotación, son las turbinas o máquinas motrices hidráulicas. Mientras tanto las que convierten la energía mecánica suministrada por las turbinas en energía eléctrica, son los generadores de corriente alterna ó alternadores, directamente conectados a las primeras.

14 En las centrales que también funcionan como estación de bombeo (centrales reversibles), las máquinas también convierten la energía eléctrica absorbida de la red en energía potencial hidráulica, levantando y acumulando el agua a un depósito superior. LA DESCARGA. Está constituida por un canal o una galería que puede estar o no a presión y que por medio de una estructura de llegada devuelve los caudales utilizados al río. En caso de galerías en presión de longitud apreciable, es necesario construir para regular los caudales, una cámara de compensación.

15 Represa de Itaupú sobre las aguas del río Paraná

16 Lección 6 Componentes básicos de una unidad de generación.
Los componentes básicos de una unidad de generación son: Turbina. Generador. Equipos auxiliares. En el caso de una central hidráulica, la función de la turbina como se ha venido mencionando, es convertir la energía hidráulica de una corriente de agua en energía mecánica rotativa que se transfiere a través de su eje. La turbina hidráulica, que es el objeto de este curso, se estudia en detalle en las lecciones subsiguientes. El generador que va directamente acoplado al eje de la turbina, convierte la energía mecánica que recibe de dicha turbina, en energía eléctrica alterna. Esta conversión se realiza merced el principio de la inducción descubierto por el científico e inventor británico Michael Faraday en Si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si está

17 situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se establece o se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. Las partes fundamentales del generador de corriente alterna son el estator y el rotor. El estator está constituido por una armadura metálica donde se encuentras situadas las bobinas, conectadas a los anillos colectores, los que finalmente van a las barras de salida; el rotor está formado por un enllantado metálico que soporta los polos que producen el campo magnético, al recibir una corriente continua de excitación. Dicho campo magnético se vuelve variable al girar con la velocidad del rotor e induce en las bobinas la corriente eléctrica que gen era la máquina. El conjunto turbina generador está soportado por cojinetes de fricción axiales y radiales, según se trate de una unidad de generación de eje vertical ó eje horizontal; estos cojinetes también son llamados descansos. Los equipos auxiliares mas significativos de la unidad de generación son el regulador de velocidad, el sistema de excitación y los sistemas de refrigeración.

18 Unidad de generación Montaje del rotor de un gran generador

19 El regulador de velocidad tiene como función mantener el giro del grupo turbogenerador en un valor constante, independiente de las variaciones de carga que tenga el generador, con el fin de mantener una frecuencia también constante en la red eléctrica, por ejemplo 50 ó 60 Hz dependiendo de cada sistema eléctrico. Un regulador del tipo electrohidráulico posee los sistemas siguientes: control y fuerza oleodinámico, eléctrico y electrónico, aire comprimido y refrigeración de aceite. El sistema de excitación controla el voltaje de salida del generador. La excitación de las unidades de generación mas recientes, se alimenta a través de un transformador conectado a las barras de salida del generador. La corriente alterna obtenida es transformada en corriente continua por un convertidor de tiristores para alimentar el devanado rotórico del generador.

20 La excitación del generador se controla variando la corriente de campo, que a su vez es controlada por un regulador de voltaje estático. Los sistemas de refrigeración tienen como función evacuar el calor, producto de las pérdidas de energía que se producen en los cojinetes ó descansos, el generador de corriente alterna y el sistema hidráulico del regulador de velocidad.

21 Barras de salida del estator
Tanques regulador de velocidad Generador central Betania Tablero excitación

22 Has Finalizado la UNIDAD 2 Componentes esenciales de las Centrales Hidráulicas

23 Actividades Identifica los componentes de tu central hidráulica y las características de al menos dos de ellos, envía todo esto al foro. Consigue en la biblioteca las definiciones de al menos cuatro componentes básicos de una unidad de generación.