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Curso:
TURBINAS
HIDRÁULICAS
(ACH03)
I
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
UNIDAD II
COMPONENTES ESENCIALES DE
LAS CENTRALES
HIDROELÉCTRICAS
Objetivo: Suministrar los conceptos básicos de los
componentes esenciales en una central
hidroeléctrica.
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.
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.
Fuentes de abastecimiento de agua
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.
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.
Presa de tierra y embalse de la central
Betania en Colombia
Vertedero - Compuerta radial
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.
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.
Componentes de una central hidráulica
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.
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.
Represa de Itaupú sobre las aguas del río Paraná
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 1831.
Si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si está
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.
Unidad de generación
Montaje del rotor de un gran generador
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.
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.
Barras de salida del estator
Tanques regulador de velocidad
Generador central Betania
Tablero excitación
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UNIDAD 2
Componentes esenciales de las
Centrales Hidráulicas
Actividades
1.
Identifica los componentes de tu central hidráulica y las
características de al menos dos de ellos, envía todo esto al foro.
2.
Consigue en la biblioteca las definiciones de al menos cuatro
componentes básicos de una unidad de generación.