CENTRALES HIDROELCTRICAS Jos Ramn Aranda Sierra Miguel ngel

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS José Ramón Aranda Sierra Miguel Ángel Rodríguez Pozueta 1

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS • 2. 1. Objeto y clasificación. Disposición general de una central hidroeléctrica Las centrales hidroeléctricas tienen por finalidad aprovechar, mediante un desnivel, la energía potencial, contenida en la masa de agua, para convertirla en energía eléctrica mediante alternadores. 2

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS • Aunque en algunos casos la energía potencial del agua se aprovecha directamente sin necesidad de embalsarla (centrales fluyentes), en las centrales hidroeléctricas más habituales el agua es retenida mediante una presa formando un embalse (centrales de regulación). • Se denomina altura de salto, o salto simplemente, al paso brusco o caída de masas de agua desde un nivel a otro inmediatamente inferior. Numéricamente, es igual a la diferencia entre los dos niveles. 3

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS • Ateniéndose a la estructura de la central propiamente dicha: Aprovechamiento por derivación de las aguas • Consiste en desviar las aguas del río, mediante una pequeña presa, hacia un canal que las conduce hasta un pequeño depósito llamado cámara de carga. De esta cámara arranca una tubería forzada que conduce el agua hasta la sala de máquinas de la central. Posteriormente, el agua es restituida al río aguas abajo utilizando un canal de descarga. 4

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Aprovechamiento por acumulación de las aguas (De pie de presa) • Consiste en construir, en un tramo del río que ofrece un apreciable desnivel, una presa de determinada altura. El nivel del agua se situará entonces en un punto cercano al extremo superior de la presa. • A media altura de la presa, para aprovechar el volumen de embalse existente a cota superior, se encuentra la toma de aguas y en la base inferior (aguas debajo de la presa) la sala de máquinas con el grupo turbina-alternador. La central asociada a este tipo de aprovechamiento suele recibir el nombre de central de pie de presa. • En general, los elementos de que se compone una central hidroeléctrica son: – – – – – Embalse Presa Rejillas Filtradoras Tubería forzada Turbina Eje Alternador Transformadores Líneas de Transporte de Energía Eléctrica 5

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS C. H. Villarino: La central hidráulica de Villarino (Salamanca), ubicada en el río Tormes, comenzó a operar en 1970 y posee seis grupos que suman 842 MW. Embalse de la Almendra. 6

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS La central hidráulica de Aldeadávila (Salamanca), ubicada en el río Duero, tiene seis grupos que suman 810 MW y se puso en marcha en 1962. 7

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS • En el año 2006 las centrales hidroeléctricas que estaban en servicio en España sumaban una potencia instalada de 18. 278, 4 MW (en 2004 fue 24. 791 MW incluyendo la potencia de las principales instalaciones eólicas, lo que representaba el 35, 1% de la potencia total nacional en funcionamiento). Esta cifra sitúa el parque hidroeléctrico español en noveno lugar en el conjunto de los países industrializados y en el quinto lugar dentro de la Comunidad Europea. * Central de bombeo puro ** Central de bombeo mixto Central Aldeadávila I y II** Potencia (MW) Río 1. 139 Duero Cuenca (Provincia) Embalse Duero(Salamanca) Aldeadávila J. María de Oriol Cortés-La Muela* 915 Tajo 908 Júcar Tajo(Cáceres) Júcar(Valencia) Alcántara Cortes de Pallas Villarino** 810 Tormes Duero(Salamanca) Almendra Saucelle I y II Estany Gento Saliente* Cedillo Tajo de la Encantada* 570 Duero 451 Flamisell 440 Tajo 360 Guadalhorce Duero(Salamanca) Ebro(Lérida) Tajo(Cáceres) Sur(Málaga) Saucelle Saliente Cedillo Tajo Encantada Aguayo* Mequinenza Puente Bibey** San Esteban Ribarroja Bolarque I y II* Conso** Belesar Valdecañas** Moralets* Guillena* Villalcampo I y II Castro I y II Azután Los Peares Esla Tañes** Frieira Torrejón** Salime Cofrentes Conatel Tabescán Cástrelo Gabriel y Galán** Canelles Cíjara I y II 339 Torina 324 Ebro 285 Bibey 265 Sil 262 Ebro 236 Tajo 228 Camba 225 Miño 225 Tajo 221 N. Ribagorzana 210 Ribera de Huelva 206 Duero 190 Duero 180 Tajo 159 Miño 133 Esla 133 Nalón 130 Miño 129 Tajo-Tietar 126 Navia 124 Júcar 121 Sil 120 Tabescán 112 Miño 110 Alagón 108 N. Ribagorzana 102 Guadiana Norte(Cantabria) Mediajo Ebro(Zaragoza) Norte(Orense) Ebro(Tarragona) Tajo(Guadalajara) Norte(Orense) Norte(Lugo) Tajo(Cáceres) Ebro(Huesca) Guadalquivir (Sevilla) Duero(Zamora) Tajo(Toledo) Norte(Lugo) Duero(Zamora) Norte(Asturias) Norte(Orense) Tajo(Cáceres) Norte(Asturias) Júcar(Albacete) Norte(Orense) Ebro(Lérida) Norte(Orense) Tajo(Cáceres) Ebro(Huesca) Guadiana(Badajoz) Mequinenza Bao San Esteban Ribarroja Bolarque Las Portas Belesar Valdecañas Llauset Guillena Villalcampo Castro Azután Peares Esla Tañes Frieira Torrejón Salime Molinar La Campañana Certescans Cástrelo Gabriel y Galán Canelles Cíjara 8

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS • Las principales centrales hidroeléctricas existentes en España se muestran las 20 centrales tienen una potencia superior a 200 MW, las cuales suponen en conjunto alrededor del 50% de la potencia hidroeléctrica existente. • Destacan – Aldeadávila 1. 139 MW(Duero), – José María de Oriol 915 MW(Tajo), – Cortés-La Muela 908 MW(Júcar ) – la de Villarino 810 MW (Tormes) 9

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Por el salto hidráulico H: • Centrales de alta presión: H>200 m – Usan turbinas Pelton y, a veces, Francis lentas. • Centrales de media presión: 200 m>H>20 m – Usan turbinas Francis medias y rápidas. • Centrales de baja presión: H<20 m – Usan turbinas Francis ultrarrápidas, hélice y, sobre todo, Kaplan. Por el embalse: • Centrales de agua corriente o centrales fluyentes – Se aprovecha directamente la energía del agua – No utilizan embalse o este es muy reducido – Están sometidas directamente a las variaciones del caudal del rio. • Centrales embalsadas o con regulación – Existe un embalse o pantano donde se almacena el agua – El embalse se consigue usualmente mediante una presa – El embalse permite el aprovechamiento del agua según la demanda de energía – Son el tipo más frecuente de central hidroeléctrica 10

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Por la estructura de la central: • Centrales con canal – Aprovecha la diferencia de nivel existente entre dos puntos A y B del cauce de un rio situados a cierta distancia horizontal. – Una presa desvía el agua desde el punto A de mayor nivel a través de un canal de derivación y la conduce, con la menor pérdida de nivel posible, hasta un lugar situado cerca de la vertical del segundo punto B del cauce del rio. – La central aprovecha el salto que existe entre el final del canal de derivación y el punto B del rio. • Centrales de acumulación o centrales a pie de presa – Aprovecha la diferencia de nivel existente en un tamo del rio con fuerte pendiente. – Una presa eleva el nivel de las aguas y se utiliza la diferencia de nivel existente aguas arriba y aguas debajo de la presa. – La sala de máquinas se sitúa en la parte inferior de la presa, aguas debajo de la misma. 11

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS TEOREMA DE BERNOULLI. • Un caudal de un fluido posee energía de tres tipos: cinética, de presión y potencial. • Se denomina altura de carga o salto • H, la altura a la que tendría que estar el fluido para almacenar la misma energía si ésta solo fuera potencial: – v: velocidad del fluido (m/s) – p: presión del fluido (N/m 2) • – z: altura geométrica del fluido (m) – : densidad del fluido (kg/m 3) – g: aceleración de la gravedad (m/s 2) En una instalación ideal, sin rozamientos, la altura de carga H de un caudal es constante; tiene el mismo valor en todos los puntos de una conducción. En una instalación real existen pérdidas de carga debidas a los rozamientos con las paredes de la conducción y a las turbulencias. 12

ALTURA DE SALTO APROVECHABLE • La energía disponible en un salto de agua depende de la altura de este salto • No se aprovecha toda la energía del salto debido a las pérdidas de carga en tuberías, canales, compuertas, … que se pueden asimilar a una reducción del salto de agua • Salto bruto HB es la diferencia de cotas máxima y mínima del salto; es decir la diferencia de nivel entre el sitio donde se inicia el salto y el sitio de desagüe de la central • Salto útil o disponible Hu es la diferencia de nivel entre la cámara de carga y el final del tubo de aspiración • Salto neto HN es el efectivamente utilizado por las turbinas hidráulicas • Salto efectivo Hef representa la energía que la turbina cede al alternador: h. T: rendimiento de la turbina 13

14

15

16

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Aplicación práctica: • Ejemplo: Un salto útil de 10 m y un caudal de 10 m 3/s; el rendimiento global de 0, 8: P(k. W) = 9, 81. 0, 8. 10 = 784, 8 k. W • Ejemplo: Un salto útil de 3 m y un caudal de 1 m 3/s; el rendimiento global de 0, 6: P(k. W) = 9, 81. 0, 6. 1. 3 = 17, 7 k. W 17

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Componentes de una central hidráulica • El primer conjunto se suele identificar como presa-embalse y lo forman todo tipo de obras y equipos cuya misión el la de almacenar y encauzar el agua, en las debidas condiciones, para conseguir posteriormente una acción mecánica. • Los principales componentes del conjunto presa-embalse son: • Embalse • Presa • Aliviaderos • Tomas de agua • Depósito de carga • Canales, túneles y galerías • Tuberías forzadas • Chimeneas de equilibrio 18

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS • El segundo conjunto constituye la auténtica central y engloba los edificios, equipos y sistemas mediante los cuales, y después de las sucesivas transformaciones de la energía, se llega a obtener ésta en forma de energía eléctrica. • Turbinas hidráulicas • Alternadores • Transformadores • Sistemas eléctricos de media y alta tensión • Sistema eléctrico de baja tensión • Sistema eléctrico de corriente continua • Medios auxiliares • Cuadros de control • Subestación • De las relaciones totales, no quiere decir que en una misma central concurran todos y cada uno de los componentes mencionados, pues si bien es cierto que, algunos de ellos, son imprescindibles, como es el caso de turbinas y alternadores, otros, sin embargo pueden intervenir o no, dependiendo de las características del asentamiento de la instalación. • Así, por ejemplo, en una central de agua fluyente, no es normal disponer de un depósito de carga. 19

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS EMBALSE • • • 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. Regulación: Las dimensiones de un embalse dependen de los caudales aportados por el río embalsado y sus afluentes, de los períodos de avenidas o estiajes y de las características de producción de la central para la cual se forma. Una central hidroeléctrica se considera como de almacenaje, reserva o regulación si está provista de un gran embalse, siendo idónea para suministrar la carga de punta. Una central hidroeléctrica de agua fluyente, en la que se hace pasar constantemente todo el caudal del río a través de las turbinas, se utiliza para satisfacer la carga de base, no disponiéndose, en estas centrales de reserva de energía. Un embalse de amplia cabida, que recoge el agua durante períodos pluviométricos favorables, puede cubrir las demandas de energía en épocas deficitarias de lluvias dentro de ciertos límites. La capacidad total de un embalse comprende la totalidad del volumen de agua acumulada y la capacidad útil se refiere a la capacidad de agua embalsada por encima de la entrada de agua hacia la central. 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. 20

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS LA PRESA • El almacenamiento del agua para dar lugar a un embalse se consigue mediante la construcción, sobre el cauce de un río y transversalmente a éste, de una presa. • Por lo tanto, presa es toda estructura que actúa como barrera, interrumpiendo la libre circulación del agua a través de sus cauces normales, dependiendo su configuración de la orografía del lugar de asentamiento. • Se construyen para conseguir una doble finalidad: – Obtener una elevación del nivel de agua, formando un desnivel en el cauce de un río llamado salto. – Crear un depósito, de grandes dimensiones, para almacenar y regular la utilización del agua, constituyendo el embalse. 21

Presas 22

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS ALIVIADEROS • Son elementos de seguridad, previstos para evacuar la cantidad de agua que sobrepasa la capacidad del embalse, de modo que la presa quede protegida contra la erosión y el arrastre, especialmente, en zonas tan vulnerables como la cimentación, estribos y coronación. 23

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS ALIVIADEROS DE SUPERFICIE Estos aliviaderos forman parte integrante de la misma presa mediante aberturas ubicadas en la coronación (presas vertederos) aprovechando la máxima longitud posible de la misma. De esta manera se consigue una gran capacidad de rebosadero con poca altura de lámina. Dichas aberturas quedan distribuidas de manera simétrica respecto del eje vertical de la presa, a fin de conseguir que la acción de las fuerzas originadas por el agua sea uniforme y equilibrada sobre el paramento de aguas abajo. Para evitar que el agua impacte directamente sobre el terreno se dan formas adecuadas a las desembocaduras de los vertederos y se construyen cuencos de amortiguación en la zona de aguas debajo de la cimentación de la presa. 24

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS VERTEDERO EN CANAL • Que constan de una o dos aberturas en un lateral de la coronación de la propia presa lo que permite quedar despejado el paramento de aguas abajo. • Una vez que las embocaduras son rebasadas por el agua, ésta discurre por canales abiertos que la encauzan, lanzándola aguas abajo y proyectando su caída hacia zonas alejadas de la cimentación y estribos. 25

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS TÚNELES ALIVIADEROS DE EMERGENCIA Cada uno de ellos consiste en un túnel de construcción independiente de la presa. Su asentamiento depende de las condiciones topográficas del terreno. Estos aliviaderos son conducciones que se asemejan a los vertederos en canal, con la única diferencia de su conformación de túnel en vez de canal abierto. Las aberturas de su embocadura suelen ir equipadas con compuertas, no solo para controlar los caudales evacuados, sino para aislar los túneles cuando se realizan inspecciones y obras de reparación en los mismos. Se conocen con esta expresión los vertederos libres situados en la coronación de las presas de bóveda. 26

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS DESAGÜES DE FONDO Sirven para vaciar el embalse: • De medio fondo • De fondo 27

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS CONDUCCIONES DE AGUA • Los encauzamientos del agua han de favorecer el movimiento de la misma (evitar las pérdidas de energía) – que deberá fluir regularmente y – con la mínima turbulencia. • La ubicación de una central respecto de la presa, – muy próxima o junto a ésta: central a pie de presa – alejadas entre sí, a fin de conseguir mayor desnivel o altura de salto: central en derivación. 28

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS CONDUCCIONES DE AGUA Los suministros de agua tomados de los embalses para las turbinas: – Directamente mediante tuberías forzadas que parten de las tomas de agua, situadas en la presa. – Por canales y túneles que enlazan una toma en zona de presa o en la ladera del embalse con un depósito de carga, del cual derivan las tuberías forzadas. – Por dos tramos a presión cuando se trata de largas distancias entre embalse y central. • El primero está constituido por una o varias galerías, de gran longitud y relativamente poca pendiente, adaptadas a la topografía del terreno, sometidas a presión, cuyas embocaduras pueden partir de una toma convencional o desde torres de toma localizadas en puntos estratégicos del embalse. • El segundo tramo está formado por una o más tuberías forzadas que soportan presiones muy elevadas. 29

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS TOMAS DE AGUA • La zona de obra donde se capta el agua necesaria para el accionamiento de las turbinas. • Las aberturas, por donde entra el agua y situadas a una profundidad determinada bajo el nivel normal de embalse, están protegidas por rejillas para evitar el paso de cuerpos extraños en suspensión que, de entrar en la turbina, podrían dañarla seriamente. 30

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS CANAL DE DERIVACIÓN • Los canales de derivación se utilizan para guiar el agua desde la toma, localizada en el embalse, hasta la cámara de carga. • En los saltos inferiores a 15 m conduce el agua directamente a las turbinas. • Los canales son conductos abiertos en los que la libre circulación del agua se debe a ligerísimos desniveles, dando origen a velocidades del agua muy pequeñas (del orden de 1 m/s) por lo que no existen, prácticamente, pérdidas de carga. • Los conductos cerrados, generalmente subterráneos, están los túneles y galerías, cuya aplicación es la misma que la de los canales, pero haciendo llegar el agua, a régimen forzado hasta las zonas de conexión con las tuberías forzadas. 31

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS CANAL DE DERIVACIÓN • Todos los conductos descritos, suelen construirse de hormigón en masa o armado, dependiendo de las secciones, de las condiciones de servicio y de las características del terreno [en desmonte (excavando el terreno), a media ladera (excavando a un lado y terraplén al otro), en terraplén (obra de fábrica a los dos lados)]. • Para contrarrestar la influencia de los cambios de temperatura se disponen juntas de dilatación convenientemente repartidas. • La superficie tiene un acabado de enlucido para reducir las pérdidas por rozamiento. • En determinados casos, a fin de evitar la horadación del terreno en las bases de los conductos por efecto de filtraciones, en la zona inferior de dichas bases se instalan tubos porosos que recogen y distribuyen, para su vertido controlado, las aguas de filtraciones. 32

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS CANAL DE DERIVACIÓN Canal en desmonte Canal a media ladera Canal en terraplén Canal en túnel 33

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS LA CÁMARA DE CARGA • Se sitúa al final del canal de derivación • Es un depósito con rejillas, aliviadero y compuertas que sirve de volante para las variaciones de carga en las turbinas. • La tubería forzada parte de ella. • Si el canal es en túnel muchas veces no existe la cámara de carga y, entonces, se coloca una chimenea de equilibrio o, pozo piezométrico para reducir los efectos del golpe de ariete. 34

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS TUBERÍAS A PRESIÓN • Tienen la misión de conducir el agua directamente desde el punto de alimentación establecido hasta las turbinas instaladas en la central, en saltos superiores a 15 m. • Se colocan (aérea o subterránea) siguiendo la línea de máxima pendiente y están sólidamente sujetas al terreno mediante apoyos y juntas de dilatación. • Las clases de tuberías empleadas son: metálicas (acero), de hormigón armado y de hormigón pretensado. • Al llegar a la central se reúnen en un colector (“pantalón”) que alimenta las turbinas después de las válvulas y compuertas. 35

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Fenómenos anómalos en las conducciones hidráulicas CAVITACIÓN • La cavitación consiste en la formación, dentro de la masa líquida, de espacios o cavidades llenas de gas o vapor, producidas por una vaporización local debida a acciones dinámicas. • El fenómeno de la cavitación reduce la velocidad a que pueden funcionar las máquinas hidráulicas disminuyendo su rendimiento por la acumulación de las burbujas de vapor que perturban la afluencia normal de las masas líquidas. • Además de producir ruidos y vibraciones es causa de una rápida y constante erosión de las superficies en contacto con el líquido. 36

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS GOLPE DE ARIETE • El fenómeno del golpe de ariete se produce cuando existen variaciones en el caudal que circula por la tubería forzada al abrirse o cerrarse la válvula de admisión a la turbina. • Cuando se da la orden de cierre a la válvula se produce una sobrepresión junto a la misma en el tramo entre el depósito de carga y la válvula produciéndose un golpe de ariete positivo. Esta onda de presión se propaga a lo largo de la tubería hasta alcanzar el depósito de carga. Allí la onda de presión se refleja, y vuelve a propagarse hacia la válvula de modo que se producen una serie de oscilaciones de la presión que se amortiguan con el tiempo. • De la misma manera cuando la válvula se abre se crea una depresión junto a ella en el tramo entre el depósito de carga y la válvula, produciéndose un golpe de ariete negativo. 37

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS GOLPE DE ARIETE • En este caso, se producen, también, una serie de oscilaciones en la presión que se van amortiguando con el tiempo. • El golpe de ariete se presenta en las tuberías siempre que se realizan maniobras rápidas en los dispositivos que abren, cierran o regulan el paso de agua, como son válvulas, compuertas, etc. Igualmente se produce cuando existen disminuciones bruscas de la potencia solicitada a un generador accionado por una turbina hidráulica, debido a la repentina disminución del caudal de agua en respuesta a la actuación de los equipos de regulación. 38

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS CHIMENEAS DE EQUILIBRIO • Consisten en pozos piezométricos unidos a las conducciones por su parte inferior cuya misión es reducir las consecuencias nocivas provocadas por los golpes de ariete. Se instalan principalmente en la zona de unión de las galerías con las tuberías forzadas, así como cerca de la unión de los tubos de aspiración con las galerías o túneles de desagüe. 39

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS COLECTORES Y GALERÍAS DE DESAGÜE • Es muy frecuente que el desagüe o evacuación del agua de una turbina se realice a través de su tubo de aspiración al cauce natural del río en la zona que se conoce por el nombre de canal de descarga. • En instalaciones de bombeo y dado que la captación del agua se efectúa en la zona del canal de descarga se instalan rejillas en la salida de la máquina que realiza las funciones de turbina o bomba, convirtiéndose la desembocadura en punto de aspiración en condiciones de bombeo. • En las centrales subterráneas se impone la necesidad de realizar complejas conducciones a base de colectores y galerías de desagüe con objeto de dirigir, al agua desde los tubos de aspiración de las turbinas hasta la desembocadura final. • Una vez rebasada la turbina, el agua, en su recorrido por los conductos de desagüe, tendrá una velocidad moderadamente baja, lo que determina un mejor aprovechamiento de la energía 41 del salto

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS DISPOSITIVOS DE APERTURA, CIERRE Y REGULACIÓN DEL PASO DE AGUA COMPUERTAS • Por compuerta se entiende todo dispositivo capaz de detener, dejar libre paso o regular las masas de agua que llegan a una abertura, sumergida o no, o que circulan por una conducción abierta o cerrada. • El cálculo y diseño de las compuertas ha de responder a una serie de exigencias mecánicas e hidráulicas para que en las mismas no se produzcan vibraciones sea cual sea la apertura y la presión soportada. • Las compuertas deben ser capaces de abrir y cerrar, mediante sus equipos de accionamiento, a la mayor velocidad posible, incluso cuando se encuentran bajo la máxima presión de servicio. • Normalmente, están formadas por una superficie metálica rectangular, plana o curva, conocida como pantalla o tablero. En todo caso, se adaptan a la sección del lugar donde se aplican. 42

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS VÁLVULAS • La misión encomendada a las válvulas es análoga a las funciones desarrolladas por las compuertas, si bien, éstas se aplican en aberturas de secciones considerablemente más pequeñas que las correspondientes a las zonas donde se utilizan las compuertas. • Las válvulas se instalan siempre en conductos cerrados generalmente de sección circular y se aplican a las conducciones tratadas anteriormente. 43

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS ATAGUÍAS • Las ataguías se utilizan para el cierre de aberturas en las conducciones tanto en embocaduras como en desembocaduras, aplicándose antes y después de las compuertas o válvulas instaladas en dichos conductos. • Se pueden considerar a las ataguías como compuertas de seguridad que permiten hacer revisiones y reparaciones en las compuertas, válvulas, turbinas y en las propias conducciones. • Cada ataguía consiste en un tablero de superficie rectangular plana, metálico, formado por uno o varios tramos superpuestos unos sobre otros, denominados paquetes. Todos ellos se deslizan por guías empotradas en los laterales de la abertura. • En la actualidad se construyen ataguías que, en casos de extrema urgencia, pueden llegar a ejercer las funciones de auténticas compuertas. Tal es la circunstancia de tener que colocar una ataguía en la toma de agua de una turbina en funcionamiento, por avería de la compuerta principal, la cual se halla bloqueada en posición de apertura y que, por determinadas causas, no se puede efectuar su cierre. 44

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Ataguías 45

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS TURBINAS HIDRÁULICAS • Una turbina hidráulica es accionada por el agua en movimiento una vez que ésta es debidamente encauzada hacia el elemento de turbina llamado distribuidor, el cual, circularmente, distribuye, regula y dirige un caudal de agua que tiende a incidir sobre un rotor o rueda móvil conocida con el nombre de rodete, que conjuntamente con el eje en el que está montado ha de estar perfectamente equilibrado dinámica y estáticamente. En el distribuidor y el rodete se provocan cambios en la magnitud y dirección de la velocidad del agua lo que hace que se produzcan fuerzas tangenciales en el rodete, generándose así energía mecánica de rotación al girar éste. 46

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS CLASIFICACIÓN • Centrales de alta presión: H > 200 m. Usan turbinas Pelton y, a veces, Francis lentas • Centrales de media presión: 200 m >H > 20 m. Usan turbinas Francis medias y rápidas • Centrales de baja presión: H < 20 m. Usan turbinas Francis ultrarrápidas, hélice y, sobre todo, Kaplan 1. Por la energía del agua que incide sobre el rodete(cinética y presión): De acción. De reacción 2. Por la dirección del agua que incide en el rodete: Radiales, Axiales, Radiales-axiales 3. Por la posición del eje: De eje horizontal, De eje vertical 47

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Los componentes de la TURBINA PELTON son: • Distribuidor • Rodete • Carcasa • Cámara, canal o tubería de descarga • Sistema hidráulico de frenado • Eje 48

TURBINA PELTON 49

TURBINA PELTON 50

RODETE DE UNA TURBINA PELTON 51

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Los componentes de una TURBINA FRANCIS son: • Cámara espiral (Caracol) • Distribuidor • Rodete • Tubo de aspiración 52

Turbina Francis 53

TURBINA FRANCIS Distribuidor Rodete 54

Turbina Francis 55

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Los componentes de una TURBINA KAPLAN son: • la cámara espiral, • el distribuidor y • el tubo de aspiración 56

Turbina Kaplan 57

TURBINA KAPLAN 58

Velocidad de las turbinas hidraúlicas • Las turbinas hidráulicas son lentas (75 -600 r. p. m. ). • Se procura acoplarlas directamente al alternador. Luego éste debe tener muchos polos y el conjunto gira a la velocidad de sincronismo: • Las turbinas Pelton son las más lentas y las Kaplan las más rápidas. 59

Velocidad específica, ns Representa el número de revoluciones de una turbina exactamente homóloga (de la misma forma constructiva, pero más pequeña) desarrollando una potencia de 1 C. V. bajo un salto de 1 m: n : Velocidad nominal de la turbina (r. p. m. ) PG : Potencia útil de la turbina (C. V. ) HN : Salto neto (m) 60

Velocidad específica, ns r. p. m. Tipo de turbina Altura del salto (metros) Hasta 18 Pelton de una tobera Hasta 800 De 18 a 25 Pelton de una tobera De 800 a 400 De 26 a 35 Pelton de una tobera De 400 a 100 De 26 a 35 Pelton de dos toberas De 800 a 400 De 36 a 20 Pelton de dos toberas De 400 a 100 De 51 a 72 Pelton de cuatro toberas De 400 a 100 De 55 a 70 Francis muy lenta - Cámara forzada en espiral De 400 a 200 De 70 a 120 Francis lenta - Cámara forzada en espiral De 200 a 100 De 120 a 200 Francis media - Cámara forzada en espiral De 100 a 50 De 200 a 300 Francis rápida - Cámara cerrada de 50 a 25 De 300 a 450 Francis ultrarrápida - Cámara abierta De 25 a 15 De 400 a 500 Hélice ultrarrápida Hasta 15 De 270 a 500 Kaplan lenta De 50 a 15 De 500 a 800 Kaplan rápida De 15 a 5 De 800 a 1100 Kaplan ultrarrápida Menos de 5 61

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Regulación de velocidad • Reguladores: – Reguladores centrífugos – Reguladores eléctricos Reguladores de acción directa La señal de regulación actúa directamente sobre el distribuidor Reguladores de acción indirecta La señal de regulación no actúa directamente sobre el distribuidor 62

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS TUBO DE ASPIRACIÓN Sirve para recuperar la energía cinética residual del agua a la salida de las turbinas de reacción. • Rectos • Hidroconos 63

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS CANAL DE RESTITUCIÓN O DESAGÜE O SOCAZ • Recoge el agua a la salida de la turbina para devolverla al rio. • A la salida de las turbinas el agua tiene aún bastante velocidad y, por tanto, pose gran poder erosivo. • Hay que revestir el desagüe de la turbina y dar a este canal la forma adecuada. 64

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS CASA DE MÁQUINAS • Es el edificio que contiene las turbinas, los alternadores y los cuadros de control. • Se construye al aire libre o en cavernas • Puede estar situada al pie de presa o separada de la presa. • El acceso está por encima del nivel de inundaciones 65

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS • Casa de máquinas. 66

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Minicentrales hidráulicas • Son de potencia inferior a 10 MW. • Se busca que su construcción sea lo más barata posible. • Por eso, a veces, usan generadores asíncronos. • Son automáticas y funcionan sin personal. 67

Grupo bulbo • Consisten en un grupo de turbina Kaplan-generador encerrados dentro de un bulbo metálico. • El conjunto gira en un eje horizontal dentro de una conducción que tiene unas directrices para girar el agua. • Se reduce la obra civil necesaria. 68

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS 69

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS CENTRALES DE BOMBEO • Las centrales hidroeléctricas de bombeo disponen de dos embalses situados a diferente altura. • En las horas del día en las que se produce una mayor demanda de energía eléctrica (horas punta de la demanda), la central de bombeo opera como una central hidroeléctrica convencional: el agua almacenada en el embalse superior, en su caída, hace girar el rodete de una turbina asociada a un alternador. La demanda diaria de energía eléctrica no es constante La energía es diferente: producida por la turbina(-) y la consumida por el bombeo(+) La tarifa es diferente 70

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS CENTRALES DE BOMBEO • Las centrales termoeléctricas – no pueden adaptarse a cambios bruscos de la demanda, – están especialmente indicadas para producir la energía eléctrica de forma estable – centrales base de carga grupo ternario 71

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS CENTRALES DE BOMBEO Equipos electromecánicos: 1. Cuaternarios: alternador, turbina, motor, bomba 2. Ternarios: alternadormotor, turbina, bomba 3. Binarios: alternadormotor, turbina-bomba • España cuenta actualmente con 23 centrales hidroeléctricas de este tipo. • El rendimiento medio de un bombeo está comprendido entre el 60 y el 70%. 72

CENTRAL DE BOMBEO CON UN GRUPO TERNARIO 73

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS CENTRALES DE BOMBEO La central de Aguayo en el término municipal de San Miguel de Aguayo. Situación: 74