Una central hidroeléctrica aprovecha la energía hidráulica de los ríos para generar energía eléctrica. La presa eleva el nivel del agua y el canal la conduce a las turbinas hidráulicas que transforman la energía hidráulica en mecánica para mover los generadores eléctricos. De esta forma, la naturaleza ofrece saltos de agua que pueden transformarse en energía eléctrica de forma limpia y sostenible.

1. UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS, FÍSICAS Y
QUÍMICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
DE MÁQUINAS HIDRÁULICAS
MARÍA BELÉN CEVALLOS GILER QUINTO “C”

2. Órgano fundamental de una Central hidroeléctrica. Son las
turbomáquinas que transforman la energía hidráulica en
mecánica.

3. Reciben agua con una gran cantidad de movimiento y hacen que
disminuya, para así generar una fuerza propulsora y con ella un
par motor, que hace girar al generador, mediante el cual se
produce la energía eléctrica.

4. Tipos de
Turbinas
De De
acción reacción
Turbina Turbina
Pelton Francis
Hélice Kaplan Bulbo Deriaz Straflo

5.  Es el cociente entre la altura de presión y la
altura total que absorbe la turbina
 Si σ=0 la turbina se denomina de acción
 Si σ>0 la turbina se denomina de reacción

6. El agua mueve el rodete exclusivamente con
energía cinética. Es decir las turbinas Pelton.

7. Se emplean en centrales hidroeléctricas cuyo
salto sea grande y el caudal relativamente
pequeño, es decir en aquellos casos en que la
relación caudal- altura es reducida.

8. El inyector: es una tobera de forma apropiada a
guiar el chorro de agua sobre las álabes o palas del
rodete,de esta forma la energía de presión que el
agua posee a su entrada se convierte totalmente en
energía cinética.

9. Consta de un cierto número de alabes o palas en
forma de concha y dispuestas en la periferia de un
disco sujeto al eje. El chorro formado a la salida de
cada inyector incide sobre los álabes, convirtiendo la
energía cinética del agua en energía mecánica.

10.  Utilizan energía cinética y de presión para
mover el rodete. A este grupo corresponden
las turbinas: Francis, Hélice, Kaplan, Deriaz,
Bulbo y Straflo.

11. Las centrales hidroeléctricas con turbinas de
reacción están ubicadas en el cauce medio o
terminal de los ríos, incluso en su propia
desembocadura, como es el caso de las centrales
mareomotrices, que aprovechan tanto el propio
caudal del río, como el flujo y reflujo de las mareas.

12.  El distribuidor en este caso rodea todo el rodete,
llegando el agua por la totalidad de la periferia de
éste, siendo por tanto la admisión del agua total.

13. El rodete, único órgano transformador de
energía hidráulica en mecánica en esencia está
formado por el cubo, unido al eje, y una serie de
alabes dispuestos en la periferia de aquél.

14.  El agua a la salida del rodete penetra en un tubo
llamado tubo difusor, generándose a su entrada una
depresión, cuya misión fundamental es aumentar la
energía hidráulica absorbida por el rodete.
 El tubo difusor desemboca en el canal de
desagüe, que devuelve el agua al cauce natural.

16. Consta fundamentalmente del distribuidor (inyector) y de la
rueda (rodete). Puede ser de un, dos, cuatro o seis chorros.

17. Son rigurosamente centrípetas, permite el uso de un tubo para conducir el agua
a la salida del receptor.
El campo de aplicación es muy extenso, pueden emplearse en saltos de distintas
alturas dentro de una amplia gama de caudales (entre 2 y 200 m3/s
aproximadamente).

18.  Tienen la posibilidad de reorientar los álabes.
 Se emplean en saltos de pequeña altura (alrededor de
50 m. y menores), con caudales medios y grandes
(aproximadamente de 15 m3/s en adelante).

19.  El receptor toma la forma de hélice de propulsión.

20.  Los álabes del receptor están articulados y pueden
variar el ángulo de inclinación de las mismas.
 Por la forma inclinada de sus álabes pueden ser
consideradas como turbinas diagonales.

21.  Máquinas Hidráulicas : son aquellas que utilizan
como medio intercambiador de energía un fluido
que se comporta como incompresible: bomba
hidráulica, ventilador turbina hidráulica,
aerogenerador etc.

22.  Máquinas motoras:  Máquinas generadoras: la
transforman la energía del energía mecánica se
fluido en movimiento de las transforma en hidráulica, por
máquinas por ejemplo ejemplo bombas y
turbinas hidráulicas y ventiladores.
eólicas, motores hidráulicos.

23. Turbomáquinas: disponen de un órgano fundamental
que gira sobre su eje, donde se produce el intercambio
de energía, que recibe el nombre de rodete o impulsor.
Estas máquinas se denominan también rotodinámicas.

24.  Consiguen de forma diversa, mediante
succión, atrapar el líquido en un pequeño recinto
y cerrado éste, lo desplazan hacia otro punto de
la máquina sometido a presión donde lo
depositan. Estas máquinas son reversibles.

25. Las máquinas de desplazamiento positivo, se
dividen a su vez en máquinas alternativas y
rotativas, según que el órgano intercambiador
de energía se desplace alternativamente o gire
alrededor de un eje.

26.  Existen numerosos tipos de bombas rotativas de difícil
clasificación. Entre las principales tenemos:
BOMBAS DE ENGRANES
Engranes
externos
Engranes
internos
Son bombas en las cuales hay uno o más engranes para efectuar la acción de bombeo.
Es característico que uno de los engranes sea capaz de conducir a los otros.

27. Bomba de tornillo doble
Tienen de uno a tres tornillos que giran en una caja fija. Existe
un gran número de diseños apropiados para varias
aplicaciones.

28. PALETAS DESLIZANTES PALETAS FLEXIBLES
Usan paletas que presionan contra Su bombeo maneja
la carcaza por la fuerza centrífuga productos livianos, viscosos,
del motor sensibles al esfuerzo de corte
y con partículas.

29.  Las superficies radiales del rotor tienen forma
redondeada que permiten que los rotores estén
continuamente en contacto entre sí, a medida
que giran.

30. El fluido se bombea entre los espacios de las
superficies del pistón; no hay contacto real
entre las superficies del pistón.

31.  Herramienta muy útil para el análisis de
fluidos que fluyen a través de tubos con
diámetro variable.

32. Su forma diferencial es:
 donde ρ es la densidad
 t el tiempo
 la velocidad del fluido.
 Es una de las tres ecuaciones de Euler

33. Intercambian energía hidráulica en mecánica, o a la inversa,
gracias a la variación de la cantidad de movimiento que se
produce al pasar el fluido de manera continua por los conductos
de su órgano fundamental, que gira sobre su eje, denominado
rodete.

34.  El rodete es la parte fundamental de la
máquina, de tal manera que en ciertos casos
se hace la abstracción de considerarlo como
único elemento de aquella.
 Su parte fundamental por son los álabes

35.  El rodete es el único lugar de la máquina
donde se produce la transformación
energética fundamental de la máquina, es
decir donde la energía hidráulica se convierte
en mecánica, o a la inversa.

36. Cubo
Llanta
Conductos por donde discurre el flujo
Álabes

37.  Turbomáquinas axiales: la trayectoria del fluido
es fundamentalmente paralelo al eje de
rotación. Trabajan con caudales grandes y
alturas pequeñas (gran relación caudal / altura)

38. La trayectoria que sigue el fluido es principalmente
normal al eje de rotación. Trabajan con caudales
relativamente pequeños y alturas relativamente
grandes,(relación caudal / altura reducida)

39.  Flujo diagonal al eje de rotación. Trabajan con
relaciones caudal/ altura intermedias

40. Altura neta (Hn).
Es la energía, lógicamente hidráulica, puesta a disposición de la turbina. Es frecuente
denominar a la altura salto
Altura efectiva (He)
Es la energía mecánica obtenida por la turbina, se denomina también altura útil (Hu).
Altura Real (Hr)
Es la energía mecánica recibida por el generador eléctrico.

41. Caudal útil
(Qu) es aquél
que atraviesa
el rodete.
Caudal total o
turbinable (Qt)
es el caudal
que recibe la
Caudal perdido turbina.
(Qp) es aquella
parte del
caudal total
que no
atraviesa el Qt = Qu + Qp
rodete.

42. Potencia neta (Pn)
Potencia hidráulica puesta a la disposición de la
turbina.
Pn= ρ g Qt Hn
Potencia efectiva (Pe)
Potencia mecánica producida por la turbina
también se denomina útil.
Pe = ρ g Qu He
Potencia real (Pr)
Potencia mecánica recibida por el generador. También
se denomina potencia al freno o al eje.
Pr = ρ g Qu Hr

43. Pérdidas hidráulicas o manométricas (hfh o hfm).
Pérdidas de energía producidas al atravesar el fluido la turbina por rozamiento y cambios
de sección y dirección en los conductos.
Pérdidas orgánicas o mecánicas (hfo).
Son las pérdidas mecánicas existentes en los elementos mecánicos de la máquina.
Pérdidas volumétricas (Qp).
Se trata del caudal perdido y no aprovechado.

44. Rendimiento manométrico o hidráulico (ηm o ηm).
Evalúa el comportamiento hidráulico de la turbina. ηm =
He/Hn
Rendimiento orgánico o mecánico (ηo).
Evalúa el comportamiento mecánico de la turbina. ηo =
Hr/He

45. Rendimiento volumétrico (ηv).
Contempla las pérdidas volumétricas. ηv= Qu/Qt
Rendimiento global (ηg).
Es el producto de los tres rendimientos anteriores. ηg =
ηm η o ηv

46.  Una central hidroeléctrica es aquella que
utiliza energía hidráulica para la generación
de energía eléctrica.

47. La energía hidráulica que posee el agua en sus cursos
naturales, las turbinas hidráulicas la transforman en
energía mecánica y los generadores, por último, en
energía eléctrica.

48. La naturaleza presenta magníficos saltos
naturales, que con ligeras transformaciones y sin
grandes costos, pueden aprovecharse para construir
una central hidroeléctrica.

49.  Elevando la cota natural del agua mediante
una presa dispuesta en el cauce natural
 Por medio de la derivación del cauce natural
del río por un canal de menor pendiente que
aquel, hasta obtener entre ambos la
diferencia de niveles que se crea conveniente.

51.  Se encarga de atajar el río y remansar las
aguas. Se logra un determinado nivel del
agua antes de la contención, y otro nivel
diferente después de la misma.

52.  Se utiliza para llevar el agua desde la presa hasta las
turbinas de la central.
 En muchos casos se evita el canal y se aplica
directamente las tuberías forzadas a las tomas de agua.

53. DEPÓSITO DE CARGA
El depósito de carga regula el caudal a tiempo corto, para responder a las
variaciones de las necesidades de agua de las turbinas
TUBERÍA FORZADA
En la tubería forzada se produce la transformación de energía hidráulica de posición en
energía hidráulica de velocidad y presión, fundamentalmente esta última.

54.  En la sala de máquinas la energía hidráulica de velocidad y presión se
transformará sucesivamente en energía mecánica en las turbinas
hidráulicas y en eléctrica en los generadores eléctricos.
CANAL DE DESAGÜE
El canal de desagüe devuelve el agua al río. También puede aprovecharse
simultáneamente un río con sus afluentes e incluso ríos distintos.

55. Por la forma de
utilizar el agua
del río
De agua
De agua fluyente
embalsada
El proviene de grandes
No cuentan prácticamente
lagos, o pantanos
con reserva de agua,
artificiales, conocidos como
oscilando el caudal
embalses, conseguidos
suministrado según las
mediante la construcción
estaciones del año.
de presas.

56. De agua
embalsada
De regulación De bombeo
Son centrales con posibilidad de
almacenar volúmenes de agua en Centrales que acumulan
el embalse, que representan mediante bombeo, es decir se
períodos mas o menos pueden comparar a los
prolongados, de aportes acumuladores de energía
potencial
de caudales medios anuales.

57. De alta • El valor del salto hidráulico es superior a los 200
m, siendo los caudales relativamente pequeños
presión ≅ 20 m 3/s. Están en zonas altas de montaña.
De media • Las que disponen de saltos hidráulicos entre 200
y 20 m, desaguando caudales de hasta 200 m 3/s.
presión Dependen de embalses relativamente grandes
De baja • Asentadas en valles amplios de baja montaña. El
salto es inferior a 20 m y los caudales pueden
presión superar los 300 m3/s.

58. Energía eléctrica, que apoya el desarrollo económico y
mejorar la calidad de la vida en el área servida.
Requiere mucha mano de obra y ofrecen
oportunidades de empleo.
Los caminos y otras infraestructuras pueden dar a los
pobladores mayor acceso a los mercados, escuelas,
cuidado de salud y otros servicios sociales.

59. Proporciona una alternativa para la quema de los combustibles
fósiles, o la energía nuclear, que permite satisfacer la demanda
de energía sin producir agua caliente, emisiones
atmosféricas, ceniza, desechos radioactivos ni emisiones de
CO2.
Si el reservorio es una instalación de usos múltiples, los otros
beneficios pueden incluir el control de las inundaciones y la
provisión de un suministro de agua más confiable y de más alta
calidad para riego, y uso doméstico e industrial
Pueden crear pesca en el reservorio y posibilidades para
producción agrícola en el área del reservorio que pueden más
que compensar las pérdidas sufridas por estos sectores debido
a su construcción.

60. Los costos de capital por kilovatio
instalado son con frecuencia muy altos.
La construcción lleva, por lo común,
largo tiempo en comparación con la de
las centrales termoeléctricas
La disponibilidad de energía puede
fluctuar de estación en estación y de año
en año.

61. Instalación empleada para la generación de energía eléctrica a partir de la
energía liberada en forma de calor, normalmente mediante la combustión de
combustibles fósiles (petróleo, gas natural, carbón). Este calor es empleado por
un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir
energía eléctrica. Libera dióxido de carbono.

62.  Emplean la combustión del carbón, petróleo (aceite) o gas natural para
generar la energía eléctrica. Son consideradas las centrales más
económicas y rentables, por lo que su utilización está muy extendida en
el mundo económicamente avanzado y en el mundo en vías de
desarrollo, a pesar de que estén siendo criticadas debido a su elevado
impacto medioambiental.

64.  Las calderas tienen quemadores adecuados para el tipo de combustible
que usan y una cámara de combustión rodeada de un tubo muy largo que
da muchas vueltas en la caldera para que el agua se sobrecaliente, y por
lo tanto y de unas temperaturas que oscilan entre los 300 y 400 grados
centígrados.

65.  Son la parte más importante de la central ya que son las
encargadas de mover el generador para producir la electricidad.
 Están diseñadas para soportar una temperatura de unos 600º C y
una presión de unos 350 bares.

66.  Es el encargado de condensar el vapor que se encarga de
mover la turbina para que pueda volver a ser utilizado

67.  Se encargan de mantener baja la temperatura del
condensador, garantizando el correcto funcionamiento de la
central.
 El agua que refrigera el condensador es enfriada en las torres
de enfriamiento al entrar en contacto con el aire frío que circula
a través de ellas.

68.  Las altas chimeneas que se encuentran en la caldera se encargan de
expulsar a la atmósfera los gases producidos durante la combustión.
 Posen filtros que evitan que las cenizas salgan directamente a la
atmósfera. Además tienen una gran altura para evitar contaminar las
zonas de los alrededores a la central.

69.  Es el encargado de producir la electricidad.
OTRAS PARTES DE LA CENTRAL TÉRMICA
Son todas las tuberías y bombas que
transportan todo el agua a través de toda la
central y los potentes ventiladores que
introducen aire en la caldera para facilitar la
combustión.

70.  Es aquella donde se genera electricidad
mediante la utilización conjunta de dos
máquinas generadoras:
 a) Un turbogrupo de gas
 b) Un turbogrupo de vapor

71. Cada una de estas turbinas está acoplada a su correspondiente alternador
para generar energía eléctrica.
Normalmente durante el proceso de partida de estas centrales solo funciona
la turbina de gas; a este modo de operación se lo llama ciclo abierto.
Consiguen rendimientos muy superiores, del orden del 55%.

72.  La emisión de residuos a la atmósfera y los propios procesos de combustión que
se producen en las centrales térmicas tienen una incidencia importante sobre el
medio ambiente.
 El problema de la contaminación es máximo en el caso de las centrales
termoeléctricas convencionales que utilizan como combustible carbón. Además,
la combustión del carbón tiene como consecuencia la emisión de partículas y
ácidos de azufre que contaminan en gran medida la atmosfera.

73.  En las de fueloil los niveles de emisión de estos contaminantes
son menores, aunque ha de tenerse en cuenta la emisión de
óxidos de azufre y hollines ácidos, prácticamente nulos en las
plantas de gas.
 Las centrales de gas natural pueden funcionar con el llamado
ciclo combinado, que permite rendimientos mayores (de hasta un
poco más del 50%), lo que todavía haría las centrales que
funcionan con este combustible menos contaminantes.

74. Son las centrales más baratas de
construir), especialmente las de carbón, debido a la
simplicidad de construcción y la energía generada de
forma masiva.
Producen mucha energía.
Las cenizas producidas se pueden utilizar para la
construcción.

75. El uso de combustibles fósiles genera emisiones de
gases de efecto invernadero y de lluvia ácida a la
atmósfera, junto a partículas volantes que pueden
contener metales pesados.
Al ser los combustibles fósiles una fuente de energía
finita, su uso está limitado a la duración de las reservas
y/o su rentabilidad económica.
Afectan negativamente a los ecosistemas fluviales
debido a los vertidos de agua caliente en estos.
• Sus emisiones térmicas y de vapor pueden alterar el microclima
local.