Informe Tecnico

7/14/2019 Informe Tecnico

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Universidad Latina Campus Heredia

Escuela: Ingeniería Electrónica

Comunicación Escrita y Oral.

Informe Técnico.

Estudiante: Jose Pablo Cortés Víquez

Profesor: Zaida Solano Soto

6/12/2012



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Turbinas Hidroeléctricas.



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Resumen Ejecutivo.

Se investigaron los aspectos de las turbinas Francis, su estructura,funcionamiento, su capacidad para procesar un caudal de agua, la presión queestas aguantan, para que trabajo están diseñadas específicamente, y lacantidad de energía que pueden generar para así transformar esta aelectricidad; para así determinar si era la opción mas viable dado a que es unode los tipos de turbinas mas usados en la zona que se propone trabajar.

El propósito de esta investigación es el determinar si la turbina Francises la opción mas viable dada para instalar en una planta hidroeléctrica ygenerar energía para una cantidad determinada de hogares, basándose en lascaracterísticas de esta y el hecho de que es uno de los tipos de turbinas masusados en la zona que se propone trabajar.

Se obtuvo analizando los datos, preferencia hacia este tipo de turbina,debido a su calidad, la presión que puede soportar, energía que puede generar y tamaño ventajoso sobre otros tipos de turbinas, así determinándola la opciónmas viable para el proyecto propuesto.



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Tabla de contenidos

Título iResumen ejecutivo ii

Tabla de Contenidos iiiÍndice de Figuras ivÍndice de Gráficos vIntroducción. 1Turbina Francis 2Funcionamiento 3Centrales Hidráulicas en Costa Rica. 6Gráficas de datos de Turbinas Francis. 9Recomendaciones. 10Bibliografía. 11



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Índice de Figuras.

Figura 1. Partes de las que consta una central hidroeléctrica. ........................... 2

Figura 3 Plano del recorrido del caudal de agua hacia la turbina y fuera de esta...................................................................................................................... 4Figura 4. Plano de una turbina Francis. .............................................................. 5Figura 5. Una de las turbinas Francis de la planta hidroeléctrica Arenal. ........... 6Figura 6. Conjunto de turbinas Francis de la planta hidroeléctrica Arenal. ......... 6Figura 7. Proyecto Hidroeléctrico Toro 3 en construcción. ................................. 7Figura 8. Proyecto Hidroeléctrico Toro 3 en construcción. ................................. 7



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Índice de Gráficos.

Gráfico 1. Rendimiento de los diferentes tipo de turbinas hidroeléctricas........... 9

Gráfico 2. Velocidades de acuerdo a los diferentes tipos de turbinashidroeléctircas. ............................................................................................ 9



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Introducción.

¿Cuál es el problema, asunto o aspecto?

Se pretende construir una central hidroeléctrica en Costa Rica y sedesea saber cual tipo de turbina seria la mas viable para generar electricidad a partir de una caída de agua de aproximadamente 150m;que abastezca a un aproximado de 220.000 hogares.

¿Por qué es importante investigar este? Al saber cual opción seria la más viable se podría ahorrar

presupuesto en vez de comprar algún otro tipo de turbina de mayoresdimensiones, complejidad y costo sustituyéndola por alguna de menor dimensión, más accesible y que de igual manera ambas llevarían acaboel mismo trabajo, además de así poder prevenir algún inconveniente odesastre en caso de instalar una turbina no adecuada para el trabajo queno aguante la presión o el trabajo que se le solicita en la centralhidroeléctrica.



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Turbina Francis

La turbina Francis es uno de los tipos de turbinas disponibles en la industriapara utilizarse en una central hidroeléctrica, donde dependiendo de la turbina

usada se usa la energía potencial que posee ya sea un rio, una caída de aguao mediante una represa un caudal de agua en el cual se cree artificialmenteuna caída de agua; estas conviertan esta energía para transportar y usar en loscentros urbanos en los que se necesiten, las turbinas no crean, ni destruyenenergía en el proceso, simplemente la transforman de manera que el ser humano la pueda usar en todo lo relacionado con la electricidad.

Una central hidroeléctrica consta no solo de la turbina que es su corazón por así decirlo debido a la importancia de estas, ya que sin la(s) turbinas no segeneraría nada. Como se puede observar en la siguiente imagen, haybastantes partes en una central, todas ellas vitales para el funcionamiento deesta

Figura 1. Partes de las que consta una central hidroeléctrica.



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Funcionamiento

En el caso de la turbina Francis esta se usa en donde se tienen saltos deagua los cuales se quieren utilizar como medio para generar electricidad,dependiendo del salto sea este de poco, normal o de gran tamaño se varia elsubtipo de turbina los cuales serian:

Lenta, en donde los saltos de agua sea superiores a 200m. Normal, en donde los saltos de agua sean de una altura media de entre

20 y 200m. Rápidas, en donde los saltos sean inferiores a los 20m de altura.

Estas turbinas son de gran rendimiento pero no soportan el 100% delcaudal que se proponga usar para ellas, por lo que en la mayoría de los casoslas centrales hidroeléctricas donde se pretende usar turbinas Francis, seinstalan varias de estas en vez de solo usar una, ya que así se podrá generar mayor electricidad al controlar un mayor % del caudal disponible.

Una turbina de reacción como lo es la Francis, básicamente comienza sufuncionamiento cuando se usa la caída de agua o caudal y se dirige medianteuna tubería forzada hacia esta, abriéndose una válvula mariposa se deja pasar al agua, que ingresa a la carcasa donde se ubica la turbina por variascompuertas situadas en varios puntos alrededor de la rueda la cual tienepaletas (entre 12 y 21 paletas aproximadamente) en las cuales el agua choca yfuerza la rueda a moverse, activando la turbina y generando electricidad. Luegode este proceso el agua que ya ha perdido su energía potencial es evacuadade la carcasa y mediante tuberías evacuada también de la centralhidroeléctrica.

En la siguiente imagen se puede observar el procedimiento descritoanteriormente de manera mas simple.

Figura 2. Instalación de una turbina Francis.



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Figura 3 Plano del recorrido del caudal de agua hacia la turbina y fuera de esta.

Sobre lo descrito, algunas características notables de las turbinas Francis son:

Están formadas por una espiral dentro del rodete, la cual es necesariapara que el caudal impulse la turbina a generar electricidad.

Por los datos de alturas de caídas de agua se deduce y sabe que sonutilizadas en caídas de agua medianas a pequeñas donde no hay tantapresión.

Poseen un distribuidor que redirige el agua hacia el rodete. Se usa una válvula mariposa para permitir o no la entrada de agua a la

carcasa como una prevención. Podrían asimilarse con una bomba centrifuga.



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Figura 4. Plano de una turbina Francis.



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Centrales Hidráulicas en Costa Rica.

En Costa Rica se cuenta con varias centrales hidráulicas alrededor del país, la

mas reconocida ha sido la planta hidroeléctrica Arenal y pronto se sumaranmas como lo son la Toro 3 que consta también de Toro 1 y Toro 2, y la plantahidroeléctrica mas grande a haber en el país, la planta hidroeléctricoReventazón.

Planta Hidroeléctrica Arenal: Se ubica en el cantón de Tillarán, Guanacaste;a 3.3km al oeste de la cuidad. Esta planta aprovecha las aguas del embalse de

Arenal. Su elevación de 545m sobre el nivel del mar, el embalse tiene un áreade 87.8km2 y cuenta con 2.416 millones de metros cúbicos.La planta Arenal cuenta con 3 turbinas Francis y 3 unidades turbogeneradorasacopladas a estas mediante un eje vertical. Las 3 turbinas son de marca FUJIde origen Japonés y son capaces de generar junto con los turbogeneradoresMitsubishi una gran cantidad de energía limpia para abastecer bastanteshogares.

Figura 5. Una de las turbinas Francis de la planta hidroeléctrica Arenal.

Figura 6. Conjunto de turbinas Francis de la planta hidroeléctrica Arenal.

Proyecto Hidroeléctrico Toro 3 (Plantas hidroeléctricas Toro 1 y Toro 2):Se ubica en Venecia de San Carlos y consta de plantas como la Toro 1 y Toro2 que se encuentran en funcionamiento desde 1995.



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Cuando se finalice este proyecto hidroeléctrico estima para el 2013, segenerara una gran cantidad de 46 megavatios para abastecer de electricidad aun aproximado de 65.000 hogares.

En esta planta se usaran dos turbinas Francis en una casa de maquinassemienterrada, cada una producirá 23 MW.

Figura 7. Proyecto Hidroeléctrico Toro 3 en construcción.

Figura 8. Proyecto Hidroeléctrico Toro 3 en construcción.



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Proyecto Hidroeléctrico Reventazón: Se ubica en el cantón deSiquirres, Limón. Se prevé que tenga la capacidad de generar 300MW locual lo hace una de las obras mas importantes del país y de las masambiciosas en cuanto a la generación de energía hidroeléctrica en

Centroamérica. Estará en funcionamiento en el 2016 y brindara a524.000 hogares electricidad.

Aprovechando el río Reventazón y su gran caudal de agua, se construiráuna presa, la estructura mas grande del país con aproximadamente unos130m de alto sobrepasando la altura de edificios como el Banco Nacionalen San José.

Se usaran 4 turbinas Francis de eje vertical con una capacidad de 73MWcada una. El agua será llevada a estas mediante un túnel de 1680m de

longitud.

Figura 9. Ubicación e ilustración del Proyecto Hidroeléctrico Reventazón.



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Gráficas de datos de Turbinas Francis.

En estas gráficas se pueden apreciar los datos de manera más simple.

Gráfico 1. Rendimiento de los diferentes tipos de turbinas hidroeléctricas.

Gráfico 2. Velocidades de acuerdo a los diferentes tipos de turbinas hidroeléctricas.



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Recomendaciones.

Tomando en cuenta lo que se propone hacer, y analizando los datos sobreproyectos hidroeléctricos anteriores en funcionamiento y en construcción,

exitosos de la zona; se puede determinar que el tipo de turbina Francis es elmas adecuado a usar en una planta hidroeléctrica, y asumiendo que se deseaproporcionar a un aproximado de 220.000 hogares con electricidad, lo masviable es usar 2 turbinas Francis de 76MW cada una, generando así suficientesi no mas energía de la necesitada. Ahorrando costos de instalar otro tipo deturbina mas compleja y evitando inconvenientes con el funcionamiento de laplanta, además de posibles accidentes si se usa un tipo de turbina noadecuado para el trabajo necesario.



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Bibliografía.

http://usuarios.multimania.es/jrcuenca/Spanish/Turbinas/T-4.htm http://www.prensalibre.cr/pl/nacional/34847-planta-hidroelectrica-toro-3-

estara-lista-en-2013.html http://es.libros.redsauce.net/?pageID=19 http://www.grupoice.com/wps/portal/gice/elect_hub/Proyectos%20Energético

s/Generación%2c%20transmisión%2c%20distribución/!ut/p/c5/04_SB8K8xLLM9MSSzPy8xBz9CP0os_gQL0N_D2cLEwN_Vy8XA08zY09TUzNTg2A_E6B8JE55Z38zknQbBFi6AuVdfS2DzFwNDAxMiNFtgAM4GhDQ7eeRn5uqX5AbGhpR7qgIAIF31W4!/dl3/d3/L2dBISEvZ0FBIS9nQSEh/

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