Download - Clase de Captacion y Conducción
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
1/38
Curso: Centrales Eléctricas I .
Ing. Niko Alain Alarcón Cueva
GESTOR DE PRODUCCIÓN HIDRÁULICA Y ERNC
EDEGEL
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
2/38
2
4
3
6
Presa – Embalse.
Cuando hablamos de presas y embalse como conjunto o empaquetado paradividir las centrales hidráulicas nos referimos a:
Embalse.
Presa y aliviaderos.
Tomas y depósito de carga.
Canales, túneles y galerías.
Tuberías forzadas.
Chimeneas de equilibrio.
De la relación indicada, no quiere decir que en una misma central concurran todos ycada uno de los componentes mencionados, pues si bien es cierto que, algunos de
ellos, son imprescindibles, otros, sin embargo, pueden intervenir o no, dependiendo
principalmente de las características del asentamiento de la instalación.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
3/38
3
4
3
6
Sin ánimo de pretender realizar una exhaustiva exposición
teórica de todos los términos hidráulicos, hacemos una reseñade aquellos que son utilizados con mayor frecuencia en el
tratamiento de los temas que nos ocupan, a fin de tener un
recordatorio de los mismos, en lo que a definiciones y fórmulas
se refiere.
Destacamos los conceptos de:
Nivel.
Cota.
Caudal. Aforo.
Carga.
Pérdida de carga.
Salto de agua.
Conceptos hidráulicos
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
4/38
4
4
3
6
Nivel y cotaPor nivel entendemos la horizontalidad
constante de la superficie de un terreno,
o la que adquiere la superficie libre de
los líquidos. También interpretamos
como tal, la altura o altitud de dichas
superficies o de un punto cualquiera
respecto de otro u otros puntos de
referencia. Los continuos cambios de
horizontalidad, representan sucesivos
cambios de nivel o desniveles entresuperficies. Recibe el nombre de cota, el
valor de la altura a la que se encuentra
una superficie o punto respecto del nivel
del mar.
Conceptos hidráulicos
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
5/38
5
4
3
6
Caudal
Recordemos que caudal, al que llamamos gasto cuandose trata de un orificio, es la cantidad de líquido expresada
en metros cúbicos o en litros,, que circula a través de cada
una conducción abierta o cerrada en la unidad de tiempo
Conceptos hidráulicos
Fórmula:En la que:
Q = caudal en metros cúbicos por segundo
(m3/s).Siendo 1 m3 = 1 000 litros.
S = sección en metros cuadrados (m2).v = velocidad del líquido en m/s, a través de la sección
considerada. En definitiva, el espacio recorrido por la
masa líquida a partir de dicha sección, en la unidad de
tiempo.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
6/38
6
4
3
6
Aforo
Se denomina aforo, a la operación mediante la que se mide el valor de uncaudal. Las mediciones se pueden efectuar en función de la sección del
conducto, de la velocidad media del líquido, de la altura de lámina o calado,
de la presiones en determinados puntos, etc.
Según la naturaleza de la conducción, existen distintos procedimientos para
realizar un aforo. El más sencillo, consiste en dividir la capacidad de un
recipiente por el tiempo que tarda en llenarse. Las medidas de gran
complejidad, relacionadas con los caudales que circulan por ríos y canales,
se obtienen por medio de flotadores, cronometrando el tiempo que tardan
en recorrer una distancia prefijada; y también utilizando vertederos de
secciones conocidas.
Para la determinación de caudales se emplean aparatos tales como tubosVenturi y de Pitot
Conceptos hidráulicos
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
7/38
7
4
3
6
Conceptos hidráulicos
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
8/38
8
4
3
6
Conceptos hidráulicos
Salto de aguaDenominamos de tal modo, al paso brusco o caída de masas de aguadesde un nivel, más o menos constante, a otro inmediatamente inferior.
Numéricamente se identifica por la diferencia de cota, o de nivel, lo que
llamamos altura de salto o salto simplemente, cuyo valor se da en metros
Salto d e agua (Ejemplo : 684m – 599m = 85m ).
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
9/38
9
4
3
6
Conceptos hidráulicos
Partiendo de la energía potencial del agua almacenada o estancada en el
embalse, en el instante que las masas de líquido saltan o descienden de un
nivel superior a otro inferior, a través de conducciones dispuestas a tal fin,aquella se transforma en energía cinética que, a su vez, se transforma en
energía mecánica por medio de la turbina. La presencia de dichas
manifestaciones de energía, la cinética y la mecánica, se hace patente por el
trabajo hidráulico obtenido, como resultado de la caída de las masas de agua
recorriendo unos espacios definidos; peso de las masas de agua, en kg, por
altura del salto, en m; el cual se transforma en el trabajo mecánico conseguidoen el eje de la máquina.
Ahora bien técnicamente, es más lógico referirse a potencias suministradas, así
podemos hablar de potencia de un salto o potencia de una turbina, cuyos
valores son prácticamente los mismos si prescindimos de conceptos tales
como pérdidas de carga, rendimientos, etc.
En la que:
P = potencia en CV.
Q = caudal en m3/s.
H = altura del salto en m.
1 000 = cantidad de litros de agua (ó kg) en un m3.
75 = proviene de la equivalencia existente entre el CV y el
kgm/s, como unidades de potencia.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
10/38
10
4
3
6
Conceptos hidráulicos
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
11/38
11
4
3
6
Conceptos hidráulicos
Salto brutoSe conoce como salto real o salto total, representándose con la letra H.En valor numérico equivale a la diferencia entre el nivel de la superficie
del agua embalsada y el nivel, aparentemente uniforme, de la corriente de
agua que se establece una vez que ésta ha recorrido todas las
conducciones que salvan el salto de agua.
Salto útilTambién denominado salto neto. Lo identificamos con la letra H’.
Corresponde a un valor menor que el del salto bruto, ya que se obtiene
restando de éste todas las pérdidas de carga o altura J que se originan
en la totalidad del recorrido
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
12/38
12
4
3
6
Conceptos hidráulicos
Dichas pérdidas se deben a las turbulencias y rozamientos del agua enlas entradas de las tuberías, paredes de todo tipo de conducción,
válvulas, codos, ángulos, cambios de sección y orificios de salida, etc.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
13/38
13
4
3
6
CAPTACIÓN
Las obras de captación por derivación a filo de agua, captan el recurso delafluente sin almacenamiento, aprovechando el caudal que hay en el
momento dado.
Estas obras deben cumplir las siguientes condiciones:
• Con cualquier calado del rio deben captar una cantidad prácticamenteconstante de caudal.
• Deben impedir al máximo la entrada a la conducción de material solido,
flotante o en suspensión y hacer que este siga por el cauce.
• Satisfacer las condiciones mínimas de seguridad.
• La obra de conducción debe disponer de una estructura de retención,
que garantice una cota de nivel con cualquier caudal del rio, una obra detoma, para la captación del caudal de diseño, acompañada de una rejilla,
que evita el paso de material solido flotante y una obra de lavado de
material solido en la estructura de retención.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
14/38
14
4
3
6
Embalse
La idea de embalse está suficientemente comprendida, no obstantevamos a hacer las siguientes puntualizaciones.
Un embalse, resulta de almacenar todas las aguas que afluyen del
territorio sobre el que está enclavado, identificado como cuenca vertiente,
con el fin de poderlas encauzar para una adecuada utilización según las
necesidades exigidas por la instalación.
Conviene recordar que se llama cuenca de un río, a la superficiereceptora de las aguas caídas que lo alimentan; bien por el libre discurrir
de éstas sobre el suelo, proceso de escorrentía inmediata, o por
infiltraciones. Dicha superficie se mide en kilómetros cuadrados (km2),
referidos a la proyección horizontal de la misma.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
15/38
15
4
3
6
Capacidad útilSe refiere a la capacidad de agua embalsadapor encima de la entrada de agua hacia la
central.
En definitiva, se trata del volumen de agua
disponible para cubrir la demanda de la
instalación para la que se destina el embalse.
Capacidad totalTotalidad del volumen de agua acumulada, es
decir, la útil más la no utilizable.
La capacidad de un embalse, se expresa en:
Metros cúbicos (m3).
Hectómetros cúbicos (hm3).
En todo embalse existen pérdidas de agua,
debidas a causas naturales, como son la
evaporación producida en la superficie y las
filtraciones originadas a través del terreno.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
16/38
16
4
3
6
PRESAEs una construcción que se alza
sobre el suelo del rio y perpendicular
a su dirección, para que permita la
derivación o el almacenamiento del
agua.Dependiendo de las características
orográfica y de su emplazamiento,
se escogerá entre una configuración
u otra.
Presa es toda estructura que actúacomo barrera, interrumpiendo la libre
circulación del agua a través de sus
cauces normales, dependiendo su
configuración de la orografía del lugar
de asentamiento.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
17/38
17
4
3
6
Se construyen para conseguir una doble finalidad:
1. Obtener una elevación del nivel del agua, formandoun desnivel en el cauce de un río, que hemos
denominado salto. Cuanto más elevada sea la altura de
éste, mayores podrán ser las potencias obtenidas en la
central alimentada por el mismo.
2. Crear un depósito, de grandes dimensiones, paraalmacenar y regular la utilización del agua,
constituyendo en definitiva el embalse propiamente
dicho, cuya capacidad de volumen de agua embalsada
está en función de las alturas de agua alcanzadas.
Una de las principales aplicaciones, para la que se
destinan las presas, es la producción de energía
eléctrica, si bien se utilizan en otras funciones vitales,
como son el abastecimiento de agua a poblaciones,
riegos, regulación y distribución de caudales en
determinadas cuencas, etc.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
18/38
18
4
3
6
Clasificación de las presaLas presas se dividen según la aplicación
de las mismas, los materiales empleados.
Según la aplicación:
Presas de derivaciónLa presa de derivación o barraje tiene por
objeto levantar el nivel del agua en la
toma, a fin de garantizar la derivación
requerida, aun durante los mayores
estiajes, y proteger el lugar de la
derivación para evitar interrupciones delservicio por erosión durante las grandes
riadas.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
19/38
19
4
3
6
Presas de embalseEsta presa, además de obtener
elevación del nivel del agua para
producir un salto, tiene por objeto el
almacenamiento de agua para la
regulación del caudal. Por lo generalno están dispuestas para que las
aguas viertan por encima, sino que
tienen construcciones laterales,
denominados aliviaderos de
superficie que sirve para devolver elagua excedente al cauce del rio
aguas debajo de la presa.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
20/38
20
4
3
6
Según los materiales empleados:
Presas de materiales sueltos o presasde tierra.El terrero requerido para su construcción
debe ser de gran impenetrabilidad al agua.
Esto se logra mediante una pantallaimpermeable en el paramento de aguas
arriba (superficie en contacto con el agua).
Presas hormigón.Se trata de presas construidas con
hormigón en masa, cemento y grava
exclusivamente. Existen otras que utilizan
hormigón armado, mediante barras de
acero. Actualmente, es la forma mas
utilizada en la construcción de presas.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
21/38
21
4
3
6
• Presa y Compuertas
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
22/38
22
4
3
6
• Para el proceso de generación seutilizan las compuertas deregulación donde se aprovechaun caudal de 82 m3/seg. paraobtener los 150 MW.
• Para el sistema de control de lascompuertas en la toma Tulumayo
tenemos varios niveles demando:• Local manual (desde las
electroválvulas en el sistemaOleodinámico)
• Local centralizado (con lospulsadores del tablero de mandoconvencional)
• Local Automático (desde el paneldel PLC)
• Remoto (desde la Casa demáquinas)
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
23/38
23
4
3
6
TOMA DE AGUA
Son construcciones cuya función
principal es la captación de una
cantidad constante de agua, sobre
todo en época de estiaje, lo cual
permite el ingreso del agua en el
conducto que la lleva hacia lastuberías forzadas.
Estas tomas además de una
compuertas para regular la cantidad
de agua que llega a las turbinas,
poseen unas rejillas metálicas que
impiden que elementos extrañoscomo troncos, ramas, etc., impiden
llegar a los álabes y producir
desperfectos.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
24/38
24
4
3
6
ALIVIADEROS
Los aliviaderos o vertederos son estructuras que facilitan la
evacuación de caudales de agua excedentes o superiores a los
que se desea captar. Durante las crecidas, los caudales
excepcionales serán evacuados por los vertederos. Si dichos
caudales llegan a ingresar en el sistema podrían generar
problemas de imprevisibles consecuencias.
Los aliviaderos cumplen de esta manera, una valiosa función de
protección y seguridad
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
25/38
25
4
3
6
Desarenador El desarenador es una obrahidráulica, que sirve para sedimentar
partículas, de material
solido suspendidas en el agua, de la
conducción.
Las partículas se mantienen en
suspensión debido a que la velocidad
de entrada en la bocatoma es elevada
y suficiente para arrastrar partículas
solidas; en especial durante las
crecidas puede entrar gran cantidadde sedimentos.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
26/38
26
4
3
6
La velocidad del agua en el desarenador depende del ancho (B) y alto (H) del
mismo.
Para la decantación apropiada de las partículas que trae el agua, su velocidad
tiene que estar en el rango de :(0,2m/s < V > 0,3m/s)
La longitud del desarenador se calcula con la siguiente formula:
L= ( V. H. td) . Fs
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
27/38
27
4
3
6
Al no disponer de esta obra genera danos en las obras,
algunos de ellos son:
• Disminución de la sección de la conducción (canal) por sedimentación;
esto conlleva a aumentar el mantenimiento de la obra.
• Disminución de la capacidad del tanque de carga por acumulación de
material solido, debido a la sedimentación, ocasionada por la baja velocidad
existente en esta obra.• Cuando mayor es la velocidad de las partículas, estas desgastan mas
rápidamente la tubería y las turbinas, disminuyendo considerablemente su
vida útil.
El propósito del desarenador consiste en eliminar partículas de material
solido suspendidas en el agua de la conducción. Estas están suspendidasen la conducción por la velocidad del agua, para que ellas se decanten se
disminuye su velocidad,
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
28/38
28
4
3
6
• Compuerta de sedimentación.
• Transición de entrada
• Transición de salida o vertedero.
• Cámara de sedimentación.
• Compuerta de purga.
• Canal directo.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
29/38
29
4
3
6
6. COMPUERTAS
Las compuertas se utilizan para cerrar las conducciones de agua, así
como para regular el caudal de esta en dichas conducciones. En los
aprovechamientos hidroeléctricos, las compuertas se sitúan en las
tomas de agua, en los desagües de fondo, en los canales de
derivación, etc.
Las compuertas utilizadas en todos los sitios indicados son de las
mismas características constructivas; únicamente hay que tener en
cuenta que las compuertas sometidas a grandes presiones ( por
ejemplo, en las tomas de agua) habrán de ser de construcción mas
robusta.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
30/38
30
4
3
6
COMPUERTAS REPRESA TULUMAYO
Clapeta 125 m3/seg
Clapeta 1 Compuerta
Radial de
Superficie 1
240 m3/seg
Compuerta
Radial de
Superficie 2
240 m3/seg
Compuerta
Radial de
Superficie 3
240 m3/seg
Clapeta 1
Compuerta
Radial de
Fondo
1
350 m3/seg
Clapeta 2
Compuerta
Radial de
Fondo 2
350 m3/seg
Compuerta
Radial de
Fondo 3
350 m3/seg
Desgravador 12 m3/seg
Compuerta
de
Regulación 2
Compuerta
de
Regulación 1
M220 VACSistema
Oleohidrá
ulico 1
Sist. De
Control
ALIVIADERO N° 1 ALIVIADERO N° 2
DC
Casa
M áquinas
M220 VACSistema
Oleohidrá
ulico 2
Sist. De
Control
DC
Casa
M áquinas
1329.00
1314.00
1323.50
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
31/38
31
4
3
6
Cámara de carga
Por sus características, la cámara de presión son estructuras que unen unsistema de baja presión con uno de alta presión, caracterizados por tener
velocidades diferentes. Bajo estas condiciones, ellos deben ser
dimensionados para condiciones
criticas de operación, que son: el arranque rápido y la parada brusca;
momentos en los cuales cambia la velocidad del caudal, originando ondas
de oscilación que pueden ser positivas o negativas “golpe de ariete”; yafecta directamente la galería de presión. Por tal motivo deben ser
amortiguadas en la cámara de presión.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
32/38
32
4
3
6
CANALES, TUNELES Y GALERIAS DE
CONDUCCIONEstas denominaciones se emplean para referirse a lasdiferentes clases de conductos artificiales, construidos
para conducir el agua desde la toma de captación
hasta el comienzo de la tubería forzada, según el tipo deinstalación.
Canal de derivación
En las centrales hidroeléctricas de pasada se utilizancanales de derivación para conducir el agua desde la
obra de toma hasta la cámara de carga.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
33/38
33
4
3
6
Túneles y galerías de aducción
Toda derivación para una centralhidroeléctrica, tomada desde un
embalse, se hace por tuneles o
galerías a presión, que conducen
en agua desde la toma en la presa
hasta la chimenea de equilibrio. Lostúneles y galerías constituyen
conductos cerrados subterráneos
que toleran la presión del agua, la
cual origina el desplazamiento de
liquido, con independencia de las
pendientes, descentende o
ascendentes. La construcción de
todos estos conductos suele ser de
hormigón en masa o armado.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
34/38
4
3
6
CHIMENEA DE EQUILIBIRIOUna chimenea de equilibrio
debe estar situada el trayecto
de la tubería lo mas cerca
posible de las turbinas. En
toda instalación que esteconstituida por una galería de
presión y que termine en una
tubería forzada que conduce
el agua a las turbinas, se
construye al final de lagalería una chimenea de
equilibrio, que es, en esencia,
un pozo vertical o inclinado
abierto por la parte superior.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
35/38
4
3
6
CHIMENEA DE EQUILIBIRIOUna chimenea de equilibrio
debe estar situada el trayecto
de la tubería lo mas cerca
posible de las turbinas. En toda
instalación que este constituidapor una galería de presión y
que termine en una tubería
forzada que conduce el agua a
las turbinas, se construye al
final de la galería una
chimenea de equilibrio, que es,
en esencia, un pozo vertical o
inclinado abierto por la parte
superior.
a Callahuanca
Presa ShequeVálvula Mariposa
Casa deMáquinasCaverna
Presa Huinco
Túnel de Aducción
Tuberíade Presión
Entrada Caverna C.H.Huinco
Central
Huinco247,3 MW
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
36/38
36
4
3
6
CHIMENEA DE
EQUILIBIRIOTiene por objeto
menguar, al máximo, las
consecuencias
perjudiciales que
originan los golpes deariete.
Golpe de ariete positivo
(sobrepresión).
Golpe de ariete negativo
(sub-presión).
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
37/38
37
4
3
6
GOLPE DE ARIETE
Se denomina golpe de ariete a la variación de
presión en una tubería forzada, por encima o por
debajo de la presión normal de trabajo,
provocando por el cierre o apertura rápida de las
válvulas. La acción del golpe de ariete puedeatenuarse o incluso impedirse si se acciona lenta,
y de manera progresiva, las válvulas y,
principalmente, a través del emplazamiento de
chimeneas de equilibrio o cámaras de carga, deacuerdo con la configuración de las centrales. Se
diferencias golpes de ariete positivos y golpes de
ariete negativos.
-
8/18/2019 Clase de Captacion y Conducción
38/38