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1 Anlisis De Sistemas De Potencia I
NDICE
SISTEMAS DE GENERACIN ELCTRICA
1. GENERACIN DE LA ENERGA ELECTRICA
2. CENTRALES ELCTRICAS
3. TIPOS DE CENTRALES
3.1 INTRODUCCIN A LAS CENTRALES EOLICAS
3.2 INTRODUCCION A LAS CENTRALES HIDRULICAS O HIDROELCTRICAS
3.3 INTRODUCCIN A LAS CENTRALES NUCLEARES
3.4 CENTRALES MAREOMOTRICES
3.4.1 QU ES LA ENERGA MAREOMOTRIZ?
3.4.2 CMO SE APROVECHA LA ENERGA MAREOMOTRIZ?
3.4.3 DNDE SE APROVECHA LA ENERGA MAREOMOTRI?
3.4.3.1 TURBINA TIPO BULBO
3.4.3.2 TURBINA STRAFLO
3.4.3.3 TURBINA TUBULAR
3.4.4 VENTAJAS DE LA ENERGA MAREOMOTRIZ
3.4.5 DESVENTAJAS DE LA ENERGA MAREOMOTRIZ
4 CENTRALES TRMICAS
4.1 CENTRALES TRMICAS SOLARES
4.2 CENTRALES GEOTRMICAS
4.3 CENTRALES HIDROTRMICAS
5 CENTRALES ELICAS I
6 CLASIFICACIN DE LAS CENTRALES
6.1 CENTRALES DE BASE O CENTRALES PRINCIPALES
6.2 CENTRALES DE PUNTA
6.3 CENTRALES DE RESERVA
6.4 CENTRALES DE SOCORRO
7 CENTRALES HIDROELCTRICAS
7.1 COMPONENTES DE UNA CENTRAL HIDROELCTRICA
7.1.1 EMBALSE
7.1.2 VLVULA
7.1.3 TURBINA
7.1.4 ALTERNADOR
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2 Anlisis De Sistemas De Potencia I
7.1.5 RED ELCTRICA
7.1.6 TRANSFORMADOR
7.2 TURBINA PELTON
7.2.1 FUNCIONAMIENTO
7.3 COMPONENTES
7.3.1 INYECTOR
7.3.2 CMARA DE DISTRIBUCIN.
7.3.3 DISTRIBUIDOR
7.3.4 RODETE
7.4 RODETE FRANCIS
7.4.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
7.5 VENTAJAS DE UNA CENTRAL HIDROELCTRICA
7.6 TODA CENTRAL HIDROELCTRICA DEBE CONTAR
7.7 CLASIFICACIN DE CENTRALES HIDROELCTRICAS
7.7.1 CENTRALES DE PASADA
7.7.2 CENTRALES DE AGUA EMBALSADA
7.7.2.1 CENTRALES DE REGULACIN
7.7.2.2 CENTRALES DE BOMBEO O CENTRALES DE
ACUMULACIN
7.7.2.3 CENTRALES DE ALTA PRESIN
7.7.2.4 CENTRALES DE MEDIA PRESIN
7.7.2.5 CENTRALES DE BAJA PRESIN
8 COMPONENTES DE LAS CENTRALES
9 CONCEPTOS HIDRULICOS
9.1 NIVEL Y COTA
9.3 CAUDAL Y AFORO
9.3 CARGA Y PRDIDA DE CARGA
9.4 SALTO DE AGUA
9.4 SALTO BRUTO O SALTO REAL O SALTO TOTAL
9.6 SALTO TIL O SALTO NETO
9.7 EMBALSE
9.8 PRESAS
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3 Anlisis De Sistemas De Potencia I
10 CENTRALES NUCLEARES
10.1 FUNCIONAMIENTO DE LA CENTRAL NUCLEAR PARTES
PRINCIPALES DE UNA CENTRAL NUCLEAR
10.2 REPERCUSIONES AMBIENTALES DE LA ENERGA NUCLEAR
10.3 ALMACENAMIENTO DE LOS RESIDUOS RADIACTIVOS
10.4 SISTEMA DE REFRIGERACIN EN UNA CENTRAL NUCLEAR
10.5 SEGURIDAD EN LA CENTRAL NUCLEAR
10.6 PRINCIPALES REACTORES
10.6.2 REACTOR PWR PRESSURIZED WATER
10.6.2 REACTOR PHWR PRESSURIZED HEAVY WATER
10.6.3 REACTOR BWR BOILING WATER:
10.6.4 REACTOR HWR HEAVY WATER
10.6.5 REACTOR GCR GAS COOLED
11.6.6 REACTORES AVANZADOS
11 CENTRALES ELICAS II
11.1 ORIGEN DE LA ENERGA ELICA
11.2 CMO SE APROVECHA LA ENERGA ELICA?
11.3 PARTES DE UN AEROGENERADOR
11.4 DNDE SE APROVECHA EL VIENTO?
11.5 CUNTA ENERGA PUEDE SUMINISTRAR UN PARQUE ELICO?
11.6 TIPOLOGA DE LOS AEROGENERADORES
11.7 POR LA POSICIN DEL AEROGENERADOR
11.8 POR LA ORIENTACIN DEL EQUIPO CON RESPECTO AL VIENTO:
11.9 POR EL NUMERO DE PALAS
12 CENTRALES SOLARES
12.1 CUNTA ENERGA PUEDE SUMINISTRAR UNA INSTALACIN
SOLAR TRMICA?
12.2 CMO SE APROVECHA LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA?
12.2 DNDE SE APROVECHA LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA?
12.4 CUNTA ENERGA PUEDE SUMINISTRAR UNA INSTALACIN
SOLAR FOTOVOLTATICA?
12.5 DESCRIPCIN DE LAS PLANTAS SOLARES
12.6 VENTAJAS DE LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA
13 CENTRALES GEOTRMICAS
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4 Anlisis De Sistemas De Potencia I
13.1 EXTRACCIN DE ENERGA GEOTRMICA
13.2 ENERGIA GEOTRMICA
14 CENTRALES DE LA BIOMASA
14.1 QU ES LA ENERGA DE LA BIOMASA?
14.2 TIPOS DE BIOMASA
14.3 EN QU INSTALACIONES ES POSIBLE UTILIZARLA?
14.4 CMO SE APROVECHA LA ENERGA DE LA BIOMASA?
14.5 VENTAJAS AMBIENTALES DEL USO ENERGTICO DE LA BIOMASA
14.6 VENTAJAS SOCIOECONMICAS DEL USO ENERGTICO DE LA BIOMASA
15 SISTEMA DE SUMINISTRO ELECTRICO
16 CRITICA
17 APORTE
17.1 LA COGENERACIN
17.2 ENFRIADOR EVAPORATIVO
17.3 ENFRIAMIENTO CON INTERCAMBIADOR
17.4 CICLOS DE COLA EN MOTORES
17.5 TIPOS DE PLANTAS DE COGENERACIN
17.5.1 COGENERACIN CON TURBINAS DE GAS EN CICLO SIMPLE
17.5.2 COGENERACIN CON TURBINA DE VAPOR
17.5.3 COGENERACIN EN CICLO COMBINADO CON TURBINA DE GAS
17.5.4 COGENERACIN CON MOTOR ALTERNATIVO DE GAS O FUEL EN CICLO
SIMPLE
17.5.5 COGENERACIN EN CICLO COMBINADO CON MOTOR ALTERNA
17.6 TRIGENERACIN
17.7 APLICACIONES DE LA COGENERACIN CON TURBINA DE GAS
18 CONCLUSIONES
19 RECOMENDACIONES
20 BIBLIOGRAFA
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5 Anlisis De Sistemas De Potencia I
SISTEMAS DE GENERACIN ELCTRICA
4. GENERACIN DE LA ENERGA ELECTRICA
En general, la generacin de energa elctrica consiste en transformar alguna
clase de energa (qumica, cintica, trmica o lumnica, nuclear, solar entre
otras), en energa elctrica. Para la generacin
industrial se recurre a instalaciones denominadas
centrales elctricas, que ejecutan alguna de las
transformaciones citadas. Estas constituyen el primer
escaln del sistema de suministro elctrico. La
generacin elctrica se realiza, bsicamente, mediante
un generador; si bien estos no difieren entre s en cuanto
a su principio de funcionamiento, varan en funcin a la
forma en que se accionan. Explicado de otro modo,
difiere en qu fuente de energa primaria utiliza para
convertir la energa contenida en ella, en energa
elctrica.
Desde que se descubri la corriente alterna y la forma
de producirla en los alternadores, se ha llevado a cabo
una inmensa actividad tecnolgica para llevar la energa elctrica a todos los
lugares habitados del mundo, por lo que, junto a la construccin de grandes y
variadas centrales elctricas, se han construido sofisticadas redes de transporte
y sistemas de distribucin. Sin embargo, el aprovechamiento ha sido y sigue
siendo muy desigual en todo el planeta. As, los pases industrializados o
del primer mundo son grandes consumidores de energa elctrica, mientras que
los pases en vas de desarrollo apenas disfrutan de sus ventajas.
La demanda de energa elctrica de una ciudad, regin o pas tiene una variacin
a lo largo del da. Esta variacin es funcin de muchos factores, entre los que
destacan: tipos de industrias existentes en la zona y turnos que realizan en su
produccin, climatologa extremas de fro o calor, tipo de electrodomsticos que
se utilizan ms frecuentemente, tipo de calentador de agua que haya instalado
en los hogares, la estacin del ao y la hora del da en que se considera la
demanda. La generacin de energa elctrica debe seguir la curva de demanda
y, a medida que aumenta la potencia demandada, se debe incrementar la
potencia suministrada. Esto conlleva el tener que iniciar la generacin con
unidades adicionales, ubicadas en la misma central o en centrales reservadas
para estos perodos. En general los sistemas de generacin se diferencian por el
periodo del ciclo en el que est planificado que sean utilizados; se consideran de
base la nuclear y la elica, de valle la termoelctrica de combustibles fsiles, y
de pico la hidroelctrica principalmente (los combustibles fsiles y la
hidroelctrica tambin pueden usarse como base si es necesario).
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6 Anlisis De Sistemas De Potencia I
Dependiendo de la fuente primaria de energa utilizada, las centrales
generadoras se clasifican en qumicas cuando se utilizan plantas de
radioactividad, que generan energa elctrica con el contacto de esta,
termoelctricas (de carbn, petrleo, gas, nucleares y solares termoelctricas),
hidroelctricas (aprovechando las corrientes de los ros o del mar:
mareomotrices), elicas y solares fotovoltaicas. La mayor parte de la energa
elctrica generada a nivel mundial proviene de los dos primeros tipos de
centrales reseados. Todas estas centrales, excepto las fotovoltaicas, tienen en
comn el elemento generador, constituido por un alternador de corriente, movido
mediante una turbina que ser distinta dependiendo del tipo de energa primaria
utilizada.
Por otro lado, un 64 % de los directivos de las principales empresas elctricas
consideran que en el horizonte de 2018 existirn tecnologas limpias, WN,
accesibles y renovables de generacin local, lo que obligar a las grandes
corporaciones del sector a un cambio de mentalidad.
5. CENTRALES ELCTRICAS
Una central elctrica es una instalacin capaz de convertir la energa mecnica
en energa elctrica.
Las principales fuentes de energa son el agua, el gas, el uranio, el viento y la
energa solar. Estas fuentes de energa primaria para mover los labes de una
turbina, que a su vez est conectada en un generador elctrico.
Hay que tener en cuenta que hay instalaciones de generacin donde no
se realiza la transformacin de energa mecnica en electricidad
Una central productora de energa es cualquier instalacin que tenga
como funcin transformar energa potencial en trabajo.
Las centrales elctricas son las diferentes plantas encargadas de la produccin
de energa elctrica y se sitan, generalmente, en las cercanas de fuentes
de energa bsicas (ros, yacimientos de carbn, etc.). Tambin pueden
ubicarse prximas a las grandes ciudades y zonas industriales, donde el
consumo de energa es elevado.
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7 Anlisis De Sistemas De Potencia I
Los generadores o alternadores son las mquinas encargadas de la
obtencin de la electricidad. Estas maquinarias son accionadas por motores
primarios. El motor primario junto con el generador forma un conjunto
denominado grupo.
6. TIPOS DE CENTRALES
Los diferentes tipos de centrales elctricas dependen de las distintas materias
primas empleadas para obtener la energa elctrica. Se diferencian en la energa
potencial primaria que origina la transformacin.
6.1 INTRODUCCIN A LAS CENTRALES ELICAS
La energa elica se obtiene mediante el movimiento del aire, es decir, de
la energa cintica generada por efecto de las corrientes de aire o de las
vibraciones que el dicho viento produce. Los molinos de viento se han usado
desde hace muchos siglos para moler el grano, bombear agua u otras tareas que
requieren una energa. En la actualidad se usan aerogeneradores para generar
electricidad, especialmente en reas expuestas a vientos frecuentes, como
zonas costeras, alturas montaosas o islas. La energa del viento est
relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de reas
de alta presin atmosfrica hacia reas adyacentes de baja presin, con
velocidades proporcionales al gradiente de presin.2
El impacto medioambiental de este sistema de obtencin de energa es
relativamente bajo, pudindose nombrar el impacto esttico, porque deforman el
paisaje, la muerte de aves por choque con las aspas de los molinos o la
necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos.
Adems, este tipo de energa, al igual que la solar o la hidroelctrica, estn
fuertemente condicionadas por las condiciones climatolgicas, siendo aleatoria
la disponibilidad de las mismas.
Estas centrales utilizan a los vientos o corrientes de aire para generar la energa
elctrica.
Su utilizacin se limita a situaciones especiales debida a que la obtencin de
energa elctrica a travs de estas centrales, tiene un elevado costo
El viento puede ser aprovechado a partir de ciertas velocidades (mnima 6 m/s),
solo en las centrales elicas de un tamao considerable. Los aerogeneradores o
turbinas elicas son aquellas mquinas que superan algunas decenas de kW.
An se desconoce la manera de regular la produccin que estas mquinas
aportan.
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8 Anlisis De Sistemas De Potencia I
6.2 INTRODUCCION A LAS CENTRALES HIDRULICAS O
HIDROELCTRICAS:
Una central hidroelctrica es aquella que se utiliza para la generacin de energa
elctrica mediante el aprovechamiento de la energa potencial del agua
embalsada en una presa situada a ms alto nivel que la central. El agua se lleva
por una tubera de descarga a la sala de mquinas de la central, donde mediante
enormes turbinas hidrulicas se produce la electricidad en alternadores. Las dos
caractersticas principales de una central hidroelctrica, desde el punto de vista
de su capacidad de generacin de electricidad son:
La potencia, que es funcin del desnivel existente entre el nivel medio del
embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal mximo
turbinable, adems de las caractersticas de la turbina y del generador.
La energa garantizada en un lapso determinado, generalmente un ao, que est
en funcin del volumen til del embalse, de la pluviometra anual y de la potencia
instalada.
La potencia de una central hidroelctrica puede variar desde unos pocos MW,
hasta varios GW. Hasta 10 MW se consideran mini centrales. En China se
encuentra la mayor central hidroelctrica del mundo (la Presa de las Tres
Gargantas), con una potencia instalada de 22.500 MW. La segunda es
la Represa de Itaip (que pertenece a Brasil y Paraguay), con una potencia
instalada de 14.000 MW en 20 turbinas de 700 MW cada una.
Esta forma de energa posee problemas medioambientales al necesitar la
construccin de grandes embalses en los que acumular el agua, que es sustrada
de otros usos, incluso urbanos en algunas ocasiones.
El costo de construccin de estas centrales es elevado pero se compensan con
los bajos gastos de explotacin y mantenimiento luego la puesta en marcha de
las mismas. Como consecuencia de esto, las centrales hidrulicas son las ms
rentables en comparacin con los restantes tipos. Estas centrales suelen
ubicarse lejos de los grandes centros de consumo y el lugar de asentamiento
de las mismas est condicionado por las caractersticas del terreno (con
grandes pendientes).
Las turbinas hidrulicas son accionadas por el agua como consecuencia
de la energa cintica o a la de presin que ha desarrollado en su descenso.
Anteriormente, el agua es retenida, encauzada y controlada.
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9 Anlisis De Sistemas De Potencia I
Los modelos ms relevantes de estas mquinas motrices son las turbinas: Pelton,
Francis, Kaplan, Hlice.
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10 Anlisis De Sistemas De Potencia I
6.3 INTRODUCCIN A LAS CENTRALES NUCLEARES
Una central o planta nuclear o atmica es una instalacin industrial empleada para la generacin de energa elctrica a partir de energa nuclear. Se caracteriza por el empleo de combustible nuclear fisionable que mediante reacciones nucleares proporciona calor que a su vez es empleado, a travs de un ciclo termodinmico convencional, para producir el movimiento de alternadores que transforman el trabajo mecnico en energa elctrica. Estas centrales constan de uno o ms reactores.
Una central nuclear tiene cuatro
partes:
El reactor: en el que se produce la fisin.
El generador de vapor: en el que el calor producido por la fisin se usa para
hacer hervir agua
La turbina: que produce electricidad con la energa contenida en el vapor
El condensador: en el cual se enfra el vapor, convirtindolo en agua lquida.
La produccin de energa se logra mediante la transformacin previa de la
energa nuclear.
Un combustible nuclear, el uranio, y un reactor nuclear reemplazan a los
combustibles y a la caldera de la central trmica. En el reactor tiene lugar la fisin
del uranio (rotura en cadena de los ncleos de los tomos de este elemento
qumico), que al liberar una gran cantidad de energa origina el calor preciso
para la obtencin del vapor de agua.
Los tres combustibles fisionables conocidos son: uranio 235, plutonio 239 y
uranio 233. El primero de estos combustibles es el nico que se encuentra
disponible en la naturaleza.
Las centrales nucleares o termonucleares utilizan las turbinas de vapor como
maquinas motrices.
El reactor y los sistemas de instalacin deben ser sometidos a una continua
refrigeracin, por lo tanto, la localizacin de estas centrales depende de la
disponibilidad de caudales de agua de valor determinado y regular.
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11 Anlisis De Sistemas De Potencia I
La presente demanda de energa puede ser satisfecha en forma suficiente con
el rendimiento logrado por las centrales hidrulicas, trmicas y nucleares.
Las siguientes centrales presentan una serie de dificultades econmicas y
tcnicas. Los rendimientos obtenidos con las mismas son bajos en
comparacin con las centrales anteriores.
Estas centrales se construyeron con el propsito de aprovechar al mximo
los recursos energticos naturales, pero presentan un alto costo de construccin
y una escasa prestacin de energa elctrica.
FUNCIONAMIENTO
Una central nuclear se basa en el aprovechamiento del calor para mover una
turbina por la accin del vapor de agua, la cual est conectada a un generador
elctrico. Para conseguir el vapor de agua se utiliza como combustible el uranio
o el plutonio.
El proceso se puede simplificar en cinco fases:
Debido a la fisin del uranio que se lleva a cabo en el reactor nuclear, se
libera una gran cantidad de energa que calienta el agua hasta evaporarla.
Este vapor se transporta al conjunto turbinagenerador mediante un
circuito de vapor.
Una vez ah, las aspas de la turbina giran por la accin del vapor y
mueven el generador que trasforma la energa mecnica en electricidad.
Una vez el vapor de agua ha pasado por la turbina, se enva a un
condensador donde se enfra y se vuelve lquido.
Y nuevamente se transporta el agua para volver a conseguir vapor,
cerrando as el circuito del agua.
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12 Anlisis De Sistemas De Potencia I
6.4 CENTRALES
MAREOMOTRICES
Las centrales mareomotrices utilizan el
flujo y reflujo de las mareas. En general,
puede ser tiles en zonas costeras
donde la amplitud de la marea sea
amplia y las condiciones morfolgicas
de la costa permitan la construccin de
una presa que corte la entrada y salida
de la marea en una baha. Se genera
energa tanto en el momento del
llenado como en el momento del
vaciado de la baha.
Actualmente se encuentra en
desarrollo la explotacin comercial de la conversin en electricidad del potencial
energtico que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centrales undimotrices.
La energa elctrica es consecuencia de la energa de las mareas. Parten del
cambio de nivel peridico y las corrientes de agua de mares, ocanos, lagos, etc.
Cuando la marea est alta, se retiene agua del mar en la zona de embalse; al
bajar la marea,
el agua retorna al mar a travs de las maquinas, haciendo funcionar las mismas.
El conjunto de "mquina motriz generador" se denomina grupo-bulbo y en
su interior se ubican un generador, los equipos correspondientes y una hlice
(turbina elctrica del tipo Kaplan de eje horizontal o inclinado).
6.4.1 QU ES LA ENERGA MAREOMOTRIZ?
La energa mareomotriz es el aprovechamiento energtico del desnivel de agua
que se produce como consecuencia de las mareas
6.4.2 CMO SE APROVECHA LA ENERGA
MAREOMOTRIZ?
El aprovechamiento de energa mareomotriz consiste en
mover una turbina gracias a la energa potencial
acumulada en el agua. La turbina, que lleva acoplada un
generador elctrico, produce la electricidad suficiente
para su vertido a la red elctrica y su consumo en las
viviendas e industrias.
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13 Anlisis De Sistemas De Potencia I
6.4.3 DNDE SE APROVECHA LA ENERGA
MAREOMOTRIZ?
El aprovechamiento de esta energa puede hacerse en
determinadas zonas de la costa que presentan unos
desniveles adecuados. Sin embargo, no son muchas las
zonas propicias para ello y casi siempre conllevan
importantes obras de infraestructura que suponen un
gran impacto ambiental y un importante coste econmico.
El principio de conversin de energa consiste en el uso
de una diferencia de niveles de agua ocenica a ambos lados de un dique que
encierra un rea ocenica mediante compuertas que se cierran para que quede
retenida durante las altas mareas.
La diferencia de niveles causa una diferencia de presiones de agua dentro y fuera
del dique, y bajo esta diferencia de presiones los chorros de agua que pasan a
travs del dique hacen rotar sistemas hidroturbinas-generadores produciendo de
este modo energa elctrica
Se instalan compuertas para que quede retenida durante las altas mareas.
Estas se abren durante las bajas mareas, dando paso a un salto de agua que
hace girar la turbina.
ESQUEMA DE UNA CENTRAL MAREOMOTRIZ
El uso de dicho principio tradicional de produccin de energa elctrica tiene una
desventaja cardinal: la energa elctrica se genera no constantemente, sino
cclicamente conforme a los ciclos de mareas.
Esto significa que hay una secuencia de periodos alternantes de ausencia y
generacin de energa elctrica con un perodo igual al perodo de mareas
ocenicas (aproximadamente 6 horas), que en la prctica causa serias
incomodidades al usar la energa elctrica obtenida por medio de dicho principio.
Los lugares adecuados para instalar centrales mareomotrices son escasos ya
que, para que funcionen eficazmente, deben estar situadas en la desembocadura
de un ro donde las mareas sean muy amplias (5 metros por lo menos).
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14 Anlisis De Sistemas De Potencia I
Adems, hay que construir un dique de cierre y disponer de una red elctrica en
las cercanas que supla la intermitencia de la produccin dependiente del horario
de las mareas
As, antes de proceder a
la instalacin definitiva de la central, se tendrn que estudiar las caractersticas
ecolgicas y biolgicas del lugar elegido para poder valorar la idoneidad del
emplazamiento.
El lugar seleccionado para montar una central mareomotriz debe contar con
fuertes mareas para que la amplitud sea grande, con un gran depsito de agua,
de forma que las mareas se presenten en reas restringidas para que la obra a
realizar tenga las menores dimensiones, con el fin de que el costo sea bajo. Con
todo, se ha cifrado el potencial aprovechable de esta fuente energtica en unos
15,000 MW.
CICLO MAREMOTRIZ ELEMENTAL DE EFECTO SIMPLE
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15 Anlisis De Sistemas De Potencia I
Por otro lado, como los saltos hidrulicos en las posibles centrales
Mareomotrices siempre sern inferiores a los 15 m, es necesario utilizar turbinas
especiales. La ms aceptada y especficamente diseada para este fin es la de
bulbo axial que actualmente se est construyendo con rotores de 7,5 m de
dimetro y potencias de hasta 60 MW.
Tambin es aplicable la turbina hidrulica Kaplan modificada (tipo "tubo") y algn
otro diseo como el denominado de "rotor anular".
6.4.3.1 TURBINA TIPO BULBO
La turbina admite flujos en ambos sentidos.
Cada una tiene 4 labes orientables y est
acoplada a un alternador constituyendo un
grupo bulbo. Tiene un difcil acceso en
instalacin
6.4.3.2 TURBINA STRAFLO
El generador circunda los labes de la turbina,
consiguindose mayor rendimiento. El acceso
es ms sencillo y no pueden bombear agua al
estuario.
6.4.3.3 TURBINA TUBULAR
La turbina est conectada al generador a travs
de un largo eje, lo cual permite al generador
alojarse en lo alto del dique.
6.4.4 VENTAJAS DE LA ENERGA MAREOMOTRIZ
Auto renovable: es decir es capaz de renovarse cclicamente debido al ciclo
peridico de las mareas.
No contaminante: no emite ningn tipo de contaminantes acuosos o gaseosos.
Silenciosa, las instalaciones que componen una planta de estas caractersticas
no producen ningn tipo de ruido.
Bajo costo de materia prima: el agua del mar no cuesta nada.
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16 Anlisis De Sistemas De Potencia I
No concentra poblacin. Estas centrales no tienen por qu tener un ncleo de
poblacin cercano, pues no ser necesario para su mantenimiento mucha mano
de obra. Basar con uno o dos operarios por planta.
Disponible en cualquier clima y poca del ao: las mareas se producen siempre.
6.4.5 DESVENTAJAS DE LA ENERGA MAREOMOTRIZ
Impacto visual y estructural sobre el paisaje costero: es la consecuencia ms
directa de la construccin de estas centrales.
Localizacin puntual: no todos los lugares son aptos para ubicar una central
mareomotriz.
Dependiente de la amplitud de mareas: si las mareas son bajas no sern aptas.
Traslado de energa muy costoso.
Efecto negativo sobre la flora y la fauna.
Limitada: no todos los recursos del mar pueden ser explotables
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17 Anlisis De Sistemas De Potencia I
4 CENTRALES TRMICAS
Las altas temperaturas que existen
en el interior del globo terrqueo
producen un vapor natural a 200C
aproximadamente. Esta energa
trmica acciona directamente las
turbinas de vapor de las centrales
geotrmicas.
El subsuelo terrestre es una reserva
de energa prcticamente inagotable,
pero es de difcil acceso y por lo tanto
poco aprovechable.
4.1 CENTRALES TRMICAS
SOLARES
Una central trmica solar o central
termo solar es una instalacin industrial
en la que, a partir del calentamiento de
un fluido mediante radiacin solar y su
uso en un ciclo termodinmico
convencional, se produce la potencia
necesaria para mover un alternador
para la generacin de energa
elctrica como en una central trmica
clsica. En ellas es necesario
concentrar la radiacin solar para que
se puedan alcanzar temperaturas
elevadas, de 300 C hasta 1000 C,
y obtener as un rendimiento aceptable en el ciclo termodinmico, que no
se podra obtener con temperaturas ms bajas. La captacin y concentracin
de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientacin automtica
que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con
mecanismos ms pequeos de geometra parablica. El conjunto de la
superficie reflectante y su dispositivo de orientacin se denomina heliostato. Su
principal problema medioambiental es la necesidad de grandes extensiones
de territorio
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18 Anlisis De Sistemas De Potencia I
4.2 CENTRALES
GEOTRMICAS
La energa geotrmica es aquella
energa que puede obtenerse
mediante el aprovechamiento del
calor del interior de la Tierra. Este
calor interno calienta hasta las
capas de agua ms profundas: al
ascender, el agua caliente o el vapor
producen manifestaciones, como los
giseres o las fuentes termales,
utilizadas para calefaccin desde la
poca de los romanos. Hoy en da, los
progresos en los mtodos de
perforacin y bombeo permiten
explotar la energa geotrmica en
numerosos lugares del mundo. Para
aprovechar esta energa en centrales
de gran escala necesario que se den
temperaturas muy elevadas a poca
profundidad.
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19 Anlisis De Sistemas De Potencia I
4.3 CENTRALES HIDROTRMICAS
Estas centrales producen la energa a
travs del aprovechamiento de la energa
trmica de grandes extensiones de agua.
El lugar de emplazamiento de estas
centrales suele ser en los mares y ocanos.
5 INTRODUCCIN A LAS
CENTRALES ELICAS
La energa elica se obtiene
mediante el movimiento del aire, es
decir, de la energa cintica generada
por efecto de las corrientes de aire o
de las vibraciones que el dicho viento
produce. Los molinos de viento se
han usado desde hace muchos siglos
para moler el grano, bombear agua u
otras tareas que requieren una
energa. En la actualidad se usan
aerogeneradores para generar electricidad, especialmente en reas expuestas a
vientos frecuentes, como zonas costeras, alturas montaosas o islas. La energa
del viento est relacionada con el movimiento de las masas de aire que se
desplazan de reas de alta presin atmosfrica hacia reas adyacentes de baja
presin, con velocidades proporcionales al gradiente de presin.
El impacto medioambiental de este sistema de obtencin de energa es
relativamente bajo, pudindose nombrar el impacto esttico, porque deforman el
paisaje, la muerte de aves por choque con las aspas de los molinos o la
necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos.
Adems, este tipo de energa, al igual que la solar o la hidroelctrica, estn
fuertemente condicionadas por las condiciones climatolgicas, siendo aleatoria
la disponibilidad de las mismas.
Estas centrales utilizan a los vientos o corrientes de aire para generar la energa
elctrica.
Su utilizacin se limita a situaciones especiales debida a que la obtencin de
energa elctrica a travs de estas centrales, tiene un elevado costo
El viento puede ser aprovechado a partir de ciertas velocidades (mnima 6 m/s),
solo en las centrales elicas de un tamao considerable. Los aerogeneradores o
turbinas elicas son aquellas mquinas que superan algunas decenas de kW.
An se desconoce la manera de regular la produccin que estas mquinas
aportan.
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20 Anlisis De Sistemas De Potencia I
Estas centrales utilizan a los vientos o corrientes de aire para generar la energa
elctrica.
Su utilizacin se limita a situaciones especiales debida a que la obtencin de
energa elctrica a travs de estas centrales, tiene un elevado costo.
El viento puede ser aprovechado a partir de ciertas velocidades (mnima 6 m/s),
solo en las centrales elicas de un tamao considerable.
Los aerogeneradores o turbinas elicas son aquellas mquinas que superan
algunas decenas de kW. An se desconoce la manera de regular la produccin
que estas mquinas aportan.
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21 Anlisis De Sistemas De Potencia I
6 CLASIFICACIN DE LAS CENTRALES
Las Centrales Elctricas pueden clasificarse dependiendo del servicio que
brinden:
6.1 CENTRALES DE BASE O CENTRALES PRINCIPALES
Su funcin es suministrar energa elctrica en forma permanente; la
instalacin suele estar en marcha durante largos perodos de tiempo y no
debe sufrir interrupciones de la instalacin. Este tipo de centrales se
caracterizan por su alta potencia, y generalmente, se trata de centrales
nucleares, trmicas e hidrulicas.
6.2 CENTRALES DE PUNTA
Estas centrales tienen como principal funcin cubrir la demanda de
energa elctrica cuando existen picos de consumo, o sea horas punta.
Trabajan en espacios cortos de tiempo durante determinadas horas, su
funcionamiento es peridico.
Debido a la capacidad de respuesta necesaria, generalmente suelen ser
centrales hidrulicas o trmicas. Las centrales de punta sirven de apoyo
a las centrales de base.
6.3 CENTRALES DE RESERVA
El concepto de reserva econmica implica la disponibilidad de
instalaciones capaces de sustituir, total o parcialmente, a las centrales de
base en las siguientes situaciones: escasez o falta de materias primas
(agua, carbn, fuel-ol, etc.).
El concepto de reserva tcnica comprende la programacin de
determinadas centrales para reemplazar a las centrales de produccin
elevada en el caso de fallas en sus maquinarias. Las centrales a las
que se suele recurrir en esos casos son las hidrulicas o con turbinas de
gas debido a la rpida capacidad de respuesta.
6.4 CENTRALES DE SOCORRO
Si bien tienen el mismo propsito que las centrales anteriores, se
diferencian en que estas son pequeas centrales autnomas y
transportables en camiones, trenes o barcos. Suelen ser accionadas por
motores Disel.
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22 Anlisis De Sistemas De Potencia I
7 CENTRALES HIDROELCTRICAS
La energa hidrulica es el aprovechamiento energtico de las corrientes
de agua. Podemos encontrar aprovechamientos de corrientes naturales
o de canalizaciones construidas por el hombre (canales de riego o
tuberas de conduccin de agua).
El costo de construccin de estas centrales es elevado pero se
compensan con los bajos gastos de explotacin y mantenimiento luego
la puesta en marcha de las mismas. Como consecuencia de esto, las
centrales hidrulicas son las ms rentables en comparacin con los
restantes tipos.
Estas centrales suelen ubicarse lejos de los grandes centros de
consumo y el lugar de asentamiento de las mismas est condicionado
por las caractersticas del terreno.
Los modelos ms relevantes de estas mquinas motrices son las
turbinas Pelton, Francis, Kaplan y de hlice.
7.1 COMPONENTES DE UNA CENTRAL HIDROELCTRICA
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23 Anlisis De Sistemas De Potencia I
7.1.1 EMBALSE
Permite
Disponer de una reserva de
agua que utilizar la central
asociada para producir
energa elctrica en funcin
de la demanda
7.1.2 VLVULA Es el control de
acceso del agua
7.1.3 TURBINA HIDRULICA
El agua proveniente del
embalse o directamente del
ro mueve los labes
haciendo girar la turbina. La
turbina hidrulica permite as
convertir la energa cintica
(masa a una cierta
velocidad) del agua en
energa mecnica de
rotacin. La turbina est
acoplada al alternador
7.1.4 ALTERNADOR.
Est acoplado a la turbina
hidrulica y es movido por
sta. Su funcin es la de
convertir la energa mecnica
de rotacin de la turbina en
energa elctrica
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24 Anlisis De Sistemas De Potencia I
7.1.5 RED ELCTRICA Recibe
La electricidad de las
centrales generadoras y la
transporta a los puntos de
consumo
7.1.6 TRANSFORMADOR.
Eleva la tensin elctrica
generada en el alternador
(entre 6 y 20 kV) hasta la
tensin de la red de transporte
(132, 220 440kV).
7.2 TURBINA PELTON
7.2.1 FUNCIONAMIENTO
Est formada por una rueda mvil provista de aletas o
cucharas en su periferia sobre las cuales incide el chorro de
agua a la presin atmosfrica El Chorro sale de un inyector
fijo en el cual la regulacin se efecta variando la posicin
de una aguja que obtura ms o menos el orificio de salida.
El chorro incide en la arista central de las cucharas y se
divide en dos partes que salen despedidas lateralmente,
para caer despus al canal de fuga directamente por la
fuerza de la gravedad (por tanto, no tienen difusores).Para
caudales mayores, pueden disponerse varias toberas en
diversas posiciones del rodete.
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25 Anlisis De Sistemas De Potencia I
7.3 COMPONENTES
7.3.1 INYECTOR
Transforma la energa de
presin del fluido en energa
cintica. Consta de tobera
(boquilla con orificio de
seccin circular) y vlvula de
aguja (punzn que regula
caudal en funcin de su
proximidad a la tobera)
7.3.2 CMARA DE
DISTRIBUCIN.
Es la prolongacin de la
tubera forzada. Conduce el
caudal de agua hasta los
inyectores
7.3.3 DISTRIBUIDOR
Constituido por 1 a 6 equipos
de inyeccin de agua, que
dirigen convenientemente un
chorro de agua cilndrico y de
seccin uniforme al rodete,
tambin regulan o cortan el
caudal
7.3.4 RODETE
Pieza clave de la turbina donde se transforma la energa
hidrulica en energa mecnica de rotacin. Elementos:
rueda, labes, carcasa, eje, cmara de descarga, sistema
hidrulico de frenado
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26 Anlisis De Sistemas De Potencia I
7.4 RODETE FRANCIS
7.4.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
El agua a presin va a una cmara espiral en forma de
caracol, cuya misin es repartir el caudal por toda la periferia
del rodete.
Una serie de labes fijos se encargan de canalizar
correctamente las lneas de flujo del agua.
Entre esta hilera de labes fijos y el rodete se encuentra una
segunda fila de labes mviles o palas directrices que
constituyen lo que se denomina el anillo distribuidor
El distribuidor permite regular el caudal de la turbina sin que
las venas lquidas sufran desviaciones bruscas o
contracciones, permitiendo un rendimiento elevado incluso
con cargas reducidas.
Estos alabes mviles pueden girar alrededor de un eje
paralelo al eje de la mquina, y el movimiento de cierre es
simultneo para todos ellos.
Parte de la energa potencial gravitatoria del agua
embalsada se convierte en energa cintica.
A su paso por las palas fijas del ante distribuidor y las palas
mviles del distribuidor aumenta la energa cintica
provocando el giro del rodete
7.5 VENTAJAS DE UNA CENTRAL HIDROELCTRICA
Renovable.
No contaminante.
Alta eficiencia.
Larga vida til.
Energa producida es la ms econmica US $ 0.03 / KWh
Operacin y Mantenimiento Simple
DESVENTAJAS DE UNA CENTRAL HIDROELCTRICA
Es completamente Irregular.
Se necesita mucha informacin.
Riesgo potencial muy elevado.
Alto costo de inversin ( US 1200 $ / KW )
Elevado tiempo de construccin.
7.6 TODA CENTRAL HIDROELCTRICA DEBE CONTAR
Estudio Tcnico.
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27 Anlisis De Sistemas De Potencia I
Estudio econmico (VAN, TIR, RIC, tiempo de recuperacin).
Estudio de impacto ambiental (E.I.A.).
Plan de Contingencia, Plan de Abandono.
7.7 CLASIFICACIN DE CENTRALES HIDROELCTRICAS
7.7.1 CENTRALES DE PASADA
Para esta clase de centrales utiliza el agua mientras sta
fluye normalmente por el cauce de un ro. Se sitan en los
lugares en que la energa hidrulica ha de emplearse en el
momento mismo que se tiene disposicin de ella, con el fin
de accionar las turbinas hidrulicas.
El caudal suministrado vara dependiendo de las estaciones
del ao. Cuando las precipitaciones son abundantes
(temporada de aguas altas), estas centrales producen su
mxima potencia y el agua excedente sigue de largo. En
la temporada de aguas bajas, cuando el tiempo es seco,
la potencia desarrollada disminuye notablemente.
Generalmente son construidas formando presa sobre el
cauce de los ros, con el objetivo de mantener un desnivel
constante en el caudal de agua.
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28 Anlisis De Sistemas De Potencia I
7.7.2 CENTRALES DE AGUA
EMBALSADA
Para estas centrales se
utilizan el agua que llega
oportunamente
regulada, desde un lago
o pantano artificial,
denominados embalses,
logrados a partir de la
construccin de presas.
Un embalse tiene la capacidad de hacinar los caudales
de los ros afluentes. El agua almacenada se utiliza
mediante los conductos que la dirigen hacia las turbinas.
SE CLASIFICAN EN:
7.7.2.1 CENTRALES DE REGULACIN:
Para esta clase de central de embalse se
caracteriza por los volmenes de agua que son
capaces de acumular en el embalse, los cuales
representan perodos de aportes de caudales
medios anuales, ms o menos duraderos.
Esta caracterstica le da la posibilidad de asistir
cuando los caudales se encuentran bajos, as
como tambin cubrir eficientemente las horas
punta de consumo.
7.7.2.2 CENTRALES DE BOMBEO O CENTRALES DE
ACUMULACIN:
Son centrales de embalse que aglomeran
caudales a travs del bombee
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29 Anlisis De Sistemas De Potencia I
SEGN SEA LA ALTURA DEL SALTO DE AGUA EXISTENTE:
7.7.2.3 CENTRALES DE ALTA PRESIN
Estas centrales se basan a tener un valor de salto
hidrulico mayor a los 200 m aproximadamente.
Los caudales desalojados a travs de estas
Centrales son pequeos, de solo 20m3/s por
mquina.
El lugar de emplazamiento suele ser en zonas de
alta montaa, debido que aprovechan el agua de
Torrentes que desembocan en los lagos
naturales.
7.7.2.4 CENTRALES DE MEDIA PRESIN
En esta clase de central los saltos hidrulicos
que forman estas centrales, poseen una altura
de entre 200 y 20 m aproximadamente. Esta
caracterstica les permite desaguar caudales de
hasta 200 m3/s por cada turbina. El
funcionamiento de estas centrales est
condicionado por embalses de gran tamao,
formados en valles de media montaa.
En estas centrales, las turbinas empleadas son de
tipo Francis y Kaplan; en el caso de los saltos de
mayor altura, puede que sean utilizadas turbinas
Pelton.
7.7.2.5 CENTRALES DE BAJA PRESIN
Son aquellas centrales que poseen saltos
hidrulicos inferiores a 20 m. Suelen asentarse en
valles amplios de baja montaa y cada turbina
est alimentada por caudales que superan los 300
m3/s.
Debido a las alturas y a los caudales deben
utilizarse turbinas de tipo Francis y Kaplan.
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30 Anlisis De Sistemas De Potencia I
8 COMPONENTES DE LAS CENTRALES
SE DIVIDEN EN DOS GRUPOS:
A. Las centrales hidroelctricas estn compuestas por todo tipo de obras,
equipamientos, etc., que tienen como funcin almacenar y encaminar el agua
para lograr una accin mecnica.
Este grupo suele denominarse Presa Embalse y engloba los siguientes
elementos: embalse; presa y aliviaderos; tomas y depsito de carga; canales,
tneles y galeras; tuberas forzadas y chimeneas de equilibrio.
B. El segundo grupo est compuesto por los edificios, equipos, sistemas,
etc., cuya misin es la obtencin de energa elctrica luego de las necesarias
transformaciones de la energa.
Este conjunto constituye la Central y abarca: turbinas hidrulicas;
alternadores; transformadores; sistemas elctricos de media, alta y muy alta
tensin; sistema elctrico de baja tensin; sistema elctrico de baja tensin;
sistema elctrico de corriente continua; medios auxiliares y cuadros de control.
En la construccin de las centrales hidroelctricas, se tiene en cuenta las
caractersticas del emplazamiento y de los resultados que quieren obtenerse,
y luego se efecta una combinacin de los componentes nombrados.
9 CONCEPTOS HIDRULICOS
9.1 NIVEL Y COTA:
Tambin llamado nivel a la horizontalidad
de la superficie de un terreno, o la que
logra la superficie libre de los lquidos.
Tambin se define como nivel a la altitud
de aquellas superficies o de un punto
cualquiera respecto de otro u otros puntos
de referencia.
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31 Anlisis De Sistemas De Potencia I
9.2 CAUDAL Y AFORO: Se le conoce al
nombre de caudal, la cantidad de lquido,
expresada en metros cbicos o en litros,
que circula a travs de cada una de los
fragmentos de una conduccin, abierta o
cerrada, en la unidad de tiempo. Cuando
el caudal es un orificio se denomina
gasto.
Por aforo se entiende el proceso
mediante el cual se mide el valor de un
caudal. Las mediciones pueden
realizarse teniendo en cuenta la seccin
del conducto, la altura de lmina o
calado, la presin en algunos puntos, etc.
Los tubos Venturi y de Pitot y los
molinetes Woltman son algunos de los
aparatos que se utilizan para determinar los caudales.
La ley de continuidad implica que la cantidad de lquido que transita
por las diferentes secciones de una conduccin en un momento
determinado, es siempre constante.
De esta ley se infiere que las velocidades del lquido, son
inversamente proporcionales a las secciones por las que circula.
S1V1 = S2V2
Por lo tanto:
S1 / S2 = V2 / V1
De donde se infiere que si S1 > S2, V1 < v2
Representacin Grfica de la Ley de Continuidad
9.3 CARGA Y PRDIDA DE CARGA:
Es un principio bsico de la Hidrosttica expone que la presin, en un
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32 Anlisis De Sistemas De Potencia I
punto de un lquido en reposo, ejercida por el propio lquido, es igual
al peso de una columna del lquido, de base la unidad y de altura la
distancia desde el punto a la superficie libre.
Donde m = masa del cuerpo y V = volumen del cuerpo
Se recuerda que:
P = m. Dnde:
P = peso del cuerpo en Newton
m = masa del cuerpo en kg.
g = aceleracin de la gravedad, 9.8 m/s2.
hv = altura expresada en unidades de volumen
TEOREMA DE BERNOULLI
Este Teorema enuncia que para un lquido en movimiento, bajo la
accin de la gravedad, la sumatoria de las alturas cintica,
piezomtrica y geomtrica, es constante en cualquier punto de
conduccin. Ese valor obtenido se denomina altura de carga o carga.
La altura cintica es aquella altura necesaria para lograr la velocidad
del lquido en un punto determinado.
hc = v2 / 2 . g
Por altura piezomtrica se entiende la altura alcanzada por el
lquido, proporcional a la presin ejercida por la columna de ste
sobre el punto dado. hp
Recibe el nombre de altura geomtrica, la altura existente entre el
punto tenido en cuenta y una lnea horizontal de referencia. hg = Z
Matemticamente, las alturas mencionadas pueden expresarse en las
Siguientes igualdades:
Tericamente, este valor permanece constante y se deduce que, en
un conducto horizontal, al incrementarse la velocidad se reduce la
presin de modo que si V A < V B; p A > p B
El Teorema de Bernoulli se cumple siempre que no se produzcan
turbulencias ni rozamientos entre el lquido y las paredes de la
conduccin. Otro condicionante es el grado de perfeccionamiento
del lquido, puesto que en el caso de que no sea perfecto, puede
trasladar cuerpos o partculas en suspensin, lo que facilita el
rozamiento; o sustancias disueltas que alteran su densidad.
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33 Anlisis De Sistemas De Potencia I
9.4 SALTO DE AGUA
Se denomina al salto de agua al paso violento o descenso de masas de
agua desde un nivel, ms o menos constante, a otro inmediatamente
menor.
La altura de salto o salto es la diferencia de cota y se expresa en metros.
El agua retenida en el embalse constituye energa potencial, que al caer
de un nivel superior a otro inferior por medio de conductos, muda en
energa cintica. A su vez, esta ltima se transforma en energa
mecnica a travs de la turbina.
9.5 SALTO BRUTO O SALTO REAL O SALTO TOTAL
Se expresa mediante la letra H y representa la diferencia entre el
nivel de la superficie del agua retenida y el nivel, en apariencia
uniforme, de la corriente de agua que se establece una vez que la
misma haya transitado las conducciones que salvan el salto de agua.
9.6 SALTO TIL O SALTO NETO
Este salto surge de restarle al valor del salto bruto, las prdidas
de carga o altura J que surgen en la totalidad del trayecto.
Las prdidas pueden tener origen en las turbulencias y rozamientos
del agua en los ingresos de las tuberas, vlvulas, modificaciones de
seccin, etc.
9.7 EMBALSE
Un embalse surge de acumular las aguas que afluyen del territorio
sobre el cual est asentado, identificado como cuenca vertiente. El
propsito es encauzar las aguas para un correcto empleo de las
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34 Anlisis De Sistemas De Potencia I
mismas, teniendo en cuenta los requerimientos de la instalacin.
Por cuenca se entiende la superficie receptora de las aguas cadas
que lo nutren; ya sea por escurrimiento inmediata (libre transitar de
las aguas por el suelo) o por infiltraciones. La cuenca se mide en
kilmetros cuadrados (km2) y se refieren a la proyeccin horizontal
de dicha superficie.
Las dimensiones de un embalse estn condicionadas por los caudales
que contribuye el ro encauzado y sus afluentes y, principalmente,
de las caractersticas de produccin de la central para la cual se ha
construido.
Una explotacin de almacenaje, reserva o regulacin es aquella que
esta provista de un gran embalse.
Un embalse capaz de acumular el agua durante lapsos pluviomtricos
propicios, tiene la capacidad de cubrir las demandas de energa en
pocas de escasas lluvias.
CAPACIDAD TIL
Recibe el nombre de capacidad til, la capacidad de agua embalsada
que supera el ingreso de agua hacia la central. Es el volumen de agua
disponible para cubrir la demanda de la instalacin a la cual pertenece
el embalse.
CAPACIDAD TOTAL
Se denomina capacidad total a la totalidad del volumen de agua
retenida, o sea, la capacidad til ms la no- utilizable.
La capacidad de un embalse, se expresa en:
Metros cbicos (m3)
Hectmetros cbicos (hm3)
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35 Anlisis De Sistemas De Potencia I
La evaporacin que se da en la superficie y las filtraciones
ocurridas en el terreno son algunas de las causas naturales que
originan prdidas de agua en los embalses.
El correcto mantenimiento de los embalses requiere una
inspeccin constante, con el propsito de:
Retirar los cuerpos extraos
Corroborar la existencia de desprendimientos de terrenos
Inspeccionar los acarreos del fondo.
Localizar la salida de burbujas de gas metano (gas de los
pantanos).
El aprovechamiento hidroelctrico implica la explotacin de las aguas
embalsadas para la obtencin de energa elctrica
9.8 PRESAS
Se refiere presa a una estructura cuya funcin es servir de barrera,
impidiendo el curso del agua por sus cauces normales. Su disposicin
est condicionada al relieve del lugar de emplazamiento.
La construccin de una presa, sobre el cauce del ro y
transversalmente a ste, origina un estancamiento de agua y
consecuentemente la creacin de un salto de agua. Un pantano
artificial es un embalse o lago artificial surgido a partir de la utilizacin
de la presa como depsito de agua.
Las presas tienen un doble propsito: potencias logradas en la central
nutrida por dicho salto. Almacenar y controlar el empleo del agua.
Algunas de las aplicaciones de estas barreras son la provisin de agua
a poblaciones, riegos, control y distribucin de caudales, etc. Otra
funcin importante es la produccin de energa elctrica.
Se entiende por azudes a las presas de pequea altura.
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36 Anlisis De Sistemas De Potencia I
CIMENTACIN O FUNDAMENTO:
Es la base sobre la que se apoya casi la totalidad de la presa. El
terreno que compone la misma puede ser de roca, pizarra, lava, etc. y
debe poseer la necesaria impermeabilidad para evitar filtraciones y
supresiones
ESTRIBOS O APOYOS LATERALES:
Los estribos estn compuestos por las reas extremas de la presa,
las cuales se encargan del cierre, encajndose en el terreno de las
orillas. El terreno presenta las mismas caractersticas que el requerido
en la cimentacin
CORONAMIENTO:
Es la zona ms elevada de la obra y est
constituida por caminos abordables para
personas y vehculos de la presa. Funciona
como un asentamiento de diferentes
maquinarias. Puede que la coronacin de
una presa no termina sobre las laderas del
ro en que se funda sino que se encuentre
a una cota superior respecto de la
horizontalidad del terreno, con el objetivo
de lograr el salto de embalse deseado. La
contencin del agua se alcanza mediante
la construccin de diques.
PARAMENTOS:
Se denominan as a las superficies de la
presa. Los paramentos de aguas arriba (o
dorso) son aquellas superficies que sufren
la corriente y la presin del agua; por el
contrario el paramento de aguas abajo (o
torso) es la superficie opuesta a la de aguas
arriba.
CLASIFICACIN DE LAS PRESAS:
Las presas se dividen segn la aplicacin de las mismas, los
materiales empleados y la forma adoptada.
Teniendo en cuenta la aplicacin, las presas pueden ser:
PRESAS DE EMBALSE
Su misin, adems de obtener un salto de agua, es el almacenamiento
del agua.
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37 Anlisis De Sistemas De Potencia I
El agua retenida aparte de emplearse en la obtencin de energa
elctrica, puede utilizarse para riego, actividades deportivas, etc.
En lo referente a los materiales empleados, las presas se clasifican en
PRESAS DE MATERIALES SUELTOS O PRESAS DE TIERRA O DE
ESCOLLERA
El terreno requerido para su construccin debe ser de gran
impenetrabilidad al agua. Esto se logra mediante una pantalla
impermeable en el paramento de aguas arriba, o construyendo un
ncleo central, llenndose la estructura con tierra, piedras, capas de
escollera, etc.
El torso o paramento de aguas abajo puede estar cubierto con
mampostera. Este tipo de presas suele utilizarse en la construccin
de diques.
PRESAS DE CONTRAFUERTES
Estas presas presentan una similitud con las de gravedad, pero su
perfil con es constante y la zona de seccin es menor y a intervalos
regulares.
Las presas de contrafuertes se denominan tambin presas aligeradas
debido a que logran una economa de materiales. Adems, se apela
a estas presas para la construccin de diques.
PRESAS DE ARCO O PRESAS
DE SIMPLE CURVATURA
Estas presas presentan una
superposicin de arcos
horizontales, cuya parte convexa
soporta la mayor presin del agua
y del empuje horizontal. Este
empuje se traslada a los apoyos
laterales, motivo por el cual stos
suelen ser robustos y estar
emplazados sobre rocas
compactas.
La construccin de estas presas no es frecuente
PRESAS DE BVEDA
Esta clase de presas se caracteriza por la colocacin de arcos
horizontales y verticales, originando una estructura prominente.
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38 Anlisis De Sistemas De Potencia I
Tambin se conocen como presas de doble curvatura.
PRESAS DE ARCO GRAVEDAD
Constituyen presas con caractersticas de las presas de gravedad y
las de arco de curvatura Horizontal
PRESAS DE ARCOS MLTIPLES
Son presas de contrafuertes, logradas a partir de sucesivas bvedas.
FUERZAS ACTUANTES SOBRE LAS PRESAS:
Las fuerzas actuantes sobre las presas son las siguientes:
Fuerzas verticales: surgen como consecuencia del peso
de la estructura, la componente vertical de la presin
hidrosttica ejercida sobre los paramentos, la componente
vertical de las aceleraciones ssmicas y las sub presiones del
agua.
Fuerzas horizontales: debidas a la componente horizontal de
la presin hidrosttica sobre los paramentos y la componente
horizontal de las aceleraciones ssmicas.
Esfuerzos trmicos, dilataciones y contracciones. Presin de los
rellenos de la tierra y de los sedimentos ejercida contra la
estructura.
Presin del hielo.
ALIVIADEROS:
Se trata de desages por los que se encauza el agua, cuando las
grandes crecidas originan que la misma rebose las presas. Los
aliviaderos protegen la presa contra la erosin y el arrastre y
normalmente permiten regular la cuanta de los caudales derramados.
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39 Anlisis De Sistemas De Potencia I
PRESAS VERTEDEROS O EN CORONACIN DE PRESA
Estos aliviaderos tienen la
caracterstica de integrar la propia
presa, por medio de orificios
situados en la coronacin.
A travs de estos vertederos se
logra un importante efecto
rebosadero con poca altura de
lmina, debido a que se aprovecha la
mxima longitud posible de aquella.
Las aberturas estn dispuestas simtricamente respecto del eje vertical
de la presa, con el propsito de lograr que el efecto del agua sea uniforme
y equilibrado sobre el paramento de aguas abajo. Los saltos de esqu
o trampolines de lanzamiento son las formas de las desembocaduras
de los vertederos que arrojan el agua. La funcin de estos saltos es tratar
que las acciones del agua sean mnimas o nulas para evitar erosiones.
Los cuencos de amortiguacin se construyen con el mismo objetivo. Se
sitan en el rea de aguas debajo de la cimentacin de presa, a base de
colchn de agua o con trampolines sumergidos. Las presas de vertedero
libre son aquellas que no poseen compuertas, o sea, que no pueden
controlar e interrumpir el paso de agua por las aberturas del aliviadero.
VERTEDEROS EN CANAL O VERTEDEROS LATERALES
Consisten en una o dos aberturas en el lateral de la coronacin de la
presa. Su colocacin permite la instalacin de la central o de otros equipos
en el paramento de aguas abajo. Cuando las aberturas no poseen
compuertas se denominan vertederos de canal libre.
TNELES ALIVIADEROS
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40 Anlisis De Sistemas De Potencia I
Estos tneles radican en tneles de
construccin independientes de la
presa.
En su comienzo se utilizaron para
descaminar las aguas del cauce en
que se ubica la presa, pero luego
se convirtieron en conducciones
similares a los vertederos en canal.
Las aberturas de su embocadura constan de compuertas para
dominar los caudales evacuados y para incomunicar los tneles en caso
de controles y obras.
ALIVIADEROS DE EMERGENCIA
Estos aliviaderos consisten en vertederos libres ubicados,
particularmente, en la coronacin de las presas de la bveda. Desages
de fondo y de medio fondo. Se conocen tambin como desages del
embalse, y su funcin es controlar y regular la salida del agua.
Los desages de fondo estn integrados por una o ms conducciones
que traspasan la estructura entre paramentos. Cada conducto cuenta con
vlvulas de regulacin de caudales.
En las reas de acceso del agua, existen rejillas que frenan la entrada de
broza y agentes extraos en suspensin dentro del agua. La separacin
entre barras de las rejillas gruesas est comprendida entre 50 y 250 mm
de distancia, mientras que para las rejillas finas est separacin es de 30
mm.
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41 Anlisis De Sistemas De Potencia I
CONDUCCIONES DE AGUA
Este concepto encierra todas las
conducciones y equipamientos que
existen entre el embalse y el desage
en el extremo inferior del cauce. Se
excluye la turbina y el tubo de
aspiracin, el cual es parte integrante de
sta y tiene como funcin recuperar la
energa cintica del agua a la salida de
la turbina.
Las provisiones de agua, tomadas de los embalses para las turbinas, pueden
realizarse por medio de distintos mtodos:
Directamente, a travs de tubera forzadas que se inician en las tomas
de agua, ubicadas en el rea de presa.
Mediante canales o tneles que desaguan en un depsito de carga
denominado depsito de extremidad, del cual emanan las tuberas
forzadas.
A travs de dos tramos bien diferenciados, en el caso de tratarse de
largas distancias entre el embalse y la central. El primer trecho est
compuesto por una o vara galeras de escasa pendiente y gran longitud
denominadas galeras de presin. Las embocaduras de estas galeras
tienen origen en una toma convencional o desde torres de toma. El
segundo tramo est constituido por una o ms tuberas sujetas a
presiones muy elevadas.
Si la central se ubica prxima o junto a la presa, recibe la denominacin
de central a pie de presa. Si en cambio, se encuentran distanciadas una
de la otra, con el objetivo de logra un mayor desnivel o altura de salto, la
central se conoce como central en derivacin.
TOMAS DE AGUA:
Las aberturas, por donde ingresa el agua, estn resguardadas por
rejillas. La limpieza de estas ltimas se realiza a travs de un medio
mecnico o manual consistente en un rastrillo, denominado raedera o
mano de hierro.
Los desarena dores son estructuras creadas para favorecer la
sedimentacin de las partculas slidas. Son construidos en zonas
precedentes a la toma, en el caso de que la captacin del agua se realice
donde la acarrea cantidades importantes de arena o grava.
CANALES, TNELES Y GALERAS:
En una conduccin cerrada el lquido no presenta una superficie libre, por
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42 Anlisis De Sistemas De Potencia I
lo que las paredes del conducto que lo gua lo envuelven fsicamente.
Esta conduccin tolera la presin del fluido, La cual origina el
desplazamiento del lquido con independencia de las pendientes,
descendente o ascendentes. Este conducto trabaja a rgimen forzado.
Los canales son conductos abiertos, en los cuales el trnsito del agua
se produce por la existencia de leves desniveles, entre las embocaduras
y desembocaduras respectivas.
La funcin de los canales de derivacin es conducir el agua desde la
toma, ubicada en el embalse, hasta los depsitos de carga.
Los tneles y galeras constituyen conductos cerrados subterrneos.
Cumplen la misma funcin que los canales, con la diferencia que el agua
llega hasta el rea de conexin con las tuberas forzadas, a rgimen
forzado.
La diferencia entre los tneles y las galeras radican en la forma y
dimensiones de sus secciones, las cuales son mayores en el caso de los
tneles.
TUBERAS FORZADAS O TUBERAS DE PRESIN
La funcin de las tuberas es la conduccin del agua directamente desde
el punto de alimentacin hasta las turbinas ubicadas en la central.
Las tuberas forzadas pueden originarse en una toma de agua, en una
galera, un pozo de presin o en un colector. La construccin de estas
tuberas puede ser de acero o de hormign armado.
Cuando las tuberas mecnicas pertenecen a saltos de poca altura, su
espesor y dimetro sueles ser constantes; si se trata de saltos de media
y gran altura, el dimetro de las mismas se reduce progresivamente y el
espesor aumenta de igual manera.
CHIMENEAS DE EQUILIBRIO:
Su funcin primordial es menguar, al mximo, las consecuencias
perjudiciales que originan los golpes de ariete
Se trata de pozos piezomtricos, ubicados sobre los conductos, estando
unidos a stos por su parte inferior. En estos pozos, el nivel del agua
oscila, segn los valores de presin que existen en dichas conducciones.
La instalacin de las chimeneas de equilibrio suele darse en el rea de
unin de las galeras con las tuberas forzadas o en cercanas de la
unin de los tubos de aspiracin con las galeras o tneles de desage
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43 Anlisis De Sistemas De Potencia I
de mquinas.
COLECTORES Y GALERAS DE DESAGE:
La evacuacin del agua de una turbina al cauce del ro se produce
mediante su tubo de aspiracin, en la zona conocida como tajamares
o socaz.
Las conducciones a base de colectores y galeras de desage dirigen
el agua desde los tubos de aspiracin de las diferentes turbinas hasta
la desembocadura final. Cuando la turbina se desborda, el agua, en
su camino por los conductos de desage, alcanzara una velocidad
baja, lo que determina una mejor explotacin de la energa del salto
debido a su altura.
AIREACIN DE CONDUCCIONES DE AGUA:
En las tuberas de aireacin se originan corrientes de aire en ambos
sentidos, con el fin de eliminar los riesgos de sub presiones o
sobrepresiones, por el efecto de succin y vaco. Estas tuberas
existen en conductos abiertos o cerrados, o sujetos a variaciones de
presin, como desages de fondo y medio fondo, tuberas forzadas,
etc.
APERTURA CIERRE Y REGULACIN
COMPUERTAS
Se denomina compuerta a cualquier dispositivo capacitado para
detener, permitir el libre paso, o regular las masas de agua que se
aproximan a una abertura, sumergida o no, o que transitan por un
conducto abierto o cerrado. Las compuertas reciben el nombre de
presas mviles, cuando para almacenar el agua que transita por un
cauce solo se utilizan dichas compuertas como nicos medios de
retencin. Si el agua ha sido acumulada slo por medio de
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44 Anlisis De Sistemas De Potencia I
compuertas y el abastecimiento de la misma se utiliza en una
central, sta recibe el nombre de central de esclusa Las compresas
suelen adecuarse a la seccin donde se instalan, y generalmente
estn constituidas por una superficie metlica rectangular, plana o
curva pantalla o tablero.
COMPUERTAS GIRATORIAS
Se incluyen dentro de esta categora,
aquellas compuertas que efectan las tareas
de apertura y cierre siguiendo trayectorias
circulares, al girar las pantallas sobre ejes
horizontales y verticales. Mediante diferentes
procedimientos de accionamiento.
COMPUERTAS DE SEGMENTO
Esta clase de compuertas cumplen su funcin, principalmente, en
aliviaderos de superficie, tneles aliviaderos y en el rea de obturacin
de aguas debajo de los desages de fondo y medio fondo.
COMPUERTAS DE SECTOR
Estas compuertas poseen ciertas particularidades que las distinguen de
las compuertas de segmento.
Las 2 caractersticas que diferencian a ambas compuertas son:
En las compuertas de segmento, la nica rea que est formada por
chapas metlicas es la zona de contacto con el agua. Por el contrario, en
las compuertas de sector, adems de esa rea, pueden estar cubiertas
las zonas que pertenecen a los planos definidos por los radios que
demarcan al sector propiamente dicho incluidos los laterales. De esta
manera, surgen los cajones flotantes que caracterizan a las compuertas
de sector flotantes.
El vertido en las compuertas de sector se realiza por la parte superior de
las mismas, y no a travs del umbral de la abertura controlada por una
compuerta de segmento.
Esto se debe a la serie de recintos que se ubican por debajo del
asentamiento de cierre de la compuerta de sector.
Dentro de estos recintos, se instalan los dispositivos de accionar de las
compuertas.
COMPUERTAS DE CLAVETA
Estas compuertas estn constituidas por tableros, planos o
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45 Anlisis De Sistemas De Potencia I
curvados, de superficie rectangular.
Esta clase de compuertas realiza el giro sobre un eje longitudinal ubicado
en la base y el movimiento de apertura es efectuado hacia abajo. Como
consecuencia de esto, este tipo de compuertas siempre queda
sumergidas en el instante de vertido, como ocurre con las compuertas de
sector.
COMPUERTAS DESLIZANTES
Estas compuertas estn formadas por un tablero de superficie plana, y
en ellas los sentidos de desplazamiento se realizan segn el plano vertical
o levemente inclinado al umbral de la abertura o al conducto respectivo,
a travs de maquinarias de traccin que actan en el mismo plano.
Todos los tipos de compuertas que integran esta categora, poseen
mecanismos de rodadura, con el objetivo de disminuir los esfuerzos
requeridos para su accionar.
COMPUERTAS STONEY
Los tableros que integran estas compuertas son de superficie
rectangular plana que, en la cara de aguas abajo, poseen estructuras
metlicas que le otorgan rigidez.
El desplazamiento, sobre guas fijas a los laterales de la abertura, se
produce verticalmente, a travs del accionar de cabrestantes que abren la
compuerta para permitir el acceso del agua.
Esta clase de compuertas se aprovecha en los aliviaderos de superficie.
COMPUERTAS DE VAGN
La caracterstica que diferencia a este tipo de compuertas con las de
Stoney, es que el sistema de rodadura est formado por rodillos, cuyos
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46 Anlisis De Sistemas De Potencia I
ejes, fijos en los laterales de cada compuerta, estn separados y
esparcidos uniformemente.
Estas compuertas pueden emplearse tanto en aliviaderos de superficie
y tneles aliviaderos como en desages de fondo y de medio fondo.
COMPUERTAS DE ORUGA
Estas compuertas son de movimiento vertical, al igual que las Stoney y de
vagn.
El movimiento vertical sin roces ni agarrotamientos, se logra mediante la
disposicin en cada uno de sus lados, de una cadena continua de rodillos.
La estanqueidad se consigue a travs de juntas de goma de seccin
nota musical y llanta metlica, soldada al tablero.
COMPUERTAS AUTOMTICAS
Esta categora se refiere a aquellas compuertas, pertenecientes a
cualquiera de las clasificaciones anteriores, que poseen equipos que
les posibilita moverse segn a unas condiciones de desage de
caudales, sin la intervencin de control remoto sobre las mismas. La
actividad automtica procura mantener constante el valor de cota en
el rea de su influencia.
En estas compuertas se emplea la presin del agua como medio de
accionamiento. Los equipos utilizados pueden ser lastres y flotadores,
o sistemas ms complejos como ser las cmaras de presin.
VALVULAS
Las vlvulas desempean la misma funcin que las compuertas, pero se
diferencian de estas en cuestiones constructivas y de accionar como en
las reas de utilizacin.
Las vlvulas se emplazan siempre en conductos cerrados, generalmente
de seccin circular.
Se instalan en aberturas de secciones de considerable menor
tamao que las correspondientes a las reas en las que se emplean las
compuertas.
VLVULAS DE COMPUERTA
La funcin de estas vlvulas consiste exclusivamente en la apertura y
cierre, no siendo aptas para regular el paso del agua. El dispositivo de
obturacin se coloca en posiciones intermedias, debido a las prdidas de
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47 Anlisis De Sistemas De Potencia I
carga que se producen.
Un vstago, accionado manualmente o a travs de equipos hidrulicos,
mecnicos, etc. es el mecanismo que logra el desplazamiento del
obturador, en direccin perpendicular al sentido de circulacin del agua.
En caso de que el conducto posea una gran seccin, y por lo tanto el
obturador de la vlvula, se debern equilibrar presiones a ambos lados de
ste antes de su apertura. Se consigue por medio de un circuito; con
vlvula incorporada, denominada vlvula by-pass, o por extensin, by-
pass. Dicho circuito se encuentra conectado en paralelo con el conducto
general.
Las vlvulas de compuerta suelen utilizarse en los desages de fondo.
VLVULAS DE MARIPOSA
El dispositivo de obturacin tiene forma de disco y se lo conoce con el
nombre de lenteja. Este mecanismo se adapta a la seccin de paso
de la vlvula y se acciona por un eje instalado diametralmente al
cuerpo de la vlvula. Para simplificar los giros del obturador, se colocan
contrapesos que equilibran esfuerzos.
El cierre hermtico, entre el cuerpo de vlvula y el disco, se consigue
mediante el contacto directo de anillos metlicos intercambiables,
mediante discos macizos de caucho u otro material sinttico, o con
tubos de estos materiales llenos de aire a presin.
Estas vlvulas se emplean en conducciones de gran dimetro y se hace
necesario equilibrar presiones a ambos lados del obturador antes de su
apertura. Se emplazan en los desages de fondo y en las tuberas
forzadas, antes del arribo del agua a la turbina Servomotores
VLVULAS ESFRICAS
Se utilizan para dar paso total o bloquear en forma completa la circulacin
de las masas de agua. En este caso, el obturador consiste en una
esfera ajustada al cuerpo de la vlvula. Dicha esfera se encuentra
atravesada por un orificio que, cuando est abierto, da continuidad al
conducto y, cerrado, se coloca perpendicularmente a ste.
Estas vlvulas pueden emplearse para regular el paso del agua,
debido a que en la actualidad han podido eliminarse las vibraciones.
Posee un sistema de accionar similar a las vlvulas de mariposa, y sus
movimientos son relativamente lentos.
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48 Anlisis De Sistemas De Potencia I
Generalmente, las presiones en esta clase de vlvulas se equilibran por
medio del by-pass.
VLVULAS DE CHORRO HUECO (DE ANILLO)
Reciben este nombre debido que proyectan un chorro hueco de forma
anular.
Se instalan en los orificios de salida de los conductos de los desages de
fondo, con el fin de amortiguar la energa cintica del agua en su cada y
evitar as, las posibles erosiones en el rea del terreno cercana a las
cimentaciones de las presas.
Este tipo de vlvula se compone de un deflector fijo, formado por un cono
recto, cuyo vrtice, apunta hacia el interior del conducto y se introduce en
el orifico de salida.
El cierre o apertura del conducto para el paso del agua, o las posiciones
intermedias que permiten la regulacin, se logran por medio de un tubo
cilndrico concntrico con el cuerpo de la vlvula. Este tubo se desplaza
exteriormente a lo largo de ste, acercndose o alejndose del cono
difusor.
El cilindro obturador se acciona por dos moto-reductores colocados
diametralmente.
FENMENOS DE CONDUCCIN HIDRULICA
Casi la totalidad de las conducciones se encuentran sujetas a la accin
del agua, en especial las de tipo cerrado y las sometidas a cambios
bruscos de presin.
Los fenmenos de cavitacin y golpe de ariete repercuten negativamente
en cualquier clase de conducto, si no se toman las medidas apropiadas
para suprimirlos o reducirlos.
CAVITACIN
Este fenmeno implica la formacin, dentro de las masas lquidas, de
espacios huecos o cavidades llenas de gas o vapor, surgidas por una
vaporizacin local. La cavitacin tiene su origen en reducciones de
presin dentro del seno de los lquidos, cuando se desplazan a grandes
velocidades, manteniendo la temperatura ambiente.
Las sustancias que el agua lleva disueltas (aire, gas, partculas slidas,
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49 Anlisis De Sistemas De Potencia I
etc.) junto con las alteraciones de presin ocasionadas por la
turbulencia de las masas lquidas, impide la continuidad de stas. Lo
que origina el surgimiento de cavidades microscpicas.
CAVITACIN EN BURBUJA O TRANSITORIA
Las burbujas surgen en forma repentina sobre el contorno del cuerpo
slido sumergido en el lquido, que crecen en extensin y desaparecen.
CAVITACIN ESTACIONARIA
Las burbujas se constituyen en el contorno del cuerpo y se mantiene en
l, mientras que no se produzcan modificaciones en las causas
productoras.
La cavitacin puede presentarse en tuberas, turbinas, bombas
hidrulicas, hlices, superficies sustentadoras y conductoras de lquidos,
etc.
La cavitacin debido a la acumulacin de burbujas de vapor que dificulta
la afluencia normal de las masas lquidas, puede tener como
consecuencia la disminucin de la velocidad a la que trabajan las
mquinas hidrulicas
GOLPE DE ARIETE
Cuando se interrumpe con rapidez la circulacin de un lquido que transita
a cierta velocidad, por un conducto, se originan fuertes variaciones de
presin sobre las paredes interiores de ste y del dispositivo que frena el
caudal suministrado, como consecuencia del cambio brusco en el
desplazamiento del lquido en el interior de la conduccin cerrada.
Conjuntamente con las deformaciones originadas por las sobre presiones
y depresiones, se producen vibraciones y otras consecuencias que
pueden originar roturas, aplastamientos y otras averas en las tuberas y
sus equipos.
Efectos Producidos por el Golpe de Ariete
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50 Anlisis De Sistemas De Potencia I
El golpe de ariete se produce en las tuberas cuando se realizan operaciones
rpidas en los equipos que abren, cierran, o regulan el deslizamiento del agua,
como ser vlvulas, compuertas, anclajes, etc. Este fenmeno tambin puede
darse cuando existen reducciones bruscas de la potencia requeridas a un
generador accionado por turbina hidrulica.
La accin del golpe de ariete puede atenuarse e incluso impedirse si se acciona
lenta y progresivamente las vlvulas, compuertas, etc. y principalmente, a travs
del emplazamiento de chimeneas de equilibrio. Estas amortiguan las variaciones
de presin al comportarse como pozos piezomtricos.
Los efectos del golpe de ariete son ms significativos en los conductos de
gran longitud y tiene mayor fuerza al cerrar el paso de agua.
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51 Anlisis De Sistemas De Potencia I
10 CENTRALES NUCLEARES
Una central o planta
nuclear o atmica es una instalacin
industrial empleada para la
generacin de energa elctrica a
partir de energa nuclear. Se
caracteriza por el empleo
de combustible nuclear fisionable que
mediante reacciones
nucleares proporciona calor que a su
vez es empleado, a travs de un ciclo
termodinmico convencional, para
producir el movimiento
de alternadores que transforman
el trabajo mecnico en energa
elctrica. Estas centrales constan de
uno o ms reactores.
La Energa Trmica obtenida a partir
de la combustin de distintas es producto de un proceso de transformacin
qumica. Es decir, la energa til se genera en funcin de alteraciones en la
manera en que los distintos tomos se combinan para formar molculas; no
obstante la naturaleza propia de los tomos que intervienen no experimenta
modificaciones.
De forma opuesta, las reacciones nucleares establecen procesos de
transformacin fsica en los cuales mediante cambios de partculas sub nuclear
(protones, neutrones, electrones) y de la emisin de radiacin electromagntica,
se registran modificaciones en la naturaleza de los tomos que intervienen.
Desde el punto de vista energtico, la principal diferencia existente entre las
reacciones nucleares y las qumicas es la gran cantidad de energa que en las
mismas se libera de manera espontnea a partir de masas muy pequeas.
Por este motivo, la comprensin de los fenmenos nucleares ha originado una
intensa bsqueda de las condiciones tecnolgicas que permitan producir
dichas reacciones de manera controlada.
Este esfuerzo de mejora tecnolgica tuvo dos objetivos distintos: por un lado se
intent determinar si los procesos de transformacin nuclear regulados eran
factibles de realizarse, de manera tal que la energa liberada causada por una
reaccin especfica pudiera ser utilizada de manera eficiente; por el otro se
buscaron formas de preservar las sustancias, liberando de esta forma grandes
cantidades de energa de forma espontnea.
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52 Anlisis De Sistemas De Potencia I
El alcance de la primera meta llev a la construccin de las plantas nucleares
generadoras de electricidad; mientras que la segunda dio lugar a los diferentes
modelos de plantas nucleares que hay en la actualidad.
PROCESO SIMPLIFICADO DE LA FISION NUCLEAR
10.1 FUNCIONAMIENTO DE LA
CENTRAL NUCLEAR PARTES
PRINCIPALES DE UNA
CENTRAL NUCLEAR:
El reactor nuclear es el
encargado de realizar la fisin o
fusin de los tomos del
combustible nuclear, como
uranio, generando como residuo
el plutonio, liberando una gran
cantidad de energa calorfica por
unidad de masa de combustible.
El generador de vapor es un
intercambiador de calor que
transmite calor del circuito
primario, por el que circula el
agua que se calienta en el reactor, al circuito secundario,
transformando el agua en vapor de agua que posteriormente se
expande en las turbinas, produciendo el movimiento de stas que a la
vez hacen girar los generadores, produciendo la energa elctrica.
Mediante un transformador se aumenta la tensin elctrica a la de la
red de transporte de energa elctrica.
Despus de la expansin en la turbina el vapor es condensado en el
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53 Anlisis De Sistemas De Potencia I
condensador, donde cede calor al agua fra refrigerante, que en las
centrales PWR procede de las torres de refrigeracin. Una vez
condensado, vuelve al reactor nuclear para empezar el proceso de
nuevo.
10.2 REPERCUSIONES AMBIENTALES DE LA ENERGA NUCLEAR
Una de las ventajas que los defensores de la energa nuclear le
encuentran es que es mucho menos contaminante que los
combustibles fsiles. Comparativamente las centrales nucleares
emiten muy pocos contaminantes a la atmsfera.
Los que se oponen a la energa nuclear argumentan que el hecho de
que el carbn y, en menor medida el petrleo y el gas, sean sucios no
es un dato a favor de las centrales nucleares.
Que lo que hay que lograr es que se disminuyan las emisiones
procedentes de las centrales que usan carbn y otros combustibles
fsiles, lo que tecnolgicamente es posible, aunque encarece la
produccin de electricidad
10.3 ALMACENAMIENTO DE LOS RESIDUOS RADIACTIVOS
Con los adelantos tecnolgicos y la experiencia en el uso de las
centrales nucleares, la seguridad es cada vez mayor, pero un
problema de muy difcil solucin permanece: el almacenamiento a
largo plazo de los residuos radiactivos que se generan en las
centrales, bien sea en el funcionamiento habitual o en el
desmantelamiento, cuando la central ya ha cumplido su ciclo de vida
y debe ser cerrada.
10.4 SISTEMA DE REFRIGERACIN EN UNA CENTRAL NUCLEAR:
El sistema de refrigeracin se encarga de que se enfre el reactor.
Funciona de la siguiente manera: mediante un chorro de agua de
44.600 mg/s aportado por un tercer circuito semi cerrado, denominado
"Sistema de Circulacin", se realiza la refrigeracin del ncleo externo.
Este sistema consta de dos tubos de refrigeracin de tiro artificial, un
canal de recogida de tierra y las correspondientes bombas de
explosin para la refrigeracin del ncleo externo y elevacin del agua
a las torres.
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54 Anlisis De Sistemas De Potencia I
10.5 SEGURIDAD EN LA CENTRAL NUCLEAR Como cualquier
actividad humana, una central nuclear de fisin conlleva riesgos y
beneficios. Los riesgos deben preverse y analizarse para poder ser
mitigados. A todos aquellos sistemas diseados para eliminar o al
menos minimizar esos riesgos se les llama sistemas de proteccin y
control. En una central nuclear de uso civil se utiliza una aproximacin
llamada defensa en profundidad. Esta aproximacin sigue un diseo
de mltiples barreras para alcanzar ese propsito. Una primera
aproximacin a las distintas barreras utilizadas (cada una de ellas
mltiple), de fuera a dentro podra ser:
10.6 PRINCIPALES REACTORES:
10.6.1 REACTOR PWR PRESSURIZED WATER:
Este reactor de agua presurizada al ser desarrollado estaba
destinado para equipamiento de los submarinos atmicos
del tipo Nautilus; pero ha sido tan satisfactorio su resultado
que deriv en su utilizacin en centrales nucleares.
En el grfico puede observarse un esquema simplificado de
una central PWR. La misma est compuesta por un
recipiente de presin y en el interior de este se encuentra
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55 Anlisis De Sistemas De Potencia I
alojado el ncleo propiamente dicho. El combustible es
uranio enriquecido al 2% o 3% y se encuentra moderado
y refrigerado por agua natural conservada a presin.
10.6.2 REACTOR PHWR PRESSURIZED HEAVY WATER:
Este reactor es similar al PWR, excepto que en ste el
combustible utilizado es Uranio natural (0.7% de U235 y
99.3% de U238) y el fluido que circula en el circuito primario
es agua pesada (Central Atucha I y II). Asimismo la carga
de combustibles se realiza durante la operacin normal de
la Central.
10.6.3 REACTOR BWR BOILING WATER:
En ste es utilizado uranio enriquecido como combustible
con un grado que usualmente oscila alrededor del 3%.
Como moderador y