Central hidroeléctrica final fin2.docx

7/21/2019 Central hidroelctrica final fin2.docx

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA

Caractersticas y funcionaiento !e una

Centra" #i!roe"$ctrica

LIMA%&ERU

'()*

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INDICE

INTRODUCCION

CA&ITULO I+ CENTRAL #IDROELECTRICA

1.1 Definicin1.2 Clasificacin1.3 Componentes de la central hidroelctrica

1.3.1 La presa

1.3.2 La turbina hidrulica

1.3.2.1Datos tcnicos de las turbinas

1.3.2.2Velocidad especfica

1.4 ipos de centrales hidroelctricas

1.4.1 Centrales de a!ua flu"ente.

1.4.2 Centrales de embalses.

1.4.3 Centrales de bombeo o re#ersibles.

1.$ %uncin de la Central &idroelctrica

1.' Venta(as de la Central &idroelctrica

1.) Des#enta(as

CA&ITULO II+ FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL #IDROLECTRICA

2.1 %uncionamiento

CONCLUSIONES

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,I,LIOGRAFIA

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INTRODUCCION

La ener!a hidrulica o ener!a hdrica es a*uella *ue se obtiene del

apro#echamiento de la ener!a cintica " potencial de la corriente del a!ua+ saltos

de a!ua o mareas. ,s un tipo de ener!a #erde por*ue su impacto ambiental es

mnimo " usa la fuer-a hdrica sin represarla+ en caso contrario es considerada

slo una forma de ener!a reno#able.

Canad el productor ms importante de ener!a hidroelctrica+ se!uido por los

,stados nidos " /rasil. 0proimadamente dos tercios del potencial hidroelctrico

econmicamente #iable *uedan an por desarrollar. La ener!a hidrulica no

apro#echada es toda#a mu" abundante en 0mrica Latina+ frica central+ ndia "China.

,n las dos ltimas dcadas la demanda de ener!a en el 5er ha aumentado en

forma sostenida como consecuencia del incremento de las in#ersiones+ el

crecimiento econmico " los nue#os hbitos de consumo relacionados con el

desarrollo. ,se crecimiento producti#o ha estado concentrado en los sectores

construccin+ comercial+ industrial " minero+ *ue son los *ue ms demandan

ener!a elctrica a escala nacional por constituir esta uno de los principales

insumos de sus procesos producti#os. 5or esta ra-n+ se ha apreciado un

importante crecimiento de la demanda de electricidad+ impulsada adems por el

dinamismo del mercado de clientes libres. 6e!n la estadstica oficial el pas

re!istr en el 2717 una demanda mima de electricidad de 4$)8 me!a#atios

9:;


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Desarrollo Limpio 9:DL< con alternati#as *ue han !enerado un mercado paralelo

de in!resos adicionales para la tecnolo!a limpia.

,sta situacin ofrece al 5er la posibilidad de cubrir sus necesidades ba(o 12

5ro"ectos de !eneracin elctrica en el 5er una matri- de produccin de ener!a

elctrica *ue sea rentable+ sostenible " ami!able con el medio ambiente mediante

el uso de los :DL.

La central hidroelctrica es una instalacin donde se transforma la ener!a

potencial 9asociada a la altura< " cintica 9asociada al mo#imiento< en ener!a

elctrica. La central hidroelctrica (ue!a un papel fundamental "a *ue+ dada su

fleibilidad de operacin+ pueden adaptarse a las #ariaciones de demanda. 5or lo

tanto+ la ener!a hidroelctrica es cla#e para la estabilidad " la !aranta del

sistema elctrico.Las centrales hidroelctricas producen alrededor del 24? de la electricidad *ue se

consume en todo el mundo. La caracterstica principal de una central

hidroelctrica+ desde el punto de #ista de su capacidad de !eneracin de

electricidad es la potencia+ *ue est en funcin del desni#el eistente entre el ni#el

medio del embalse " el ni#el medio de las a!uas deba(o de la central+ " del caudal

mimo turbinable.

,l presente estudio consta de dos captulos@ la primera denominada central

hidroelctrica *ue describe bre#emente la definicin+ caractersticas+ elementos

*ue lo conforman+ clasificacin+ el se!undo denominado funcionamiento de la

central hidrulica describe bre#emente el funcionamiento propiamente dicho " las

#enta(as de la utili-acin en la produccin de ener!a elctrica para el uso de los

seres humanos. %inalmente presentamos las conclusiones " biblio!rafa.

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CA&ITULO I

CENTRAL #IDRAULICA

)-) DEFINICION

6e!n Aa" >.Linsle" B oseph /. %ran-ini. 918)< la central hidroelctrica

es una instalacin *ue permite apro#echar las masas de a!ua en

mo#imiento *ue circulan por los ros para transformarlas en ener!a

elctrica+ utili-ando turbinas acopladas a los alternadores.

6e!n Earra# 9188< Fen una central hidroelctrica se utili-a ener!a

hidrulica para la !eneracin de ener!a elctrica. 6on el resultado actual

de la e#olucin de los anti!uos molinos *ue apro#echaban la corriente de

los ros para mo#er una ruedaG9p.21


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Central hidroelctrica.

Corte trans#ersal de una represa hidroelctrica.

)-' CLASIFICACION

6e!n Aa" Linsle" B oseph /. %ran-ini. 918)< Fla potencia instalada+ las

centrales hidroelctricas pueden ser@Centrales hidrulicas de !ran potencia@

ms de 17:; de potencia elctrica. :inicentrales hidrulicas@ entre 1:; "

17:;. :icrocentrales hidroelctricas@ menos de 1:; de potenciaG. 9p.43


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Destructores !e ener2a0*ue se utili-an para e#itar *ue la ener!a *ue

posee el a!ua *ue cae desde los salientes de una presa de !ran altura

produ-ca+ al chocar contra el suelo+ !randes erosiones en el terreno.

/sicamente encontramos dos tipos de destructores de ener!a@

Los !ientes o /risas !e ceento0 *ue pro#ocan un aumento de la

turbulencia " de los remolinos.

Los !ef"ectores !e sa"to !e es3u0 *ue disipan la ener!a haciendo

aumentar la friccin del a!ua con el aire " a tra#s del cho*ue con el

colchn de a!ua *ue encuentra a su cada.

Sa"a !e 43uinas-Construccin donde se sitan las m*uinas 9turbinas+alternadoresI< " elementos de re!ulacin " control de la central.

Tur1ina- ,lementos *ue transforman en ener!a mecnica la ener!a

cintica de una corriente de a!ua. Las turbinas se encar!an de hacer !irar

el !enerador cuando reciben la fuer-a del a!ua

A"terna!or-ipo de !enerador elctrico destinado a transformar la ener!a

mecnica en elctrica. ,s el encar!ado de producir la electricidad.

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Jtras partes tambin importantes son las tuberas *ue lle#an el a!ua desde

la presa hasta las turbinas.

Con!ucciones-La alimentacin del a!ua a las turbinas se hace a tra#s de

un sistema comple(o de canali-aciones. ,n el caso de los canales+ sepueden reali-ar eca#ando el terreno o de forma artificial mediante

estructuras de hormi!n.

6e!n lrico 918)< Fsu construccin est siempre condicionada a las

condiciones !eo!rficasG 9p.2


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las #l#ulas en una instalacin hidrulica. ,n la si!uiente fi!ura podemos

#er las partes de una central hidroelctrica.

1. Agua 5. Conjunto turbina-alternador 9. Lneas eltrias

2. !resa 6. "urbina 1#. "rans$or%adores

3. &ejas 'ltradoras 7. (je

4. "ubera $or)ada 8. *enerador

)-.-) La /resa

6e!n Aa" >.Linsle" B oseph /. %ran-ini. 918)< Fla presa es el primer

elemento *ue encontramos en una central hidroelctrica. 6e encar!a de

contener el a!ua de un ro " almacenarla en un embalseG. 9p.214


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6e!n Ven e ChoH 9183< Flas presas de hormi!n son las ms

resistentes " las ms utili-adas. &a" tres tipos de presas de hormi!n en

funcin de su estructuraG@

&resas !e 2ra5e!a!-6on presas de hormi!n trian!ulares con una baseancha *ue se #a haciendo ms estrecha en la parte superior. 6on

construcciones de lar!a duracin " *ue no necesitan mantenimiento. La

altura de este tipo de presas est limitada por la resistencia del terreno.

&resa !e 5ue"ta-,n este tipo de presas la pared es cur#a. La presin

pro#ocada por el a!ua se transmite nte!ramente hacia las paredes del

#alle por el efecto del arco. Cuando las condiciones son fa#orables+ la

estructura necesita menos hormi!n *ue una presa de !ra#edad+ pero es

difcil encontrar lu!ares donde se puedan construir.

&resas !e contrafuertes-ienen una pared *ue soporta el a!ua " una

serie de contrafuertes o pilares de forma trian!ular+ *ue su(etan la pared "

transmiten la car!a del a!ua a la base. ,n !eneral+ se utili-an en terrenos

poco estables " no son mu" econmicas.

)-.-' La tur1ina 6i!r4u"ica

6e!n Earra# 9188< Flas turbinas hidrulicas son el elemento fundamental

para el apro#echamiento de la ener!a en las centrales hidrulicasG. 9p.2


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Como en este caso estamos hablando de turbinas hidrulicas+ el fluido *ue

las hara funcionar sera el a!ua+ pero puede #aler cual*uier otro fluido.

6e!n lrico 918)< Fpara cual*uier tipo de turbina *ue #eremos

posteriormente+ la frmula si!uiente es totalmente #lida+ " nos muestra laCada de a!uaG 9p..Linsle" B oseph /. %ran-ini. 918)< Flas turbinas hidrulicas

las podemos clasificar en dos !ruposG@

Tur1inas !e acci7n-6on a*uellas en las *ue la ener!a de presin del

a!ua se transforma completamente en ener!a cintica. ienen como

caracterstica principal *ue el a!ua tiene la mima presin en la entrada "

la salida del rodillo. n e(emplo de este tipo son las turbinas 5elton.

Tur1inas !e reacci7n-6on las turbinas en *ue solamente una parte de la

ener!a de presin del a!ua se transforma en ener!a cintica. ,n este tipo

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de turbinas+ el a!ua tiene una presin ms pe*ue=a en la salida *ue en la

entrada. n e(emplo de este tipo son las turbinas >aplan.

6e!n Ven e ChoH 9183< Flas turbinas *ue se utili-an actualmente con

me(ores resultados son las turbinas 5elton+ %rancis " >aplanG. 9p.12


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Tur1ina Francis-,s conocida como turbina de sobrepresin+ por*ue la

presin es #ariable en las -onas del rodillo. Las turbinas %rancis se pueden

usar en saltos de diferentes alturas dentro de un amplio mar!en de caudal+

pero son de rendimiento ptimo cuando traba(an en un caudal entre el '7 "

el 177? del caudal mimo.

6e!n lrico 918)< Fla turbina %rancis es un motor hidrulico de reaccin+

*ue se emplea para caudales " alturas mediasG 9p.31


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todas las paletas directrices+ " este anillo m#il+ a su #e- est accionado por

el re!ulador de #elocidad de la turbina.

6e!n Aa" >.Linsle" B oseph /. %ran-ini. 918)< Fen las centrales

hidrulicas con saltos de pe*ue=a " mediana altura+ la turbina %rancis se

monta con la cmara de descar!a abiertaG 9p.18)


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6e!n Aa" >.Linsle" B oseph /. %ran-ini. 918)< Fla turbina >aplan es

seme(ante a una hlice de un barcoG 9p.32aplan es una turbina de hlice con labes a(ustables+ de forma

*ue la incidencia del a!ua en el borde de ata*ue del labe pueda

producirse en las condiciones de mima accin+ cuales*uiera *ue sean los

re*uisitos de caudal o de car!a. 6e lo!ra as mantener un rendimiento

ele#ado a diferentes #alores de la potencia. Caracterstica importantsima

para un rotor de hlice+ pues es una de las deficiencias ms notables *ue

se ad#ierten en las turbo m*uinas de hlice de alabe fi(o+ en las cuales la

incidencia del a!ua sobre el borde de ata*ue se produce ba(o n!ulos

inapropiados+ al #ariar la potencia dando lu!ar a separacin o cho*ues+ *uereducen fuertemente el rendimiento de la unidad.

)-.-'-)Datos t$cnicos !e "as tur1inas

5otencia de las turbinas hidrulicas

6uponiendo *ue T es el rendimiento de la turbina+ la formula *ueda como@

Aendimiento de las turbinas hidrulicas

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Como sucede en todas las m*uinas+ durante el funcionamiento de las

turbinas se producen prdidas de ener!a *ue determinan el rendimiento de

a*ullas. Las principales causas *ue producen estas prdidas de ener!a

son@

Ao-amiento del a!ua en el distribuidor.

5rdidas en el rodete producidas por el cho*ue de entrada " por el

cambio brusco de #elocidad de los filetes de a!ua *ue salen del

distribuidor " chocan con los bordes de los labes del rodete.

Ao-amiento del a!ua en el tubo de aspiracin.

Distancia *ue ha" entre el distribuidor " el rodete+ por donde se escapa

una parte del a!ua.

Aesistencias pasi#as en los co(inetes+ !orrones+ etc.

Velocidad de salida del a!ua *ue+ aun*ue pe*ue=as es necesaria para

*ue el a!ua sal!a al eterior de la turbina.

6e!n Aa" >.Linsle" B oseph /. %ran-ini. 918)< Fel con(unto de todas

estas prdidas determina el rendimiento de la turbinaG 9p.8


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cuenta *ue+ por lo !eneral+ durante el a=o+ traba(an ms horas a car!a

parcial *ue a plena car!a.

)-.-'-'Ve"oci!a! es/ecfica

6e!n Aa" >.Linsle" B oseph /. %ran-ini. 918)< Fse denomina#elocidad

especficade una turbina hidrulica a la #elocidad a la cual traba(ara una

turbina eactamente homlo!a+ desarrollando una potencia de 1 CV+ ba(o

un salto de 1 m.G 9p.2$4


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6e!n Aa" >.Linsle" B oseph /. %ran-ini. 918)< Fha" muchos tipos de

centrales hidroelctricas+ "a *ue las caractersticas del terreno donde se

sita la central condicionan en !ran parte su dise=oG 9p.41


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5L0S0

CJA,

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,n la misma se apro#echa un estrechamiento del ro+ " la obra del edificio

de la central 9casa de m*uinas< puede formar parte de la misma presa.

6e!n Aa" >.Linsle" B oseph /. %ran-ini. 918)< Fel desni#el entre a!uasarriba " a!uas aba(o+ es reducido+ " si bien se forma un remanso de a!ua

a causa del a-ud+ no es demasiado !randeG 9p.132


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Con embalse de reser#a puede producirse ener!a elctrica durante todo el

a=o aun*ue el ro se se*ue por completo durante al!unos meses + cosa *ue

sera imposible en un pro"ecto de pasada.

6e!n Ven e ChoH 9183< Flas centrales con almacenamiento de reser#a

ei!en por lo !eneral una in#ersin de capital ma"or *ue las de pasada+

pero en la ma"ora de los casos permiten usar toda la ener!a posible "

producir Wilo#atiosXhora ms baratosG 9p.32


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6e!n Earra# 9188< Fla casa de m*uinas suele estar al pie de la presa+

como ilustra el dibu(o+ en estos tipos de central+ el desni#el obtenido es de

carcter medianoG 9p.$2


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,n el lu!ar apropiado por la topo!rafa del terreno+ se ubica la obra de toma

de a!ua+ " el l*uido se lle#a por medio de canales+ o tuberas de presin+hasta las proimidades de la casa de m*uinas.

0ll se instala la chimenea de e*uilibrio+ a partir de la cual la conduccin

tiene un decli#e ms pronunciado+ para in!resar finalmente a la casa de

m*uinas.

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La chimenea de e*uilibrio es un simple conducto #ertical *ue ase!ura al

cerrar las #l#ulas de la central+ *ue la ener!a cintica *ue tiene el a!ua en

la conduccin+ se libere en ese elemento como un aumento de ni#el " se

transforme en ener!a potencial.

Los desni#eles en este tipo de central suelen ser ma"ores comparados con

los *ue se encuentran en los tipos anteriores de centrales.

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,stas centrales ei!en+ !eneralmente+ una in#ersin de capital ms !rande

*ue la de a!ua flu"ente. Dentro de estos tipos eisten dos #ariantes de

centrales@

Centra"es a /ie !e /resa+en un tramo de ro con un desni#el apreciable seconstru"e una presa de una altura determinada. La sala de turbinas est

situada despus de la presa.

Centra"es /or !eri5aci7n !e "as a2uas+las a!uas del ro son des#iadas

mediante una pe*ue=a presa " son conducidas mediante un canal con una

prdida de desni#el tan pe*ue=a como sea posible+ hasta un pe*ue=o

depsito llamado cmara de car!a o de presin. De esta sala arranca una

tubera for-ada *ue #a a parar a la sala de turbinas. 5osteriormente+ el a!ua

es de#uelta ro aba(o+ mediante un canal de descar!a. 6e consi!uen

desni#eles ms !randes *ue en las centrales a pie de presa.

)-*-. Centra"es !e 1o1eo o re5ersi1"es-

6e!n Earra# 9188< Fson un tipo especial de centrales *ue hacen posible

un uso ms racional de los recursos hidrulicosG 9p.))


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haciendo !irar las turbinas " despus *ueda almacenada en el embalse

inferior.

Durante las horas del da de menor demanda+ el a!ua es bombeada al

embalse superior para *ue #uel#a a hacer el ciclo producti#o.

Las centrales de bombeo son un tipo especial de centrales hidroelctricas

*ue posibilitan un empleo ms racional de los recursos hidrulicos de un

pas.

Disponen de dos embalses situados a diferente ni#el. Cuando la demanda

de ener!a elctrica alcan-a su mimo ni#el a lo lar!o del da+ las centrales

de bombeo funcionan como una central con#encional !enerando ener!a.0l caer el a!ua+ almacenada en el embalse superior+ hace !irar el rodete de

la turbina asociada a un alternador. Despus el a!ua *ueda almacenada en

el embalse inferior. Durante las horas del da en la *ue la demanda de

ener!a es menor el a!ua es bombeada al embalse superior para *ue

pueda hacer el ciclo producti#o nue#amente. 5ara ello la central dispone de

!rupos de motoresXbomba o+ alternati#amente+ sus turbinas son re#ersibles

de manera *ue puedan funcionar como bombas " los alternadores como

motores.

)-9 Funci7n !e "a Centra" #i!roe"$ctrica

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6e!n Earra# 9188< Fla funcin de una central hidroelctrica es utili-ar la

ener!a potencial del a!ua almacenada " con#ertirla+ primero en ener!a

mecnica " lue!o en elctricaG 9p.$3


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,s limpia+ pues no contamina ni el aire ni el a!ua.

0 menudo puede combinarse con otros beneficios+ como rie!o+

proteccin contra las inundaciones+ suministro de a!ua+ caminos+ na#e!acin "

an ornamentacin del terreno " turismo.

Los costos de mantenimiento " eplotacin son ba(os.

Las obras de in!eniera necesarias para apro#echar la ener!a

hidrulica tienen una duracin considerable.

La turbina hidrulica es una m*uina sencilla+ eficiente " se!ura+ *ue

puede ponerse en marcha " detenerse con rapide- " re*uiere poca #i!ilancia

siendo sus costes de mantenimiento+ por lo !eneral+ reducidos.

)-< Des5enta;as

Los costos de capital por Wilo#atio instalado son con frecuencia mu"

altos.

,l empla-amiento+ determinado por caractersticas naturales+ puede

estar le(os del centro o centros de consumo " ei!ir la construccin de un sistema

de transmisin de electricidad+ lo *ue si!nifica un aumento de la in#ersin " en loscostos de mantenimiento " prdida de ener!a.

La construccin lle#a+ por lo comn+ lar!o tiempo en comparacin

con la de las centrales termoelctricas.

La disponibilidad de ener!a puede fluctuar de estacin en estacin "

de a=o en a=o.

3#


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CA&ITULO II

FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL #IDROELECTRICA

'-) Funcionaiento

La ener!a hidroelctrica debe su ma"or desarrollo al in!eniero ci#il

britnico ohn 6meaton+ *ue constru" por #e- primera !randes ruedas

hidrulicas de hierro colado. La hidroelectricidad tu#o mucha importancia

durante la Ae#olucin ndustrial.

6e!n Aa" >.Linsle" B oseph /. %ran-ini. 918)< Fla presa+ situada en el

curso de un ro+ acumula artificialmente un #olumen de a!ua para formar un

embalseG 9p.21


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6e!n lrico 918)< Fel e(e de la turbina est unido al del !enerador

elctrico+ *ue al !irar con#ierte la ener!a rotatoria en corriente alterna de

media tensinG9p.2)


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CONCLUSIONES

1. Laener!ahidrulica se obtiene de la cada del a!ua desde cierta altura aun ni#el inferior lo *ue pro#oca el mo#imiento de ruedas hidrulicas o

turbinas. Dichas turbinas o ruedas+ a su #e-+ pro#ocan un mo#imiento

cintico de rotacin+ *ue se transmite a ungenerador elctrico+ " ste

produceener!aelctrica. 0 laener!a*ue pro#iene del a!ua se le

llama,ner!a &idrulica+ " del sitio de dnde se obtiene+ Central

&idroelctrica.2. Las centrales hidroelctricas son estaciones desde las cuales se apro#echa

laener!ade un salto de a!ua para con#ertirlo enener!aelctrica. &a"diferentes tipos de centrales+ dependiendo del ser#icio *ue den en el

consumo !lobal de la red.3. Los tipos de centrales hidroelctricas son@ Centrales de base. 6on las *ue

estn destinadas a suministrar ener!a elctrica de manera continua.

ienen una potencia ele#ada " normalmente son las centrales nucleares+

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las !randes centrales trmicas " las centrales hidrulicas. Centrales de

punta. 5ro"ectadas para cubrir demandas de ener!a en las horas punta.

raba(an en paralelo con las centrales de base. Central de reser#a. ienen

por ob(eto sustituir total o parcialmente la produccin de una central base+

en caso de a#era o reparacin " Centrales de bombeo. 6on centrales

hidroelctricas *ue apro#echan la ener!a sobrante en las horas #alle+ para

bombear a!ua a un embalse superior " en las horas punta la apro#echan

para dar ener!a en la red.4. Los componentes de una central hidroelctrica son lapresa+ losconductos

de a!ua+ lasala de m*uinas+ lostransformadores" elpar*ue de

distribucin.

,I,LIOGRAF=A

1. /oletn D,0. 92774< ,ficiencia energtica y energas renovables+ nm. '.

:adrid@ D,0.2. C06AJ Eil+ :.0. " 6nche- Saran(o+ C. 9277'< Energa Hidrulica.

Sevilla: (Progensa)5romotora Eeneral de ,studios+ 188)X277$.3. E0AA0VY+ V.. 9188< ecnolo!a ndustrial . /atillerat. :cEraH&ill.4. :,ASJ+ L. 92773< Las energas renovables. :adrid@ Ae#ista ,ner!as

Aeno#ables.$. A0U >.Linsle" B oseph /. %ran-ini. 918).< Ingeniera de ecursos

Hdricos.,ditora de la ni#ersidad de de 6ao 5aulo e ,ditora :cEraHX&ill

do /rasil+ Ltda.'. 6JA0+ ,. 92773< Energa !idrulica.:adrid@ Ae#ista ,ner!as Aeno#ables.). LACJ &oepli+ :ilano. 918)< "anual del Ingeniero.,dicin 1. ,ditado

6/S X273X1437X4. V,S , C&J; 918'4< Handboo# of $%%lied Hydrology. $ &o'%endiu' of

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Compan". 6/S 7)X717))4X2.8. V,S , C&J; 9183< Hidrulica de los &anales $biertos. ,ditorial Diana+

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11. [email protected]. [tecnolo!iafuentenue#a.HiWispaces.comQfileQ#ieHQhidraulica.pdf

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