Potencia de una central hidroeléctrica

La potencia de una central hidroeléctrica se mide generalmente en Megavatios (MW) y se calcula mediante la fórmula siguiente:





donde:

Pe = potencia en vatios (W)
ρ = densidad del fluido en kg/m³
ηt = rendimiento de la turbina hidráulica (entre 0,75 y 0,90)
ηg = rendimiento del generador eléctrico (entre 0,92 y 0,97)
ηm = rendimiento mecánico del acoplamiento turbina alternador (0,95/0.99)
Q = caudal turbinable en m3/s
H = desnivel disponible en la presa entre aguas arriba y aguas abajo, en metros (m)
En una central hidroeléctrica se define:

Potencia media: potencia calculada mediante la fórmula de arriba considerando el caudal medio disponible y el desnivel medio disponible.
Potencia instalada: potencia nominal de los grupos generadores instalados en la central.

Generalidades

Hidroeléctrica la tasajera

Es una pequeña hidroeléctrica, fundada en el año de 1993, ubicada en el municipio de Barbosa, que es utilizada básicamente como reserva de otras hidroeléctricas más grandes y más principales. Su labor es muy importante ya que es la encargada de manejar y controlar por medio de su centro de mando otras hidroeléctricas. Esta central hidroeléctrica se dedica únicamente a la producción de energía, y no a la potabilizacion y distribución del agua.
Otras hidroeléctricas importantes ubicadas en el departamento de Antioquia son:

Hidroeléctrica de piedras blancas, fundada en 1921
Hidroeléctrica Rió grande, fundada en 1952
Hidroeléctrica rio grande 2, encargada del acueducto, alcantarillado y producción de energía eléctrica
Hidroeléctrica niquia
Manantiales, uno de las principales centrales encargadas de la potabilizacion del agua proveniente de la hidroeléctrica de niquia

Desarrollo histórico de las hidroeléctricas

Antiguamente, los romanos y los griegos utilizaban maquinas similares a los generadores para moler el trigo, movidas por la energía que producía el agua, pero el hecho de tener esclavos permitió que esta energía fuera aprovechada mas tardamente en la revolución industrial en el área de textiles y cueros y también en los talleres de construcción de maquinas. En estos años se vio la necesidad de utilizar métodos de producción de energía diferentes a la maquina de vapor, ya que no había suficiente carbón, y el uso de la madera era poco convincente, por lo que la energía hidráulica fue mas satisfactoria y ayudo al desarrollo de las nuevas ciudades de Europa y América.

Proceso de producción de energía en centrales hidroeléctricas

Se debe represar un río por medio de una muralla que no permita que este se disperse, para así crear un embalse. La masa del agua por si sola posee energía potencial, la cual es aprovechada por las centrales para la generación de energía.

Luego de este proceso el agua pasa por un túnel construido por las hidroeléctricas por el que llega a una cámara de válvulas y la energía potencial no es integralmente convertida en energía cinética sino que ésta es invertida en las llamadas pérdidas, es decir, la energía potencial se "pierde" en vencer las fuerzas de fricción con el suelo, en el transporte de partículas, en formar remolinos.

La energía potencial del agua es aprovechada para hacer pasar el agua por medio de una turbina, pero esta agua por la presión es convertida en energía mecánica.

El agua pasa por unas puertas antes de ingresar a la turbina, y ya que la velocidad del agua es muy fuerte, comienzas a moverse los alabes de la turbina, que están conectados al generador de energía. Este generador contiene un rotor, el cual contiene un flujo de electrones y electroimanes, que al girar a la velocidad que produce la turbina, genera una variación de campo eléctrico, el cual se convierte en energía, que es almacenada y distribuida por medio de la red de transporte.

En la casa de maquinas de la hidroeléctrica la tasajera se producen aproximadamente 33.000kb.

COMO FUNCIONA LA ENERGIA HIDROELECTRICA?

DESCRIPCION DE CONSTRUCCION

construccion de tunel

Conconcreto S.A. ejecutó en consorcio con la firma Taipei Corporation (Japón), la construcción del proyecto Desarrollo Hidroeléctrico del Rio Grande (Riogrande), construcción de captaciones, túneles, de presión y obras anexas, para Empresas Públicas de Medellín.

torre de captacion

El proyecto, comenzado en julio de 1984 y culminado en 1988, está localizado al noreste de Medellín en jurisdicción de los municipios de Bello, Copacabana, Girardota, Don Matías, Santa Rosa de Osos, Entrerríos y San Pedro. En términos generales la obra consistió en la ejecución de: - Túnel de presión de Niquía. - Túnel de presión de La Tasajera. - Túnel de acceso a La Tasajera - Pozos y Almenaras - Ventanas de construcción. - Estructura de captación.

informacion e imagen extraida de 2:25pm 6 junio 2010 http://www.conconcreto.com/Default.aspx?tabid=58&idProyecto=203

TURBINAS HIDRAULICAS

Una TURBINA HIDRAULICA es una turbomaquina motora hidráulica, que aprovecha energia de un fluido que pasa a través de ella para producir un movimiento de rotacion que, transferido mediante un eje, mueve directamente una maquina o bien un generador que transforma la energia mecanica en electrica.Es el organo fundamental de una central hidroelectrica.

Las turbinas pueden ser de eje vertical u horizontal.

TURBINAS DE EJE VERTICAL

Ventajas:

-Posibilidad de montar los generadores por encima del nivel del agua, hasta la altura mas conveniente.
-Economia de instalacion.

Inconvenientes

-Si la turbina se ha de accionar para un generador de eje horizontal, son necesarios engranajes de transmosión.
-Las cargas verticales correspondientes a las maquinas han de ser sostenidas por un soporte cojinete de empuje.

TURBINAS DE EJE HORIZONTAL

Ventajas:
-Soporte cojinetes normales.
-Transmisión directa a ejes horizontales
-Mas facil vigilancia porque todos los elementos están a la misma altura.


Inconvenientes
-Instalacion de mayor extensión superficial, por lo tanto más caras.
-El agua ha de reingresar al canal de desagüe a través de uno o mas codos a 90°; por lo tanto, mayores perdidas de carga.

TIPOS DE TURBINAS

Turbina Francis

Se emplea en caidas medianas con un rendimiento del 90%.

Turbina Kaplan

Se emplea en caidas pequeñas con un rendimiento del 95%.

Turbina Pelton

Puede desarrollar velocidades de giro suficientemente altas con rendimientos del 90%.

Turbina Michell

También es de gran velocidad es muy parecida a la pelton pero con un rendimiento del 80%.

¿LAS REPRESAS SI SON UNA SOLUCION QUE BENEFICIAN AL MEDIO AMBIENTE?

Un gran grupo de investigadores, han desarrollado proyectos para evaluar que tanto beneficia al medio ambiente la generación de energía por medio de las centrales hidroeléctricas.

un grupo denominado "patagonia sin reservas" han llegado a las siguientes conclusiones. (toda la información recolectada la tomamos de http://www.patagoniasinrepresas.cl/final/)

10 cuestiones sobre la construccion de centrales hidroeléctricas:

1.- ¿Son Limpias?
No. Hoy se sabe que las centrales hidroeléctricas de embalse emiten, unas diez veces más de metano y CO2 que cualquier central termoeléctrica, debido a la putrefacción de bosque y del subsuelo inundados, acelerando así de sobremanera el efecto invernadero. A esta situación hay que sumar la falta de esta vegetación en la reproducción del oxígeno.

2.- ¿Son renovables?

La renovabilidad de las centrales hidroeléctricas de embalse no es ilimitada. Cada represa requiere de una evaluación de su vida útil, ya que ésta depende de factores como el estancamiento de sedimentos que, a lo largo del tiempo, disminuyen el volumen de agua y con ello el volumen de generación.

3.- ¿Son sustentables y solucionan definitivamente el problema del abastecimiento?
No. Endesa calcula, para las centrales hidroeléctricas un promedio de vida útil de 50 años, lo que queda después, es un pozo de arena. En consecuencia, pagamos con nuestro aire, suelo, bosque y agua y con ello también con nuestros intereses económicos (turismo, agricultura) el retardo, estimado en 50 años, para aplicar las tecnologías que podríamos perfectamente implementar desde ya.

4.- ¿Son indispensables para el desarrollo?
No. Hoy existen otras formas de generar la energía requerida con mucho menos impacto y además agravan nuestra dependencia del factor climático. Incluso hay que decir que las centrales hidroeléctricas impiden el desarrollo del turismo enfocado en el turismo de naturaleza, de la agricultura y ganadería, obligando a miles de personas a abandonar sus campos y de la pesca por la destrucción de la calidad del agua (temperatura, oxigenación y sobresaturación).

5.- ¿Son baratas?

Son baratas para las empresas que las operan, porque nadie las obliga a responder por los costos generados por sus impactos. Las personas no se encuentran protegidos y se pierden miles de puestos de trabajo relacionados con el turismo, agricultura, ganadería, acuicultura.

6.- ¿Dan trabajo a la gente?

No. Tomando la experiencia de otras centrales hidroelectricas, se puede decir en resumidas cuentas que aumentaron los puestos de trabajo solamente durante la fase de construcción de la central y para la gente del sector solamente en labores básicas. Después de la construcción no quedaron ni siquiera estos puestos de trabajo.

7.- ¿No hay otra opción?

si, invertir en energías renovables en las que los países de América latina son ricos: eólica, mareomotriz, minicentrales de pasada, geotermia, nuevas tecnologías en energía solar, etc.

8.- ¿No me incumbe?

Como partes de nuestro medio ambiente, obviamente nos afectamos automáticamente por la destrucción de su suelo, agua y aire.

9.- ¿Ya es tarde para evitar que se construyan?

No es tarde. Hasta el momento no están ni siquiera los estudios de impacto ambiental aprobados.

10.- ¿Nosotros no podemos hacer nada?
Al contrario: nosotros tenemos que hacer algo! Para rechazar estos proyectos necesitamos nada más ni nada menos que la presión de la ciudadanía y esto somos todos nosotros. Si deseamos preservar nuestro ambiente, nuestras fuentes de ingresos y todas nuestras proyecciones, tenemos que decir No a las Represas !!!!!

ELEMENTOS QUE PERMITEN LA CONDUCCION DEL AGUA

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  VERTEDERO: Localizado sobre el estribo derecho de la presa, es del tipo de canal abierto de flujo no controlado, tiene una ancho variable de 50 m en el azud a 30 m en el canal intermedio, una longitud de 264 m y termina en un deflector de chorro. Está diseñado para evacuar un caudal máximo de 2.070 m3/s.


• 
  
  
  .ESTRUCTURA DE CAPTACIÓN: Estructura de concreto sumergido que se comunica con el túnel de conducción mediante un pozo vertical de 4.7 m de diámetro interior y 50.77 m de profundidad, y un túnel de 185 m de longitud y 4.7 m de diámetro, ambos de sección circular y revestidos de concreto.


• 
  
  
  POZO DE COMPUERTAS: Tiene una profundidad de 102.6 m y una sección ovalada de 8.3 m en su dimensión mayor y está provisto del equipo de alce para el manejo de dos compuertas, una principal y otra auxiliar, tiene además un ducto para admitir y desalojar aire del túnel de presión.


• 
  
  
  TÚNEL DE PRESIÓN: Tiene una longitud de 1.831 m, revestido cerca del extremo de aguas abajo. Está provisto de una almenara de tipo orificio restringido que tiene una profundidad de 150.24 m de los cuales 120.3 m corresponden al tanque superior.


• 
  
  
  POZO DE PRESIÓN: La conducción continúa luego mediante un pozo vertical revestido en concreto, de 156.15 m de profundidad y 4.3 m de diámetro, y un túnel de presión horizontal conectado con un codo a la parte inferior de la sección vertical de 42.65 m de longitud y 4.3 m de diámetro.


• 
  
  TÚNEL BLINDADO: Se une al túnel de presión horizontal mediante una reducción en concreto reforzado en 4 m de longitud, tiene una longitud de 70.5 m al final de la cual se bifurca en dos ramales que hacen un ángulo de 45° entre sí, son horizontales y tienen 27.87 y 31.67 m de longitud, y por ellos se alimentan las dos unidades generadores de la casa de máquinas.

EQUIPOS

Central La Tasajera:
Turbinas: 3 Pelton de cuatro chorros. Potencia nominal: 105 MW
Generadores: 3 de eje vertical, capacidad nominal: 109 MVA y voltaje: 13.8 KV.
Transformadores: 3 trifásicos

CONDUCCIONES HIDRÁULICAS
Cada etapa cuenta con conducciones hidráulicas independientes. La conducción de la primera etapa está diseñada para un caudal de 80 m3/s. Su longitud total es de 8 km y esta constituida por tres tramos de túnel inclinado conectados por dos pozos verticales. El tramo superior del túnel, de 5.4 m de diámetro y 5.8 km de longitud, está revestido en concreto en toda su longitud, excepto la parte final de 581 m, blindada en acero de 3.95 m de diámetro.
La conducción de la segunda etapa, se diseñó para un caudal de 120 m3/s. Está constituida por un túnel superior de 5.4 km de longitud y 6.6 m de diámetro, un pozo vertical de 4.6 m de diámetro y 285 m de profundidad y un túnel inferior de 2.200 m de longitud.
La almenara está formada por un pozo vertical de 300 m de profundidad y un diámetro de 4 m en la parte inferior y 5 m en la parte superior y por una galería de expansión horizontal de 287 m de longitud y 5.2 m de diámetro.
El túnel superior tiene revestimiento de concreto convencional en una longitud de 400m y blindaje de acero en 65 m.
El pozo vertical y los primeros 90 m del túnel inferior están revestidos de concreto convencional y el resto del túnel inferior hasta la casa de máquinas, es blindado en acero con un diámetro de 3.9 m.

DESVIACIONES
El proyecto de desviación de los ríos Tunjita, Negro y Rucio permitió incrementar en un 33% el caudal afluente al embalse de la Esmeralda y se produjo un incremento del 30% en la generación media de la Central. Para la desviación del río Tunjita se construyó una presa desviadora, de arco de 23 m de alto y 43 m de longitud en la corona.

CASA DE MAQUINAS Y OBRAS ANEXAS
La casa de máquinas es superficial y alberga ocho unidades de generación. Tiene una longitud de 180 m, una altura de 28 m y un ancho de 25 m. Igualmente la central cuenta con los edificios de control y oficinas, el patio de transformadores, el patio de conexiones, subestaciones y líneas de transmisión.

EQUIPOS PRINCIPALES
La Central consta de:
· 8 turbinas Pelton de eje vertical, de 450 r.p.m. de velocidad nominal y una potencia de 173.000 HP. Cada turbina posee una válvula esférica de 1.5 m de diámetro.
· 8 generadores de 450 r.p.m. de velocidad nominal, con una potencia de 140 MVA, 13.8 KV de generación y factor de potencia 0.9.
· 25 transformadores monofásicos de potencia de 54 MVA y relación de transformación 13.8/230 KV.
· Dos puentes grúa de 120 toneladas cada uno.

SUBESTACION A 230 KV
Para entregar la energía producida se emplea una subestación a 230 KV que permite conexiones con las subestaciones Palpa en Boyacá, Torca en Cundinamarca y Guavio en Boyacá.

EQUIPO PRINCIPAL:
2 turbinas Francis de eje vertical con una potencia nominal de 96 MW cada una, velocidad de rotación 400 r.p.m. Cada turbina tiene como elemento de cierre una válvula esférica.
2 generadores trifásicos, de eje vertical con tensión nominal de 13.8 KV, potencia nominal de 90 MVA y factor de potencia de 0.95.
2 transformadores principales trifásicos de capacidad 103.5 MVA cada uno y relación de tensión de 13.2/230 KV.
Equipo de enfriamiento del aire de la caverna.
Equipos de detección y extinción de incendios.
Cables de potencia de alta tensión a 230 KV.

GENERALIDADES DEL SISTEMA

entre las interconecciones electricas mas importantes en el valle del aburra estan la hidroelectrica de piedrasblancas, fundada en el año de 1921, tambien la hidroelectrica de rio grande fundada en el año de 1952 , la hidroelectrica la tasajera fundada en el año de 1993 y una de las principales encargadas de la distribucion de energia de antioquia y colombia, y finalmente la mas actual hidroelectrica, que es rio grande 2 la cual es productora de energia y de agua tanto en alcantarillado como en acueducto.

el proceso que se desarrolla en las hidroelectricas anteriormente mencionadas en una forma general es: el represamiento del agua del rio hasta el emdbalses por medio de muros que obstaculisan la circulacion de la misma. esta agua entra en los tuneles por energia potencial la cual es llevada a la camara de valvulas. la energia cinetica producida por este proceso por medio de la presion del agua se convierte en energia mecanica. esta agua circula por un rotor establecido en la hidroelectrica el cual genera una variacion del campo electrico, en el que el flujo de electrones que contienen los electroimanes del rotor produce la electricidad que se distribuye a cada uno de nuestros hogares.

las torres de captacion cumplen un papel muy importante ya que estas son las que toman el agua por puertas independientes. estas permiten la transportacion del agua por el tunel.

en la casa de maquinas los transformadores producen 33.000kb.

otra parte importante de las hidroelectricas es el centro de mando, en el cual se lleva un control computarizado de 24 horas de las centrales hidroelectricas para asi evitar daños y perjuicios tanto en la empresa como en en los hogares y asi tener mas seguridad.

el centro Manantiales es aquel encargado de la potabilizacion del agua y uno de los mas importantes, en el cual llega agua de la hidroelectrica de niquia que es unicamente productora de energia

HISTORIA

El nombre de esta central evoca del antiguo paraje conocido como san Juan de la Tasajera, un gran predio que iba desde Girardota hasta Barbosa en el cual los pasajeros aprovechando los abundantes manantiales de sal que allí existían, se detenían a "tasajear " y sazonar la carne durante largas jornadas. fue también cruce de caminos, punto de encuentro y lavadero de oro de los primeros barequeros que poblaron el valle de aburra desde finales del siglo xvi, y hasta muy entrado del siglo xvii.

la central subterranea esta localizada en barbosa, al norte del valle del aburra.aportan 306 mega vatios (MW) al sistema nacional a traves de tres unidades de 102 MW cada una.

En 2007 la tasajera genero1787,5 giga vatios hora (GWh) cifra que represento el 13.8% de la generación total de EPM para ese año y el 3.34% de la generación total del sistema interconectado nacional. adicionalmente, esta central presta el servicio de regulación secundaria de frecuencia ( AGC),con una participacion del 16.15% de una regulación total asignada en el sistema interconectado nacional durante 2007. Contribuyendo así a la operación segura y confiable des sistema eléctrico colombiano.

esta informacion fue extraida de :www.eeppm.com/epm/intitucional/documents/LaTaNi15.doc

CARACTERISTICAS DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA

se pueden identificar dos diferentes características que pueden tener una central hidroeléctrica; por ejemplo, la potencia que esta en función del desnivel entre la altura del embalse y caudal máximo que va a las turbinas que están debajo de la central. Otra característica importante es la energía que se garantiza para un tiempo determinado en condiciones normales; que esta en función de la potencia de la central y el volumen del embalse.

CENTRAL LA TASAJERA

Es un proyecto donde se aprovecha "El río grande"; con dos propósitos importantes, como lo es el suministro de agua para el acueducto de Medellín y lo mas importante, la generación de energía para Antioquia y para todo el País.