La
generación distribuida elimina costosos sistemas de distribución y de
transformación de la energía eléctrica que soportan los sistemas tradicionales.
Este es uno de los motivos del auge en la implantación de estos sistemas en
todo el mundo.
Aportamos
nuevo artículo centrado en la producción de energía hidroeléctrica a pequeña
escala y en esta ocasión vamos a centrarnos en la descripción técnica de los
equipos que necesitamos para acometer este tipo de proyectos.
Componentes de ingeniería civil
Controlan el
agua que pasa a través de la turbina y deben estar diseñados para alcanzar el
rendimiento y estabilidad óptima.
Estos
trabajos comienzan con una adecuada captación de agua que permita desviarla con
seguridad a un canal de cabecera.
Entre los
trabajos a desarrollar mencionamos también la colocación de rejillas adecuadas
que impidan la entrada de grava o restos vegetales en la esclusa. Las trampas
de grava a menudo ofrecen un mecanismo que permite desviar el exceso de agua al
río. También se contempla la colocación de un aliviadero diseñado para manejar
el agua de las inundaciones y proteger la entrada durante crecidas intensas.
El canal
generalmente se construye paralelo al río a partir de una diferencia de
elevación, que es la que proporciona la altura al sistema hidroeléctrico. El
canal debe estar diseñado para minimizar las pérdidas y puede ser abierto o una
tubería.
La represa
es en muchas ocasiones la parte más cara del proyecto – tanto como un 40 % es
común en instalaciones de elevadas alturas. Es por lo tanto importante
optimizar su diseño para minimizar los costes.
La pérdida
de carga como consecuencia de la fricción en las tuberías forzadas depende
fundamentalmente de la velocidad del agua, rugosidad de la tubería y longitud y
diámetro de la tubería. Las pérdidas decrecen sustancialmente conforme aumenta
el diámetro de la tubería. A la inversa, los costes de la tubería forzada se
incrementan profundamente con el diámetro. Por lo tanto, se requiere alcanzar
un compromiso entre costes y rendimiento. La filosofía de diseño es primero
identificar las opciones de tuberías forzadas disponibles, seleccionar una
pérdida de carga objetivo del 5 o 10 % o menos de la altura bruta, y mantener
la longitud tan corta como sea posible. Una tubería forzada puede ahorrar
costes de capital, pero el incremento en la pérdida de carga conlleva que
disminuya la cantidad de energía generada. En los sistemas más pequeños, la
pérdida de carga permitida puede ser tan altas como 33 %.
Varios
factores deben considerarse cuando decidimos el material que vamos a usar para
una tubería han forzado en particular: presión de diseño, la rugosidad del
interior de la tubería, método de unión, peso y facilidad de instalación,
accesibilidad al sitio, mantenimiento, condiciones climáticas, disponibilidad,
costes relativos y probabilidad del daño estructural. De una tubería viene dada
normalmente La calificación de presión de la tubería forzada es crítica porque
la tubería debe tener suficiente espesor como para resistir la máxima presión
del agua; si no está calculada hay riesgo de rotura. La calificación de presión
de una tubería normalmente viene dada en bares o PSI. La tubería es más costosa
conforme aumenta su calificación de presión.
Los
materiales más habituales usados con las tuberías forzadas son HDPE
(polietileno de alta densidad), uPVP (policloruro de vinilo no plastificado) y
acero dulce. Si la central está en un lugar muy frío debe contemplarse el
riesgo de congelación, y la tubería debe ir enterrada. En general es preferible
enterrar la tubería para protegerla de expansiones, animales y árboles cayendo.
Sala de máquinas
Turbinas
Una turbina
consiste en un rodete conectado a un eje que convierte la energía del agua
cayendo en energía mecánica o energía de un eje. La energía se conecta
directamente al generador o se conecta por medio de engranajes o correas y
poleas, dependiendo de la velocidad requerida por el generador. La elección de
la turbine depende principalmente de la altura y el caudal de diseño para la
instalación de energía micro hidroeléctrica. La selección también depende de la
velocidad de funcionamiento deseada por el generador. Otras consideraciones
tales como si la turbina puede producir bajo caudal parcial también juega un
papel importante al elegir la turbina. Todas las turbinas tienden a funcionar
más eficientemente a una combinación particular de velocidad, altura y caudal.
Para adaptarse a una gran variedad de condiciones de altura y caudal, las
turbinas se dividen en cuatro grupos (altura ultra-baja, baja, media y alta).
Dos turbinas
comunes para su uso en proyectos micro son las turbinas Pelton y las Turgo. Son
turbinas de tipo impulso. Estas turbinas son simples de fabricar, son
relativamente baratas y tienen buena eficiencia y fiabilidad. Para ajustarse a
las variaciones en el caudal, el flujo de agua en estas turbinas se controla
fácilmente cambiando los tamaños de las toberas o usando toberas ajustables.
Las turbinas Pelton se usan para sitios con bajos caudales y elevadas alturas.
La otra
tipología de turbinas son las de reacción. La mayoría de las turbinas de
reacción pequeñas no son fáciles de ajustar para acomodarse al caudal variable,
y aquellas que son ajustables son caras por el uso de paletas de guía variable.
Una ventaja de las turbinas de reacción es que pueden usar toda la altura
disponible en el sitio. Algunas de estas
turbinas se están fabricando tan pequeñas que pueden generar potencia en
alturas tan bajas como 1 m.La
generación distribuida elimina costosos sistemas de distribución y de
transformación de la energía eléctrica que soportan los sistemas tradicionales.
Este es uno de los motivos del auge en la implantación de estos sistemas en
todo el mundo.
Aportamos
nuevo artículo centrado en la producción de energía hidroeléctrica a pequeña
escala y en esta ocasión vamos a centrarnos en la descripción técnica de los
equipos que necesitamos para acometer este tipo de proyectos.
Los
componentes básicos de un sistema micro-hidro son los siguientes:
Componentes de ingeniería civil
Controlan el
agua que pasa a través de la turbina y deben estar diseñados para alcanzar el
rendimiento y estabilidad óptima.
Estos
trabajos comienzan con una adecuada captación de agua que permita desviarla con
seguridad a un canal de cabecera.
Entre los
trabajos a desarrollar mencionamos también la colocación de rejillas adecuadas
que impidan la entrada de grava o restos vegetales en la esclusa. Las trampas
de grava a menudo ofrecen un mecanismo que permite desviar el exceso de agua al
río. También se contempla la colocación de un aliviadero diseñado para manejar
el agua de las inundaciones y proteger la entrada durante crecidas intensas.
El canal
generalmente se construye paralelo al río a partir de una diferencia de
elevación, que es la que proporciona la altura al sistema hidroeléctrico. El
canal debe estar diseñado para minimizar las pérdidas y puede ser abierto o una
tubería.
La represa
es en muchas ocasiones la parte más cara del proyecto – tanto como un 40 % es
común en instalaciones de elevadas alturas. Es por lo tanto importante
optimizar su diseño para minimizar los costes.
La pérdida
de carga como consecuencia de la fricción en las tuberías forzadas depende
fundamentalmente de la velocidad del agua, rugosidad de la tubería y longitud y
diámetro de la tubería. Las pérdidas decrecen sustancialmente conforme aumenta
el diámetro de la tubería. A la inversa, los costes de la tubería forzada se
incrementan profundamente con el diámetro. Por lo tanto, se requiere alcanzar
un compromiso entre costes y rendimiento. La filosofía de diseño es primero
identificar las opciones de tuberías forzadas disponibles, seleccionar una
pérdida de carga objetivo del 5 o 10 % o menos de la altura bruta, y mantener
la longitud tan corta como sea posible. Una tubería forzada puede ahorrar
costes de capital, pero el incremento en la pérdida de carga conlleva que
disminuya la cantidad de energía generada. En los sistemas más pequeños, la
pérdida de carga permitida puede ser tan altas como 33 %.
Varios
factores deben considerarse cuando decidimos el material que vamos a usar para
una tubería han forzado en particular: presión de diseño, la rugosidad del
interior de la tubería, método de unión, peso y facilidad de instalación,
accesibilidad al sitio, mantenimiento, condiciones climáticas, disponibilidad,
costes relativos y probabilidad del daño estructural. De una tubería viene dada
normalmente La calificación de presión de la tubería forzada es crítica porque
la tubería debe tener suficiente espesor como para resistir la máxima presión
del agua; si no está calculada hay riesgo de rotura. La calificación de presión
de una tubería normalmente viene dada en bares o PSI. La tubería es más costosa
conforme aumenta su calificación de presión.
Los
materiales más habituales usados con las tuberías forzadas son HDPE
(polietileno de alta densidad), uPVP (policloruro de vinilo no plastificado) y
acero dulce. Si la central está en un lugar muy frío debe contemplarse el
riesgo de congelación, y la tubería debe ir enterrada. En general es preferible
enterrar la tubería para protegerla de expansiones, animales y árboles cayendo.
Sala de máquinas
Turbinas
Una turbina
consiste en un rodete conectado a un eje que convierte la energía del agua
cayendo en energía mecánica o energía de un eje. La energía se conecta
directamente al generador o se conecta por medio de engranajes o correas y
poleas, dependiendo de la velocidad requerida por el generador. La elección de
la turbine depende principalmente de la altura y el caudal de diseño para la
instalación de energía micro hidroeléctrica. La selección también depende de la
velocidad de funcionamiento deseada por el generador. Otras consideraciones
tales como si la turbina puede producir bajo caudal parcial también juega un
papel importante al elegir la turbina. Todas las turbinas tienden a funcionar
más eficientemente a una combinación particular de velocidad, altura y caudal.
Para adaptarse a una gran variedad de condiciones de altura y caudal, las
turbinas se dividen en cuatro grupos (altura ultra-baja, baja, media y alta).
Dos turbinas
comunes para su uso en proyectos micro son las turbinas Pelton y las Turgo. Son
turbinas de tipo impulso. Estas turbinas son simples de fabricar, son
relativamente baratas y tienen buena eficiencia y fiabilidad. Para ajustarse a
las variaciones en el caudal, el flujo de agua en estas turbinas se controla
fácilmente cambiando los tamaños de las toberas o usando toberas ajustables.
Las turbinas Pelton se usan para sitios con bajos caudales y elevadas alturas.
La otra
tipología de turbinas son las de reacción. La mayoría de las turbinas de
reacción pequeñas no son fáciles de ajustar para acomodarse al caudal variable,
y aquellas que son ajustables son caras por el uso de paletas de guía variable.
Una ventaja de las turbinas de reacción es que pueden usar toda la altura
disponible en el sitio. Algunas de estas
turbinas se están fabricando tan pequeñas que pueden generar potencia en
alturas tan bajas como 1 m.
Ver 2ª PARTE
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