Centrales hidroelectricas en el Peru

ING. MECANICA ELECTRICA

1.- INTRODUCCION La elec electr tric icid idad ad se gener enera a de disti istin ntas tas fuen fuente tess co como mo la hidr hidráu áulic lica, a, geot geotér érmi mica ca,, elica, atmica, solar ! térmica, donde se utili"a el car#n, el $etrleo ! el gas natural, %ue son recursos recursos no reno&a#les. En nuestro $a's se utili"a el gran $otencial h'dr h'dric ico o de los los r'os r'os,, lago lagoss ! lagu laguna nass $ara $ara generar la electricidad %ue utili"amos. Esta generacin hidroeléctrica re$resenta el ()* del total de nuestra electricidad. El otro +)* lo gene genera ran n las las ce cent ntra rale less tér térmica micas, s, %ue %ue tra# tra#a aan an co con n la fuer fuer"a "a del del &a$o &a$orr ! cu!o cu!o com#usti#le $rinci$al es toda&'a el $etrleo. La funcin de una central hidroeléctrica es utili"ar la ener erg g'a $otencial del agua alm almac acen enad ada a ! co con& n&er erti tirrla, la, $rim rimer ero o en energ'a energ'a mecáni mecánica ca ! luego luego en elé eléctr ctrica ica.-n .-n sistema de ca$tacin de agua $ro&oca un desni&el %ue origina una cierta energ'a $otencial acumulada. El $aso del agua $or la tur#ina desarrolla en la misma un mo&imiento giratorio %ue acciona el alternador ! $roduce la corriente eléctrica.

antiago 3ngel de la 4a" Ant5ne" de Ma!olo Gomero naci en Aia el 6) de enero de 6778. Estudi en el colegio Nues Nu estr tra a e e9o 9ora ra de Gu Guad adal alu$ u$e e ! en 6:); ingres a la eccin de Matemática de la . Tam#ién estudi en
ELECTRICA II

CICL1 2

CENTRALE


2.- TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS 2.1.-SEGÚN LA POTENCIA INSTALADA 2.1.1.- Centrales hir!"li#as e $ran %&ten#ia' más de 6)MB de

$otencia eléctrica.

CENTRALE /I0R1ELECTRI /I0R1ELECTRICA CA ELECTRICA II CICL1 2

CENTRALE


2.1.2.- (ini#entrales hir!"li#as' entre 6MB ! 6)MB.

CENTRALE /I0R1ELECTRICA ELECTRICA II CICL1 2

CENTRALE


2.1.).-

hir&el*#tri#as' menos de 6MB $otencia.


(i#r&#entrales

de

CENTRALE


2.2.-SEGÚN EL USO + A,LUENTE DEL AGUA 2.2.1.Central hir&el*#tri#a e %asaa -na central de $asada es a%uella en %ue no eiste una acumulacin a$recia#le de agua Dcorriente arri#aD de las tur#inas. En una central de este ti$o las tur#inas de#en ace$tar el caudal dis$oni#le del r'o Dcomo &ieneD, con sus &ariaciones de estacin en estacin, o si ello es im$osi#le el agua so#rante se $ierde $or re#osamiento. relati&amente re#osamiento.

$e%ue9o

#astará

$ara

En ocasiones un em#alse im$edir esa $érdida $or

El es%uema de una central de este ti$o $uede ser el siguiente

PLANT

En la misma se a$ro&echa un estrechamiento del r'o, ! la o#ra del edi?cio de la central =casa de má%uinas> $uede formar $arte de la misma $resa. CENTRALE /I0R1ELECTRICA ELECTRICA II CICL1 2

CENTRALE

ING. MECANICA ELECTRICA El desni&el entre Daguas arri#aD ! Daguas a#aoD, es reducido, ! si #ien se forma un remanso de agua a causa del a"ud, no es demasiado grande. Este ti$o de central, re%uiere un caudal su?cientemente constante $ara asegurar a lo largo del a9o una $otencia determinada.

CORTE


CENTRALE

MECANICA ELECTRICA 2.2.2.- Central Hir&el*#tri#a #&nING. Ealse e Reser/a En este ti$o de $ro!ecto se em#alsa un &olumen considera#le de l'%uido Daguas arri#aD de las tur#inas mediante la construccin de una o más $resas %ue forman lagos arti?ciales.El em#alse $ermite graduar la cantidad de agua %ue $asa $or las tur#inas. 0el &olumen em#alsado de$ende la cantidad %ue $uede hacerse $asar $or las tur#inas.Con em#alse de reser&a $uede $roducirse energ'a eléctrica durante todo el a9o aun%ue el r'o se se%ue $or com$leto durante algunos meses, cosa %ue ser'a im$osi#le en un $ro!ecto de $asada.Las centrales con almacenamiento de reser&a eigen $or lo general una in&ersin de ca$ital ma!or %ue las de $asada, $ero en la ma!or'a de los casos $ermiten usar toda la energ'a $osi#le ! $roducir Filo&atioshora más #aratos. 4ueden eistir dos &ariantes de estas centrales hidroeléctricas

A.- La e #asa e !0"ina al %ie e la %resa' En las ?guras siguientes o#ser&amos en 4LANTA ! C1RTE el es%uema de una central de este ti$o

PLANT CORTE


CENTRALE



CENTRALE


.- A%r&/e#haient& %&r eri/a#in el a$"a' En las ?guras siguientes tenemos un es%uema en 4LANTA ! C1RTE de una central de este ti$o

PLANT

CORTE


CENTRALE



CENTRALE

ING. MECANICA ELECTRICA 2.2.).- Central Hir&el*#tri#a e &e& Las centrales de #om#eo son un ti$o es$ecial de centrales hidroeléctricas %ue $osi#ilitan un em$leo más racional de los recursos hidra5licos de un $a's. 0is$onen de dos em#alses situados a diferente ni&el. Cuando la demanda de energ'a eléctrica alcan"a su máimo ni&el a lo largo del d'a, las centrales de #om#eo funcionan como una central con&encional generando energ'a. Al caer el agua, almacenada en el em#alse su$erior, hace girar el rodete de la tur#ina asociada a un alternador. 0es$ués el agua %ueda almacenada en el em#alse inferior. 0urante las horas del d'a en la %ue la demanda de energ'a es menor el agua es #om#eada al em#alse su$erior $ara %ue $ueda hace rel ciclo $roducti&o nue&amente. 4ara ello la central dis$one de gru$os de motores#om#a o, alternati&amente, sus tur#inas son re&ersi#les de manera %ue $uedan funcionar como #om#as ! los alternadores como motores.


CENTRALE


).- CO(PONENTES PRINCIPALES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA ).1.- LA PRESA El $rimer elemento %ue encontramos en una central hidroeléctrica es la $resa o a"ud, %ue se encarga de ataar el r'o ! remansar las aguas. Con estas construcciones se logra un determinado ni&el del agua antes de la contencin, ! otro ni&el diferente des$ués de la misma. Ese desni&el se a$ro&echa $ara $roducir energ'a. Las $resas $ueden clasi?carse $or el material em$leado en su construccin en

PRESA DE TIERRA

PRESA DE

Las $resas de hormign son las más utili"adas ! se $uede a su &e" clasi?car en De $ra/ea' Como se muestra en la ?gura tienen un $eso adecuado $ara contrarrestar el momento de &uelco %ue $roduce el agua


De /ea' Necesita menos materiales %ue las de gra&edad ! se suelen utili"ar en gargantas estrechas. En estas la $resin $ro&ocada $or el agua se transmite integramente a las laderas $or el efecto del arco.

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).2.- LOS ALI3IADEROS Los ali&iaderos son elementos &itales de la $resa %ue tienen como misin li#erar $arte del agua detenida sin %ue esta $ase $or la sala de má%uinas. e encuentran en la $ared $rinci$al de la $resa ! $ueden ser de fondo o de su$er?cie. La misin de los ali&iaderos es la de li#erar, si es $reciso, grandes cantidades de agua o atender necesidades de riego. 4ara e&itar %ue el agua $ueda $roducir des$erfectos al caer desde gran altura, los ali&iaderos se dise9an $ara %ue la ma!or'a del l'%uido se $ierda en una cuenca %ue se encuentra a $ie de $resa, llamada de amortiguacin. 4ara conseguir %ue el agua salga $or los ali&iaderos eisten grandes com$uertas, de acero %ue se $ueden a#rir o cerrar a &oluntad, seg5n la demanda de la situacin.

).).- TO(AS DE AGUA Las tomas de agua son construcciones adecuadas %ue $ermiten recoger el l'%uido $ara lle&arlo hasta las má%uinas $or medios de canales o tu#er'as. La toma de agua de las %ue $arten &arios conductos hacia las tu#er'as, se hallan en la $ared anterior de la $resa %ue entra en contacto con el agua em#alsada. Esta toma además de unas com$uertas $ara regular la cantidad de agua %ue llega a las tur#inas, $oseen unas reillas metálicas %ue im$iden %ue elementos etra9os como troncos, ramas, etc. $uedan llegar a los ála#es ! $roducir des$erfectos CENTRALE /I0R1ELECTRICA ELECTRICA II CICL1 2

CENTRALE


).4.- CANAL DE DERI3ACI5N e

utili"a $ara conducir agua desde la $resa hasta las tur#inas de la central. Generalmente es necesario hacer la entrada a las tur#inas con conduccin for"ada siendo $or ello $reciso %ue eista una cámara de $resin donde termina el canal ! comien"a la tur#ina. Es #astante normal e&itar el canal ! a$licar directamente las tu#er'as for"adas a las tomas de agua de las $resas.

).6.- LA CHI(ENEA DE E7UILIRIO 0e#ido a las &ariaciones de carga del alternador o a condiciones im$re&istas se utili"an las chimeneas de e%uili#rio %ue e&itan las so#re$resiones en las tu#er'as for"adas ! ála#es de las tur#inas. A estas so#re$resiones se les denomina Dgol$e de arieteD. Cuando la carga de tra#ao de la tur#ina disminu!e #ruscamente se $roduce una so#re$resin $ositi&a, !a %ue el regulador automático de la tur#ina cierra la admisin de agua. La chimenea de e%uili#rio consiste en un $o"o &ertical situado lo más cerca $osi#le de las tur#inas. Cuando eiste una so#re$resin de agua esta encuentra menos resistencia $ara $enetrar al $o"o %ue a la cámara de $resin de las tur#inas haciendo %ue su#a el ni&el de la chimenea de e%uili#rio. En el caso de de$resin ocurrirá lo contrario ! el ni&el #aará. Con esto se consigue e&itar el gol$e de,ariete. Act5a de este modo la chimenea de e%uili#rio como un muelle hidráulico o un condensador eléctrico, es decir, a#sor#iendo ! de&ol&iendo energ'a.


CENTRALE

ING. MECANICA ELECTRICA ).8.- LAS ESTRUCTURAS ,OR9ADAS Las estructuras for"adas o de $resin, suelen ser de acero con refuer"os regulares a lo largo de su longitud o de cemento armado, refor"ado con es$iras de hierro %ue de#en estar ancladas al terreno mediante solera adecuada.

).:.- CASA DE (;7UINAS Es la construccin en donde se u#ican las má%uinas =tur#inas, alternadores, etc.> ! los elementos de regulacin ! comando. En la ?gura siguiente tenemos el corte es%uemático de una central de caudal ele&ado ! #aa ca'da. La $resa com$rende en su misma estructura a la casa de má%uinas. e o#ser&a en la ?gura %ue la dis$osicin es com$acta, ! %ue la entrada de agua a la tur#ina se hace $or medio de una cámara construida en la misma $resa. Las com$uertas de entrada ! salida se em$lean $ara $oder dear sin agua la "ona de las má%uinas en caso de re$aracin o desmontaes.

a.

EMHALE

#.

4REA 0E C1NTENCIN

c.

ENTRA0A 0E AG-A A LA M3J-INA =T1MA>, C1N REKA

d.

C1N0-CT1 0E ENTRA0A 0EL AG-A

C1M4-ERTA 4LANA 0E ENTRA0A, EN CENTRALE e. /I0R1ELECTRICA CENTRALE ELECTRICA II 41ICIN CICL1 2DIA0AD.


).:.1.- CASA DE (A7UINAS EN UNA CENTRAL DE A
)6. EMHALE ). C1N0-CT1 0E ENTRA0A 0E AG-A ). C1M4-ERTA 0E ENTRA0A DIA0AD )+. C1NK-NT1 0E H-LH1 C1N LA T-RHINA O EL ALTERNA01R );. 4-ENTE GRPA 0E LA ALA 0E M3J-INA )(. MECANIM1 0E IAKE 0E LA C1M4-ERTA 0E CENTRALE ALI0A /I0R1ELECTRICA CENTRALE D D ELECTRICA II CICL1 2


).:.2.- CASA DE (A7UINAS EN UNA CENTRAL DE CAUDAL + SALTO (EDIANO En la ?gura %ue sigue se muestra el corte es%uemático de una central de caudal mediano ! salto tam#ién mediano, con la sala de má%uinas al $ie de la $resa. El agua ingresa $or la toma $racticada en el mismo di%ue, ! es lle&ada hasta las tur#inas $or medio de conductos metálicos em#utidos en el di%ue.

)6. EMHALE ). T1MA 0E AG-A ). C1N0-CT1 MET3LIC1 EMH-TI01 EN LA 4REA )+. C1M4-ERTA 0E ENTRA0A EN 41ICIN 0E IA0A );. Q3LQ-LA 0E ENTRA0A 0E AG-A A T-RHINA )(. T-RHINA )8. ALTERNA01R )7. 4-ENTE GRPA 0E LA CENTRAL ):. C1M4-ERTA 0E ALI0A DIA0AD CENTRALE /I0R1ELECTRICA CENTRALE 0E 6). 4-ENTE GRPA 4ARA IA0A 0E LA C1M4-ERTA ELECTRICA IIALI0A CICL1 2 66. C1N0-CT1 0E ALI0A


).:.).- CASA DE (A7UINAS EN UNA CENTRAL DE ALTA PRESION + A
)6. C1N0-CT1 <1RA01 0E0E LA C/IMENEA 0E EJ-ILIHRI1 ). Q3LQ-LA 0E REG-LACIN O CIERRE ). 4-ENTE GRPA 0E ALA 0E Q3LQ-LA )+. T-RHINA );. ALTERNA01R )(. 4-ENTE GRPA 0E LA ALA 0E M3J-INA CENTRALE)8. /I0R1ELECTRICA CENTRALE C1M4-ERTA 0E ALI0A, EN 41ICIN DIA0AD ELECTRICA)7. II 4-ENTE CICL1GRPA 2 4ARA LA C1M4-ERTA 0E ALI0A


).=.- TURINAS HIDR;ULICAS /a! tres ti$os $rinci$ales de tur#inas hidráulicas   

La rueda Pelton La turbina Francis La de hélice o turbina Kaplan

El ti$o más con&eniente de$enderá en cada caso del salto de agua ! de la $otencia de la tur#ina. En términos generales   

La rueda Pelton conviene para saltos grandes. La turbina Francis para saltos medianos. La turbina de hélice o turbina Kaplan para saltos pequeños.

).=.1.- TURINA PELTON' En la ?gura se muestra un cro%uis de la tur#ina en conunto $ara $oder a$reciar la distri#ucin de los com$onentes fundamentales. -n chorro de agua con&enientemente dirigido ! regulado, incide so#re las cucharas del rodete %ue se encuentran uniformemente distri#uidas en la $eriferia de la rueda. 0e#ido a la forma de la cuchara, el agua se des&ia sin cho%ue, cediendo toda su energ'a cinética, $ara caer ?nalmente en la $arte inferior ! salir de la má%uina. La regulacin se logra $or medio de una agua colocada dentro de la to#era.


CENTRALE


Este ti$o de tur#ina se em$lea $ara saltos grandes ! $resiones ele&adas.

)6. R10ETE ). C-C/ARA ). AG-KA )+. T1HERA );. C1N0-CT1 0E ENTRA0A )(. MECANIM1 0E REG-LACIN

).=.2.- TURINA ,RANCIS' En el di#uo $odemos a$reciar la forma general de un rodete ! el im$ortante hecho de %ue el agua entre en una direccin ! salga en otra a :), situacin %ue no se $resenta en las ruedas 4elton. Las $alas o ála#es de la rueda

CENTRALE


).=.).- TURINA >APLAN' En los casos en %ue el agua slo circule en direccin aial $or los elementos del rodete, tendremos las tur#inas de hélice o Sa$lan. Las tur#inas Sa$lan tienen ála#es m&iles $ara adecuarse al estado de la carga. Estas tur#inas aseguran un #uen rendimiento a5n con #aas &elocidades de rotacin. La ?gura muestra un cro%uis de tur#ina a hélice o Sa$lan


CENTRALE


4. ,UNCIONA(IENTO HIDROELÉCTRICA

DE

UNA

CENTRAL

La $resa, situada en el curso de un r'o, acumula arti?cialmente un &olumen de agua $ara formar un em#alse. Eso $ermite %ue el agua ad%uiera una energ'a $otencial %ue des$ués se transformará en electricidad.


CENTRALE

4ara esto, la $resa se sit5a aguas arri#a,ING. con MECANICA una &ál&ulaELECTRICA %ue $ermite controlar la entrada de agua a la galer'a de $resin $re&ia a una tu#er'a for"ada %ue conduce el agua hasta la tur#ina de la sala de má%uinas de la central. El agua a $resin de la tu#er'a for"ada &a transformando su energ'a $otencial en cinética =es decir, &a $erdiendo fuer"a ! ad%uiere &elocidad>. Al llegar a la sala de má%uinas el agua act5a so#re los ála#es de la tur#ina hidráulica, transformando su energ'a cinética en energ'a mecánica de rotacin.

El ee de la tur#ina está unido al del generador eléctrico, %ue al girar con&ierte la energ'a rotatoria en corriente alterna de media tensin. El agua, una &e" ha cedido su energ'a, es restituida al r'o aguas a#ao de la central a tra&és de un canal de desagUe.

6. 3ENTA
DE

CENTRALE

LAS

6.1.3ENTA
DEL

ING. MECANICA ELECTRICA USO DE CENTRALES



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



constantemente repuesta por la naturalea de manera gratuita. !s limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua. " menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego, protecci#n contra las





inundaciones, suministro de agua, caminos, navegaci#n $ a%n ornamentaci#n del terreno $ turismo. Los costos de mantenimiento $ e&plotaci#n son ba'os. Las obras de ingeniería necesarias para aprovechar la energía hidr(ulica tienen una



duraci#n considerable. La turbina hidr(ulica es una m(quina sencilla, eficiente $ segura, que puede ponerse



en marcha $ detenerse con rapide $ requiere poca vigilancia siendo sus costes de mantenimiento, por lo general, reducidos.

6.2.- INCON3ENIENTES CON EL USO DE CENTRALES HIDROELECTRICAS  

Los costos de capital por )ilovatio instalado son con frecuencia mu$ altos. !l emplaamiento, determinado por características naturales, puede estar le'os del



centro o centros de consumo $ e&igir la construcci#n de un sistema de transmisi#n de electricidad, lo que significa un aumento de la inversi#n $ en los costos de mantenimiento $ pérdida de energía. La construcci#n lleva, por lo com%n, largo tiempo en comparaci#n con la de las



centrales termoeléctricas. La disponibilidad de energía puede fluctuar de estaci#n en estaci#n $ de año en año.


CENTRALE

ING. MECANICA ELECTRICA 8. I(PACTO A(IENTAL DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS iem$re se ha considerado %ue la electricidad de origen hidráulico es una alternati&a energética lim$ia. Aun as', eisten determinados efectos am#ientales de#ido a la construccin de centrales hidroeléctricas ! su infraestructura. La construccin de $resas !, $or etensin, la formacin de em#alses, $ro&ocan un im$acto am#iental %ue se etiende desde los l'mites su$eriores del em#alse hasta la costa. Este im$acto tiene las siguientes consecuencias, muchas de ellas irre&ersi#les V

umerge tierras, alterando el territorio.

V

Modi?ca el ciclo de &ida de la fauna.

V 0i?culta la na&egacin Wu&ial ! el trans$orte de materiales aguas a#ao =nutrientes ! sedimentos, como limos ! arcillas>. V 0isminu!e el caudal de los r'os, modi?cando el ni&el de las ca$as freáticas, la com$osicin del agua em#alsada ! el microclima.

Los costes am#ientales ! sociales $ueden ser e&itados o reducidos a un ni&el ace$ta#le si se e&al5an cuidadosamente ! se im$lantan medidas correcti&as. 4or todo esto, es im$ortante %ue en el momento de construir una nue&a $resa se analicen mu! #ien los $osi#les im$actos am#ientales en frente de la necesidad de crear un nue&o em#alse.


CENTRALE


:.-CENTRALES HIDROELECTRICAS EN EL PERÚ La electricidad se genera de distintas fuentes como la hidráulica, geotérmica, elica, atmica, solar ! térmica, donde se utili"a el car#n, el $etrleo ! el gas natural, %ue son recursos no reno&a#les. En nuestro $a's se utili"a el gran $otencial h'drico de los r'os, lagos ! lagunas $ara generar la electricidad %ue utili"amos. Esta generacin hidroeléctrica re$resenta el ()* del total de nuestra electricidad. El otro +)* lo generan las centrales térmicas, %ue tra#aan con la fuer"a del &a$or ! cu!o com#usti#le $rinci$al es toda&'a el $etrleo. Las Centrales /idroeléctricas de nuestro $a's están agru$adas en dos sistemas eléctricos

:.1.- EL SISTE(A INTERCONECTADO CENTRO NORTE. Es el de ma!or ca$acidad, !a %ue genera casi  mil megaXatts. A#astece a las $rinci$ales ciudades del $a's como 4iura, Chicla!o, Truillo, Chim#ote, /uara", /uánuco, Tingo Mar'a, Caamarca, /uanca!o ! Lima. La $rinci$ales centrales hidroeléctricas %ue com$onen este sistema son

:.1.1.- CARHUA7UERO' -#icada en Caamarca, a$ro&echa las aguas del r'o Chanca! ! cuenta con una ca'da neta de +8; m $ara generar 8; Mega&atios =MX>. .

CENTRALE

ING. ELECTRICA las MECANICA aguas !a utili"adas en la :.1.6.- RESTITUCI5N' Esta central reci#e Central Ant5ne" de Ma!olo a tra&és de una ca'da de ;7 m generando 6( MX.
:.1.8.- CAHUA' -#icado en 4ati&ilca, al norte de Lima, a$ro&echa las aguas del r'o 4ati&ilca a tra&és de una ca'da de 6; m $roduciendo +6 MX.
:.2.- EL SISTE(A INTERCONECTADO SUR' uministra energ'a a una $o#lacin de más de millones de ha#itantes. Entre las $rinci$ales ciudades %ue a#astece están Are%ui$a, Cusco, Tacna, Mo%uegua, Kuliaca, Ilo ! 4uno. En este istema Interconectado con 866 Filmetros de l'neas de transmisin se hallan las siguientes centrales hidroeléctricas

:.2.1.- CHARCANI 3' -#icada en Are%ui$a, esta central es una de las más modernas del $a's.

CENTRALE

ING. MECANICA ELECTRICA de -ru#am#a cerca a :.2.2.- (ACHU PICCHU' -#icada en la $ro&incia las ruinas de Machu 4icchu en el Cusco. Genera 66) MX ! su ca'da neta es de +; m. Esta Central tra#aa con tur#inas ti$o

CENTRALE

Centrales hidroelectricas en el Peru

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