energía hidraulica
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La energía hidráulica y sus usos.TRANSCRIPT
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.
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
LA ENERGÍA HIDRÁULICA
10/04/2015 MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
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.
CLASIFICACIÓN DE LAS C. H.
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.
CLASIFICACIÓN DE LAS C. H.
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.
CLASIFICACIÓN DE LAS C. H.
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.
CLASIFICACIÓN DE LAS C. H.
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
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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.
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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.
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
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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
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
ORIGEN DE LAS OLAS Y MAREAS
ESTIMACION DE LOS RECURSOS
MAREOMOTRICES
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EFECTOS GRAVITACIONALES Y LA FUERZA
CENTRÍFUGA
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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
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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
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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
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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
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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
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
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
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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
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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
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EL FUTURO DE LA ENERGIA DE LAS MAREAS
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EL FUTURO DE LA ENERGIA DE LAS MAREAS
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TURBINA DE BULBO AXIAL
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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
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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.
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USO DE ESTE RECURSO EN EL MUNDO
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IMPACTO AMBIENTAL
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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
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ALGUNOS PROYECTOS
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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
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4. Douglas M. Considine. Tecnología del gas natural. Ed.
Marcombo. S.A. Barcelona 1984.
5. Tecsup. Instaladores Internos de Gas. Lima Agosto 2009.
BIBLIOGRAFIA
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 BIOMASA
10/04/2015
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