UNIVERSIDAD CESAR VALLEJOFACULTAD DE INGENIERÍA

ESPECIALIDAD DE INGENIERIA MECANICA

DOCENTE: MG. ING. CHUCUYA HUALLPACHOQUE ROBERTO CARLOS

Nvo. Chimbote – Ancash - Perú

2013

ÍNDICE

1

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

INTRODUCCIÓN

OBJETIVO GENERAL

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

I CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

1.1. CENTRAL HIDROELÉCTRICA 5

1.2. CENTRALES HIDROELECTRICAS EN EL PERÚ 6

A. EL SISTEMA INTERCONECTADO CENTRO NORTE 6

B. EL SISTEMA INTERCONECTADO SUR 7

1.3. LAS VENTAJAS DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS 8

1.4. DESVENTAJAS 8

1.5. TIPO DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS 9

1.5.1. CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE PASADA 9

1.5.2. CENTRAL HIDROELÉCTRICA CON EMBALSE DE RESERVA 10

1.5.3. CENTRALES HIDROELÉCTRICAS DE BOMBEO 14

1.6. PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA 16

A. LA PRESA 16

B. PRESA DE TIERRA 17

C. PRESA DE HORMIGÓN 17 DE GRAVEDAD 17

DE BÓVEDA 18

D. LOS ALIVIADEROS 18

E. TOMAS DE AGUA 19

F. CASA DE MÁQUINAS 21

G. TURBINAS HIDRÁULICAS 26

H. RUEDA PELTON 26

I. TURBINA KAPLAN 29

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

INTRODUCCIÓN2

Como futuros ingenieros civiles es importante conocer los temas de Centrales

hidroeléctricas, como aprovechar nuestro recurso hídrico respetando el medio

ambiente, previo un proceso de estudio de impacto ambiental, que será aplicado en

campo de la hidrología, por tal razón se profundizo el tema como trabajo de

investigación.

El aprovechamiento del recurso hídrico para la generación de energía comenzó en

tiempos antiguos con el uso de ruedas hidráulicas muy rudimentarias pero que

permitían la producción de fuerza motriz para aliviar el trabajo manual del hombre.

Fuerza motriz primero y energía eléctrica después fueron los productos energéticos,

con que el recurso hídrico contribuyó, y lo continúa haciendo en la actualidad, con el

progreso económico y la mejora de la calidad de vida de la población.

El proceso de conversión del recurso hídrico más difundido en la actualidad es la

producción de energía eléctrica.

El desarrollo de la tecnología ha permitido alcanzar altísimos niveles de eficiencia en la

conversión de la energía hidráulica en energía eléctrica así como la instalación de

grandes módulos de producción eléctrica. Basta como ejemplo mencionar el caso de

la central hidroeléctrica Itaipú cuya potencia instalada de 12.600 MW es mayor que la

demanda máxima del Sistema Argentino de Interconexión en 1999.

En nuestro país la Central Hidroeléctrica del Mantaro es la más grande e importante

del Perú. Esta majestuosa obra está ubicada en el distrito de Colcabamba, provincia

de Tayacaja. Produce 798 Mw, con una caída neta de 748 m también con turbinas

Pelton y representa aproximadamente el 40% de la energía del país y alimenta al 70%

de la industria nacional que está concentrada en Lima.

En 1945 y 1961 se dio el gran aprovechamiento del recurso hídrico del rio Mantaro.

Luego de intensa investigación, Antúnez de Mayolo presentó el estudio para la

explotación hidroeléctrica de la llamada primera curva del río Mantaro, en la provincia

de Tayacaja, Huancavelica; y se realizaron diversos estudios preliminares, a cargo de

consultores de EEUU, Japón y la República Federal Alemana, quienes confirmaron el

planteamiento de Antúnez de Mayolo.

La Cuenca Hidrográfica, debido a la variación del caudal del río Mantaro entre las

épocas de estiaje y de lluvias, se hace necesaria la construcción de obras de

regulación con el objeto de minimizar el riesgo de escasez de agua y al mismo tiempo

optimizar el uso de la capacidad instalada del complejo.

3

OBJETIVO GENERAL

Analizar y comprender las centrales hidroeléctricas que generan energía eléctrica

limpia y renovable desde el punto de vista hidráulico

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Aprovechar el recurso hídrico para generar energía eléctrica

Obtener energía eléctrica partir de un recuro renovable y limpia como es el agua

Analizar y comprender el funcionamiento de las centrales hidroeléctricas

Aprovechar las cuencas de una cordillera para la construcción de una central

hidroeléctrica mediante de un estudio de impacto ambiental

Conocer las ventajas y desventajas de una central hidroeléctrica

Describir y conocer los componentes, diseño y parámetros de las centrales

hidroeléctricas.

4

I CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

1.1. CENTRAL HIDROELÉCTRICA

Una central hidroeléctrica es aquella que genera electricidad mediante el

aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada de una presa situada a

más alto nivel que la central.

El agua es conducida mediante una tubería de descarga a la sala de maquinas de la

central, donde mediante enormes turbinas hidráulicas se produce la generación de

energía eléctrica en alternadores

La función de una central hidroeléctrica es utilizar la energía potencial del agua

almacenada y convertirla, primero en energía mecánica y luego en eléctrica.

El esquema general de una central hidroeléctrica puede ser: Esquema Central

Hidroeléctrica

Un sistema de captación de agua provoca un desnivel que origina una cierta energía

potencial acumulada. El paso del agua por la turbina desarrolla en la misma un

movimiento giratorio que acciona el alternador y produce la corriente eléctrica.

5

1.2. CENTRALES HIDROELECTRICAS EN EL PERÚ

La electricidad se genera de distintas fuentes como la hidráulica, geotérmica, eólica,

atómica, solar y térmica, donde se utiliza el carbón, el petróleo y el gas natural, que

son recursos no renovables.

En nuestro país se utiliza el gran potencial hídrico de los ríos, lagos y lagunas para

generar la electricidad que utilizamos. Esta generación hidroeléctrica representa el

60% del total de nuestra electricidad. El otro 40% lo generan las centrales térmicas,

que trabajan con la fuerza del vapor y cuyo combustible principal es todavía el

petróleo.

Las Centrales Hidroeléctricas de nuestro país están agrupadas en dos sistemas

eléctricos:

A. EL SISTEMA INTERCONECTADO CENTRO NORTE.

Es el de mayor capacidad, ya que genera casi 3 mil megawatts. Abastece a las

principales ciudades del país como: Piura, Chiclayo, Trujillo, Chimbote, Huaraz,

Huánuco, Tingo María, Cajamarca, Huancayo y Lima. La principales centrales

hidroeléctricas que componen este sistema son:

1. Carhuaquero: Ubicada en Cajamarca, aprovecha las aguas del río Chancay y

cuenta con una caída neta de 475 m para generar 75 Megavatios (Mw). Fue

puesta en servicio en 1988 y pertenece a la empresa EGENOR S.A.

2. Cañón del Pato: Ubicada en Ancash, a 120 Km. de Chimbote en la provincia de

Huaylas, utiliza las aguas del río Santa aprovechando una caída de 395 m y

generando 154 Megawatts (Mw). Fue puesta en servicio en dos etapas: 1958 y

1981 respectivamente. Pertenece también a EGENOR S.A.

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3. Gallito Ciego: Ubicada en la provincia de Contumazá, en Cajamarca. Genera

34 Megawatts. Ha sido entregada en concesión definitiva a la empresa

Cementos Norte Pacasmayo.

4. Central Hidroeléctrica Santiago Antúnez de Mayolo: Ubicada en el

departamento de Huancavelica, provincia de Tayacaja. Produce 798 Mw, con

una caída neta de 748 m también con turbinas Pelton. Fue puesta en servicio

en dos etapas 1973 y 1979 respectivamente.

5. Restitución: Esta central recibe las aguas ya utilizadas en la Central Antúnez

de Mayolo a través de una caída de 258 m generando 216 Mw. Fue puesta en

operación en 1984. Ambas componen el complejo hidroenergético más grande

del país y pertenecen a Electroperú S.A.

6. Cahua: Ubicado en Pativilca, al norte de Lima, aprovecha las aguas del río

Pativilca a través de una caída de 215 m produciendo 41 Mw. Fue puesta en

servicio en 1967 y abastece de electricidad a Huacho, Supe, Paramonga,

Pativilca y Barranca.

7. Huinco: Es la principal central hidroeléctrica de Lima. Su producción es de 262

Mw a través de 4 generadores. La cuenca hídrica que abastece a Huinco es

recogida de las lagunas de Marcapomacocha y Antacoto a 5 mil m.s.n.m. Las

aguas son derivadas a través de una caída neta de 1.245 m para ser

absorbidas por 8 turbinas Pelton. Fue puesta en operación en 1965. Además

de Huinco, otras centrales hidroeléctricas abastecen a la ciudad de Lima.

Todas ellas Pertenecen a la empresa EDEGEL S.A.:

Central Matucana: Construida en 1971 genera 120 Mw. con una caída de

980 m.

Central Moyopampa: Inaugurada en 1951 genera 63 Mw. con una caída de

460 m.

Central Callahuanca: Puesta en servicio en dos etapas 1938 y 1958

respectivamente y genera 71 Mw. con una caída de 426 m.

Central Huampaní: Puesta en servicio 1962, genera 31 Mw con una caída

de 185 m.

B. EL SISTEMA INTERCONECTADO SUR:

Suministra energía a una población de más de millones de habitantes. Entre las

principales ciudades que abastece están Arequipa, Cusco, Tacna, Moquegua, Juliaca,

7

Ilo y Puno. En este Sistema Interconectado con 711 kilómetros de líneas de

transmisión se hallan las siguientes centrales hidroeléctricas:

1. Charcani Ubicada en Arequipa, esta central es una de las más modernas del

país. Fue inaugurada en 1988. Genera 136.8 Mw con una caída de agua de

690 m y pertenece a la Empresa EGASA.

2. Machu Picchu: Ubicada en la provincia de Urubamba cerca a las ruinas de

Machu Picchu en el Cusco. Genera 110 Mw y su caída neta es de 345 m. Esta

Central trabaja con turbinas tipo Francis y fue puesta en servicio en 3 etapas:

1964, 1972 y 1984 respectivamente. En la actualidad esta central se encuentra

inoperativa por los graves daños ocasionados por el aluvión sufrido durante la

temporada del fenómeno de El Niño de febrero de 1998.

3. Aricota 1 y 2: Se localizan en la provincia de Candarave, en el departamento de

Tacna. Aricota I fue construida en 1967 y en la actualidad produce 23.80 Mw

con una caída de agua de 617 m a través de un sistema de turbinas Pelton.

Aricota 2 genera 11.9 Mw.

4. San Gabán Ubicada en la provincia de Carabaya, en el departamento de

Puno. Es una moderna central que genera 110 Mw de potencia

1.3. LAS VENTAJAS DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

a) No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía,

constantemente repuesta por la naturaleza de manera gratuita.

b) Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua.

c) A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego, protección

contra las inundaciones, suministro de agua, caminos, navegación y aún

ornamentación del terreno y turismo.

d) Los costos de mantenimiento y explotación son bajos.

e) Las obras de ingeniería necesarias para aprovechar la energía hidráulica

tienen una duración considerable.

f) La turbina hidráulica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede

ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia

siendo sus costes de mantenimiento, por lo general, reducidos.

1.4. DESVENTAJAS

a) Los costos de capital son con frecuencia muy altos

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b) El emplazamiento, determinado por características naturales, puede estar

lejos del centro o centros de consumo y exigir la construcción de un sistema

de transmisión de electricidad, lo que significa un aumento de la inversión y

en los costos de mantenimiento y pérdida de energía.

c) La construcción lleva, por lo común, largo tiempo en comparación con la de

las centrales termoeléctricas.

d) La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de

año en año.

1.5. TIPO DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

1.5.1. CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE PASADA

Una central de pasada es aquella en que no existe una acumulación apreciable de

agua "corriente arriba" de las turbinas.

En una central de este tipo las turbinas deben aceptar el caudal disponible del río

"como viene", con sus variaciones de estación en estación, o si ello es imposible el

agua sobrante se pierde por rebosamiento.

En ocasiones un embalse relativamente pequeño bastará para impedir esa pérdida por

rebosamiento.

El esquema de una central de este tipo puede ser el siguiente:

PLANTA

9

CORTE

En la misma se aprovecha un estrechamiento del río, y la obra del edificio de la central

(casa de máquinas) puede formar parte de la misma presa.

El desnivel entre "aguas arriba" y "aguas abajo", es reducido, y si bien se forma un

remanso de agua a causa del azud, no es demasiado grande.

Este tipo de central, requiere un caudal suficientemente constante para asegurar a lo

largo del año una potencia determinada.

1.5.2. CENTRAL HIDROELÉCTRICA CON EMBALSE DE RESERVA

En este tipo de proyecto se embalsa un volumen considerable de líquido "aguas

arriba" de las turbinas mediante la construcción de una o más presas que forman

lagos artificiales.

El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Del

volumen embalsado depende la cantidad que puede hacerse pasar por las turbinas.

Con embalse de reserva puede producirse energía eléctrica durante todo el año

aunque el río se seque por completo durante algunos meses, cosa que sería imposible

en un proyecto de pasada.

Las centrales con almacenamiento de reserva exigen por lo general una inversión de

capital mayor que las de pasada, pero en la mayoría de los casos permiten usar toda

la energía posible y producir kilovatios-hora más baratos.

Pueden existir dos variantes de estas centrales hidroeléctricas:

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a) La de casa de máquina al pie de la presa:

En las figuras siguientes observamos en PLANTA y CORTE el esquema de una

central de este tipo:

PLANTA

CORTE

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La casa de máquinas suele estar al pie de la presa, como ilustra el dibujo, en estos

tipos de central, el desnivel obtenido es de carácter mediano.

b) Aprovechamiento por derivación del agua:

En las figuras siguientes tenemos un esquema en PLANTA y CORTE de una central

de este tipo:

PLANTA

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En el lugar apropiado por la topografía del terreno, se ubica la obra de toma de agua, y

el líquido se lleva por medio de canales, o tuberías de presión, hasta las proximidades

de la casa de máquinas.

Allí se instala la chimenea de equilibrio, a partir de la cual la conducción tiene un

declive más pronunciado, para ingresar finalmente a la casa de máquinas.

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La chimenea de equilibrio es un simple conducto vertical que asegura al cerrar las

válvulas de la central, que la energía cinética que tiene el agua en la conducción, se

libere en ese elemento como un aumento de nivel y se transforme en energía

potencial.

Los desniveles en este tipo de central suelen ser mayores comparados con los que se

encuentran en los tipos anteriores de centrales.

1.5.3. CENTRALES HIDROELÉCTRICAS DE BOMBEO

Esquema central Hidroeléctrica de bombeo

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1. Embalse superior

2. Presa

3. Galería de conducción

4. Tubería forzada

5. Central

6. Turbinas y generadores

7. Desagües

8. Líneas de transporte de energía eléctrica

9. Embalse inferior o río

Las centrales de bombeo son un tipo especial de centrales hidroeléctricas que

posibilitan un empleo más racional de los recursos hidráulicos de un país.

Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda de energía

eléctrica alcanza su máximo nivel a lo largo del día, las centrales de bombeo funcionan

como una central convencional generando energía.

Al caer el agua, almacenada en el embalse superior, hace girar el rodete de la turbina

asociada a un alternador.

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Después el agua queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del día

en la que la demanda de energía es menor el agua es bombeada al embalse superior

para que pueda hacer el ciclo productivo nuevamente.

Para ello la central dispone de grupos de motores-bomba o, alternativamente, sus

turbinas son reversibles de manera que puedan funcionar como bombas y los

alternadores como motores.

A continuación un ejemplo de aprovechamiento de hidroeléctrico de las aguas de un

rio procedentes de los deshielos de las cumbres.

Situada en el curso alto del Aragón, casi en su cabecera, la Central de Ip es la más

importante de las obras realizadas para la regulación y aprovechamiento hidroeléctrico

de las aguas de este río, procedentes de los deshielos de las cumbres pirenaicas.

Consta, en síntesis, de un embalse superior utilizando el ibón de Ip capaz de regular

las aportaciones naturales de la pequeña cuenca propia, la del vecino ibón de Iserías y

otros de posible captación, y de recibir, a la vez, la aportación por bombeo que se

produzca. Un embalse inferior sobre el Aragón permite tanto la recepción del agua

turbinada y su almacenamiento hasta la hora aconsejable de bombeo como la

regulación de parte de las aportaciones naturales del río

1.6. PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

A. LA PRESA

El primer elemento que encontramos en una central hidroeléctrica es la presa o azud,

que se encarga de atajar el río y remansar las aguas.

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Con estas construcciones se logra un determinado nivel del agua antes de la

contención, y otro nivel diferente después de la misma. Ese desnivel se aprovecha

para producir energía.

Las presas pueden clasificarse por el material empleado en su construcción en:

B. PRESA DE TIERRA

C. PRESA DE HORMIGÓN

Las presas de hormigón son las más utilizadas y se puede a su vez clasificar

en:

DE GRAVEDAD:

Como se muestra en la figura tienen un peso adecuado para contrarrestar el

momento de vuelco que produce el agua

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DE BÓVEDA:

Necesita menos materiales que las de gravedad y se suelen utilizar en

gargantas estrechas.

En estas la presión provocada por el agua se transmite íntegramente a las

laderas por el efecto del arco.

D. LOS ALIVIADEROS

Los aliviaderos son elementos vitales de la presa que tienen como misión

liberar parte del agua detenida sin que esta pase por la sala de máquinas.

Se encuentran en la pared principal de la presa y pueden ser de fondo o de

superficie.

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La misión de los aliviaderos es la de liberar, si es preciso, grandes cantidades

de agua o atender necesidades de riego.

Para evitar que el agua pueda producir desperfectos al caer desde gran altura,

los aliviaderos se diseñan para que la mayoría del líquido se pierda en una

cuenca que se encuentra a pie de presa, llamada de amortiguación.

Para conseguir que el agua salga por los aliviaderos existen grandes

compuertas, de acero que se pueden abrir o cerrar a voluntad, según la

demanda de la situación.

E. TOMAS DE AGUA

Las tomas de agua son construcciones adecuadas que permiten recoger el

líquido para llevarlo hasta las máquinas por medios de canales o tuberías.

La toma de agua de las que parten varios conductos hacia las tuberías, se

hallan en la pared anterior de la presa que entra en contacto con el agua

embalsada. Esta toma además de unas compuertas para regular la cantidad de

agua que llega a las turbinas, poseen unas rejillas metálicas que impiden que

elementos extraños como troncos, ramas, etc. puedan llegar a los álabes y

producir desperfectos.

El canal de derivación se utiliza para conducir agua desde la presa hasta las

turbinas de la central.

Generalmente es necesario hacer la entrada a las turbinas con conducción

forzada siendo por ello preciso que exista una cámara de presión donde

termina el canal y comienza la turbina.

Es bastante normal evitar el canal y aplicar directamente las tuberías forzadas

a las tomas de agua de las presas.

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Debido a las variaciones de carga del alternador o a condiciones imprevistas se

utilizan las chimeneas de equilibrio que evitan las sobrepresiones en las

tuberías forzadas y álabes de las turbinas. A estas sobrepresiones se les

denomina "golpe de ariete".

Cuando la carga de trabajo de la turbina disminuye bruscamente se produce

una sobrepresión positiva, ya que el regulador automático de la turbina cierra la

admisión de agua.

La chimenea de equilibrio consiste en un pozo vertical situado lo más cerca

posible de las turbinas. Cuando existe una sobrepresión de agua esta

encuentra menos resistencia para penetrar al pozo que a la cámara de presión

de las turbinas haciendo que suba el nivel de la chimenea de equilibrio. En el

caso de depresión ocurrirá lo contrario y el nivel bajará. Con esto se consigue

evitar el golpe de ariete.

Actúa de este modo la chimenea de equilibrio como un muelle hidráulico o un

condensador eléctrico, es decir, absorbiendo y devolviendo energía.

20

Las estructuras forzadas o de presión, suelen ser de acero con refuerzos

regulares a lo largo de su longitud o de cemento armado, reforzado con espiras

de hierro que deben estar ancladas al terreno mediante soleras adecuadas

F. CASA DE MÁQUINAS

Es la construcción en donde se ubican las máquinas (turbinas, alternadores,

etc.) y los elementos de regulación y comando.

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En la figura siguiente tenemos el corte esquemático de una central de caudal

elevado y baja caída. La presa comprende en su misma estructura a la casa de

máquinas.

Se observa en la figura que la disposición es compacta, y que la entrada de

agua a la turbina se hace por medio de una cámara construida en la misma

presa. Las compuertas de entrada y salida se emplean para poder dejar sin

agua la zona de las máquinas en caso de reparación o desmontajes.

1. Embalse

2. Presa de contención

3. Entrada de agua a las máquinas (toma), con reja

4. Conducto de entrada del agua

5. Compuertas planas de entrada, en posición "izadas".

6. Turbina hidráulica

7. Alternador

8. Directrices para regulación de la entrada de agua a turbina

9. Puente de grúa de la sala de máquinas.

10. Salida de agua (tubo de aspiración

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11. Compuertas planas de salida, en posición "izadas"

12. Puente grúa para maniobrar compuertas salidas.

13. Puente grúa para maniobrar compuertas de entrada.

En la figura siguiente mostramos el croquis de una central de baja caída y alto caudal,

como la anterior, pero con grupos generadores denominados "a bulbo", que están

totalmente sumergidos en funcionamiento.

1. Embalse

2. Conducto de entrada de agua

3. Compuertas de entrada "izadas"

4. Conjunto de bulbo con la turbina y el alternador

5. Puente grúa de las sala de máquina

6. Mecanismo de “izada” de las compuertas de salida

7. Compuerta de salida "izada"

8. Conducto de salida

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En la figura que sigue se muestra el corte esquemático de una central de

caudal mediano y salto también mediano, con la sala de máquinas al pie de la

presa.

El agua ingresa por la toma practicada en el mismo dique, y es llevada hasta

las turbinas por medio de conductos metálicos embutidos en el dique.

1. Embalse

2. Toma de agua

3. Conducto metálico embutido en la presa

4. Compuertas de entrada en posición de izada

5. Válvulas de entrada de agua a turbinas

6. Turbina

7. Alternador

8. Puente grúa de la central

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9. Compuerta de salidas "izada"

10. Puente grúa para izada de la compuerta de salida

11. Conducto de salida

En la figura siguiente tenemos el esquema de una central de alta presión y bajo

caudal. Este tipo de sala de máquinas se construye alejada de la presa.

El agua llega por medio de una tubería a presión desde la toma, por lo regular

alejada de la central, y en el trayecto suele haber una chimenea de equilibrio.

La alta presión del agua que se presenta en estos casos obliga a colocar

válvulas para la regulación y cierre, capaces de soportar el golpe de ariete.

1. Conducto forzado desde la chimenea de equilibrio

2. Válvula de regulación y cierre

3. Puente grúa de sala de válvulas

4. Turbina

5. Alternador 25

6. Puente grúa de la sala de máquinas

7. Compuertas de salida, en posición "izadas"

8. Puente grúa para las compuertas de salida

9. Conducto de salida (tubo de aspiración)

G. TURBINAS HIDRÁULICAS

Hay tres tipos principales de turbinas hidráulicas:

La rueda Pelton

La turbina Francis

La de hélice o turbina Kaplan

El tipo más conveniente dependerá en cada caso del salto de agua y de la

potencia de la turbina.

En términos generales:

La rueda Pelton conviene para saltos grandes.

La turbina Francis para saltos medianos.

La turbina de hélice o turbina Kaplan para saltos pequeños.

H. RUEDA PELTON:

En la figura se muestra un croquis de la turbina en conjunto para poder

apreciar la distribución de los componentes fundamentales.

Un chorro de agua convenientemente dirigido y regulado, incide sobre las

cucharas del rodete que se encuentran uniformemente distribuidas en la

periferia de la rueda. Debido a la forma de la cuchara, el agua se desvía sin

choque, cediendo toda su energía cinética, para caer finalmente en la parte

inferior y salir de la máquina. La regulación se logra por medio de una aguja

colocada dentro de la tubera.

Este tipo de turbina se emplea para saltos grandes y presiones elevadas.

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1. Rodete

2. Cuchara

3. Aguja

4. Tobera

5. Conducto de entrada

6. Mecanismo de regulación

7. Cámara de salida

Rodete y cuchara de una turbina Penton

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Turbina Penton y alternador

Para saltos medianos se emplean las turbinas Francis, que son de reacción.

En el dibujo podemos apreciar la forma general de un rodete y el importante hecho de

que el agua entre en una dirección y salga en otra a 90º, situación que no se presenta

en las ruedas Pelton.

Las palas o álabes de la rueda Francis son alabeadas.

Un hecho también significativo es que estas turbinas en vez de toberas, tienen una

corona distribuidora del agua. Esta corona rodea por completo al rodete. Para lograr

que el agua entre radialmente al rodete desde la corona distribuidora existe una

cámara espiral o caracol que se encarga de la adecuada dosificación en cada punto

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de entrada del agua. El rodete tiene los álabes de forma adecuada como para producir

los efectos deseados sin remolinos ni pérdidas adicionales de carácter hidrodinámico.

I. TURBINA KAPLAN:

En los casos en que el agua sólo circule en dirección axial por los elementos del

rodete, tendremos las turbinas de hélice o Kaplan. Las turbinas Kaplan tienen álabes

móviles para adecuarse al estado de la carga.

Estas turbinas aseguran un buen rendimiento aún con bajas velocidades de rotación.

La figura muestra un croquis de turbina a hélice o Kaplan.

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CONCLUSIONES

Se llego a la conclusión mediante un desnivel, la energía potencial

contenida en la masa de agua que transportan los ríos para convertirla

en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a alternadores.

También se concluye que las energías obtenidas mediante una centra

hidroeléctricas son renovables y limpias

En conclusión diremos que el recurso hídrico agua cumple un rol

protagónico en la vida del hombre, tanto como para facilitar su actividad

diaria

Cada central hidroeléctrica constituye un proyecto distinto de los

demás. La Central se ha de adaptar a la configuración del terreno y a

las características que ofrece el salto en la naturaleza.

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BIBLIOGRAFÍA

Manual de Hidrología, Hidráulica y Drenaje de Ministerio de transportes

y comunicaciones

http://www.tecun.com/emdt/110203/Mantaro.pdf

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo3.html

http://infraestructuraperuana.blogspot.com/2009/06/central-

hidroelectrica-del-mantaro.html

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ANEXOS

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CENTRAL HIDROELECTRICA DEL MANTARO - PERU

La Central Hidroeléctrica del Mantaro es la más grande e importante del Perú. Esta

majestuosa obra está ubicada en el distrito de Colcabamba, provincia de Tayacaja.

Produce 798 Mw, con una caída neta de 748 m también con turbinas Pelton y

representa aproximadamente el 40% de la energía del país y alimenta al 70% de la

industria nacional que está concentrada en Lima.

Historia:

Por la década de los cuarenta, el sabio peruano Santiago Antúnez de Mayolo, inició

sus investigaciones sobre el aprovechamiento de los recursos hídricos de la zona del

Pongor en la sierra central del país.

En 1945 y 1961 luego de intensa investigación, Antúnez de Mayolo presentó el estudio

para la explotación hidroeléctrica de la llamada primera curva del río Mantaro, en la

provincia de Tayacaja, Huancavelica; y se realizaron diversos estudios preliminares, a

cargo de consultores de EEUU, Japón y la República Federal Alemana, quienes

confirmaron el planteamiento de Antúnez de Mayolo.

Es así que en diciembre de 1961 se crea la Corporación de Energía Eléctrica del

Mantaro (CORMAN), empresa pública encargada de desarrollar y explotar el potencial

hidroeléctrico del río Mantaro.

La Corporación inicia sus funciones en 1963, realizando un estudio comparativo de las

propuestas de diversas empresas internacionales. Como resultado, se resolvió iniciar

negociaciones formales con el Grupo GIE Impregilo de Italia, las que se llevaron a

cabo entre Marzo y Junio de 1966.

33

Construcción

El Contrato de suministro, construcción y financiamiento del Proyecto del Mantaro se

firma el 1 de Setiembre de 1966, los equipos para la construcción llegaron entre Enero

y Junio de 1967, con lo que se iniciaron las obras civiles. Un aspecto importante de

estos trabajos, lo constituyó la construcción de nuevos caminos que permitieron

transportar los materiales y equipos necesarios su mejora permitió que estos soporten

el paso de material pesado requerido.

Se tuvieron que construir grandes campamentos en Mantacra, Villa Azul y Campo

Armiño, con el objeto de albergar a los miles de trabajadores que laboraron en la obra.

Estos campamentos llegaron a albergar hasta 10,000 personas entre trabajadores y

familiares.

Etapas:

• La primera etapa del Complejo Mantaro contempló la construcción de una represa en

la Encañada de Vigapata, de donde partiría un túnel de 20 km hasta Campo de

Armiño, lugar del cual una tubería de presión llevaría las aguas hasta el lugar donde

se construiría una casa de máquinas para tres unidades de generación de 114 MW

cada una. Etapa se inaugurada el 6 de Octubre de 1973.

• En la segunda etapa del proyecto se instalaron cuatro grupos generadores

adicionales a los tres ya existentes y se aumentaron dos tuberías de presión, con lo

que se logró alcanzar una potencia total de 798 MW. Esta etapa se inauguró el 1º de

Mayo de 1979.

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• Cinco y medio años después, el 10 de Noviembre de 1984, se inauguró la tercera y

última etapa del Proyecto Mantaro, consistente en la Central Hidroeléctrica

Restitución. Esta etapa aprovecha las aguas turbinadas provenientes de la central

Santiago Antúnez de Mayolo para generar, a través de esta segunda central ubicada

en cascada, 210 MW adicionales, con los que se completan 1008 MW en todo el

complejo.

Las obras del Proyecto Mantaro fueron realmente espectaculares por lo agreste de la

geografía y el duro clima reinante en la zona. Más de una víctima cobró este proyecto

en su realización y aún hoy, al recorrer las instalaciones del complejo, se siente el

estremecimiento propio de apreciar las grandes obras del género humano.

Ubicación y descripción

La Cuenca Hidrográfica del Mantaro está ubicada en la región central del país y

abarca los departamentos de Pasco, Junín, Huancavelica y Ayacucho.

El río Mantaro se origina en el Lago Junín, el cual está regulado por la presa de

Upamayo, el reservorio de regulación estacional más importante del país.

Ubicado a 4080 msnm, el Lago Junín tiene una capacidad total de 556 MMC y un

volumen útil máximo regulable de 441 MMC.

Debido a la variación del caudal del río Mantaro entre las épocas de estiaje y de

lluvias, se hace necesaria la construcción de obras de regulación con el objeto de

minimizar el riesgo de escasez de agua y al mismo tiempo optimizar el uso de la

capacidad instalada del complejo.

Los excedentes de agua durante las épocas de lluvia pueden ser almacenados y

utilizados durante los meses de estiaje, entre mayo y octubre, para aumentar el caudal

del río hasta el nivel requerido de 96 m3/seg, cubriendo así los déficits de agua para la

generación de energía.

La Central Hidroeléctrica Santiago Antúnez de Mayolo está constituida por tres

componentes principales:

1. La represa de Tablachaca: posibilita el almacenamiento y regulación de las aguas

tomadas del río Mantaro.

2. El túnel de aducción: tiene una longitud aproximada de 18,830 metros entre la toma

y la cámara de válvulas.

3. La casa de máquinas: ubicada sobre la margen izquierda del río Colcabamba.

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Contiene siete turbinas tipo Pelton, de eje vertical, de cuatro chorros, 114 MW,

450 rpm., accionadas por un salto hidráulico de 820 m. Los transformadores (22 en

total) son monofásicos de 13.8/220 KV, y están ubicados en la parte exterior del

edificio de la casa de máquinas.

La central de Restitución fue construida posteriormente, en 1985, y es accionada por

las aguas turbinadas de la Central Santiago Antúnez de Mayolo, las cuales son

transportadas a través de un puente-tubo de 93 metros de largo y 5 metros de

diámetro, que empalma con un túnel de aducción de 790 metros de longitud que pasa

por debajo del campamento de campo Armiño y llega hasta la margen derecha del río

Mantaro desde donde son devueltas las aguas represadas en Tablachaca, consta de

tres turbinas de 70 MW cada una lo que permite una producción total de 210 MW de

potencia.

DESARROLLO DE LA ENERGÍA HIDROELÉCTRICA

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 y 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.

La tecnología de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo

XX. Las centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El

caudal de agua se controla y se puede mantener casi constante. El agua se transporta

por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas y turbinas para

adecuar el flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad. El agua que entra

en la turbina sale por los canales de descarga. Los generadores están situados justo

encima de las turbinas y conectados con árboles verticales. El diseño de las turbinas

depende del caudal de agua; las turbinas Francis se utilizan para caudales grandes y

saltos medios y bajos, y las turbinas Pelton para grandes saltos y pequeños caudales.

Además de las centrales situadas en presas de contención, que dependen del

embalse de grandes cantidades de agua, existen algunas centrales que se basan en la

caída natural del agua, cuando el caudal es uniforme. Estas instalaciones se llaman de

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agua fluente. Una de ellas es la de las Cataratas del Niágara, situada en la frontera

entre Estados Unidos y Canadá.

A principios de la década de los noventa, las primeras potencias productoras de

hidroelectricidad eran Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60% de su

electricidad de centrales hidráulicas. En todo el mundo, la hidroelectricidad representa

aproximadamente la cuarta parte de la producción total de electricidad, y su

importancia sigue en aumento. Los países en los que constituye fuente de electricidad

más importante son Noruega (99%), Zaire (97%) y Brasil (96%). La central de Itaipú,

en el río Paraná, está situada entre Brasil y Paraguay; se inauguró en 1982 y tiene la

mayor capacidad generadora del mundo.

Presa de Itaipú En esta fotografía aérea puede observarse la presa de Itaipú, proyecto

conjunto de Brasil y Paraguay sobre las aguas del río Paraná, y su central

hidroeléctrica, la mayor del mundo, de la que se obtienen importantes recursos

energéticos para ambos países y el conjunto regional. Con una altura de 196 m, y 8

km. de largo, cuenta con 14 vertederos que actúan como cataratas artificiales. Como

referencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6.500 Mw y es

una de las más grandes. En algunos países se han instalado centrales pequeñas, con

capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de

China, por ejemplo, estas pequeñas presas son la principal fuente de electricidad.

Otras naciones en vías de desarrollo están utilizando este sistema con buenos

resultados.

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