Top 6 componentes principales de la central hidroeléctrica

Lea este artículo para obtener información sobre los siguientes seis componentes de la central hidroeléctrica, es decir, (1) Estructuras de alojamiento y compartimiento frontal, (2) Conductos de admisión o carrera de cabeza, (3) Tanque de compensación, (4) Turbinas y generadores, (5) Power House, y (6) Trail Race y Draft Tube.

1. Forebay y estructuras de admisión:

Como su nombre indica, Forebay es un cuerpo de agua agrandado frente a la toma. El reservorio actúa de antemano cuando la compuerta toma agua directamente de él. Cuando el canal lleva el agua a las turbinas, la sección del canal frente a las turbinas se agranda para crear una barrera. El forebay almacena temporalmente agua para suministrar el mismo a las turbinas. No se puede permitir que el agua pase ya que viene en el reservorio o el canal. En la entrada, las puertas están provistas de un polipasto para controlar la entrada de agua. En frente de las puertas, se proporcionan rejillas para la basura para evitar que escombros, árboles, etc., entren en la compuerta. También se proporcionan rastrillos para limpiar las rejillas de basura a intervalos.

2. Conductos principales o de admisión:

Llevan agua a las turbinas desde el embalse. La elección del canal abierto o un conducto de presión (compuerta) depende de las condiciones del sitio. El conducto de presión puede tener la forma de un pasaje de admisión ensanchado en el cuerpo de la presa o puede ser un conducto largo de acero o concreto o, a veces, un túnel que se extiende por unos pocos kilómetros entre el reservorio y la casa de máquinas.

El conducto de presión no sigue los contornos del terreno y se da cualquier gradiente para adaptarse a las condiciones del sitio. La velocidad del agua en el conducto de alimentación también es más alta que en el canal abierto. Hasta aproximadamente 60 metros de altura, la velocidad puede oscilar entre 2, 5 y 3 0 m / seg.

Para cabezas más altas, la velocidad puede ser aún mayor. A veces es conveniente o económico adoptar un canal abierto parcial o totalmente como conducto principal. El canal de la carrera de la cabeza puede llevar el agua a las turbinas o a las compuertas y, por lo general, se adopta en instalaciones de cabeza baja donde las pérdidas de la cabeza son relativamente importantes. La ventaja de un canal abierto es que podría utilizarse para fines de irrigación o navegación.

3. Tanque de sobretensión:

Un tanque de compensación es un depósito de almacenamiento instalado en alguna abertura hecha en una tubería larga o una compuerta para recibir el flujo rechazado cuando la tubería se cierra repentinamente por una válvula instalada en su extremo empinado, consulte la Fig. 20.5. Un tanque de compensación, por lo tanto, libera a la tubería de la presión excesiva producida debido a su cierre, eliminando así el efecto positivo del golpe de ariete.

Se realiza admitiendo en el tanque de compensación una gran masa de agua que de otro modo habría salido volando de la tubería, pero regresa al tanque debido al cierre del extremo de la tubería. También tiene el propósito de suministrar repentinamente un flujo adicional cuando sea requerido por los motores hidráulicos de cebado en cualquier momento. El tanque de compensación se emplea principalmente en una planta de energía hidráulica o en una planta de bombeo grande para controlar las variaciones de presión resultantes de cambios rápidos en el flujo.

En el caso de la planta de energía hidráulica, cuando hay una reducción repentina de la carga en la turbina, es necesario que el gobernador cierre las compuertas de la turbina para ajustar el flujo de agua a fin de mantener constante la velocidad de la turbina. Sin embargo, el agua ya está en camino a la turbina.

Cuando las puertas de la turbina están cerradas, el agua en movimiento tiene que retroceder. Un tanque de compensación actuaría entonces como un recipiente para almacenar el agua rechazada y, por lo tanto, evitaría un golpe de ariete. Por otra parte, cuando hay una demanda inmediata en la turbina, para que el gobernador vuelva a abrir las puertas proporcionalmente al aumento de la carga, por lo tanto, por lo que es necesario suministrar más agua.

Para una tubería larga, se necesita un tiempo considerable antes de que se pueda acelerar toda la masa de agua. El tanque de compensación que generalmente se encuentra cerca de la turbina cumplirá con la demanda repentina de agua hasta que la velocidad en la parte superior de la línea adquiera un nuevo valor.

De manera similar, para una planta de bombeo grande con un tubo de suministro largo, también se puede emplear un tanque de compensación para controlar las variaciones de presión en el lado de suministro, lo que se debe al apagado repentino o al arranque de una bomba. Cuando se arranca la bomba, la mayor parte del flujo inicial de la bomba ingresa al tanque de compensación, lo que reduce el efecto del golpe de ariete en la tubería de suministro. Por otro lado, cuando la bomba se apaga repentinamente, el tanque de compensación proporciona espacio adicional para acomodar el agua que regresaría, aliviando así la presión del golpe de ariete.

Funciones de Surge Tank:

El tanque de compensación sirve así a los siguientes propósitos:

yo. Control de las variaciones de presión resultantes de cambios rápidos en el flujo de la tubería, eliminando así el efecto de golpe de ariete.

ii. Regulación del flujo en las centrales eléctricas y de bombeo al proporcionar la aceleración o el retardo de carga necesarios.

Ubicación del tanque de sobretensión:

En teoría, un tanque de compensación debe estar ubicado lo más cerca posible de una planta de energía o de bombeo. El lugar ideal en el caso de la planta de energía es en la entrada de la turbina, pero rara vez es posible en el caso de instalaciones de cabezal medio y alto, ya que tendrá que ser muy alto. Para reducir su altura, generalmente se ubica en una unión de un túnel de presión y una compuerta (ver Fig. 20.5) o en el lado de la montaña.

4. Turbinas y generadores:

La turbina convierte la energía hidráulica en energía mecánica. La energía mecánica desarrollada por una turbina se utiliza en la ejecución de un generador eléctrico. Se acopla directamente al eje de la turbina. El generador desarrolla energía eléctrica. Una turbina consiste en una rueda llamada corredor. El corredor está provisto de cuchillas o cubos especialmente diseñados. El agua que posee una gran energía hidráulica golpea las cuchillas y el corredor gira.

Las turbinas de agua pueden clasificarse en dos tipos, a saber:

yo. Turbinas de impulso o velocidad, y

ii. Reacción o turbinas a presión.

Turbina de impulso:

En la turbina de impulsos, toda la energía potencial o cabezal disponible se convierte en energía cinética o cabezal de velocidad pasando el agua a través de una boquilla que se contrae o mediante paletas de guía antes de que golpee los cubos. La rueda gira libremente en el aire y el agua está en contacto con solo una parte de la rueda a la vez. La presión del agua en todo momento es atmosférica.

Con el fin de evitar salpicaduras y para guiar el agua descargada de los cubos a la pista de la cola, se proporciona una carcasa. Una turbina de impulso es esencialmente una rueda de baja velocidad y se utiliza para cabezas relativamente altas. La rueda Pelton, la rueda de impulso Turgo y la turbina Girard son algunos tipos de turbina de impulso. En la rueda de Pelton el agua golpea tangencialmente al corredor.

Turbina de reacción:

En una turbina de reacción, solo una parte de la energía potencial disponible se convierte en cabezal de velocidad, en la entrada del corredor. La parte de equilibrio permanece como una cabeza de presión. La presión en la entrada de la turbina es mucho más alta que la presión en la salida.

Varía a lo largo del paso del agua a través de la turbina. Principalmente, la potencia se desarrolla por la diferencia de presión que actúa en la parte delantera y trasera de las cuchillas del corredor. Sólo una pequeña parte de la potencia proviene de la acción dinámica de la velocidad. Dado que el agua está bajo presión, todo el flujo de la carrera de la cabeza a la carrera de la cola tiene lugar en un sistema cerrado.

Las turbinas Francis y Kaplan son dos tipos importantes de turbinas de reacción. En la turbina de Francis hay un flujo radial interno de agua. En la moderna turbina Francis, el flujo entra radialmente hacia adentro pero sale en dirección paralela al eje en el centro. Se llama flujo mixto.

En Girard, la hélice y las turbinas Kaplan, el flujo es axial o paralelo al eje del eje de la turbina. La selección de un tipo adecuado de turbina depende principalmente del cabezal disponible y de la cantidad de residuos requeridos.

Las turbinas pueden clasificarse como sigue con referencia al tipo de planta de energía:

Turbina de baja altura (menos de 30 m);

Turbina de cabeza media (30 a 160 m);

Turbina de cabezal alto (hasta 1000 m) y superior;

Las turbinas de cabeza baja son la turbina Propeller y la turbina Kaplan. Estas turbinas utilizan gran cantidad de agua. Las turbinas de cabeza media son modernas turbinas de Francis. Las turbinas de impulso son turbinas de cabeza alta. Estas turbinas requieren relativamente menos cantidad de agua.

5. Casa de energía:

El propósito de la casa de máquinas es soportar y alojar los equipos hidráulicos y eléctricos.

La casa de poder se divide fácilmente en dos partes de la siguiente manera:

yo. La subestructura para soportar el equipo y proporcionar las vías de agua necesarias.

ii. La superestructura o edificio para albergar y proteger los equipos.

Infraestructura:

La subestructura puede formar parte integral de la presa y la estructura de admisión. En otros casos, la subestructura puede estar alejada de la presa, la entrada de la presa y la casa de máquinas son estructuras completamente separadas. La subestructura está construida exclusivamente de hormigón y se aplica con acero cuando es necesario.

Superestructura:

La sala de generación, la parte principal de la central eléctrica, contiene las unidades principales y sus accesorios, y generalmente hay una grúa aérea manual o manual que se extiende por el ancho de la central eléctrica. El tablero de interruptores y el soporte de operación generalmente están cerca de la mitad de la estación, ya sea a nivel del piso o, para una mejor visibilidad, en el segundo piso o en un nivel por encima del piso principal.

Por lo general, se requerirá un compartimiento auxiliar o una sección de la casa de energía corriente arriba de las unidades principales para los interruptores, las conexiones de bus y las líneas salientes. Si los transformadores están ubicados dentro de la estación, estos también estarán en el compartimiento auxiliar, generalmente a nivel del piso y cerrarán el piso principal mediante puertas o persianas de acero.

Una grúa móvil es una parte importante del equipo de la casa de poder. Al fijar la elevación del riel de la grúa sobre el piso, es esencial que se proporcione suficiente altura para levantar y transportar a lo largo de cualquiera de las diversas partes de la máquina.

6. Tail Race y Draft Tube.

El canal en el que se descarga la turbina en el caso de la rueda de impulso y a través del tubo de tiro en el caso de la turbina de reacción se denomina carrera de cola. El tubo de aspiración o el tubo de aspiración no es más que un tubo hermético instalado en todas las turbinas de reacción en el lado de salida. Se extiende desde el extremo de descarga del corredor de la turbina hasta unos 0, 5 metros por debajo de la superficie del nivel del agua de la cola. El tubo de tiro recto generalmente recibe un destello de 4 a 6 grados para reducir gradualmente la velocidad del agua.

La acción de succión del agua en este tubo tiene el mismo efecto en el corredor que una cabeza equivalente, de modo que la turbina desarrolla la misma potencia que si se colocara en la superficie del agua de la cola. La carrera de la cola de la rueda de impulso es comúnmente un pasaje aproximadamente rectangular, que se extiende desde un punto debajo de la rueda hasta un punto fuera de los cimientos de la casa de máquinas donde ingresa al canal de salida o al río. Debido a la pequeña descarga de la rueda de impulso, así como a una mayor velocidad permitida, el paso de carrera de la cola es mucho más pequeño que el de la turbina de reacción.

En el caso de la turbina de reacción, el ancho del canal de carrera de la cola debajo de la casa de máquinas depende del espaciado de la unidad y del grosor de los muelles y paredes entre las bahías de la unidad. La profundidad del canal de carrera de la cola depende de la velocidad que generalmente se toma como 1 metro por segundo. Donde la casa de poder está cerca del río, la raza de la cola puede ser el propio río. En otro caso, se puede proporcionar un canal de carrera de la cola de cierta longitud para unir el pozo de la turbina con el río.