Ing. José Huaca P.

F.E.M

I

E

IQ

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Q

LA CORRIENTE ELECTRICA

La intensidad de corriente (I) en una sección dada de un conductor se define como la carga eléctrica (Q) que la atraviesa en una unidad de tiempo.

S

(Campo Eléctrico)

Michael Faraday (1791-1867)

Faraday fue el primer científico experimental de su época que realizó experimentos en los campos de la electricidad y el magnetismo.

En 1821 trazó el campo magnético alrededor de un conductor por el que circula una corriente eléctrica (la existencia del campo magnético había sido observada por vez primera por el físico danés Hans Christian Oersted en 1819).

En 1831 Faraday descubrió la inducción electromagnética, y el mismo año demostró la inducción de una corriente eléctrica por otra.

Durante este mismo periodo investigó los fenómenos de la electrólisis y también demostró que un recinto metálico (caja o jaula de Faraday) forma una pantalla eléctrica.

Líneas de fuerza magnéticas

El campo magnético de un imán de herradura se pone de manifiesto por la distribución de las limaduras de hierro, que indican la intensidad y dirección del campo en cada punto. Las limaduras se alinean con las ‘líneas de campo’, que muestran la dirección del campo en cada punto. Cuanto más juntas están las líneas, más intenso es el campo.

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Campos magnéticos y corrientes

En 1813, Hans Christian Oersted predijo que se hallaría una conexión entre la electricidad y el magnetismo. En 1819 colocó una brújula cerca de un hilo recorrido por una corriente y observó que la aguja magnética se desviaba. Con ello demostró que las corrientes eléctricas producen campos magnéticos.

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La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña.

El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX.

En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad.

HISTORIA DE LA GENERACION HIDRAULICA

COMO SE OBTIENE LA ENERGIA ELECTRICA

Una central hidroeléctrica es aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presa o tanque de presión situado a más alto nivel que la central.

El agua se lleva por una tubería de descarga a la sala de máquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidráulicas se produce la generación de energía eléctrica en alternadores.

-Es renovable.  

-No se consume. Se toma el agua en un punto y se devuelve a otro a una cota inferior.

- Es autóctona y, por consiguiente, evita importaciones del exterior.  

-Es completamente segura para personas, animales o bienes.  

-No genera calor ni emisiones contaminantes (lluvia ácida, efecto invernadero...)  

-Genera puestos de trabajo en su construcción, mantenimiento y explotación.  

- Requiere inversiones muy cuantiosas que se realizan normalmente en comarcas de montaña muy deprimidas económicamente.  - Genera experiencia y tecnología fácilmente exportables a países en vías de desarrollo.

VENTAJAS

INCONVENIENTES-Altera el normal desenvolvimiento en la vida biológica (animal y vegetal) del río.

-Las centrales de embalse tienen el problema de la evaporación de agua: En la zona donde se construye aumenta la humedad relativa del ambiente como consecuencia de la evaporación del agua contenida en el embalse.

-En el caso de las centrales de embalse construidas en regiones tropicales, estudios realizados han demostrado que generan, como consecuencia del estancamiento de las aguas, grandes focos infecciosos de bacterias y enfermedades.

- Los sedimentos se acumulan en el embalse empobreciéndose de nutrientes el resto de río hasta la desembocadura.

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

donde:•Ne = potencia en kW

•ηt = rendimiento de la turbina hidráulica (entre 0,75 y 0,90)

•ηg = rendimiento del generador eléctrico (entre 0,92 y 0,97) •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 instalada: potencia nominal de los grupos generadores instalados en la central •Potencia media: potencia calculada mediante la fórmula de arriba considerando el caudal medio disponible y el desnivel medio disponible

COMO SE CALCULA LA POTENCIA

TURBINA GENERADOR

1 INTRODUCCIÓN2TURBINAS HIDRÁULICAS3AVANCES EN EL DISEÑO DE LAS TURBINAS

4 TURBINAS DE VAPOR4.1Funcionamiento de la turbina de vapor

La turbina Francis fue desarrollada por James B. Francis. Se trata de una turbina de reacción de flujo interno que combina conceptos tanto de flujo radial como de flujo axial.

Las turbinas Francis son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de los diez metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más ampliamente usado en el mundo.

Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son:

La potencia, que es función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de la turbina y del generador.

La energía garantizada, en un lapso de tiempo determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, y de la potencia instalada.

La potencia de una central puede variar desde unos pocos MW (megavatios), hasta 10 MW se consideran minicentrales. En Paraguay y Brasil se encuentra la mayor central hidroeléctrica del mundo, la Itaipú que tiene una potencia instalada de 14.000 MW en 20 turbinas de 700 MW cada una.

Centrales al aire libre, al pie de la presa, o relativamente alejadas de esta, y conectadas por medio de una tubería en presión.

Centrales en caverna, generalmente conectadas al embalse por medio de túneles, tuberías en presión, o por la combinación de ambas.

Desde el punto de vista de cómo utilizan el agua para la generación, se pueden clasificar en:

Centrales a filo de agua. También denominadas centrales de agua fluyente o de pasada. En estos casos las turbinas pueden ser de eje vertical, cuando el río tiene una pendiente fuerte u horizontal cuando la pendiente del río es baja.

Centrales acopladas a uno o más embalses. Es el tipo más frecuente de central hidroeléctrica. Utilizan un embalse para reservar agua e ir graduando el agua que pasa por la turbina

•Centrales de base. Son las que están destinadas a suministrar energía eléctrica de manera continua. Tienen una potencia elevada y normalmente son las centrales nucleares, las grandes centrales térmicas y las centrales hidráulicas.

•Centrales de punta. Proyectadas para cubrir demandas de energía en las horas punta. Trabajan en paralelo con las centrales de base.

•Central de reserva. Tienen por objeto sustituir total o parcialmente la producción de una central base, en caso de avería o reparación.

•Centrales de bombeo. Son centrales hidroeléctricas que aprovechan la energía sobrante en las horas valle, para bombear agua a un embalse superior y en las horas punta la aprovechan para dar energía en la red.

Es una construcción, normalmente de hormigón, que se alza sobre el suelo del río y perpendicular a su dirección, con la finalidad de retener el agua, para elevarla a un nivel suficiente y formar un embalse. Dependiendo de las características orográficas y de su emplazamiento, se escogerá entre una configuración u otra.

Hay 4 tipos diferentes de presas, y son los siguientes:

LA PRESA

De gravedad, que retienen el agua gracias al tipo de materiales empleados, como mampostería u hormigones.

De contrafuerte, formadas por una pared impermeable situada aguas arriba, y contrafuertes resistentes para su estabilidad, situados aguas abajo.

De arco-bóveda, que aprovechan el efecto transmisor del arco para transferir los empujes del agua al terreno.

De tierra o escollera, con un núcleo de material arcilloso, que a veces es tratado químicamente o con inyecciones de cemento.

Las presas tienen unas compuertas que permiten regular el caudal y están protegidas por un enrejado metálico para evitar la entrada de elementos sólidos.

Pero las presas, también cumplen la función de regular el caudal de los ríos, por tanto, deben ser capaces de permitir la evacuación del agua sin necesidad de que pase por las turbinas.

LOS CONDUCTOS DE AGUA.

Para esto utiliza unos rebosadores equipados con compuertas, y a pie de presa se construyen unos elementos amortiguadores de la energía adquirida por el agua cuando cae.

En la parte más honda de la presa, están los desagües, que permiten el vaciado de todo el embalse a fin de realizar diferentes tareas

SALA DE MAQUINAS.

Es donde están situadas las máquinas motrices de la central. En función de la altura del salto y del caudal de agua se utilizan diferentes tipos de turbinas. Las más importantes son las: Pelton, Francis y Kaplan.

La tensión obtenida es igual o inferior a 20kV. Con los transformadores se eleva a la tensión adecuada para su transporte. En la Subestación de elevación, la central se conecta a la red de transporte. Este transporte se realiza mediante las líneas de alta tensión. ( 230 kV)

La mayoría de las centrales están interconectadas a través de la red de transporte, por tanto, han de estar sincronizadas para tal que sus aportaciones de energía sean compatibles.

SUBESTACION DE ELEVACION

• Clientes regulados•Centrales de Generación hidráulica•Potencia Instalada•Producción de energía•Pérdidas de energía•Central Paute