Teoria de Energias Alternativas

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Las compuertas que actúan tanto en aliviaderos como en desagües pueden ser de varios tipos:

- Compuertas verticales: Consisten en u tablero de chapa, reforzada mediante arriostramientos, que se mueve verticalmente mediante un sistema de guillotina.

- Compuertas de segmento: Constan de una estructura metálica, en forma de superficie cilíndrica, que hace de cierre. La apertura se realiza basculando hacia arriba la compuerta.

- Compuertas de sector: Son similares a las anteriores, donde la estructura metálica se encuentra escamoteada en el forjado, y la apertura se realiza basculando hacia abajo la compuerta.

- Clapetas: Son compuertas basculantes que se utilizan en instalaciones pequeñas. Tienen menor resistencia que las anteriores y requieren un espacio hueco para escamotearlas.

3. LA ENERGÍA DE UN SALTO DE AGUA.

La energía contenida en una masa de agua es la debida a su velocidad y a la altura a la que se encuentre (energía cinética más potencial). En el caso de un salto de agua, y debido a las condiciones de remanso que produce la presa o el azud, la velocidad del agua es prácticamente nula.

De esta forma, la energía acumulada en el agua viene dada por la expresión:

E = m·g·H

Dónde:

- m es la masa de agua.

- g la aceleración de la gravedad.

- H la diferencia de cota entre aguas arriba y aguas abajo de la turbina.

Esta misma expresión la podemos poner en función de la densidad del agua su volumen:

E = ρ·V·g·H

Y la potencia que se podrá obtener en una central, vendrá dada por la expresión:

P = ρ·t /V g·H

P = ρ·Q·g·H

Teniendo en cuenta que en todo sistema hidráulico, mecánico y eléctrico siempre se producen pérdidas, esta expresión se verá afectada por un rendimiento global η, que comprende los siguientes rendimientos:

- Rendimiento de la turbina ηt

- Rendimiento del generador ηg

- Rendimiento del transformador ηtr

η = ηt· ηg· ηtr

Así, la potencia instantánea producida por la central será:

P = ρ·Q·g·H· η

En esta expresión, la densidad y g son prácticamente constantes; el rendimiento global depende básicamente del desarrollo tecnológico de cada uno de los equipos que lo afectan; de forma que nos quedan dos variables (el caudal y la altura), que dependerán de la ubicación de la central. Un estudio hidrológico nos dará el caudal turbinable, y un estudio orográfico nos definirá una altura para el salto de agua.

4. ESTUDIO HIDROLÓGICO DE UNA CUENCA.

Un estudio hidrológico nos dará el caudal turbinable, y un estudio orográfico nos definirá una altura para el salto de agua.

ESTUDIO HIDROLÓGICO: Es necesario conocer el caudal del río, debido a su variabilidad de régimen para determinar la potencia instalable y la energía producible en un aprovechamiento minihidráulico. Una vez evaluados los recursos hídricos, se elaborará, para aquellos años con pluviosidad media, una curva monótona de caudales clasificados

- Caudal de servidumbre Qsr: caudal básico que nunca se podrá turbinar, ya que la Confederación Hidrográfica correspondiente lo impedirá. Este representa el caudal mínimo necesario que ha de evitar pasar por la turbina para que la vida en el río se mantenga aguas debajo de la central. Este caudal adquiere una importancia vital en el caso de las centrales a pie de presa.

- Caudal mínimo Qm: Caudal A partir del cual la turbina se mueve, desde este momento, comienza a producir energía. Sin embargo, el fabricante no recomienda hacer funcionar la turbina con caudales por debajo del caudal mínimo técnico Qmt. Realmente, por debajo de este caudal la turbina permanecerá parada y no producirá energía. La carga sobre la turbina se regulará con el caudal (suponiendo que el salto es constante), aumentando la potencia generada al incrementarse el volumen de agua que pasa por ella. La máxima potencia (potencia nominal de la turbina) se alcanzará con el caudal de equipamiento Qe. El resto del caudal hasta el caudal máximo QM que lleve el río, se verterá sin ningún aprovechamiento energético.

La elección del caudal de equipamiento se realiza buscando que el área encerrada por los puntos ABCDE sea máxima. Conocido Qe, podemos determinar, en primera aproximación Qmt, mediante la expresión: Qmt = k· Qe, donde, k es un coeficiente que toma el valor 0,1 para las Pelton; 0,25 para las Kaplan y 0,4 para las Francis. Es decir que las turbinas hidráulicas que más amplio rango de caudales admiten son las Pelton, pues fijan su mínimo técnico en el 10% del caudal de equipamiento. En este sentido, las turbinas que menor rango de utilización tienen son las Francis, pues requieren un 40% del caudal nominal para funcionar. Las turbinas Kaplan se encuentran en una situación intermedia.

5. DETERMINACION DEL SALTO DE AGUA.

La altura del salto que aparece en la ecuación de la potencia (H), realmente se refiere a un salto neto (Hn), fruto de las pérdidas que se producen durante el recorrido del agua por las conducciones de la minicentral.

- Salto bruto (Hb): diferencia de cota entre el nivel del agua del aliviadero del azud, y el nivel normal del río aguas debajo de la minicentral.

- Salto útil (Hu): es el salto técnicamente aprovechable, consiste en el desnivel entre la superficie libre del agua en la cámara de carga y el nivel del desagüe de la turbina.

- Pérdidas de carga (Hp): que se producen por el paso del agua a través de la tubería forzada

- Salto neto (Hn): es el que realmente se introduce en la ecuación de la potencia.

P=ρQgHn

El salto neto varía con el caudal turbinado, pues las pérdidas de carga son función del caudal circulante por la tubería forzada.