Geração de energia hidrocinética, uma solução para comunidades rurais - Palestrante: Eng° Marco Polo Nempeque – SENA Tecnoparque / Colômbia.

1. 5° WORK SHOP
INTERNACIONAL
SENAI ELECTROELECTRÔNICA
Energias Renovaveis
Junho 2012 – Jaraguá do Sul/SC Brasil
Eng° Marco Polo Nempeque G.
SENA Colômbia
- Inés Carlota Carriazo de Paz

2. Plan Nacional de Desarrollo 2010 -2014
“Prosperidad para todos”

3. Misión del SENA
Es una entidad pública tripartita:
Gobierno, empresa y trabajadores
que contribuye a la Competitividad de Colombia
a través de:
El incremento de la La Inclusión Social de
Productividad de las personas y comunidades
Empresas y las Regiones vulnerables
Mediante transferencia de Conocimiento y
Tecnologías

4. Modelo estratégico del SENA
1. Más Productividad para las 2. Más Inclusión Social
Empresas y Regiones
a.Formación Profesional
a. Conocimiento b.Oportunidades Laborales
b. Tecnologías c. Emprendimientos Sociales
c. Fuerza Laboral
3. Formación 4. Empleo y
Profesional Integral Emprendimiento
5. Sistema Nacional de Conocimiento 6. Fortalecimiento Institucional
a. Redes de Conocimiento Sectorial a. Servicio al Ciudadano
b. Marco de Cualificaciones del SENA b. Aseguramiento de la Calidad
c. Certificaciones de Industria c. Financiación del Plan Estratégico
d. Observatorios Laborales
d. Planta Física
e. Diseños Curriculares
f. Tecno parques e. Sistemas de información
4

5. Más productividad para empresas y
regiones
Productividad
Desarrollo
Más
Innovaciones en el
sector productivo Sustentable
Más y mejores
Contratos de
Aprendizaje
Relacionamiento
estratégico con empresas
y gremios

6. Formación Profesional Integral
Prosperidad
Internacionalización Desarrollo
Más
Más calidad Sustentable
Más pertinencia
Mas cobertura

7. Sistema de Gestión de Conocimiento
Productividad e
Inclusión
Experiencias Exitosas
Más
Redes de Conocimiento
Sistema de Cualificaciones del SENA -
Marco de Cualificaciones y Sistema de
Certificación de Competencias Laborales

8. Generación de Energía
Hidrocinetica, una solución para comunidades rurales
Rio Inírida, Puerto Inírida - Colombia Sur América
8

9. Generación de Electricidad en una central Hidroelectrica
(Picture adapted from Hydropower News And Information http://www.alternative-energy.news.info/technology/hydro/ )
9

10. Potencial Mundial
Hydropower TWh/año
Fuente: WEC 2010
10

11. 11

12. 12

13. Fuente: EIA
13

14. Fuente: IRENA/GIZ
14

15. • Las ventajas de las centrales hidroeléctricas son evidentes:
No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de
energía, constantemente repuesta por la naturaleza de manera
gratuita.
Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua.
A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego,
protección contra las inundaciones, suministro de agua, caminos,
navegación y aún ornamentación del terreno y turismo.
Los costos de mantenimiento y explotación son bajos.
Las obras de ingeniería necesarias para aprovechar la energía
hidráulica tienen una duración considerable.
La turbina hidráulica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que
puede ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca
vigilancia siendo sus costes de mantenimiento, por lo general,
reducidos.

16. • Contra estas ventajas deben señalarse ciertas desventajas:
Los costos de capital por kilovatio instalado son con frecuencia muy
altos.
El emplazamiento, determinado por características naturales, puede
estar lejos del centro o centros de consumo y exigir la construcción de
un sistema de transmisión de electricidad, lo que significa un aumento
de la inversión y en los costos de mantenimiento y pérdida de energía.
La construcción lleva, por lo común, largo tiempo en comparación con
la de las centrales termoeléctricas.
La disponibilidad de energía puede fluctuar dependiendo del caudal
disponible.

17. CLASIFICACION CENTRALES HIDROELECTRICAS
Pico centrales Hidroeléctricas hasta 5 Kw
Micro centrales hidroeléctricas De 5 a 100 Kw
Mini centrales Hidroeléctricas De 100 a 1000 Kw

18. Fundamento
1 2
E = m ⋅ g ⋅ h + m ⋅ v + p ⋅V l
2

19. Creando dos remansos a presión atmosférica.
∆E = mg (h1 − h2 )
Escribiendo la masa en función del volumen y caudal, tenemos la Potencia.
P = ρ .g .Q.h Watt
Considerando la densidad del agua ρ=1000 Kg.m-3
P[ kW ] = 9.8 * Q * h Potencia teórica.
Fundamento

20. P[kW ] = 9.8 * ε * Q * h
0 . 5 < ε < 0. 7
ε =ηcηtηmηg
Fundamento

21. Cuando no se crean remansos y se mantiene la presión atmosférica, la
Energía será únicamente cinética.
1 2
E = mv
2
Escribiendo la masa en función del volumen y caudal, tenemos la Potencia.
1 1 1
P = ρ .Q.v ⇒ P = ρ .S .v.v ⇒ P = ρ .S .v 3
2 2
Watt
2 2 2
Considerando la densidad del agua ρ=1000 Kg.m-3
1
P[ kW ] = S .v 3 Potencia teórica.
2
Fundamento

22. Turbinas

23. Turbinas
Máquinas que transforman la energía hidráulica en energía mecánica de
rotación en su eje.
En cuanto a su funcionamiento se pueden clasificar en:
Turbinas de acción: Turbinas de reacción:
utilizan únicamente la emplean tanto la presión
velocidad del flujo de como la velocidad del
agua para girar agua para girar

24. Rango de aplicación
Rango de aplicación de tipos
de turbinas industriales en
función del salto y ns
N Pe
ns = 5
H 4

25. Turbinas de acción: Pelton
La transformación de energía de presión a
velocidad se produce en el inyector, que lanza
un chorro que incide sobre el rodete, cuyos
álabes tienen una características forma de
doble cuchara.
Son adecuadas para grandes saltos y bajos
caudales.
En todos los modelos,
menos los PHE, el caudal
se controla mediante una
válvula de aguja en el
inyector.
Puede tener hasta seis
inyectores.

26. Turbinas de acción: Turgo
Como la turbina Pelton, dispone de inyector y rodete
de cucharas.
El inyector es oblicuo al plano del rodete (unos 20º),
y el álabe no parte el chorro sino que lo desvía, en
su mayor parte, hacia el lado opuesto al de entrada.
Puede manejar mayores caudales
y saltos más pequeños que la
turbina Pelton, siendo su rodete
más pequeño para condiciones
similares.
Trabaja sin problemas con cierto
grado de sedimentos en el agua.
Imágenes cortesía Alecop. S Coop.

27. Turbinas de acción: de flujo cruzado
(Banki-Mitchell-Ossberger)
Diseño de los ingenieros Banki, Mitchell y del
fabricante Ossberger, por lo que pueden aplicársele
todos esos nombres y sus combinaciones. Es una
máquina de flujo cruzado (crossflow), es decir, el
agua pasa dos veces por el rodete.
Como el caudal es grande en comparación con
el tamaño de la turbina, suele ser necesaria una
válvula de aireación para garantizar la presión
atmosférica.
Algunos fabricantes incluyen un desagüe en
forma de tubo de aspiración, de corto recorrido,
para mejorar el rendimiento aprovechando la
Imágenes cortesía Alecop. S Coop
succión creada

28. Turbinas de reacción: Francis (I)
Como todas las turbinas de reacción,
funciona a presión hidráulica.
Debido a su gran aplicabilidad (saltos y
caudales medios) y a la posibilidad de
diseñar su rodete para velocidades muy
diferentes, es el modelo más difundido en
sistemas de mediana y gran potencia
El agua, contenida en la cámara de
presión alimentada por la tubería forzada,
es dirigida por el antedistribuidor y el
distribuidor con el ángulo apropiado para
que se deslice entre los álabes del
rodete, fijos y de forma helicoidal,
saliendo en dirección axial por el tubo de
aspiración
Imágenes cortesía Alecop. S Coop

29. Turbinas de reacción: Francis (II)
El posicionamiento del distribuidor se
consigue mediante un sistema de bielas,
bieletas y aro accionado por un
servomotor hidráulico, que a su vez es
controlado por el regulador de velocidad.
Su acción permite llevar a velocidad de
régimen o parar completamente sin
eliminar la presión sobre la cámara
espiral, por lo que siempre es necesaria
una válvula de corte
La transformación de la energía de presión
en el paso del agua por el rodete es tan
importante que se crea vacío a la salida.
Para aprovechar esta energía se utiliza el
tubo de aspiración que desemboca por
debajo del nivel de aguas abajo

30. Turbinas de reacción: Kaplan
Utilizada en grandes caudales y
pequeños saltos. La turbina Kaplan
está compuesta por pocos álabes
de gran superficie, lo que le da
forma de hélice, pero con doble
regulación, tanto en el distribuidor
como en las palas del rodete. La
admisión siempre es axial.
Existen tanto turbinas
hélice con distribuidor
regulable como rodetes
Kaplan sin distribuidor y
con antedistribuidor fijo.
Suelen denominarse en
general semi-Kaplan
Imágenes cortesía Alecop. S Coop

31. Turbinas para PCH pico-centrales hidroeléctricas
Están diseñadas para salto y caudal constantes. No disponen de regulador de
caudal. Algunas permiten el ajuste manual de caudal según temporadas, o de
tensión de salida del alternador.
La regulación se realiza electrónicamente por carga, manteniendo ésta
constante. La energía sobrante se disipa.
Se presentan en el mercado
en conjuntos ya construidos
de turbina y generador.
Algunos modelos se venden
despiezados con alternador
incluido, y en otros lo que
se adquiere es el rodete y
los inyectores.

32. Bombas usadas como turbinas (BUTU)
Con el fin de abaratar costos en una pico central hidroeléctrica, se tiene la
posibilidad de optar por utilizar bombas roto-dinámicas como turbinas,
invirtiendo el sentido del flujo y el de rotación. Se puede usar cualquier tipo de
bomba centrífuga, semi-axial, y axial, sin difusor de álabes o con difusor de
álabes, de simple o múltiples etapas, o de eje vertical u horizontal.
Ventajas
• Existen varios tamaños de
bombas estandarizadas en el
mercado.
• El costo es mucho menor que
en una turbina convencional.
• Facilidad de repuestos.
• Facilidad de operación
debido a su geometría fija

33. Rango de aplicación para las pico-turbinas
Entre los dos extremos de
mucho caudal y poco salto
(Hélice) y poco caudal y
mucho salto (Pelton), existen
múltiples modelos, incluido
algún tipo hidrocinético, cuyo
salto es prácticamente nulo,
entre los cuales se presentan
algunos solapamientos.
Grafico elaborado por el profesor Jesús Gómez Colorado
Docente de la Universidad de Salamanca

34. Turbina de reacción
Imágenes cortesía Alecop. S Coop

35. 35

36. Generadores
Los pequeños generadores síncronos utilizados en aplicaciones
picohidroeléctricas y microeólicas han experimentando una evolución de
diseño muy importante, basada en su excitación mediante sistemas de
imanes permanentes y sus sistemas de regulación a carga constante. Existe
una variabilidad bastante grande en los tipos de generadores utilizados. Se
busca, en todo caso, el mejor rendimiento con la mayor simplicidad de
fabricación y mantenimiento.

37. Smart Hydro Power
37

38. 38

39. 39

40. 40

41. Protección
41

42. 42

43. 43

44. 44

45. 45

46. 46

47. 47

48. 48

49. 49

50. 50

51. www.developpp.de
51

52. Dotadas con fondos del Ministerio Federal de Cooperación Económica
y Desarrollo (BMZ), las organizaciones ejecutoras DEG, GTZ y sequa
trabajan en los siguientes ámbitos de operaciones:
■ Asignan recursos financieros y de personal a proyectos que traerán
consigo un beneficio de política de desarrollo en el país contraparte
respectivo.
■ Supervisan y apoyan a las empresas privadas en la planificación y
ejecución de proyectos que fomentan el desarrollo sostenible en los
países contraparte.
■ Ponen a disposición sus contactos con gobiernos, asociaciones del
sector económico y empresas.
■ Ofrecen un know-how específico sobre países, sectores y
condiciones marco a nivel local.
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53. 53

54. Gracias!
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