energía hidraulica

MSC. ING. JORGE LUIS ROJAS ROJAS

INGENIERÍA ENERGÉTICA

Módulo: II Unidad: III Semana: 5

LA ENERGÍA HIDRÁULICA,

MAREOMOTRIZ Y

UNDIMOTRIZ

10/04/2015 MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS

ORIENTACIONES

En este quinto capitulo se conocerá el origen

de la energía hidráulica, mareomotriz y

undímotriz, su definición y aplicaciones.

Además conoceremos las tecnologías de

transformación de energía eléctrica a partir

del agua.

10/04/2015

MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS

CONTENIDOS TEMÁTICOS

10/04/2015

• Energía hidráulica.

• Aspectos económicos.

• Ventajas y desventajas

• La energía Mareomotriz

• Ventajas y desventajas

• Origen e intensificación de olas y mareas.

• Generación de energía eléctrica.


LA ENERGÍA HIDRÁULICA


LA ENERGÍA HIDRÁULICA

Es una energía renovable que se basa

en aprovechar la caída del agua

desde cierta altura. La energía

potencial, durante la caída, se

convierte en energía cinética.

Ha sido utilizada durante mucho

tiempo para moler trigo, pero fue

con la Revolución Industrial, cuando

comenzó a tener gran importancia

con la aparición de las ruedas

hidráulicas para la producción de

energía eléctrica.

FUNCIONAMIENTO El agua se transporta por unos conductos o

tuberías, forzadas controlados con válvulas para

adecuar el flujo de agua por las turbinas con

respecto a la demanda de electricidad. El agua

sale por los canales de descarga.

Su energía potencial se convierte en energía

cinética llegando a las salas de maquinas, que

albergan las turbinas hidráulicas y a los

generadores eléctricos.

FUNCIONAMIENTO

Centrales de agua fluente: No cuentan prácticamente con reserva de agua. En la

temporada de precipitaciones abundantes (de aguas

altas), desarrollan su potencia máxima y dejan pasar

el agua excedente.

CLASIFICACIÓN DE LAS C. H.

Durante la época seca

(aguas bajas), la

potencia disminuye en

función del caudal,

llegando a ser casi

nulo.

Centrales de Agua Embalsada: Se alimenta del agua de grandes lagos o de

pantanos artificiales (embalses), conseguido

mediante la construcción de presas.


Centrales de Bombeo: Puede ser de dos tipos, de turbina y bomba, o de

turbina reversible.

La alimentación del generador que realiza el bombeo desde aguas abajo, se puede realizar desde otra central hidráulica, térmica o nuclear.


Centrales de Media Presión: Aquellas que poseen saltos hidráulicos de entre

20 - 200 metros aproximadamente. Utilizan caudales de 200 m3/s por turbina, en valles de media montaña, dependen de embalses.

Centrales de Alta Presión: Situadas en zonas de alta montaña, y

aprovechan el agua de torrentes, por medio de conducciones de gran longitud.


Centrales de Baja Presión: Sus saltos hidráulicos son inferiores a 20m.

Cada maquina se alimenta de un caudal que puede superar los 300 m3/s.

Las turbinas hidráulicas pueden ser de varios tipos,

según los tipos de centrales: Pelton (saltos grandes

y caudales pequeños), Francis (salto mas reducido y

mayor caudal), Kaplan (salto muy pequeño y caudal

muy grande) y de Hélice.

TURBINAS HIDRÁULICAS

TIPOS DE TURBINAS HIDRÁULICAS

Turbina de acción

- Turbina pelton de 1 o mas inyectores.

- Turbinas turgo.

- Turbina michell-banki.

Turbina de Reacción

- Bomba rotodinamica operando como turbina.

- Turbina Francis en sus variantes: lenta, normal y rápida.

- Turbina deriaz.

- Turbina kaplan y de hélice.

- Turbina axiales en sus variantes: tubular, bulbo y de

generador periférico.

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

COMPARACIÓN - COSTOS DE ENERGÍA

EL POTENCIAL HIDROELÉCTRICO

NACIONAL De acuerdo al estudio realizado por GTZ el potencial

hidroeléctrico peruano en masa anual es de 2,044 (Km3/año)

y en caudal es de 64,800 (m3/año). El recurso hídrico

nacional por caudal se encuentra en su mayoría en la

vertiente del Atlántico, la que representa el 97.8% del total y

en menor proporción en las vertientes del Pacífico y del

Titicaca, las que tienen una participación del 1.7% y 0.5%,

respectivamente.

En este estudio se evalúo el potencial hidroeléctrico técnicamente factible en las

cuencas y se determinó los costos de 800 proyectos, dentro de los cuales se

seleccionaron 548 y se examinaron 2,182 alternativas a nivel de pre diseño;

posteriormente se definieron 328 alternativas como teóricamente realizables

encontrándose que estas contarían con un potencial teórico superior a 200,000

MW y con un potencial técnico de 58,937 MW y 395,118 GWh. Finalmente, se

priorizó para analizar en mayor

detalle los siguientes 10 proyectos.

Los resultados de la investigación consideran que la información hidrológica es muy

pobre debido al número de estaciones, la discontinuidad en los registros y la

deficiente calidad de la información disponible. Del mismo modo, al evaluar los

resultados de los proyectos a la fecha, especialistas como el ingeniero Miguel

Suazo Giovannini señalan que los proyectos con costos inferiores a

US$1,000 sin incluir líneas de transmisión alcanzan en conjunto una potencia de

29,447 MW, de los cuales los proyectos con potencia menor a 500MW suman

16,518 MW de potencia, destacando los proyectos Ucayali y Marañón con

participaciones de 43.5% y 26.6%, respectivamente.

Este especialista concluye y señala como temas a tener en cuenta los

siguientes alcances:

• Para promover la inversión en centrales hidroeléctricas es necesario contar

con un inventario actualizado de manera periódica a fin de poder explotar el

potencial hidroeléctrico existente. Para lo cual es necesario priorizar la

recolección de información estadística.

• De los proyectos analizados por GTZ, se encontró que de los que poseen una

potencia mayor a 500 MW y costo menor US$1,000 ninguno cuenta con

información básica suficiente.

• La red hidrometeorológica controlada por Electro Perú para los proyectos

energéticos con potencia mayor a 500MW ha sido puesta fuera del servicio en

forma total desde el año 2001. Actualmente no hay un proceso de recopilación

de información estadística fundamental relativa a la mecánica fluvial, el arrastre

de sedimentos, la sismología y al medio ambiente.

• La carencia de registros actualizados podría ser considerada como una

barrera para el acceso de los proyectos al financiamiento por organismos

financieros, pues uno de los requisitos es contar con registros de al menos 35

años de buena calidad y en forma continua. Por ello, la obtención de esta

información debe estar en las políticas de desarrollo del estado.

IMPACTOS AMBIENTALES POTENCIALES Principalmente:

La construcción y operación de la represa y el embalse constituyen la fuente

principal de impactos del proyecto hidroeléctrico. Los proyectos de las

represas de gran alcance pueden causar cambios ambientales irreversibles,

en una área geográfica muy extensa; por eso, tienen el potencial de causar

impactos importantes. Ha aumentado la crítica de estos proyectos durante la

última década. Los críticos más severos sostienen que los costos sociales,

ambientales y económicos de estas represas pesan más que sus beneficios y

que, por lo tanto, no se justifica la construcción de las represas grandes.

Otros mencionan que, en algunos casos, los costos ambientales y sociales

puede ser evitados o reducidos a un nivel aceptable, si se evalúan,

cuidadosamente, los problemas potenciales y se implantan medidas

correctivas que son costosas.

Los efectos indirectos de la represa incluyen los que se asocian con la construcción, el mantenimiento y el funcionamiento de la represa (p.ej., los caminos de acceso, los campamentos de construcción, las líneas de transmisión de energía) y el desarrollo de las actividades agrícolas, industriales o municipales que posibilita la represa. Además de los efectos directos e indirectos de la construcción de la represa sobre el medio ambiente, se deberán considerar los efectos del medio ambiente sobre la represa. Los principales factores ambientales que afectan el funcionamiento y la vida de la represa son aquellos que se relacionan con el uso de la tierra, el agua y los otros recursos en las áreas de captación aguas arriba del reservorio (p.ej., la agricultura, la colonización, el desbroce del bosque) que pueden causar una mayor acumulación de limos, y cambios en la cantidad y calidad del agua del reservorio y del río. Se tratan estos aspectos en los estudios de ingeniería.

- El proceso de transformación de la energía hidráulica en

eléctrica es «limpio», es decir, no produce residuos ni da

lugar a la emisión de gases o partículas sólidas que pudieran

contaminar la atmósfera.

- Las presas que se construyen para embalsar el agua

permiten regular el caudal del río, evitando de esta forma

inundaciones en épocas de crecida y haciendo posible el

riego de las tierras bajas en los períodos de escasez de

lluvias.

-El agua embalsada puede servir para el abastecimiento a

ciudades durante largos períodos de tiempo.

- Los embalses suelen ser utilizados como zonas de recreo y

esparcimiento, donde se pueden practicar una gran cantidad

de deportes acuáticos: pesca, remo, vela, etc.

VENTAJAS DE LA ENERGÍA HIDRÁULICA

DESVENTAJAS DE LA ENERGÍA

HIDRÁULICA - Los embalses de agua anegan extensas zonas de terreno, por lo

general muy fértiles y en ocasiones de gran valor ecológico, en

los valles de los ríos. Incluso, en algunos casos, han inundado

pequeños núcleos de población, cuyos habitantes han tenido que

ser trasladados a otras zonas: esto significa un trastorno

considerable a nivel humano.

- Las presas retienen las arenas que arrastra la corriente y que

son la causa, a lo largo del tiempo, de la formación de deltas en la

desembocadura de los ríos. De esta forma se altera el equilibrio,

en perjuicio de los seres vivos (animales y vegetales) existentes

en la zona.

-Al interrumpirse el curso natural del río, se producen graves

alteraciones en la flora y en la fauna fluvial.

GRÁFICOS MUNDIALES

VENTAJA ECONÓMICA

La gran ventaja de la energía hidráulica es la eliminación

de los costos de los combustibles. El costo de operar una

planta hidráulica es casi inmune a la volatilidad de los

combustibles fósiles como la gasolina, el carbón o el gas

natural. Además, no hay necesidad de importar

combustibles de otros países.

Las plantas hidráulicas también tienden a tener vidas

económicas mas largas que las plantas eléctricas que

utilizan combustibles. Estas plantas producen la misma

cantidad de dióxido de carbono en comparación con la

materia gris del planeta.

Este hecho es beneficioso para la salud.

LA ENERGÍA MAREOMOTRIZ



La diferencia de altura media de las mareas

según la posición relativa de la Tierra y la

Luna, puede aprovecharse interponiendo

partes móviles al movimiento natural de

ascenso o descenso de las aguas, junto con

mecanismos de canalización y depósito, para

obtener movimiento en un eje.

LA ENERGÍA MAREOMOTRIZ

VENTAJAS • La podemos encontrar en cualquier clima y

se puede usar en cualquier época del año.

• Es autorrenovable.

• Su aprovechamiento no contamina.

• Su explotación es económica en

comparación de otras energías.

• Silenciosa.

• Bajo costo de materia prima.

• No concentra población.


DESVENTAJAS

• Impacto visual y estructural sobre el

paisaje costero.

• Localización puntual.

• Dependiente de la amplitud de mareas.

• Traslado de energía aún muy costoso.

• Efecto negativo actualmente sobre la flora

y la fauna.

• Limitada.



Los recursos de las mareas son las variaciones que

se dan en el nivel del mar dos veces al día,

causadas, principalmente, por el efecto gravitacional

de la Luna, y en una menor medida, del Sol, en los

océanos del planeta. La rotación de la Tierra es

también un factor en la generación de las mareas. El

aprovechamiento de la energía de las mareas no es

un nuevo concepto y se ha venido usando desde, al

menos, el siglo XI en Inglaterra y Francia para el

almacenamiento en molinos de granos.

ORIGEN DE LAS OLAS Y MAREAS


ORIGEN DE LAS OLAS Y MAREAS

ESTIMACION DE LOS RECURSOS

MAREOMOTRICES


EFECTOS GRAVITACIONALES Y LA FUERZA

CENTRÍFUGA


Es esencial comprender los principios que producen el aumento de las

mareas para explicar la energía de las mismas. Si bien es complejo

alcanzar un conocimiento profundo de las interacciones que se

encuentran en juego, el origen de las mareas puede ser explicado en

términos generales investigando los efectos gravitacionales de la Luna y

el Sol en el océano y el efecto de las fuerzas centrífugas.

EFECTOS QUE CONTRIBUYEN A LA

INTENSIFICACION DE LAS MAREAS


La interacción de la Luna y la Tierra dan

como resultado que los océanos del planeta

crezcan hacia la Luna. En el lado opuesto de

la Tierra a la Luna, el efecto gravitacional

está parcialmente neutralizado por la Tierra,

resultando en una menor interacción y los

océanos ubicados en ese lugar se alejan de

la Luna, debido a las fuerzas centrífugas.

Esto es conocido como Marea Lunar. Esta

situación se complica por la interacción

gravitacional del Sol que resulta en un efecto

idéntico, de los océanos del planeta

creciendo y alejándose del Sol en los lados

adyacentes y opuestos de la Tierra. Este

fenómeno es conocido como Marea Solar.

MAREAS


En el océano las fuerzas de origen externo son producidas por el Sol y la

Luna. El Sol, por calentamiento, da lugar al movimiento del aire, es decir,

los vientos, y la Luna colabora en la generación de la marea, o sea que

produce el ascenso y descenso periódico de la superficie del mar. Los

movimientos del aire se originan con los cambios de temperatura. El Sol

calienta la Tierra, las aguas y el aire que la rodean, pero este

calentamiento no es uniforme.

El aire se calienta más en ciertas

partes del planeta que en otras. A

mayor calor el aire se torna más

liviano y se eleva, dando lugar a

zonas de bajas presiones.

CORRIENTES Y TORMENTAS


En el océano, las bahías y las lagunas adyacentes, las corrientes

se producen cuando el agua de una zona se encuentra más alta

que la de otra zona próxima. El agua de la zona más alta fluye

hacia la más baja, creando así una corriente.

Algunas de las causas de estas diferencias de alturas en el mar se

deben al viento, la marea, la rompiente y a las corrientes que

retornan hacia el mar desde la zona costera.

El viento, al soplar sobre el agua superficial, crea una "tensión"

sobre las partículas de agua e inicia el movimiento de ellas en la

dirección en la cual está soplando, creándose de este modo una

corriente superficial. Cuando una corriente de estas características

se dirige hacia la costa, el agua tiende a apilarse contra ella,

produciendo así una sobreelevación. Se ha comprobado que

durante tormentas violentas el viento puede elevar el nivel del mar

en varios metros.

CARACTERISTICAS DE LAS PLAYAS


Una playa se caracteriza por las dimensiones medias de las

partículas de arena que la componen, por el rango y la

distribución de las dimensiones de dichas partículas, por la

altura y ancho de la berma, por la pendiente de la anteplaya

y por la pendiente general de la costa interior y la zona

frontal de la playa.

Por lo general, cuanto mayor es el tamaño del grano que

compone la arena, mayor será la pendiente de la playa, en

cambio, cuanto más fina es la arena menor será la

pendiente de la playa.

GENERACION ELECTRICA A PARTIR DEL SALTO

GENERADO EN PRESAS POR LAS MAREAS


La energía de las mareas presenta un potencial muy grande

para mejorar el transporte, debido al desarrollo de puentes

para automóviles y ferroviarios sobre estuarios, y la reducción

de las emisiones de gases que producen el efecto

invernadero, gracias a la utilización de la energía de las

mareas en reemplazo de los combustibles fósiles. Las

mareas pueden proveer una base de generación de energía

para desplazar a los combustibles fósiles y a las tecnologías

contaminantes que dañan directamente el medio ambiente.

Existen problemas con los sistemas de mareas que utilizan

grandes represas para su generación, sin embargo existen

otros métodos para generar energía de a partir de las mareas

que no requieren este tipo de grandes construcciones.

EL RECURSO


El World Offshore Renewable Energy Report 2002-2007

(Informe de la Energía Renovable Fuera de Costa Mundial

2002-2007), emitido por el DTI en el Reino Unido, señala

que existía un estimado de 3000GW de energía de las

mareas disponible (BWEA 2004). Sin embargo debido a la

naturaleza de este recurso, la cantidad de energía que se

puede obtener de las mareas varía según la ubicación y el

momento. El cambios de rendimiento del flujo y el reflujo de

cada día; también pueden variar en un factor de

aproximadamente cuatro a lo largo de un ciclo de marea de

primavera – marea muerta. De todas formas esta

variabilidad es altamente predecible tanto en el volumen

como en el momento, debido a la naturaleza de la física que

subyace a las mareas.

EL FUTURO DE LA ENERGIA DE LAS MAREAS


El futuro de la energía de las mareas parece

comenzar a brillar con el desarrollo de

tecnologías de generación de mareas que tienen

poco impacto en el medio ambiente, y que

además tienen costos de capital más bajos y por

lo tanto menores costos de producción. La

energía de las mareas parece estar comenzando

a ser una parte importante del futuro de la

energía sustentable.

EL FUTURO DE LA ENERGIA DE LAS MAREAS


TURBINA DE BULBO AXIAL


La turbina de bulbo axial, la cual se instala junto con

el generador eléctrico en un habitáculo en forma de

bulbo situado en el conducto de paso del agua.

TURBINA KAPLAN TUBULAR


La turbina Kaplan tubular, la cual se conecta al generador

que se encuentra en el exterior del conducto de flujo del

agua.

TURBINA DE ROTOR ANULAR

La turbina de rotor anular, la cual lleva integrado el

generador eléctrico alrededor del rodete de sus álabes,

constituyendo ambos una unidad compacta.


USO DE ESTE RECURSO EN EL MUNDO


IMPACTO AMBIENTAL


La energía mareomotriz tiene la cualidad de renovable, en

tanto que la fuente de energía primaria no se agota por su

explotación, y limpia, ya que en la transformación

energética no se producen subproductos contaminantes

gaseosos, líquidos o sólidos. Sin embargo, la limitación

para la construcción de estas centrales (localización puntual

y potencia limitada), no solamente se centra en el mayor

coste de la energía producida, sino, en el impacto ambiental

negativo que generan en algunos de los más ricos e

importantes ecosistemas, como son los estuarios y las

marismas.

ALGUNOS PROYECTOS


10/04/2015

BIBLIOGRAFIA

10/04/2015

MSc. Ing. Jorge Luis Rojas Rojas

1. J. lebrún Madge. El poder del gas, el impacto de la

energía en desarrollo mundial. (Autor-editor). Lima 2008.

2. Balance Nacional de Energía 2010 (BNE-2010).Ministerio

de Energía y Minas.

3. V. Daniel Hunt. Diccionario de energía. Ed. Mc. Laughin

research corporation. Ed. Marcombo. S.A. Barcelona

1984.

4. Douglas M. Considine. Tecnología del gas natural. Ed.

Marcombo. S.A. Barcelona 1984.

5. Tecsup. Instaladores Internos de Gas. Lima Agosto 2009.

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10/04/2015

MSc. Ing. Jorge Luis Rojas Rojas

6. Procobre Perú. Instalaciones de Gas Natural y gas en

baja presión. Chile 2000.

7. Marks. Manual de Ingeniero Mecánico Tomo I. Editorial

McGraw Hill. México 1999.

8. Luis Cáceres Graziani. El gas natural. Editorial Grupo S.

R. L. Lima.

BIBLIOGRAFIA

GRACIAS

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LA SIGUIENTE SESIÓN DESARROLLAREMOS

LA BIOMASA

10/04/2015

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