CONCEPTOS GENERALES DE
HIDROLOGÍA
CONCEPTOS PRELIMINARES
• Las caídas de masas de agua producida por
desniveles existentes en los causes por donde
discurren fueron utilizadas desde la
antigüedad para producir energía mecánica.
• Una masa de agua de peso P kilogramos, al
caer desde h metros produce un trabajo de Ph
kilográmetros, aplicada a una máquina que
tiene una eficiencia (Ƞ) nos permite una
potencia realmente útil de ȠPh
CONCEPTOS PRELIMINARES
• Para utilizar mejor la potencia teórica del salto, es
preciso evitar toda pérdida inútil de energía,
procurando un movimiento del agua tan regular y en
calma como sea posible y creando al propio tiempo el
salto de un modo racional, dando origen a la
generación eléctrica hidráulica.
• Los caudales de una cuenca hidrográfica varían de zona
a zona, de las condiciones meteorológicas que pueden
ser distintas de un año a otro; un sistema de
generación exclusivamente hidroeléctrico no podrá
basarse sólo en Centrales que utilizan toda o una parte
de los ríos sin disponer de dispositivos de regulación
porque en ciertos momentos de “avenidas” se tendría
un gran sobrante de energía y en otro períodos
(estiaje) la producción sería insuficiente
CONCEPTOS PRELIMINARES
• Se podría dimensionar al Central solamente para los
caudales mínimos del río, garantizando un
aprovechamiento máximo de la central todo el año; sin
embargo resultaría una pésima utilización del potencial
hidroeléctrico de la cuenca.
• Las soluciones del problema son varias:
– Se establecen sistemas mixtos con Centrales térmicas e
hidráulicas, las Centrales Térmicas funcionarán como
integración en los períodos de estiaje de los ríos.
– Se modifican, con importantes obras hidráulicas, los
caudales de los ríos acumulando en los períodos de
avenidas, con represamientos artificiales, grandes
cantidades de agua que se descargan más tarde en el
estiaje. Esta solución sin duda es muy costosa es sin
embargo de gran utilidad y se justifica en muchos casos
porque representa una utilización múltiple del agua:
agricultura, industria, consumo doméstico, etc.
CENTRALES HIDRÁULICAS
• Generalidades: el estudio
de la factibilidad de
construcción de una
central hidroeléctrica
requiere de un conjunto
de datos estadísticos
de los principales fenómenos Meteorológicos
e hidrográficos de la región donde se instalará la
central
METEREOLOGÍA
• Temperatura: es el
fenómeno meteorológico
de mayor importancia
porque tiene influencia
directa o indirecta sobre cualquier otra
manifestación y se debe tener en cuenta en
forma especial en el diseño de las estructuras
http://diacharter.weebly.com/el-ciclo-delagua.html#/
METEREOLOGÍA
• PRECIPITACIONES ATMOSFÉRICAS
METEREOLOGÍA
• Las precipitaciones de lluvia o nieve deben
registrarse adecuadamente y para tener
confiabilidad deben tener registros de 20 a 30
años de donde se grafica el promedio mensual
y este gráfico permite
determinar la posible
potencia mensual que
se podría explotar.
METEREOLOGÍA
• Aporte Meteórico: si se quiere evaluar con
mayor exactitud la masa total de agua sobre
una región es necesario dividir la cuenca
hidrográfica en áreas A1, A2, …, An
perfectamente definidas donde se mide con
pluviómetros las precipitaciones atmosféricas
para determinar el volumen de agua caída,
con estos registros se construye la curva de
precipitación mensual para integrarla en la
curva de precipitación anual.
METEOROLOGÍA: EVAPORACIÓN
• No toda la lluvia caída se encuentra más tarde
discurriendo en el cauce de un río. Una parte del agua
penetra en el suelo, si el mismo es permeable, y se
traslada con extrema lentitud (pocos mm/Hora) hasta
encontrar estratos impermeables sobre los cuales se
mueve llegando a veces a reflotar varios kilómetros
aguas debajo de la misma cuenca otra parte de agua es
utilizada por la vegetación existente y una tercera parte
se evapora en el medio ambiente. La evaporación de
los espejos líquidos o desde las plantas depende de: la
altura sobre nivel del mar, de la temperatura de a
presión atmosférica, de la humedad del aire y del
viento.
METEOROLOGÍA: SUBLIMACIÓN
• Es el paso directo del estado sólido (hielo) al
estado de vapor; en ciertos casos (vientos
cálidos y secos) puede ser mayor del valor de
la evaporación. El vapor acuoso contenido en
la atmosfera puede condensarse por
enfriamiento directo o por expansión
adiabática del aire húmedo.
DEFLUJO SUPERFICIAL
• Es el volumen de agua que pasa a través de
una determinada sección en un intervalo de
tiempo fijado; los caudales se expresan
comúnmente en m³/seg o en litros/seg, los
deflujos en millones de m³; los caudales
específicos (referidos a una cuenca) en litros
por segundo por Km². los deflujos específicos
(por ejemplo anuales) en millones de m³/ Km²
DIAGRAMAS HIDROLÓGICOS CARACTERÍSTICOS
• Facilitan el estudio de los fenómenos hidrológicos, los
más utilizados son:
- Diagrama cronológico de los caudales de un río; este
gráfico permite hacer un examen inmediato y proyectarlo
en la potencia teórica posible.
- Diagrama o curva de duración: elaborado en base a la
curva cronológica, nos da el número de veces que un
caudal (Qmáx) determinado a sido alcanzado o
sobrepasado en el período considerado (Qmáx-Tiempo);
constituye la base para la determinación del tamaño de la
instalación (caudal continuo todo el año). Determina el
Qmin en el tiempo.
- Curva de concentración: representa los volúmenes
progresivos escurridos en función del tiempo, es la
integral de la curva cronológica
TERMINOLOGÍA DE LAS INSTALACIONES HIDRÁULICA
• Turbinas de acción (Pelton): el agua actúa sobre el
rodete por medio de una o varias toberas en dirección
tangencial. Tiene un excelente rendimiento debido a la
posibilidad de hacer nula la velocidad residual (mínima
pérdida por velocidad residual) y evita las pérdidas por
fricción con el agua.
• Turbinas de reacción (Francis): el agua llega
radialmente sobre el rodete y al atravesarlo se desvía
en ángulo recto para descargarlo en sentido paralelo al
eje de rotación.
• Turbinas de reacción (Kaplan): en vez de la admisión
radial usada en las turbinas Francis emplea la admisión
axial en rodetes de pocos álabes que son relativamente
estrechos semejantes a las Hélices de los Buques.
Criterios para la elección de la turbina
• - Saltos de poca altura, hasta 50 m: Turbina Kaplan,
sobre todo si hay variaciones notables en el caudal o
en el salto a la vez.
• - Saltos medios hasta 300 m es conveniente la
adopción de una turbina Francis.
• - Saltos de gran altura, mayores a 300m la turbina
debe ser una Pelton.
• Para reducir los costos de los grupos será necesario
aumentaren lo posible el número de revoluciones por
lo tanto ns (velocidad específica)
• Cuando se trate de alturas reducidas pero con caudales
importantes el número de rpm deberá limitarse de
forma que ns no alcance valores mayores a 900/950
Elección de la potencia más conveniente
• Se debe tener en cuenta las siguientes
consideraciones:
- El límite de potencia para la construcción de las
turbinas
- La variabilidad de la carga y la conveniencia de
disponer de uno o más grupos de reserva. Con la
interconexión la tendencia es instalar el menor
número de grupos
- Es condición indispensable que los grupos
trabajen con el máximo rendimiento; teniendo en
cuenta las siguientes observaciones:
Observaciones para elección de la potencia
- En el aprovechamiento de pequeña altura de salto
y que trabaje con caudal fluente se instalará el
menor número de unidades en relación con la
potencia máxima necesaria. Si el caso es de instalar
una sola unidad, esta deberá ser del tipo Kaplan por
su excelente rendimiento a cualquier carga y
consiguiente abertura del distribuidos; si la
condición es trabajar con caudal constante será
necesario emplear la turbina Hélice. Si fuese
preciso instalar dos o más grupos se usará una
turbina Hélice para el grupo que trabajará con
caudal constante así como para las que hubieran de
funcionar con el caudal de aguas normales y
destinando una Kaplan para trabajar con caudal que
sea insuficiente para la turbina Hélice.
Observaciones para elección de la potencia
- En las instalaciones de saltos de alta y media caída y de
caudal fluente, se instalarán turbinas tipo Francis cuyo
rendimiento es bueno entre el 0.7 y el 1.0 del caudal
máximo; pero será necesario subdividir la potencia que
debe montarse en la central entre varios grupos para
que las turbinas trabajen al menos con 0.7 de la carga
máxima; se instalarán uno o más grupos para trabajar
con aguas normales y otro para caudal de estiaje.
- La turbina Pelton se reserva para instalaciones de
caudal fluente y para alturas de salto elevados por su
excelente rendimiento en un amplio rango de caudales
lo cual permite la instalación de un reducido número
de unidades entre las que se ha de repartir la potencia
total de la Central.
Observaciones para elección de la potencia
- Cuando se trate de saltos con presas de embalse,
debido al interés que existe de no desperdiciar el
agua almacenada, será necesario fraccionar la
potencia de los grupos convenientemente, para
que estos trabajen siempre el las mejores
condiciones de rendimiento.
- Para la regulación de la frecuencia se destinan las
centrales previstas de embalse, llamadas
centrales de punta o centrales piloto. Los
reguladores de estas centrales han de ser muy
sensibles y además deben poder estabilizarse
rápidamente con lo cual se consigue no
solamente la constancia de la velocidad si no
también la regulación inmediata de la carga.
TERMINOLOGÍA DE LAS INSTALACIONES HIDRÁULICA
• Turbinas de acción (Pelton): el agua actúa sobre el
rodete por medio de una o varias toberas en dirección
tangencial. Tiene un excelente rendimiento debido a la
posibilidad de hacer nula la velocidad residual (mínima
pérdida por velocidad residual) y evita las pérdidas por
fricción con el agua.
• Turbinas de reacción (Francis): el agua llega
radialmente sobre el rodete y al atravesarlo se desvía
en ángulo recto para descargarlo en sentido paralelo al
eje de rotación.
• Turbinas de reacción (Kaplan): en vez de la admisión
radial usada en las turbinas Francis emplea la admisión
axial en rodetes de pocos álabes que son relativamente
estrechos semejantes a las Hélices de los Buques.