centrales de paso - caracteristicas y experiencias - j. gho 310511 vers. 1.0

1

Javier Samuel Gho Barba, Ingeniero QuímicoDiplomado en Sistemas y Tecnologías Energéticas (UNU)

www.bmghidroconsultores.cl

Santiago (Chile), 31 de Mayo de 2011

1

Presentación realizada en P. Universidad Católica

EL ENFOQUE DE LA ENERGÍA PARA EL SIGLO XXI

2

1.Reducir demanda (ahorro de energía)

3. Maximizar el uso de fuentes de energías

renovables

2. Usar combustibles fósiles de la forma más

eficiente y limpia posible

Campo de aplicación de turbinas hidráulicas

3

4

(-)

(+)

Q

[m3/s]

(+)

(-)

H

[m]

Rendimiento de las turbinas

5

Fórmula de Cálculo de Potencia Hidráulica instantánea

6

P [kW] = 9,81 * e * Q [m3/s] * Hneta [m]

En la práctica se puede emplear (estimación conservadora):

P [kWh] = 2,73 * 10-3 * V [m3] * H [m]

Fórmula de Cálculo de Energía Hidráulica (embalsada)

….hay que considerar una eficiencia en la conversión

P [kW] = 7 * Q [m3/s] * Hbruta [m]

7

RECURSO MAQUINA (CONVERSOR)

Viento Turbina Eólica

Sol Módulo FV ó Sistema Térmico

Agua Turbina Hidráulica

ERNC es un “matching” entre OO y Dda Energética

Sistema Híbrido Melinka (Eólico + Diesel + Inversores con BB)

RECURSOS HIDRICOS PARA MCH

11

ETAPAS DE UN PROYECTO DE MCH o PCH

• Perfil de Proyecto ó Evaluación

Preliminar de Sitio

• Prefactibilidad / Factibilidad Técnico

Económica

• Proyecto Ingeniería Básica

• Proyecto Ingeniería de Detalles

12

ETAPAS DE PROYECTO

Consideración de variables ambientales en diseño del

proyecto

Evaluación de sustentabilidad

Análisis de aspectos Socio-ambientales (comunidades

locales)

Análisis de Alternativas de Localización desde la

perspectiva ambiental

Estudios de Línea Base (Medio Físico, Biótico,

Humano)

Análisis Preliminar de Impactos

Determinación del Plan de Manejo Preliminar

Evaluación Detallada de Impactos

Detalles del Plan de Manejo

Especificaciones Técnicas Ambientales

Inspección Ambiental

Aplicación del Plan de Manejo

Ciclo Proyecto y los Aspectos Ambientales

Estudio de Prefactibilidad /

Factibilidad

Ingeniería Básica

Ingeniería de Detalle

Construcción

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Caracterización sitios para PCH

15

Parámetro Caracterización MCH1 MCH2 …….. .……. MCHn

Altura de Carga bruta (Hbruta)

Qm (mensual/año) (DGA, otros)

Área drenaje cuenca (Km2)

BT/ Restitución (medida/estimada)

Distancia (BT/Restitución)

Tipo Suelos /sectores roca (sendas / requerimiento de túnel)

Acceso a Caminos

Línea eléctrica (SE, KV red)

Carta IGM/ CIREN Corfo

Legales (suelos /Der. de Agua)

Regulación (laguna)

Conexión (aislada/red)

Valor Energía (US$/MWh)

Precipitaciones (mm/mes , mm/año)

Estadística (lluvias/ caudales)

Requerimientos Ambientales (DIA /EIA)

Pequeñas Centrales Hidroeléctricas

de Pasada

MCH y PCH

Características (Obras y componentes)

16

17

Características de la Pequeñas centrales hidroeléctricas de Pasada

• Participan del MDL (generan bonos de carbono)

• Permiten generación y consumo en el lugar

• No caducan por sedimentos (Vida útil solo

limitada por OO CC) ni deterioran los cursos de

agua (eutrificación o uso como basureros)

• El diseño permite mantener condiciones

ambientales para la supervivencia de la biota

acuática

• Permiten mantener ecología de los bordes de las

riberas

• No afectan migración de las poblaciones de peces

• Permiten manejar las crecidas en condiciones

similares a la situación sin proyecto

18

Características de la Pequeñas centrales hidroeléctricas de Pasada

•Continuidad del flujo (Vertedero de Excedencia) que

las hace compatibles con la operación de sistemas de

riego (adecuadas para proyectos con Asociaciones de

Canalistas /Regantes)

• El arrastre y transporte de sedimentos se mantiene

• Propiedad de particulares (dueños e terrenos y/o

aguas)

• D. de Aprovechamiento “segmentan” tramos cortos

• Corto período de idea-implementación ( 2 - 3 años)

• Menores costos de inversión permite que sean

abordadas por privados evitando consorcios y

concentración de propiedad.

• Rara vez provocan migración o traslado de

asentamientos humanos (DIA en vez de EIA)

Zona de Proyecto PCH 6 MW (Mantiene ecología de riberas)

19

• Subsistema Bocatoma para canal 11 m3/s

20

BOCATOMA TIROLESA

ESCALA DE PECES

21

Canal de Aducción

23

Canal aducción Vertedero rechazo de carga Cámara de Carga

Tubería

de Presión

Restitución

al cauce

Casa de

Máquinas

25

Subsistema Cámara de Carga

26

Cámara de Carga

27

VERTEDERO RECHAZO

DE CARGA

28

Casa de Máquinas

31

Análisis de características de

la cuenca pendientes, uso de terreno, área

aportante, vegetación, etc.

Análisis de datos fluvio-

y pluviométricosAnalizar datos de caudales de ríos y

estaciones pluviométricas

cercanas

Síntesis de caudales

mensuales y crecidas

Para estimar potencial

energético y para diseñar obras

civiles y equipos

Caudal ecológico/caudal mínimo

Caudal para sostener actividad biológica en el rio(ej. 10% de caudal

normal, 50% de mínimo, etc.)

Estudio de Hidrología

Carta Topográfico IGM

Ubicación del

Proyecto

Curso del Río

Limite de la

Cuenca

Aportante

Zona de

Deshielo

32

Selección del caudal de diseño

33

Q120

Centrales de Pasada (PMGD) y Orografía

34

Centrales de Pasada (PMGD) y Orografía

36

P = 9,81 * e* Q * h

Turbinas de reacción de

mayor costo de OO CC P = 9,81 * e * Q * HTurbinas de Impulso con

menor costo de OO CC

Ejemplos de Mini

y Pequeñas Centrales

EJEMPLOS

37

Centrales de Pasada

• Recuperación antiguas centrales

• Derivación con azud

• Centrales de pie de presa

• Bypass en acueductos

• Bombas como turbinas (Aprovechamiento

de Relaves)

38

MCH Termas de Puyehue - 130 kW – Circa 1938 “D.C.”

Turbina Francis de Pozo (Rango de Operación 80 – 130 kW ) > RED

Operando a la fecha

39



Ahora operando

y vendiendo

a la red

40



BOCATOMA

Ahora operando

y vendiendo

a la red

41



TURBINA

SIEMENS –

SCHÜCKERT

Ahora operando

y vendiendo

a la red

42



TURBINA

SIEMENS –

SCHÜCKERT

Ahora operando

y vendiendo

a la red

43



TURBINA

SIEMENS –

SCHÜCKERT

Ahora operando

y vendiendo

a la red

44



TURBINA

SIEMENS –

SCHÜCKERT

Ahora operando

y vendiendo

a la red

45

MCH LONCOCHE 215 kVA Hb = 4,6 m Circa 1927

Casa de Máquinas

46


Generador

47


48

Tablero de

mármol

MCH Gorbea 150 kW Hb = 5m Circa 1926

Operó hasta 1960. Aparición del SIC con + kW y - $/kWh

Nivel de crecida

(primera semana

Septiembre 2008)

………¿Por qué?

Casa de Máquinas

49


Así está

a Marzo

de 2009

50

El concepto de la

“turbina de pozo”

Turbina Francis

eje horizontal

cojinetes sistema

Wülfel, salida

con tubo de

aspiración en

hormigón, para

instalar en

cámara abierta.

52


Así estaban las Obras de Arte….

53

ESQUEMA GENERAL MCH

CON TURBINA „DIVE’

Tipo axial vertical

Rotor con álabes de paso fijo

Contenedor para tableros de

fuerza y control

Potencia 400 kW

54

Diagrama de generación CA 25 - 65 Hz / CC / CA 50 Hz

55

Instalación turbine Dive (Alemania)

MCH Molino Villarrica - 0,65 MW

Turbina de Flujo Cruzado ‘Ossberger’ > RED

Proveedor: Mantex® S.A.

La Piedad 32 Las Condes Santiago - Chile.

Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480

Fax : (56-2) 212 8260

E-mail : [email protected] y [email protected]

63





Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480

Fax : (56-2) 212 8260


64


Turbina de Flujo Cruzado ‘Ossberger’ AISLADA



Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480

Fax : (56-2) 212 8260


65





Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480

Fax : (56-2) 212 8260

E-mail : [email protected] y [email protected] 66

PCH Alberto Mohr 1,2 MW – Puyehue, Osorno




Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480

Fax : (56-2) 212 8260






Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480

Fax : (56-2) 212 8260


68





Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480

Fax : (56-2) 212 8260




Proveedor: Mantex S.A. Mantex® S.A.


Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480

Fax : (56-2) 212 8260


PCH Eyzaguirre 2 MW Asoc. de Canalistas del Maipo




Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480

Fax : (56-2) 212 8260


PCH Eyzaguirre 2 MW – Asoc. de Canalistas del Maipo




Fonos : (56-2) 212 9475 / 212 9480

Fax : (56-2) 212 8260


PCH Puclaro 5,6 MW

Junta de Vigilancia del Río Elqui – 2 unidades Francis (WKV -

Alemania)

Inaugurada el 6 de mayo de 200874

Pequeña Central Hidroeléctrica Puclaro 5,6 MW

Tipo de Obra: Pie de Presa Altura de Presa útil: 80 m

Turbinas: WKV (Alemania) Qoperación: 6-10 m3/s

Tipo: Francis (2 unidades en paralelo) Factor de Planta: 61%

Potencia: 2*2,8 MW Inversión: 7 MMUS$

Generación: 30.000 MWh Inversión unitaria: 1250 US$/kW

75

PCH Puclaro 5,6 MW

76

Pequeña Central Hidroeléctrica Puclaro 5,6 MW

77

78

Centrales Asociación Canal Maule e Hidromaule

• Lircay

Está localizada en la Comuna de San Clemente. El caudal máximo

disponible es 27,73 [m3/s] y el desnivel existente entre el canal y el río

es aproximadamente 107 m (100 m de altura neta)

Estos equipos consisten

en dos grupos Francis de

turbinas de eje horizontal

de capacidad 9,7 MW cada

uno. Las turbinas son de

tipo Francis de 600 RPM

con volante de inercia y

estarán unidas por un eje

al respectivo generador de

Potencia de salida de 11,0

MVA.

79


• Mariposas

Se encuentra ubicada en la zona que se conoce como

Bramadero, a 20 Km al oriente de San Clemente, Región del

Maule. La central se abastecerá con las aguas conducidas por

el Canal Maule Norte Alto, entregando las aguas ocupadas en la

generación al Canal Mariposas y Quebrada Vergara-Guindo.

La central está diseñada para un caudal de 20 [m3/s], una altura

neta de caída de 35 [m] y tendrá una capacidad instalada de 6

MW.

Se estima que el potencial aprovechado en obras de riego es

del orden de 18 %.

80


• Providencia

La Central Hidroeléctrica Providencia se encuentra ubicada en el sector del

Sifón Huepi, a orillas del Estero Picazo (afluente del Río Lircay), ubicado a 20

Km al oriente de San Clemente, Región del Maule. Utiliza las aguas conducidas

por el Canal Maule Norte Bajo Segunda Sección y las devuelve al Estero Picazo.

La Central está diseñada para un caudal de 27 [m3/s] y tendrá una capacidad de

12,7 MW y una altura neta de caída de 52,1 [m]; la generación varía entre 4 y 12

MW. La energía generada por la Central Providencia será transportada mediante

una Línea de Alta Tensión de 10 Km de longitud hasta la Central Lircay, donde

se sigue conduciendo hasta la S/E Maule mediante la LAT existente de la Central

Lircay.

El proyecto está actualmente en la etapa de la Ingeniería Básica. Se estima que

la construcción de la Central se iniciará en Marzo de 2011 y el inicio de la

generación comercial en Abril de 2012.

Generación en conjunto de 120.000 MWh (consumo de ciudad de

Curicó) .

Nuevos desarrollos para aplicaciones

en condiciones de muy baja altura

82

Bombas (centrífugas) como Turbinas

Pruebas Pilotos Turbina Bomba en Relaves (35 kW)

83

Controlador electrónico de frecuencia

Pruebas Pilotos Turbina Bomba en Relaves (35 kW)

85

MCH Nº 4 Km 21,75 en aducción Azapa (ejemplo)

86

Altura : 3,6 m

Capacidad : 5,72 [m3/s]

N : 28 RPM

D: 2,6 m

Ángulo : 22º

P : 150 kW

G: 670 MWh

Anual CO2 evitado: 288 Ton

P: 26,8 [kW] / Hb =1,25 [m] 3,15 [m3/s]

Rendimiento comparativo

MC

H E

xito

sas

MC

H d

efic

ien

tes

96

BMG Hidroconsultores

Concepción

• JMS Ingenieros Consultores Ltda.

(Ing. Civil Juan Marcus Sch.)

• INTE LTDA. Ingenieros Consultores

(Ing. Civil Mecánico Carlos Bonifetti D.)

Puerto Montt

• Javier Gho B.

Ingeniero Químico

Diplomado Sistemas y Tecnologías Energéticas (UNU

www.bmghidroconsultores.cl

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centrales de paso - caracteristicas y experiencias - j. gho 310511 vers. 1.0

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