hidromecanica ipn

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

UNIDAD ZACATENCO

HIDROMECANICA Y ENERGIAS ALTERNAS

HIDROMECNICA Y ENERGAS ALTERNAS

SEMINARIO DE TITULACIN

PARA OBTENER EL TTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO CIVIL

PRESENTAN:

LVAREZ GAVIA LILIANA

CANALES REYES NSTOR DAMIN

COLORADO NAHUACATL FRANCISCO

CONTRERAS ESTRELLA JOS APOLINAR

DAZ AGUILAR ARTURO

ESPINOSA CHVEZ MARTHA PATRICIA

GARCA BELMONT LUIS DANIEL

GARCA LUNA JOS GUADALUPE

GUERRERO LPEZ CESAR

GUTIRREZ LUGO DIANA ELIZABETH

HERNNDEZ ABRAHAM VICTOR FELIPE

HERNNDEZ LEN URIEL

HERNNDEZ RIVERA JUAN CARLOS

LANDIN GONZLEZ ALMA DELIA

LUNA NAMBO JOS MANUEL

MARN NICOLS JOS ALFONSO

MARTNEZ RODRGUEZ JULIO CESAR

MARTNEZ VZQUEZ ADRIANA

MARTNEZ VILLALOBOS JORGE ANTONIO

MEJA VILCHIS EDUARDO MIGUEL

MERA ESCOBEDO FRANCISCO VALENTN

NEZ MARTNEZ CESAR JESS

PONCE SOLANO ELENA ALEJANDRA

RAMREZ AYALA DALIA

RAMREZ CRUZ CESAR JESS

REYES MELCHOR LUZ MARA

RUAN GONZLEZ DAVID

RUIZ SANTIAGO GUILLERMO

SNCHEZ FABELA DAVID ANDRES

YEZ HERNNDEZ GILBERTO

ASESORES: ING. RAL MANJARREZ ANGELES M. en C. MARA DEL ROSARIO MENDOZA GONZLEZ

I


UNIDAD ZACATENCO


AGRADECIMIENTOS

A DIOS, el ser mas importante de nuestras vidas, que a lo largo de esta ha estado siempre a

nuestro lado dndonos la oportunidad de concluir una de las metas mas importante en nuestro

camino, por ensearnos que nada es eterno, solo el eterno cambio de las cosas.

Al INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL por la oportunidad de formar parte de su

gloriosa historia, por la calidad acadmica que nos brindo y por contribuir a nuestra

formacin profesional y personal.

A los PADRES con los que hemos recorrido un gran camino, quienes saben la manera de

apoyarnos en la bsqueda de nuestros sueos y que mediante su ejemplo, esfuerzo y apoyo

constante lo logramos juntos.

A los PROFESORES por la paciencia, esfuerzo y determinacin que implica su labor, por la

entrega imparcial de los conocimientos y por inculcar en nosotros la bsqueda constante de

superacin profesional.

A los FAMILIARES Y AMIGOS por la compaa, el tiempo compartido y por los momentos

gratos vividos.

II


UNIDAD ZACATENCO


INTRODUCCIN

En trminos generales, la humanidad poco reflexiona sobre aquellos elementos que la

naturaleza le ha brindado y que por ende ha recibido sin realizar esfuerzo alguno: la luz del

sol, el agua de los ros, los frutos de los arboles, el aire que respira. Lo que sucede con los

recursos de la naturaleza ocurre tambin, con las obras del hombre.

Nos parecen obvios la electrificacin, el ferrocarril, el automvil, el metro, el avin, las

computadoras, el telfono, el fax, el telgrafo, la radio, el cinematgrafo, la televisin, el

drenaje, y hasta las calles pavimentadas entre muchas otras cosas.

A partir de la revolucin industrial, cuyo inicio se fija a la mitad del siglo XVIII, hasta

nuestros das, el hombre ha dado un salto gigantesco que va desde la sanguijuela hasta los

antibiticos, del caballo al cohete espacial, del retrato al oleo a la fotografa, del arcabuz a la

bombas de neutrones, a la vela de sebo a la lmpara de sodio, de los braceros de ocote del

emperador Moctezuma a la lmpara de mercurio.

Hasta hace poco tiempo la humanidad haba dado la energa como un hecho, siempre estaba

ah -Por qu molestarse en saber que es o de donde viene?- pero en la actualidad la gente esta

preocupada. De pronto descubrimos que hemos estado agotando importantes fuentes de

energa petrleo, gas natural y carbn- con demasiada rapidez. Debemos pensar seriamente:

De dnde vendr nuestra energa en el futuro? Pues no hay nada en el mundo que este

afectado por la energa- o la falta de ella-.

Este es un tema que est probando la inteligencia y el ingenio de algunas de las personas ms

brillantes del mundo. As es como debera de ser, ya que la disponibilidad de energa en los

aos siglos- por venir conformara el futuro de la humanidad. Existen muchas oportunidades

para proporcionar energa una vez que las reservas del petrleo, gas y carbn comiencen a

agotarse. El sol, la biomasa o biogs, el mar e incluso el agua de la lluvia, de los ros y hasta la

que se utiliza para riego pueden ayudar a satisfacer las necesidades mundiales de energa.

III


UNIDAD ZACATENCO


OBJETIVO

El ingeniero que se ocupa de proyectar, construir o supervisar el funcionamiento de diversas

obras, deben tener conocimiento en la actualidad de las diferentes fuentes de energa

existentes, que produzcan menos problemas al ecosistema mundial.

Por lo anterior el objetivo del seminario, es la de encausar las inquietudes y conocimientos

acadmicos de los pasantes, para conocer las diferentes fuentes de energa que pueden ser

solucin para dejar de utilizar combustibles fsiles y que con ello no se dae ms el ambiente.

Tambin se pretende dar continuidad al estudio para el aprovechamiento de las energas

renovables que en Mxico inicia en los aos 80s y con ello el Instituto Politcnico Nacional, a

travs de la ESIA Unidad Zacatenco, participe al igual que la UAEM, UNAM, la Universidad

de San Luis Potos, Guadalajara, Iberoamericana y la Salle, en el anlisis del aprovechamiento

de estas energas alternas.

IV


UNIDAD ZACATENCO


NDICE

Agradecimientos I

Introduccin II

Objetivo III

UNIDAD 1. INTRODUCCIN Y GENERALIDADES

1.1 Generalidades sobre la energa 2

1.2 Generalidades sobre centrales de energa en Mxico 5

1.3 Estado actual de las centrales de energa en Mxico 7

1.4 Conceptos hidrolgicos en el proyecto de centrales de energa 14

1.5 Elaboracin de un reporte de las centrales de energa en Mxico 25

1.6 Panorama de las energas alternas en Mxico 41

UNIDAD 2. INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELCTRICAS

2.1 Conceptos bsicos 43

2.1.1 Potencia y Energa 43

2.1.2 Potencia terica y potencia Real 44

2.1.3 Turbinas 45

2.1.4 Bombas 52

2.1.5 Unidades de Potencia y Energa 57

2.2 Centrales hidroelctricas 58

2.2.1 Elementos de una planta hidroelctrica 77

2.2.2 Factor de planta 79

2.2.3 Situacin elctrica del pas 80

2.3 Instalaciones de bombeo 81

2.3.1 Tipos de instalacin 83

2.3.2 Elementos de una instalacin de bombeo 85

V


UNIDAD ZACATENCO


UNIDAD 3. TEORA GENERAL DE LAS TURBOMQUINAS

3.1 Mquinas Hidrulicas 87

3.2 Antecedentes Histricos 88

3.3 Conceptos de carga neta 90

3.4 Elementos Principales 91

3.4.1. Turbinas 92

3.4.2 Bombas 113

3.5 Ecuacin de Euler 135

3.6 Ejemplos 145

UNIDAD 4. BOMBAS CENTRIFUGAS

4.1 Generalidades 176

4.2 Tipos y seleccin de bombas centrfugas 177

4.3 Tipos de bombas centrfugas segn su forma de operar 181

4.4 Prdidas de energa en las instalaciones de bombeo 183

4.5 Velocidad de giro en bombas 192

UNIDAD. 5 TURBINAS HIDRULICAS

5.1 Clasificacin de turbinas 204

5.1.1 Pelton 210

5.1.2 Francis 211

5.1.3 Kaplan 212

5.2 Velocidad sincrnica 214

5.3 Seleccin de turbinas 214

5.4 Nmero y tipo de unidades 221

5.5 Cavitacin en turbinas 223

VI


UNIDAD ZACATENCO


5.6 Dimensiones principales de las turbinas 229

5.6.1 Turbinas Pelton 231

5.6.2 Turbinas Francis y Kaplan 237

5.6.3 Dimensiones de la casa de mquinas y pozo de oscilacin 253

UNIDAD 6. ENERGA SOLAR Y ELICA

6.1 Introduccin 256

6.2 Energa Solar 256

6.2.1 Estado actual de la energa solar en Mxico 262

6.2.2 Componentes bsicos de una plantas elctrica solar 264

6.2.3 Descripcin de cada componente de una planta elctrica solar 265

6.2.4 Tipos de energa solar 267

6.2.4.1 Fotovoltaica 267

6.2.4.2 Trmica 267

6.2.5 Investigacin solar en Mxico 267

6.3 Energa Elica 268

6.3.1 Estado actual de la energa elica en Mxico

6.3.2 Componentes bsicos de una plata elica

270

271

6.3.3 Componentes de un aerogenerador 272

6.4 Proyectos probables de energa elica en Mxico 275

6.5 Proyectos de energa elica en funcionamiento en Mxico 276

UNIDAD 7. ENERGAS ALTERNAS

7.1 Generalidades 279

7.2 Energa del Oleaje 289

7.3 Biomasa o biogs 308

7.4 Microhidrulica, Pequeas Centrales hidroelctricas (P.C. H.) 317

7.5 Otras Energas 320

VII


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UNIDAD 8. SELECCIN DE BOMBAS

8.1 Estudios Bsicos 336

8.2 Estudios Topogrficos 337

8.3 Seleccin de tubera y accesorios 338

8.3.1 Potencia y gasto por unidad 340

8.3.2 Predimensionamiento del crcamo de bombeo 341

UNIDAD 9. SELECCIN DE TURBINAS

9.1 Estudios Bsicos 350

9.2 Estudios Topo-Hidrolgicos 351

9.3 Seleccin de tubera de conduccin en cuanto a dimetro,

prdidas de energa y material

364

9.3.1 Potencia y gasto por unidad 367

9.4 Nmero, tipo de unidades y dimetro de los rodetes de turbinas 367

9.4.1 Casa de mquinas (predimensionamiento) 371

9.5 Pozos de oscilacin 378

ANEXOS

ANEXO I Calentador Solar 383

ANEXO II Planta de Bombeo 404

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UNIDAD ZACATENCO


UNIDAD I

INTRODUCCIN Y

GENERALIDADES.

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UNIDAD I INTRODUCCION Y GENERALIDADES

1.1 GENERALIDADES SOBRE LA ENERGA1

ENERGA

El trmino energa tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una

capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento. En fsica, energa se define como

la capacidad para realizar un trabajo. En tecnologa y economa, energa se refiere a un

recurso natural y la tecnologa asociada para explotarla y hacer un uso industrial o econmico

del mismo

LOS DIFERENTES TIPOS DE ENERGA

ENERGA NUCLEAR

Es la energa liberada durante la fisin o fusin de ncleos atmicos. Las cantidades de

energa que pueden obtenerse mediante procesos nucleares superan ampliamente a las que

pueden lograrse mediante procesos qumicos, que slo implican las regiones externas del

tomo.

ENERGA CINTICA Y POTENCIAL

La energa cintica es la energa que un objeto posee debido a su movimiento. Depende de la

masa y la velocidad del objeto segn la siguiente ecuacin.

ENERGA HIDRULICA

El aprovechamiento de la energa potencial del agua para producir energa elctrica constituye

en esencia la energa hidroelctrica. Se trata de un recurso renovable y autctono. El conjunto

de instalaciones e infraestructura para aprovechar este potencial se denomina central

hidroelctrica.

ENERGA ELICA

El hombre conoce desde la antigedad la fuerza del viento y en forma de molinos la ha

utilizado desde tiempos remotos. Las modernas centrales elicas utilizan grandes palas y

aunque el principio es el mismo, se consigue un aprovechamiento mas integral de la energa

generada.

La fuerza del viento proviene de las diferencias de presin atmosfrica en distintos lugares del

planeta .Estas son causadas por la variedad de temperaturas ocasionadas por la energa solar.

Por lo tanto, la energa elica (llamada as por Eolo, dios griego del viento) tambin se

1 http://www.cfe.gob.mx/es/LaEmpresa/queescfe/Listadodecentralesgeneradoras/Hidroel%c3%a9ctricas.htm?Combo=Hidroel%c3%a9ctricas

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UNIDAD ZACATENCO


relaciona a energa solar, pero se las considera separadas porque la tecnologa necesaria para

captarlas es muy diferente.

Entre otros factores, la concienciacin medioambiental y la necesidad de disminuir la

dependencia de suministros exteriores influyen fuertemente en las polticas energticas

relativas a las energas renovables en sus diferentes mbitos: investigacin, desarrollo y

aplicaciones.

ENERGA SOLAR

El sol es la principal fuente de energa en nuestro planeta, hasta ahora no la hemos

aprovechado demasiado.

Casi todos los artefactos que conocemos podran funcionar con energa solar. Desde las

lmparas que iluminan nuestras casas los medios de trasporte por eso se la considera la energa

del futuro.

Es la energa radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusin.

Llega a la Tierra a travs del espacio en forma de fotones, que interactan con la atmsfera y

la superficie terrestres.

ENERGA SOLAR TRMICA

Se trata del sistema ms extendido de aprovechamiento de la energa solar. El medio para

conseguir este aporte de temperatura se hace por medio de colectores.

ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA

El sistema de aprovechamiento de la energa del Sol para producir energa elctrica se

denomina conversin fotovoltaica.

ENERGA GEOTRMICA

La Tierra posee una enorme cantidad de energa en su interior. Una muestra de ellos lo

constituyen, por ejemplo, los volcanes o los giseres.

En general, es difcil aprovechar la energa trmica. Sin embargo, existen puntos en el planeta

en los que se producen anomalas geotrmicas, dando lugar a gradientes de temperatura de

entre 100 y 200C por kilmetro. Es en estos puntos donde se puede aprovechar esta energa.

ENERGA DEL MAR

Los mares y los ocanos son inmensos colectores solares de los que extraer energa de

orgenes diversos.

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UNIDAD ZACATENCO


ENERGA DE LAS MAREAS

La energa estimada que se disipa por las mareas es del orden de 22000 TWh. De esta energa

se consideran recuperables unos 200 TWh.

ENERGA TRMICA OCENICA

La explotacin de las diferencias de temperatura de los ocanos ha sido propuesta multitud de

veces. El ms conocido pionero de esta tcnica fue el cientfico francs George Claudio, que

invirti toda su fortuna, obtenida por la invencin del tubo de nen, en una central de

conversin trmica.

ENERGA MAREMOTRIZ

Las olas del mar son un derivado terciario de la energa solar. El calentamiento de la superficie

terrestre genera viento y el viento genera las olas. La tecnologa de conversin de movimiento

oscilatorio de las olas en energa elctrica se fundamenta en que la ola incidente crea un

movimiento relativo entre un absorbedor y un punto de reaccin que impulsa un fluido a

travs del generador.

ENERGA HIDRULICA

Hace ya siglos que se reconoci que el agua que fluye desde un nivel superior a otro inferior

posee una determinada energa cintica susceptible de ser convertida en trabajo, como

demuestran los miles de molinos de agua que fueron construyndose a orillas de los ros a lo

largo de la historia. Desde hace algo ms de un siglo, se aprovecha la energa hidrulica para

generar electricidad, y de hecho fue una de las primeras formas que se emplearon para

producirla.

El aprovechamiento de la energa potencial del agua para producir energa elctrica constituye

en esencia la energa hidroelctrica. Se trata de un recurso renovable y autctono.

El conjunto de instalaciones e infraestructura para aprovechar este potencial se denomina

central hidroelctrica. En los ltimos tiempos se han ido recuperando infraestructuras

abandonadas dotndolas de nuevos equipos automatizados y turbinas de alto rendimiento. En

consecuencia, el impacto ambiental es similar al que ya exista y, en todo caso, menor al de

una gran central. A estas instalaciones, con potencia inferior a 5.000 KW se les denomina mini

hidrulicas o minicentrales hidroelctricas.

Estas instalaciones mini hidrulicas estn condicionadas por las caractersticas del lugar de

emplazamiento. La topografa del terreno influye en la obra civil y en la seleccin del tipo de

mquina

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UNIDAD ZACATENCO


1.2 GENERALIDADES SOBRE CENTRALES DE ENERGIA EN MEXICO 2

Una central hidroelctrica es aquella que utiliza energa hidrulica para la generacin de

energa elctrica. Son el resultado actual de la evolucin de los antiguos molinos que

aprovechaban la corriente de los ros para mover una rueda.

En general estas centrales aprovechan la energa potencial que posee la masa de agua de un

cauce natural en virtud de un desnivel, tambin conocido como salto geodsico. El agua en su

cada entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidrulica la cual trasmite la

energa a un generador el cual la convierte en energa elctrica.

Tipos de centrales hidroelctricas

Segn su concepcin arquitectnica

Centrales al aire libre, al pie de la presa, o relativamente alejadas de esta, y conectadas

por medio de una tubera en presin.

Centrales en caverna, generalmente conectadas al embalse por medio de tneles,

tuberas en presin, o por la combinacin de ambas.

PRINCIPALES PLANTAS DE ENERGA EN MXICO

La Comisin Federal de Electricidad es la empresa del Estado que se encarga de la generacin,

transmisin, distribucin y comercializacin de energa elctrica en el pas. Actualmente

atiende a 25.3 millones de personas. Sin embargo, poco se sabe de dnde proviene la energa

que todos los das de forma permanente mantiene las actividades de personas, empresa y

gobierno.

La capacidad de generacin cuenta con 177 centrales generadoras de energa, lo que equivale

a 49,854 MW (Megawatts), incluyendo a aquellos productores independientes que por ley

estn autorizados para generarla.

Los clientes a los que se suministra energa elctrica estn divididos por su actividad, as el

0.62% se destina al sector servicios, el 10.17% al comercial, el 0.78% a la actividad industrial,

el 0.44% al Agrcola y el uso ms importante es el domstico, con 87.99% de los usuarios.

Adems, la demanda aumenta en 1.1 millones de solicitantes cada ao.

La capacidad instalada se integra con todas las formas de generacin; las termoelctricas

representan el 44.80% de la generacin, en tanto las hidroelctricas el 22.17%, seguidas de las

carbo elctricas que generan el 5.22% del total de la electricidad en el pas, mientras que las

2 http://www.explorandomexico.com.mx/about-mexico/6/247/

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UNIDAD ZACATENCO


ncleo elctricas contribuyen con el 2.74%, con menor capacidad estn las Geotermoelctricas

con 1.92% de generacin total y las Eolo elctricas con slo 0.171%.

Un caso especial son los productores independientes que producen un alto porcentaje en

relacin con las otras formas de generacin, ya que aportan el 22.98% de la capacidad

instalada, segn la misma CFE.

La generacin de energa tiene varias fuentes, la primera de ellas y la ms antigua son las

hidroelctricas, entre las ms importantes por su capacidad de generacin se encuentran la de

Chicoasn, en Chiapas, Manuel Moreno Torres, que genera 2,400 MW, la del Malpaso en

Tecpatn, Chiapas, El Infiernillo, en La Unin, Guerrero, que produce 1,000 MW, le sigue

Aguamilpa, en Tepic, Nayarit, la cual es capaz de generar 960 MW. El sistema cuenta tambin

con la Hidroelctrica Belisario Domnguez, o Angostura, en Chiapas que genera 900 MW, La

Hidroelctrica Leonardo Rodrguez Alcaine, conocida como El Cajn, produce actualmente 750 MW desde Santa Mara del Oro en Nayarit. Otra de gran importancia es la que se

encuentra en Choix, en Sonora que lleva el nombre de Lus Donaldo Colosio, conocida

tambin como Huites, la cual genera en su mxima capacidad 422 MW.

Por su parte, las Termoelctricas ms importantes son la de Tuxpan, en Veracruz que tiene

2,200 MW de capacidad de generacin de energa elctrica, la de Tula Hidalgo, que produce

1546 MW, seguida de la de Manzanillo, con 1,200 MW,

Las Geotermoelctricas tienen menos presencia en el sistema elctrico nacional, aunque

destacan tres unidades de Cerro Prieto en Mexicali, Baja California, produciendo 220 MW

y 180 MW, respectivamente.

Las Carbo elctricas slo son dos, y se ubican en Nava, Coahuila, cada una de las cuales

genera 1,200 y 1,400 MW.

Slo existe una Ncleo elctrica, la de Laguna Verde en Alto Lucero, Veracruz, y que por si

genera 1365 MW

Recientemente el gobierno Federal ha hecho nfasis en la necesidad de ir convergiendo hacia

la energa alterna, tal como la Elica, en 1982 fue instalada la Eolo elctrica Guerrero Negro

en Muleg, Baja California Sur, y en 1994 la Venta en Juchitn, Oaxaca, aunque existe gran

diferencia entre una y otra, pues la primera est en un lmite muy bajo de produccin, en tanto,

la segunda produce slo 85 MW. Existen otras formas de generacin como la de ciclo

combinado, diesel y otras que generan electricidad en mucho menor proporcin que las

anteriores.

Como se observa, la capacidad instalada a lo largo de la vida de la Comisin Federal de

Electricidad, sustenta en gran medida la actividad econmica del pas, y debe ser un orgullo

para los mexicanos las grandes obras de infraestructura que la ingeniera mexicana ha

logrado.

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UNIDAD ZACATENCO


1.3 ESTADO ACTUAL DE LAS CENTRALES DE ENERGA EN MXICO 3

Cuantas Plantas Hidroelctricas tienes Mxico en operacin?

En Mxico hay 64 Centrales Hidroelctricas, de las cuales 20 son de gran importancia y 44

son centrales pequeas. Suman un total de 181 unidades generadoras de este tipo. Las 20

centrales mas grandes se ubican de la siguiente manera: 5 en la Gerencia Regional de

Produccin Noroeste, 2 en la Gerencia Regional de Produccin Norte, 5 en la Gerencia

Regional de Produccin Occidente, 2 en la Gerencia Regional de Produccin Central y 6 en la

Gerencia Regional de Produccin Sureste.

Actualmente 57 plantas hidroelctricas estn produciendo energa elctrica y 7 centrales

hidroelctricas estn fuera de servicio. Esta informacin esta actualizada hasta el 29 de mayo

de 2009.

A continuacin reproducimos el listado presentado por CFE (Comisin Federal de

Electricidad, empresa estatal mexicana responsable de la produccin, transmisin y

distribucin de la energa elctrica):

Fig. 1.1 Plantas Hidroelctricas en Mxico 4

Las centrales hidroelctricas toman la energa del flujo de agua en el cause natural de un

desnivel conocido como salto geodsico, donde una turbina transmite la energa a un

alternador que la convierte en energa elctrica. Esta forma de aprovechar la fuerza de la

Naturaleza genera una energa limpia, renovable y de bajo riesgo.

La tecnologa hidroelctrica requiere la instalacin de equipos electromecnicos de una

turbina, un generador elctrico y transformadores. Estas instalaciones deben estar debajo del

fondo de la base de la cortina de la presa, con la finalidad de aprovechar la energa potencial

del agua. El agua es conducida hasta el rodete de la turbina hidrulica y su fuerza hace girar

3 http://www.cie.unam.mx/~rbb/PRESENTACION HIDROELCTRICA

4 http://www.explorandomexico.com.mx/about-mexico/6/247/

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UNIDAD ZACATENCO


las aspas, transformando la energa potencial del agua en energa cintica, la que

posteriormente se transforma en energa mecnica. Un generador transforma esa energa

mecnica en elctrica. La energa generada es transportada a travs de lneas de transmisin

que se enlazan con los centros de distribucin.

La Central Hidroelctrica El Cajn, comenz a ser construida en el ao 2003 y est ubicada en el Estado de Nayarit, es uno de los proyectos ms importantes en su tipo, ya que

fue diseado con una capacidad de generacin de 750 megawatts (MW) a travs de una

cortina de 186 metros de altura, la ms alta de su tipo en el mundo, y una capacidad de 12

millones de metros cbicos. Durante su desarrollo se generaron aproximadamente seis mil

empleos directos y fue diseado completamente por ingenieros mexicanos. En el 2004 recibi

el premio Deal of the Year por la publicacin Project Finance por la estructura financiera de esta obra, reconociendo la importancia de la operacin financiera que permiti tener crdito

por aproximadamente 800 millones de dlares. Fue el mayor financiamiento concedido al

sector elctrico en Mxico con el fin de construir la nica hidroelctrica de Mxico desde

1994.

El Proyecto Hidroelctrico La Yesca inici en el ao 2008 con una inversin de 767 millones de dlares y generar de 10 mil empleos, directos e indirectos, durante los cuatro

aos que durar su construccin. Se espera que esta central hidroelctrica quede concluida en

junio del 2012. Se ubica en el estado de Nayarit, sobre el ro Santiago, justo donde este estado

limita con el de Jalisco, incorporando 750 megavatios al sistema elctrico nacional.

La Yesca tendr 220 metros de altura y una cuenca con capacidad para 2,390 millones de

metros cbicos, el equivalente al agua que consume la Ciudad de Mxico durante dos aos.

La Presa Hidroelctrica Aguamilpa en Nayarit fue concluida en 1993 y est conformada por una cortina de concreto de 187 metros de altura, la ms alta de su tipo en Amrica Latina y el

agua de su embalse tiene un volumen de 6,950 millones de metros cbicos a lo largo de 50

kilmetros sobre el ro Santiago y el ro Huaynamota, creando una fuerza hidrulica de 960

MW. La presa de Aguamilpa no slo permite una importante generacin de energa elctrica,

sino que adems regula las avenidas de los ros para evitar la inundacin de los pueblos

ubicados ro abajo.

La Central Hidroelctrica Chicoasn est ubicada sobe el ro Grijalva en el municipio de Chicoasn, Chiapas. Esta central cuenta con ocho unidades turbogeneradores de 300 MW cada

una, para una capacidad instalada total de 2,400 MW. Estas unidades entraron en operacin

comercial en 1980. La energa generada es transportada a travs de diez lneas de transmisin

a Veracruz y Chiapas.

La Central Hidroelctrica Infiernillo se encuentra en el lmite entre los estados de Michoacn y Guerrero sobre el ro Balsas. Esta obra concluy su construccin en 1963 con

una capacidad de almacenamiento de 9 millones de metros cbicos de agua, generando 960

MW. Su cortina tiene 149 metros de altura, 350 metros de longitud y fue la primera presa

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UNIDAD ZACATENCO


construida con estas dimensiones en Mxico. Debido a que esta central hidroelctrica se

localiza en la zona de mayor riesgo ssmico del pas, continuamente se evala el

comportamiento dinmico de sus estructuras.

La presa hidroelctrica Malpaso se encuentra ubicada en el Noroeste del estado de Chiapas, a 40 kilmetros del punto donde limitan los estados de Veracruz, Oaxaca y Chiapas. Se

construy entre 1958 y 1966, la primera y ms importante hidroelctrica construida para el

desarrollo del sureste de Mxico sobre el ro Grijalva.

Fig. 1.2 generacin efectiva de electricidad por tipo de planta 5

GENERACIN DE ENERGA POR PLANTAS HIDROELCTRICAS EN Mxico

Hay instaladas en el pas 217 hidroelctricas

La capacidad de generacin es de 9618 MW

En operacin se cuenta con 78

El porcentaje de utilizacin es de 26.53%


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UNIDAD ZACATENCO


Fig. 1.3 principales centrales elctricas en el pas b

Fig. 1.3 principales centrales elctricas en el pas 6


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UNIDAD ZACATENCO


Fig. 1.4 Red de transmisin elctrica 7

Fig. 1.5 Plantacin de crecimiento de la capacidad instalada8



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UNIDAD ZACATENCO


Fig. 1.6 Plan de crecimiento hidroelctrico 9

Se tiene identificados 26 proyectos de mediano y largo plazo de capacidad total de 6165 MW.

Se tiene proyectado a corto plazo 4 centrales de capacidad total 2215 MW.

Un proyecto en construccin de 930 MW.

Otros proyectos identificados por 32921 MW.


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UNIDAD ZACATENCO


Fig. 1.7 Sistema de operacin del 2001 hasta el ao 2010 10

PLAN HIDROELCTRICO DE CORTO PLAZO

Se tiene proyectado la construccin de:

El cajn de 680 MW.

Boca del cerro de 560 MW

La parota de 765 MW

Copainala de 210MW

Incrementando la capacidad instalada en un 21.7%.

10

http://www.cie.unam.mx/~rbb/PRESENTACION HIDROELCTRICA

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UNIDAD ZACATENCO


POTENCIAL MICROHIDRAULICO EN MXICO

En Mxico se cuenta con dos tipos de potencial de aprovechamiento de energa mini y micro hidrulica.

1). uno es el aprovechamiento de las centrales micro y mini hidrulicas que estn fuera de

servicio y que pueden reiniciar operaciones.

2). Otro son los nuevos proyectos que son viables y que muchos de estos estn ya

identificados y se encuentran en distintas etapas de su desarrollo.

MICRO HIDRULICAS EN OPERACIN

Se tiene 13 centrales micro hidrulicas en operacin por CFE. la capacidad total es de 23.61 MW.

Se cuenta con 9 centrales micro hidrulicas en operacin por Cia. de Luz y Fuerza del Centro con una capacidad total de 13.98 MW.

1.4 CONCEPTOS HIDROLGICOS EN EL PROYECTO DE CENTRALES DE

ENERGA.11

CONCEPTO DE CUENCA

Una cuenca es una zona de la superficie terrestre en donde (si fuera impermeable) las gotas de

lluvia que caen sobre ella tienden a ser drenadas por el sistema de corrientes hacia un mismo

punto de salida. La definicin anterior se refiere a una cuenca superficial; asociada a cada una

de stas existe tambin una cuenca subterrnea, cuya forma en planta es semejante a la

superficial. De ahla aclaracin de que la definicin es vlida si la superficie fuera

impermeable.

Desde el punto de vista de su salida, existen fundamentalmente dos tipos de cuencas:

endorreicas y exorreicas. En las primeras el punto de salida est dentro de los lmites de la

cuenca y generalmente es un lago; en las segundas, el punto de salida se encuentra en los

lmites de la cuenca y est en otra corriente o en el mar (vase figura 1.8).

CARACTERSTICAS DE LA CUENCA Y LOS CAUCES

El ciclo hidrolgico, visto a nivel de una cuenca, se puede esquematizar como un estmulo,

constituido por la precipitacin, al que la cuenca responde mediante el escurrimiento en su

salida.

11

Francisco J. Aparicio Mijares. 1997. Fundamentos de Hidrologa de Superficie. Editorial: Limusa. Mxico. Pag. 19-26

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UNIDAD ZACATENCO


Entre el estmulo y la respuesta ocurren varios fenmenos que condicionan la relacin entre

uno y otra, y que estn

Fig. 1.8 Tipo de cuenca.12

controlados por las caractersticas geomorfolgicas de la cuenca y su urbanizacin. Dichas

caractersticas se clasifican en dos tipos, segn la manera en que controlan los fenmenos

mencionados: las que condicionan el volumen de escurrimiento, como el rea de la cuenca y el

tipo de suelo, y las que condicionan la velocidad de respuesta, como son el orden de

corrientes, pendiente de la cuenca y los cauces, etc. A continuacin se describen las

caractersticas de la cuenca y los cauces de mayor importancia por sus efectos en la relacin

precipitacin-escurrimiento.

El parteaguas es una lnea imaginaria formada por los puntos de mayor nivel topogrfico y

que separa la cuenca de las cuencas vecinas (vase figura 1.9).

El rea de la cuenca se define como la superficie, en proyeccin horizontal, delimitada por el

parteaguas (vase figura 1.9).

La corriente principal de una cuenca es la corriente que pasa por la salida de la misma. Ntese

que esta definicin se aplica solamente a las cuencas exorreicas. Las dems corrientes de una

cuenca de este tipo se denominan corrientes tributarias. Todo punto de cualquier corriente

tiene una cuenca de aportacin, toda cuenca tiene una y slo una corriente principal. Las

cuencas

12

Francisco J. Aparicio Mijares. 1997. Fundamentos de Hidrologa de Superficie. Editorial: Limusa. Mxico. Pag. 19-26

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UNIDAD ZACATENCO


Fig. 1.9 Delimitacin de una cuenca 13

correspondientes a las corrientes tributarias o a los puntos de salida se llaman cuencas

tributarias o subcuencas.

Entre ms corrientes tributarias tenga una cuenca, es decir, entre mayor sea el grado de

bifurcacin de su sistema de drenaje, ms rpida ser su respuesta a la precipitacin. Por ello,

se han propuesto un cierto nmero de indicadores de dicho grado de bifurcacin, algunos de

los cuales son los siguientes:

El orden de corrientes (referencia 1.8) se determina como se muestra en la figura 1.10. Una

corriente de orden 1 es un tributario sin ramificaciones, una de orden 2 tiene slo tributarios de

primer orden, etc. Dos corrientes de orden 1 forman una de orden 2, dos corrientes de orden 3

forman una de orden 4, etc., pero, por ejemplo, una corriente de orden 2 y una de orden 3

forman otra de orden 3. El orden de una cuenca es el mismo que el de la corriente principal en

su salida; as, por ejemplo, el orden de la cuenca de la figura 1.10 es 4. Ntese que el orden

de una cuenca depende en mucho de la escala del plano utilizado para su determinacin; en

este sentido, las comparaciones entre una cuenca y otra deben hacerse con cuidado,

especialmente cuando los planos correspondientes no estn a la misma escala o estn editados

por diferentes organismos.

Otros indicadores del grado de bifurcacin o eficiencia de una cuenca son la densidad de

corrientes DS, definida como el nmero de corrientes perennes e intermitentes por unidad de

rea y la densidad de drenaje Dd, definida como la longitud de corrientes por unidad de rea:

13


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UNIDAD ZACATENCO


Fig. 1.10 Las corrientes de una cuenca 14

(1.1)

15

(1.2)8

Donde Ns = numero de corrientes perennes e intermitentes

Ls = longitud total de las corrientes

A = rea de la cuenca

Un orden de corrientes alto o una densidad elevada refleja una cuenca altamente disertada, que

responde rpidamente a una tormenta. Las densidades u rdenes de corrientes pequeas se

observan donde los suelos son muy resistentes a la erosin o muy permeables; donde estos

indicadores son elevados, los suelos se erosionan fcilmente o son relativamente

impermeables, las pendientes son altas y la cobertura vegetal es escasa.

Uno de los indicadores ms importantes del grado de respuesta de una cuenca a una tormenta

es la pendiente del cauce principal. Dado que esta pendiente vara a lo largo del cauce, es

necesario definir una pendiente media; para ello existen varios mtodos, de los cuales se

mencionan tres:

a) La pendiente media es igual al desnivel e los extremos de la corriente dividido entre su longitud medida en anta.

14


15 Francisco J. Aparicio Mijares. 1997. Fundamentos de Hidrologa de Superficie. Editorial: Limusa. Mxico. Pag. 19-26

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UNIDAD ZACATENCO


Fig. 1.11 Pendiente del cause principal.16

Fig. 1.12 Pendiente del cause principal.17

b) La pendiente media es la de una lnea recta que, apoyndose en el extremo de aguas abajo

de la corriente, hace que se tengan reas iguales entre el perfil del cauce y arriba y abajo de

dicha lnea, como se muestra en la figura 1.12.

16


17http://www.cie.unam.mx/~rbb/PRESENTACION HIDROELCTRICA

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UNIDAD ZACATENCO


c) Taylor Schwars referencia 1.2 proponen calcular la pendiente media como la de un canal de

seccin transversal uniforme que tenga la misma longitud y tiempo de recorrido que la

corriente en cuestin.

La velocidad de recorrido del agua en el tramo i puede calcularse como (referencia 1.3):

(1.3)18

donde k es un factor que depende de la rugosidad y la forma de la seccin transversal y Si es la

pendiente del tramo i. Adems, por definicin:

(1.4)19

donde x es la longitud del tramo i (vase figura 1.13) y ti es el tiempo de recorrido en ese tramo. De 1.3 y 1.4 se obtiene:

(1.5)20

Fig. 1.13 Pendiente del cauce principal.21

18





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UNIDAD ZACATENCO


Por otra parte, la velocidad media de recorrido en todo el cauce dividido en m tramos es:

(1.6)22

donde L es la longitud total del cauce, T es el tiempo total de recorrido y S es la pendiente

media buscada. El tiempo T ser naturalmente (ecuacin 1.5):

(1.7), (1.8)23

Finalmente, usando las ecuaciones 1.6, 1.7 y 1.8 y despejando S se obtiene:

(1.9)24

Mediante un razonamiento semejante se puede obtener la siguiente frmula para el caso en

que las longitudes de los tramos no sean iguales:

22




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UNIDAD ZACATENCO


(1.10)25

donde li es la longitud del tramo i.

Las corrientes se clasifican de varias maneras, pero las ms interesantes en la ingeniera

hidrolgica son tal vez las siguientes:

a) Por el tiempo en que transportan agua. Segn esta clasificacin las corrientes pueden ser perennes, intermitentes o efmeras (vase figura 1.14).

En una corriente perenne el punto ms bajo del cauce se encuentra siempre abajo del

nivel de aguas freticas. Estas corrientes transportan agua durante todo el ao y

siempre estn alimentadas, totalmente o en parte, por el agua subterrnea, es decir, son

efluentes. Una corriente intermitente transporta agua durante la poca de lluvias de

cada ao, cuando el nivel fretico asciende hasta quedar por encima del punto A

(figura 1.14b). En poca de secas el nivel fretico queda por debajo de dicho punto y la

corriente no transporta agua, salvo cuando se presenta alguna tormenta. En el caso de

las corrientes efmeras o influentes el nivel freatico esta siempre abajo del punto A (

figura 1.14c) y transportan agua inmediatamente despus de una tormenta, y, en este

caso, alimentan a los almacenamientos de agua subterrnea.

b) Por su posicin topogrfica o edad geolgica. De acuerdo con esta clasificacin los ros pueden ser de montaas o juveniles, de transicin o maduros, o bien de planicie o

viejos (vase figura 1.15)

25


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UNIDAD ZACATENCO


Fig. 1.14 Clasificacin de corrientes (por el tiempo en que transportan agua).26

En un mismo cauce se pueden encontrar los tres tipos de ros. Los ros de montaa,

caractersticos de cotas elevadas sobre el nivel del mar, tienen grandes pendientes y pocas

curvas y, debido a las altas velocidades que alcanza el agua, sus cauces estn generalmente

formados por cantos rodados con un poco de grava y casi nada de finos. Los ros de planicie,

por el contrario, presentan numerosos meandros debido a las bajas velocidades del agua y su

cauce se forma por arenas y finos. En general, estos ros se encuentran en cotas cercanas al

nivel del mar. Los ros de transicin estn en una situacin intermedia entre los dos anteriores:

presentan algunas curvas, con velocidades de agua moderadas y sus cauces estn formados

bsicamente por grava, con algo de cantos rodados y arena.

Fig. 1.15 Clasificacin de corrientes (por su posicin topogrfica o edad geolgica).27

Escurrimiento

El escurrimiento se define como el agua proveniente de la precipitacin que circula sobre o

bajo la superficie terrestre y que llega a una corriente para finalmente ser drenada hasta la

salida de la cuenca.

26



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UNIDAD ZACATENCO


El agua proveniente de la precipitacin que llega hasta la superficie terrestre una vez que una parte ha sido interceptada y evaporada sigue diversos caminos hasta llegar a la salida de la cuenca. Conviene dividir estos caminos en tres clases: escurrimiento superficial,

escurrimiento subsuperficial y escurrimiento subterrneo.

FUENTES DE LOS DIFERENTES TIPOS DE ESCURRIMIENTO.

Una vez que la precipitacin alcanza la superficie del suelo, se infiltra hasta que las capas

superiores del mismo se saturan. Posteriormente, se comienzan a llenar las depresiones del

terreno y, al mismo tiempo, el agua comienza a escurrir sobre su superficie.

Este escurrimiento, llamado flujo en la superficie del terreno,* se produce mientras el agua no

llegue a cauces bien definidos (es decir, que no desaparecen entre dos tormentas sucesivas).

En su trayectoria hacia la corriente ms prxima, el agua que fluye sobre el terreno se sigue

infiltrando, e incluso se evapora en pequeas cantidades. Una vez que llega a un cauce bien

definido se convierte en escurrimiento en corrientes.

El flujo sobre el terreno, junto con el escurrimiento en corrientes, forma el escurrimiento

superficial. Una parte del agua de precipitacin que se infiltra escurre cerca de la superficie

del suelo y ms o menos paralelamente a l. A esta parte del escurrimiento se le llama

escurrimiento subsuperficial:

La otra parte, que se infiltra hasta niveles inferiores al fretico, se denomina escurrimiento

subterrneo.

De los tres tipos de escurrimiento, e) superficial es el que llega ms rpido hasta la salida de la

cuenca. Por ello est relacionado directamente con una tormenta particular y entonces se dice

que proviene de la precipitacin en exceso o efectiva y que constituye el escurrimiento

directo. El escurrimiento subterrneo es el que de manera ms lenta llega hasta la salida de la

cuenca (puede tardar aos en llegar), y, en general, difcilmente se le puede relacionar con una

tormenta particular, a menos que la cuenca sea demasiado pequea y su suelo muy permeable.

Debido a que se produce bajo el nivel fretico, es el nico que alimenta a las corrientes cuando

no hay lluvias y por eso se dice que forma el escurrimiento base.

El escurrimiento subsuperficial puede ser casi tan rpido como el superficial o casi tan lento

como el subterrneo, dependiendo de la permeabilidad de los estratos superiores del suelo; por

ello es difcil distinguirlo de los otros dos. Cuando es relativamente rpido se le trata junto con

el escurrimiento superficial, y cuando es relativamente lento se le considera parte del

subterrneo.

La clasificacin anterior, aunque ilustrativa, no deja de ser arbitraria. El agua puede comenzar

su viaje hacia la corriente como flujo superficial e infiltrarse en el camino, terminando como

escurrimiento subsuperficial o subterrneo. A la inversa, el escurrimiento subsuperficial puede

emerger a la superficie sien su camino se encuentra con un estrato muy permeable que aflora

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UNIDAD ZACATENCO


en una ladera. Lo importante en realidad es la rapidez con que una cuenca responde a una

tormenta, pues esto es lo que determina la magnitud de las correspondientes avenidas.

Fig. 1.16 Hidrograma. 28

Fig. 1.17Hidrograma aislado.29

28



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UNIDAD ZACATENCO


1.5 ELABORACIN DE UN REPORTE DE LAS CENTRALES DE ENERGA EN

MXICO. 30

HIDROELCTRICAS

Las centrales hidroelctricas toman la energa del flujo de agua en el cause natural de un

desnivel conocido como salto geodsico, donde una turbina transmite la energa a un

alternador que la convierte en energa elctrica. Esta forma de aprovechar la fuerza de la

Naturaleza genera una energa limpia, renovable y de bajo riesgo.

La tecnologa hidroelctrica requiere la instalacin de equipos electromecnicos de una

turbina, un generador elctrico y transformadores. Estas instalaciones deben estar debajo del

fondo de la base de la cortina de la presa, con la finalidad de aprovechar la energa potencial

del agua. El agua es conducida hasta el rodete de la turbina hidrulica y su fuerza hace girar

las aspas, transformando la energa potencial del agua en energa cintica, la que

posteriormente se transforma en energa mecnica. Un generador transforma esa energa

mecnica en elctrica. La energa generada es transportada a travs de lneas de transmisin

que se enlazan con los centros de distribucin.

Tabla 1.1.- Plantas Hidroelctricas en Mxico 31

Nombre de la

central Nmero de

unidades

Fecha de entrada

en operacin

Capacidad efectiva

instalada (MW) Ubicacin

Aguamilpa

Solidaridad 3 15-Sep-1994 960 Tepic, Nayarit

Ambrosio Figueroa

(La Venta) 5 31-May-1965 30 La Venta, Guerrero

ngel Albino Corzo

(Peitas) 4 15-Sep-1987 420 Ostuacn, Chiapas

Bacurato 2 16-Jul-1987 92 Sinaloa de Leyva,

Sinaloa

Bartolinas 2 20-Nov-1940 1 Tacmbaro,

Michoacn

Belisario

Domnguez

(Angostura)

5 14-Jul-1976 900 Venustiano

Carranza, Chiapas

30

http://www.explorandomexico.com.mx/about-mexico/6/247/

31http://www.cfe.gob.mx/es/LaEmpresa/queescfe/Listadodecentralesgeneradoras/Hidroel%c3%a9ctricas.htm?Combo=Hidroel%c3%a9ctricas

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Bomban 4 20-Mar-1961 5 Soyal, Chiapas

Boquilla 4 01-Ene-1915 25

San Francisco

Conchos,

Chihuahua

Botello 2 01-Ene-1910 13 Panindcuaro,

Michoacn

Camilo Arriaga

(El Salto) 2 26-Jul-1966 18

El Naranjo, San

Lus Potos

Carlos Ramrez

Ulloa

(El Caracol)

3 16-Dic-1986 600 Apaxtla, Guerrero

Chilapan 4 01-Sep-1960 26 Catemaco,

Veracruz

Cbano 2 25-Abr-1955 52 Gabriel Zamora,

Michoacn

Colimilla 4 01-Ene-1950 51 Tonal, Jalisco

Colina 1 01-Sep-1996 3

San Francisco

Conchos,

Chihuahua

Colotlipa 4 01-Ene-1910 8 Quechultenango,

Guerrero

Cupatitzio 2 14-Ago-1962 72 Uruapan,

Michoacn

Electroqumica 1 01-Oct-1952 1 Cd. Valles, San

Lus Potos

Encanto 2 19-Oct-1951 10 Tlapacoyan,

Veracruz

Falcn 3 15-Nov-1954 32

Nueva Cd.

Guerrero,

Tamaulipas

Fernando Hiriart

Balderrama

(Zimapn)

2 27-Sep-1996 292 Zimapn, Hidalgo

Humaya 2 27-Nov-1976 90 Badiraguato,

Sinaloa

Infiernillo 6 28-Ene-1965 1,040 La Unin,

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Guerrero

Itzcuaro 2 01-Ene-1929 1 Peribn los Reyes,

Michoacn

Ixtaczoquitln 1 10-Sep-2005 2 Ixtaczoquitln,

Veracruz

Jos Cecilio del

Valle 3 26-Abr-1967 21 Tapachula, Chiapas

Jumatn 4 17-Jul-1941 2 Tepic, Nayarit

La Amistad 2 01-May-1987 66 Acua, Coahuila

Leonardo Rodrguez

Alcaine (El Cajn) 2 01-Mar-2007 750

Santa Mara del

Oro, Nayarit

Lus Donaldo

Colosio

(Huites)

2 15-Sep-1996 422 Choix, Sinaloa

Lus M. Rojas

(Intermedia) 1 01-Ene-1963 5 Tonal, Jalisco

Malcaso 6 29-Ene-1969 1,080 Tecpatn, Chiapas

Manuel M. Diguez

(Santa Rosa) 2 02-Sep-1964 61 Amatitln, Jalisco

Manuel Moreno

Torres

(Chicoasn)

8 29-May-1981 2,400 Chicoasn, Chiapas

Mazatepec 4 06-Jul-1962 220 Tlatlauquitepec,

Puebla

Micos 2 01-May-1945 1 Cd. Valles, San

Lus Potos

Minas 3 10-Mar-1951 15 Las Minas,

Veracruz

Moczari 1 03-Mar-1959 10 lamos, Sonora

Ovichic 2 28-Ago-1957 19 Cajeme, Sonora

Platanal 2 21-Oct-1954 9 Jacona, Michoacn

Plutarco Elas Calles

(El Novillo) 3 12-Nov-1964 135 Soyopa, Sonora

Portezuelos I 4 01-Ene-1901 2 Atlixco, Puebla

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Portezuelos II 2 01-Ene-1908 1 Atlixco, Puebla

Puente Grande 2 01-Ene-1912 12 Tonal, Jalisco

Ral J. Marsal

(Comedero) 2 13-Ago-1991 100 Cosal, Sinaloa

Salvador Alvarado

(Sanalona) 2 08-May-1963 14 Culiacn, Sinaloa

San Pedro Poras 2 01-Oct-1958 3 Villa Madero,

Michoacn

Schpoin 3 07-May-1953 2 Venustiano

Carranza, Chiapas

Tamazulapan 2 12-Dic-1962 2 Tamazulapan,

Oaxaca

Temascal 6 18-Jun-1959 354 San Miguel

Soyaltepec, Oaxaca

Texolo 2 01-Nov-1951 2 Teocelo, Veracruz

Tirio 3 01-Ene-1905 1 Morelia,

Michoacn

Tuxpango 4 01-Ene-1914 36 Ixtaczoquitln,

Veracruz

Valentn Gmez

Faras

(Agua Prieta)

2 15-Sep-1993 240 Zapopan, Jalisco

Villita 4 01-Sep-1973 300 Lzaro Crdenas,

Michoacn

Zumpimito 4 01-Oct-1944 6 Uruapan,

Michoacn

27 de Septiembre

(El Fuerte) 3 27-Ago-1960 59 El Fuerte, Sinaloa

Centrales fuera de

servicio:

El Durazno (Sistema

Hidroelctrico

Miguel Alemn)

2 01-Oct-1955 0 Valle de Bravo,

Mxico

Huazuntln 1 01-Ago-1968 0 Zoteapan, Veracruz

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Ixtapantongo

(Sistema

Hidroelctrico

Miguel Alemn)

3 29-Ago-1944 0 Valle de Bravo,

Mxico

Las Rosas 1 01-Ene-1949 0 Cadereyta,

Quertaro

Santa Brbara

(Sistema

Hidroelctrico

Miguel Alemn)

3 19-Oct-1950 0 Santo Toms de los

Pltanos, Mxico

Tepazolco 2 16-Abr-1953 0 Xochitln, Puebla

Tingambato

(Sistema

Hidroelctrico

Miguel Alemn)

3 24-Sep-1957 0 Otzoloapan,

Mxico

TERMOELCTRICAS 32

Una central termoelctrica o central trmica es una instalacin empleada para la generacin de

energa elctrica a partir de la energa liberada en forma de calor, normalmente mediante la

combustin de combustibles fsiles como petrleo, gas natural o carbn. Este calor es

empleado por un ciclo termodinmico convencional para mover un alternador y producir

energa elctrica. Este tipo de generacin elctrica es contaminante pues libera dixido de

carbono.

Por otro lado, tambin existen centrales termoelctricas que emplean fisin nuclear del uranio

para producir electricidad. Este tipo de instalacin recibe el nombre de central nuclear.

32

http://es.wikipedia.org/wiki/Central_termoel%C3%A9ctrica

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Tabla 1.2.- Plantas Termoelctricas en Mxico 33

Nombre de la central Nmero de

unidades

Fecha de

entrada en

operacin

Capacidad

efectiva instalada

(MW)

Ubicacin

Altamira 4 19-May-1976 800 Altamira,

Tamaulipas

Benito Jurez

(Samalayuca) 2 02-Abr-1985 316

Cd. Jurez,

Chihuahua

Carlos Rodrguez

Rivero (Guaymas II) 4 06-Dic-1973 484

Guaymas,

Sonora

Felipe Carrillo Puerto

(Valladolid) 2 05-Abr-1992 75

Valladolid,

Yucatn

Francisco Prez Ros

(Tula) 5 30-Jun-1991 1,546 Tula, Hidalgo

Francisco Villa 5 22-Nov-1964 300 Delicias,

Chihuahua

Gral. Manuel lvarez

Moreno (Manzanillo I) 4 01-Sep-1982 1,200

Manzanillo,

Colima

Guadalupe Victoria

(Lerdo) 2 18-Jun-1991 320 Lerdo, Durango

Jos Aceves Pozos

(Mazatln II) 3 13-Nov-1976 616

Mazatln,

Sinaloa

Juan de Dios Btiz P.

(Topolobampo) 3 12-Jun-1995 320 Ahome, Sinaloa

Lerma (Campeche) 4 09-Sep-1976 150 Campeche,

Campeche

Manzanillo II 2 24-Jul-1989 700 Manzanillo,

Colima

Mrida II 2 13-Dic-1981 168 Mrida, Yucatn

Nachi-Cocom 2 06-Jun-1962 49 Mrida, Yucatn

Pdte. Adolfo Lpez

Mateos (Tuxpan) 6 30-Jun-1991 2,100

Tuxpan,

Veracruz

33


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Pdte. Emilio Portes Gil

(Ro Bravo) 1 11-Jul-1964 300

Ro Bravo,

Tamaulipas

Poza Rica 3 04-Feb-1963 117 Tihuatln,

Veracruz

Presidente Jurez

(Rosarito) 6 06-Mar-1964 320

Rosarito, Baja

California

Puerto Libertad 4 01-Ago-1985 632 Pitiquito, Sonora

Punta Prieta II 3 01-Ago-1979 113 La Paz, Baja

California Sur

Salamanca 4 19-Jun-1971 866 Salamanca,

Guanajuato

Valle de Mxico 3 01-Abr-1963 450 Acolman,

Mxico

Villa de Reyes 2 01-Nov-1986 700 Villa de Reyes,

San Luis Potos

Centrales fuera de servicio:

Guaymas I 2 10-Ago-1962 0 Guaymas,

Sonora

La Laguna 1 01-Dic-1967 0 Gmez Palacio,

Durango

Monterrey 6 15-Jul-1965 0 San Nicols de

los Garza, N.L.

San Jernimo 2 30-Sep-1960 0 Monterrey,

Nuevo Len

GEOTERMOELCTRICAS 34

La energa geotrmica es aquella energa que puede ser obtenida por el hombre mediante el

aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. Parte del calor interno de la Tierra

(5.000 C) llega a la corteza terrestre. En algunas zonas del planeta, cerca de la superficie, las

aguas subterrneas pueden alcanzar temperaturas de ebullicin, y, por tanto, servir para

accionar turbinas elctricas o para calentar. El calor del interior de la Tierra se debe a varios

34

http://www.sagan-gea.org/hojared_radiacion/paginas/Planta%20Cerro_Prieto.html

Pgina 32


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factores, entre los que destacan el gradiente geotrmico y el calor radiognico. Geotrmico

viene del griego geo, "Tierra"; y de thermos, "calor"; literalmente "calor de la Tierra".

La tecnologa denominada geotermoelctrica, puede ser obtenida por el hombre mediante el

aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. Parte del calor interno de la Tierra

(5.000 C) llega a la corteza terrestre. para generar energa elctrica aprovecha el calor

contenido en el agua que se ha concentrado en ciertos sitios del subsuelo conocidos como

yacimientos geotrmicos, y se basa en el principio de la transformacin de energa calorfica

en energa elctrica, con principios anlogos a los de una termoelctrica tipo vapor, excepto en

la produccin de vapor, que en este caso se extrae del subsuelo, por medio de pozos que

extraen una mezcla agua-vapor que se enva a un separador; el vapor ya seco se dirige a las

aspas de una turbina, donde se transforma la energa cintica en mecnica y sta, a su vez, se

transforma en electricidad en el generador elctrico.

Tabla 1.3.- Plantas Geotermoelctricas en Mxico35

:

Nombre de la

central

Nmero

de

unidades

Fecha de

entrada en

operacin

Capacidad

efectiva

instalada (MW)

Ubicacin

Cerro Prieto I 5 12-Oct-1973 180 Mexicali, Baja California

Cerro Prieto II 2 01-Feb-1984 220 Mexicali, Baja California

Cerro Prieto III 2 24-Jul-1985 220 Mexicali, Baja California

Cerro Prieto IV 4 26-Jul-2000 100 Mexicali, Baja California

Humeros 8 30-May-1991 40 Humeros, Puebla

Los Azufres 15 04-Ago-1982 195 Cd. Hidalgo, Michoacn

Tres Vrgenes 2 02-Jul-2001 10 Mulege, Baja California Sur

35


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CARBOELCTRICAS 36

Las centrales carboelctricas, no difieren en cuanto a su concepcin bsica de las

termoelctricas convencionales; el nico cambio importante es el uso del carbn como

energtico primario. En la prctica; el carbn y sus residuos de la combustin requieren de un

manejo ms complejo que los combustibles lquidos o gaseosos utilizados en termoelctricas

convencionales.

Tabla 1.4.- Plantas Carboelctricas en Mxico: 10

Nombre de la central

Nmero

de

unidades

Fecha de

entrada en

operacin

Capacidad

efectiva instalada

(MW)

Ubicacin

Carbn II 4 02-Nov-1993 1,400 Nava, Coahuila

Jos Lpez Portillo (Ro

Escondido) 4 21-Sep-1982 1,200 Nava, Coahuila

NUCLEOELCTRICAS 37

Las centrales nucleoelctricas tienen cierta semejanza con termoelctricas convencionales, ya

que tambin utilizan vapor a presin para mover los turbogeneradores. En este caso se

aprovecha el calor que se obtiene al fusionar tomos del istopo de uranio U235 en el interior

del reactor como resultado de las distintas combinaciones de los elementos comunes:

combustibles, moderador y refrigerante. Entre las variantes posibles las ms comunes son:

a) a) PWR - Reactor de agua ligera a presin. b) b) BWR - Reactor de agua ligera hirviente.

Tabla 1.5.- Plantas Nucleoelctricas en Mxico38

:

Nombre de la

central

Nmero

de

unidades

Fecha de entrada

en operacin

Capacidad

efectiva instalada

(MW)

Ubicacin

Laguna Verde 2 29-Jun-1990 1,365 Alto Lucero, Veracruz

36

http://200.23.166.141/work/sites/Sener/resources/LocalContent/334/1/CENTRALESCARBOELECTRICAS.html



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EOLOELCTRICAS 39

En trminos generales, un aerogenerador es un sistema que transforma la energa cintica del

viento en energa elctrica. una central eoloelctrica consiste en un grupo de aerogeneradores

conectados entre s, cuya produccin de electricidad se integra a la produccin de un sistema

elctrico mixto. Asi los usuarios consumen la energa eoloelctrica de igual forma que

consumen la electricidad que se genera en las centrales convencionales.

Los aerogeneradores que se usan para construir centrales eoloelctricas son mquinas de

tamao considerable. En la actualidad, las mquinas de este tipo se ofrecen comercialmente en

capacidades que van de 200 a 1500 KW. Sus rotores tienen dimetros entre 27 y 63 metros y

se instalan en torres que alcanzan hasta 60 metros de altura.

A pesar de que su concepto bsico sugiere sencillez, los aerogeneradores no son sistemas

simples ya que se integran con subsistemas aerodinmicos, mecnicos, elctricos y

electrnicos, cuyo desarrollo e integracin ha planteado retos tecnolgicos importantes. Como

consecuencia, a pesar de que su diseo conceptual data desde hace dcadas, el logro de su

madurez tcnica se ha venido gestando durante los ltimos 10 aos.

Tabla 1.6.- Plantas Eoloelctricas en Mxico40

:

Nombre de la central Nmero de

unidades

Fecha de

entrada en

operacin

Capacidad

efectiva

instalada (MW)

Ubicacin

Guerrero Negro 1 02-Abr-1982 1 Muleg, Baja

California Sur

La venta 104 10-Nov-1994 85 Juchitn, Oaxaca

39

http://genc.iie.org.mx/genc/eolica/libroo/c1web/1_2.htm


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Tabla 1.7.- Plantas Diesel en Mxico41

:

Diesel

Nombre de la

central

Nmero de

unidades

Fecha de

entrada en

operacin

Capacidad efectiva


Baja California Sur I 2 28-Jul-2005 79 La Paz, Baja

California Sur

Gral. Agustn

Olachea A. (Pto. San

Carlos)

3 16-Ago-1991 104 Comond, Baja

California Sur

Guerrero Negro II

(Vizcano) 3 17-Jun-2004 11

Muleg, Baja

California Sur

Hol-Box 8 01-Ene-1985 3 Lzaro Crdenas,

Quintana Roo

Huicot 16 01-Ene-1973 1 Nayarit y Jalisco

Santa Rosala 11 10-Jun-1975 13 Muleg, Baja

California Sur

Ycora 4 03-Jun-1977 2 Ycora, Sonora

Paquete de unidades

mviles 22 1901- 1983 3

Diferentes estados

de la repblica

Unidades fuera de servicio:

Esmeralda 5 15-Abr-1971 0 Sierra Mojada,

Coahuila

Guerrero Negro 4 02-Abr-1982 0 Muleg, Baja

California Sur

41


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Tabla 1.8.- Plantas Turbogas en Mxico42

Turbogas

Nombre de la

central

Nmero de

unidades

Fecha de entrada

en operacin

Capacidad efectiva


Caborca 2 03-Nov-1970 42 Caborca, Sonora

Cancn 4 01-Ene-1974 102 Cancn, Quintana

Roo

Chankanaab 3 01-Mar-1968 52 Cozumel,

Quintana Roo

Chvez (TG. Laguna

- Chvez) 2 07-Jul-1971 28

Francisco I.

Madero, Coahuila

Ciprs 1 12-Dic-1981 27 Ensenada, Baja

California

Ciudad Constitucin 1 26-Oct-1984 33

Cd. Constitucin,

Baja California

Sur

Ciudad del Carmen 3 28-Jul-1986 47

Ciudad del

Carmen,

Campeche

Ciudad Obregn 2 01-Jun-1972 28 Cajeme, Sonora

Culiacn 1 01-Ene-1990 30 Culiacn, Sinaloa

El Verde 1 01-Feb-1973 24 El Salto, Jalisco

Esperanzas 1 16-Nov-1971 12 Mzquiz,

Coahuila

Fundidora (TG.

Monterrey) 1 05-Abr-1971 12

Monterrey,

Nuevo Len

Industrial (TG.

Jurez) 1 01-Mar-1977 18

Cd. Jurez,

Chihuahua

La Laguna (TG.

Laguna - Chvez) 4 05-May-1970 56

Gmez Palacio,

Durango

La Paz 2 01-Jun-1977 43 La Paz, Baja

California Sur

42


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Las Cruces 3 01-Ene-1969 43 Acapulco,

Guerrero

Leona (TG.

Monterrey) 2 01-Mar-1972 24

Monterrey,

Nuevo Len

Los Cabos 3 30-Nov-1983 85 Los Cabos, Baja

California Sur

Mrida II 1 01-Abr-1981 30 Mrida, Yucatn

Mexicali 3 01-Oct-1974 62 Mexicali, Baja

California

Monclova 3 01-Dic-1975 48 Monclova,

Coahuila

Nachi-Cocom 1 16-Mar-1987 30 Mrida, Yucatn

Nizuc 2 01-Abr-1980 88 Cancn, Quintana

Roo

Parque (TG. Jurez) 4 01-Oct-1974 59 Cd. Jurez,

Chihuahua

San Lorenzo

Potencia 2 01-Ene-2004 266

Cuautlancingo,

Puebla

Tecnolgico (TG.

Monterrey) 1 01-Feb-1974 26

Monterrey,

Nuevo Len

Tijuana 3 01-Jul-1982 210 Rosarito, Baja

California

Universidad (TG.

Monterrey) 2 31-Oct-1970 24

Monterrey,

Nuevo Len

Xel-Ha 2 05-Nov-1980 14 Othn P. Blanco,

Quintana Roo

Huinal 1 02-Mar-99 150 Pesquera, Nuevo

Len

Pdte. Adolfo Lpez

M. (Tuxpan) 1 02-Ene-04 163 Tuxpan, Veracruz

P. Mvil OT-5000-1 1 02-Oct-84 3 Guerrero Negro,

B.C.S

P. Mvil T-14000-1 1 07-Ene-70 13 Santa Rosala,

B.C.S.

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P. Mvil T-14000-2 1 13-Feb-72 13 Cabo San Lucas,

B.C.S

P. Mvil T-18000-1 1 01-Jul-87 13 Chetumal,

Quintana Roo

P. Mvil T-25000-1 1 01-Jun-87 19 Cabo San Lucas,

B.C.S.

P. Mvil T-25000-2 1 28-Ene-88 19 Cabo San Lucas,

B.C.S

P. Mvil T-25000-3 1 26-Ene-77 20 Gomez Palacio,

DGO.

P. Mvil T-25000-4 1 01-Jun-87 17 Ensenada, Baja

California

Centrales fuera de

servicio:

Chavea 1 01-Jun-70 0 Cd. Jurez,

Chihuahua

Chihuahua 4 01-Abr-1972 0 Chihuahua,

Chihuahua

Nuevo Laredo

(Arroyo del Coyote) 2 10-Dic-1980 0

Nuevo Laredo,

Tamaulipas

Tabla 1.9.- Plantas Productores Independientes en Mxico43

Productores Independientes

Nombre de la

central

Nmero de

unidades

Fecha de

entrada en

operacin

Capacidad efectiva


Altamira II 3 01-May-2002 495 Altamira,

Tamaulipas

Altamira III y IV 6 24-Dic-2003 1,036 Altamira,

Tamaulipas

Altamira V 6 22-Oct-2006 1,121 Altamira,

Tamaulipas

43


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Bajo 4 09-Mar-2002 495 San Luis de la Paz,

Quertaro

Campeche 2 28-May-2003 252 Palizada, Campeche

Chihuahua III 3 09-Sep-2003 259 Cd. Jurez,

Chihuahua

Hermosillo 2 01-Oct-2001 250 Hermosillo, Sonora

La Laguna II 3 15-Mar-2005 498 Gmez Palacio,

Durango

Mrida III 3 09-Jun-2000 484 Mrida, Yucatn

Mexicali 3 20-Jul-2003 489 Mexicali, Baja

California

Monterrey III 2 27-Mar-2002 449 Pesquera, Nuevo

Len

Naco - Nogales 2 04-Oct-2003 258 Agua Prieta, Sonora

Ro Bravo II

(Anhuac) 3 18-Ene-2002 495

Valle Hermoso,

Tamaulipas

Ro Bravo III 3 01-Abr-2004 495 Valle Hermoso,

Tamaulipas

Ro Bravo IV 3 01-Abr-2005 500 Valle Hermoso,

Tamaulipas

Saltillo 2 19-Nov-2001 248 Ramos Arizpe,

Coahuila

Tamazunchale 6 21-Jun-2007 1,135 Tamazunchale, San

Luis Potos

Tuxpan II 3 15-Dic-2001 495 Tuxpan, Veracruz

Tuxpan III y IV 6 23-May-2003 983 Tuxpan, Veracruz

Tuxpan V 3 01-Sep-2006 495 Tuxpan, Veracruz

Valladolid III 3 27-Jun-2006 525 Valladolid, Yucatn

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Tabla 1.10.- Plantas Dual en Mxico44

:

Dual


Nmero

de

unidades

Fecha de entrada

en operacin

Capacidad efectiva


Pdte. Plutarco Elas Calles

(Petacalco) 6 18-Nov-1993 2,100

La Unin,

Guerrero

Tabla 1.11.- Plantas Ciclo Combinado en Mxico45

:

Ciclo combinado


Nmero

de

unidades

Fecha de

entrada en

operacin

Capacidad

efectiva instalada

(MW)

Ubicacin

Chihuahua II (El

Encino) 5 09-May-2001 619

Chihuahua,

Chihuahua

Dos Bocas 6 14-Ago-1974 452 Medelln, Veracruz

El Sauz 7 29-Jul-1981 603 Pedro Escobedo,

Quertaro

Felipe Carrillo Puerto

(Valladolid) 3 30-Jun-1994 220 Valladolid, Yucatn

Gmez Palacio 3 05-Ene-1976 240 Gmez Palacio,

Durango

Hermosillo 2 31-Dic-2005 227 Hermosillo, Sonora

Huinal 5 10-Jul-1998 378 Pesquera, Nuevo

Len

Huinal II (Monterrey

II) 2 17-Sep-2000 450

Pesquera, Nuevo

Len

44



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Pdte. Emilio Portes

Gil (Ro Bravo) 3 05-Oct-2007 211

Ro Bravo,

Tamaulipas

Presidente Jurez

(Rosarito) 2 06-Jul-2001 496

Rosarito, Baja

California

Samalayuca II 6 12-May-1998 522 Cd. Jurez,

Chihuahua

Tula 6 08-May-1981 489 Tula, Hidalgo

Valle de Mxico 4 01-Jul-2004 549 Acolman, Mxico

1.6 PANORAMA DE LAS ENERGAS ALTERNAS EN MXICO 46

Comienza GDF a utilizar energas

Ciudad de Mxico. (SDP).- Celdas solares para iluminacin se encuentran colocadas en el

techo del Instituto de Ciencia y Tecnologa del Distrito Federal lo que se constituye en la

primera entidad gubernamental del Gobierno capitalino en emplear esa tcnica.

Este sistema fotovoltaico autnomo consiste en un sistema de panel solar de 4100 watts lo que

permitir reducir el consumo de energticos fsiles, disminuir las emisiones de gases

contaminantes, combinar la generacin de energa limpia con el uso de dispositivos

ahorradores de alta eficiencia.

Figura 1.18.- Ciudad de Mxico. (SDP).Foto: Rodolfo Angulo/Cuartoscuro 47

46

http://sdpnoticias.com/sdp/contenido/2009/07/01/435255

47 http://sdpnoticias.com/sdp/contenido/2009/07/01/435255

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UNIDAD II

INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES

HIDROELECTRICAS.

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UNIDAD II INSTALACIONES DE BOMBEO Y CENTRALES HIDROELECTRICAS 2.1 CONCEPTOS BSICOS. 2.1.1 POTENCIA Y ENERGA. 48

La potencia es trabajo mecnico que incorpora en su valor el parmetro tiempo. Es decir, la potencia se expresa con un nmero que cuantifica el trabajo efectuado durante un lapso de tiempo. Mientras ms rpido se realiza el trabajo la potencia que se desarrolla es mayor. La potencia en trminos generales, expresa la capacidad para ejecutar un trabajo en el menor tiempo posible.

La potencia mecnica es la potencia transmitida mediante la accin de fuerzas fsicas de contacto o elementos mecnicos asociados como palancas, engranajes, etc. El caso ms simple es el de una partcula libre sobre la que acta una fuerza variable. De acuerdo con la dinmica clsica esta potencia viene dada por la variacin de su energa cintica o trabajo realizado por unidad de tiempo. 2

En sistemas mecnicos ms complejos con elementos rotativos sobre un eje constante y donde el momento de inercia permanece constante, la potencia mecnica puede relacionarse con el par motor, la velocidad angular siendo la potencia la variacin de la energa cintica de rotacin por unidad de tiempo.49

ENERGA. 50

Un aprovechamiento hidroelctrico no puede caracterizarse completamente slo por su potencia, sino adems, y en forma muy importante, por el tiempo en que sta puede utilizarse. A este concepto se le llama energa y representa el trabajo desarrollado en un cierto tiempo; esto es, el producto de la potencia por dicho tiempo, que generalmente se expresa en horas aprovechadas, es decir:

EneEnerga = Potencia x Tiempo en horas

48 http://www.todomotores.cl/mecanica/potencia.htm

49 http://es.wikipedia.org/wiki/Potencia

50 Humberto Gardea Villegas, 30 de junio de 1992,Aprovechamientos Hidroelctricos y de Bombeo,Editorial: Trillas.,Pas: Mxico.,Pg. 13-14, 54

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2.1.2 POTENCIA TERICA Y POTENCIA REAL.

POTENCIA TERICA.51

Es la que posee el lquido inmediatamente antes de ser utilizado por una turbina hidrulica.

POTENCIA REAL. 52

Es la potencia que es entregada por la tubera al generador, ola que un motor trasmite a la bomba para que sta produzca la carga necesaria.

hf

H Hb

Fig. 2.1 Potencia Terica y Potencia Real.53




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2.1.3 TURBINAS.54

Turbina es el nombre genrico que se da a la mayora de las turbomquinas motoras. stas son mquinas de fluido, a travs de las cuales pasa un fluido en forma continua y este le entrega su energa a travs de un rodete con paletas o labes.

Las turbinas constan de una o dos ruedas con paletas, denominadas rotor y estator, siendo la primera la que, impulsada por el fluido, arrastra el eje en el que se obtiene el movimiento de rotacin.

El nmero especfico de revoluciones, de menor a mayor es: Turbina pelton, Francis, y kaplan.

Cuanto mayor es el nmero especfico de revoluciones, tanto mayor es el riesgo de cavitacin de la turbina, es decir, una turbina kaplan tiene ms probabilidad de que se de en ella el fenmeno de la cavitacin que en una francis o una pelton. 55

Fig. 2.1 Rodete de Turbina Pelton.56

54 http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina



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TURBINA PELTON. 57

Fig. 2.2 Rodete de Turbina Pelton. 58

Una turbina Pelton es uno de los tipos ms eficientes de turbina hidrulica. Es una turbomquina motora, de flujo trasversal, admisin parcial y de accin. Consiste en una rueda (rodete o rotor) dotada de cucharas en su periferia, las cuales estn especialmente realizadas para convertir la energa de un chorro de agua que incide sobre las cucharas.

Las turbinas Pelton estn diseadas para explotar grandes saltos hidrulicos de bajo caudal. Las centrales hidroelctricas dotadas de este tipo de turbina cuentan, la mayora de las veces, con una larga tubera llamada galera de presin para trasportar al fluido desde grandes alturas, a veces de hasta ms de docientos metros. Al final de la galera de presin se suministra el agua a la turbina por medio de una o varias vlvulas de aguja, tambin llamadas inyectores, los cuales tienen forma de tobera para aumentar la velocidad del flujo que incide sobre las cucharas.

APLICACIONES

57 http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_Pelton


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Fig. 2.3 Instalacin comn de una turbina Pelton con dos inyectores.59

Existen turbinas Pelton de todos los tamaos. Hay turbinas de varias toneladas montadas en vertical sobre cojinetes hidrulicos en las centrales hidroelctricas. Las turbinas Pelton ms pequeas, solo de unos pocos centmetros, se usan en equipamientos domsticos.

En general, a medida que la altura de la cada de agua aumenta, se necesita menor caudal de agua para generar la misma potencia. La energa es la fuerza por la distancia, y, por lo tanto, una presin ms alta puede generar la misma fuerza con menor caudal.

Cada instalacin tiene, por lo tanto, su propia combinacin de presin, velocidad y volumen de funcionamiento ms eficiente. Usualmente, las pequeas instalaciones usan paletas estandarizadas y adaptan la turbina a una de las familias de generadores y ruedas, adecuando para ello las canalizaciones. Las pequeas turbinas se pueden ajustar algo variando el nmero de toberas y paletas por rueda, y escogiendo diferentes dimetros por rueda. Las grandes instalaciones de encargo disean el par torsor y volumen de la turbina para hacer girar un generador estndar

TURBINA FRANCIS. 60


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UNIDAD ZACATENCO


Fig. 2.4 Rodete de una turbina Francis.

Fig.2.5 Primitiva turbina Francis.61

La turbina Francis fue desarrollada por James B. Francis. Se trata de una turbomquina motora a reaccin y de flujo mixto.

Las turbinas Francis son turbinas hidrulicas que se pueden disear para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de los diez metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el ms ampliamente usado en el mundo, principalmente para la produccin de energa elctrica mediante centrales hidroelctricas. 25

60 http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_Francis


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Fig. 2.6 labes directores (en color amarillo) configurados para mnimo caudal (vista interior.) 62

Fig. 2.7 labes directores (en color amarillo) configurados para mximo caudal (vista interior)63



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Fig. 2.8 Rodete de una turbina Francis, Presa Grand Coulee.64

APLICACIONES. 65

Las grandes turbinas Francis se disean de forma individual para cada emplazamiento, a efectos de lograr la mxima eficiencia posible, habitualmente ms del 90%. Son muy costosas de disear, fabricar e instalar, pero pueden funcionar durante dcadas.

Adems de para la produccin de electricidad, pueden usarse para el bombeo y almacenamiento hidroelctrico, donde un embalse superior se llena mediante la turbina (en este caso funcionando como bomba) durante los perodos de baja demanda elctrica, y luego se usa como turbina para generar energa durante los perodos de alta demanda elctrica.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS. 66

VENTAJAS

Su diseo hidrodinmico permite bajas perdidas hidrulicas, por lo cual se garantiza un alto rendimiento.

Su diseo es robusto, de tal modo se obtienen dcadas de uso bajo un costo de mantenimiento menor con respecto a otras turbinas.

Junto a sus pequeas dimensiones, con lo cual la turbina puede ser instalada en espacios con limitaciones fsica tambin permiten altas velocidades de giro.

Junto a la tecnologa y a nuevos materiales, las nuevas turbinas requieren cada vez menos mantenimiento.




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