Parte 1: Sistemas Hidráulicos
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Guía
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Fundamentos de la Energía Hidráulica
La energía hidráulica es la combinación de altura y caudal.
Considere la posibilidad de ver y analizar un sistema de acarreo de agua típico. El agua se desvía de una corriente y se introduce en una tubería, donde se lleva hacia la parte más baja del terreno y se utiliza y/o transforma a electricidad a través de una turbina y un generador, a este proceso se le denomina CAUDAL en inglés (FLOW). La caída vertical (HEAD) crea una presión en el extremo inferior de la tubería. El agua a presión que emerge del extremo de la tubería crea la fuerza que impulsa a la turbina.
Más CAUDAL, o más CAÍDA, producen más energía.
La caída (ó altura) y el caudal (ó flujo) son las dos características más importantes que usted necesita saber acerca de su sitio. Usted debe tener estas medidas antes de que pueda discutir seriamente un proyecto, y los otros dos temas secundarios son: la energía que va a generar, y el costo que tendrán sus equipos. Como verá, todos los aspectos de un sistema hidráulico giran en torno a la altura ó caída y al caudal ó flujo.
Siempre recuerde:
- La altura genera la presión del agua, que es
creada por la diferencia de altura entre la entrada o bocatoma y donde estará ubicada
la turbina o casa de maquinas (normalmente en la parte más baja). La caída puede ser
expresada como la distancia vertical (dada en pies o metros), o como la presión,
normalmente en libras por pulgada cuadrada (psi) o bien en unidades Pascal (Kpa).
- Caída neta es la presión disponible en la turbina cuando el agua fluye, siempre será menor que la presión cuando el flujo del agua está cerrado. Como veremos más adelante, el diámetro de la tubería tiene un efecto importante en la caída neta.
- CAUDAL es la cantidad de agua que pasa a través
de la tubería, y se expresa como "volumen por segundo o minuto", esta medida se da en
galones por minuto (gpm), pies cúbicos por segundo (cfs) o litros por segundo (lps). Tanto
la altura como el caudal deben estar presentes para producir energía hidráulica.
- El Caudal de Diseño, es el caudal máximo para el que está diseñado el sistema hidráulico. Será menor que el caudal máximo de su corriente (especialmente en la temporada lluviosa), y es a menudo un equilibrio entre la salida de potencia y el costo.
La caída neta y el caudal de diseño se utilizan para especificar y diseñar los componentes hidráulicos que conformarán el sistema.
Es importantísimo que las mediciones de CAÍDA y de CAUDAL sean bastante precisas, ya que las mismas no se pueden exagerar. Más adelante en esta Guía, hablaremos de Cómo Medir esta Caida y el Caudal.
Conversión de Potencia y Eficiencia
En realidad, la generación de electricidad es simplemente la conversión de una forma de energía a otra. La turbina convierte la energía hidráulica en energía de rotación en su eje, que después se convierte en energía eléctrica a través del generador. Es importante tomar nota que:
- La energía nunca se crea, sólo puede ser transformada de una forma a otra.
- Parte de la energía se pierde por la fricción del agua en cada punto de la tubería, por lo tanto; la eficiencia es la medida de cuánta energía realmente se convierte ó se obtiene en realidad.
La fórmula más simple para este cálculo es:
Energía Neta = Energía bruta x Eficiencia
Mientras que algunas pérdidas de energía son inevitables, cuando la energía del agua se convierte en electricidad, estas pérdidas se pueden minimizar con un buen diseño del sistema. Cada aspecto de su Sistema Hidráulico, desde la toma de agua hasta la alineación del Sistema Turbina-Generador, pueden afectar la eficiencia del sistema. Por tanto el diseño de la turbina es especialmente importante, un buen proveedor de turbinas debe trabajar estrechamente con usted, para especificar una turbina con características operativas dinámicas que respondan a su altura ó caída y al flujo o caudal.