Sistemas Hidráulicos
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Guía
Navegación
- Introducción
- Sistemas Hidroeléctricos
- Planificación de su Propio Sistema Hydro
- Evaluación de los sistemas de turbina y de Proveedores
- Pensamientos Finales
-
Tabla Completa
de Contenidos
Los Componentes Principales de un Sistema Hidráulico
Sistemas de Control
Gobernadores y Controles
Los Gobernadores y otros controles ayudan a asegurar que el generador siempre gire a la velocidad adecuada. Los tipos más comunes de gobernadores para pequeños sistemas hidráulicos logran este fin mediante la gestión o manejo de la carga en el generador. Como ejemplo, consideremos un sistema hidráulico sin un gobernador. Cuando aumenta la carga sobre el generador al cambiar algo en el sistema, esto hace que el generador trabaje más. Sin un gobernador, cualquier cosa provocaría un sistema más lento, lo que podría reducir tanto la tensión como la frecuencia. De la misma forma, si elimináramos o sacáramos una carga por conmutación, esto podría provocar que el generador se acelere, elevando la tensión y la frecuencia.
Por otro lado si no tuviéramos carga alguna, el generador podría "girar libremente", y correr a un régimen de revoluciones muy alto (posiblemente causando daños). Pero al sumar las cargas progresivamente y hacerlas más altas, con el tiempo se desaceleraría el generador hasta alcanzar las RPM exactas de voltaje y frecuencia. Mientras logres mantener este sistema "perfecto" de carga, también conocido como carga de diseño, la potencia de salida será la correcta. (La carga de diseño se basa en el caudal de diseño; cuando el caudal disminuye durante los períodos secos, la carga en el generador tendrá que ser reducido también).
Usted podrá ser capaz de mantener la carga correctamente, cambiando manualmente los dispositivos, encendiéndolos y apagándolos, pero un gobernador, puede hacer un mejor trabajo, haciéndolo en una forma automática.
Gobernadores Electrónicos de Carga
Un gobernador electrónico de carga funciona mediante el ajuste automático de la carga para el generador, permitiéndole girar siempre a la velocidad correcta. En efecto, siempre esta graduando a el generador hacia abajo, lo suficiente para producir la tensión correcta y la frecuencia adecuada.
Además de las cargas de lastre de gestión, este gobernador Administración de carga puede dar prioridad a un máximo de 8 dispositivos adicionales.
Los Gobernadores electrónicos de carga se basan en dar un seguimiento constante de la tensión y/o de la frecuencia, sumando o restando las cargas eléctricas como sea necesario para compensar las diferencias y que la electricidad producida sea la adecuada para el uso humano. Por ejemplo, digamos que nuestro sistema tiene una carga de diseño de 5kW, para mantener el voltaje y la frecuencia adecuados, el consumo de energía del sistema debe ser siempre 5,000 vatios. Si una persona se desconecta 1,500 vatios de un quemador de estufa, el gobernador detectará el aumento de la frecuencia y compensará la velocidad por el cambio en una carga diferente a los 1,500 vatios, para mantener la carga total siempre en 5kW.
En este ejemplo, el regulador debe tener el control directo de 5,000 vatios de carga, por lo que puede proporcionar la carga de diseño total en el caso de que todos los seres humanos apaguen sus utensilios y nuevamente la carga debe ser controlada en 5,000 vatios. Además, debe ser capaz de controlar las cargas en pequeños incrementos (quizás de 100 vatios) cuando se prenden o se apagan focos u otros utensilios eléctricos, y la frecuencia siempre se debe mantener exacta.
Un gobernador de carga electrónica es altamente eficaz para los sistemas pequeños de hasta aproximadamente 12 Kw. Se utilizan dos o más "balastros" de carga, que puede ser cualquier dispositivo puramente resistivo, tal como un calentador. El exceso de energía se desvía a las cargas de lastre, y un conmutador electrónico variable puede regular la cantidad de energía que es dirigida al lastre (tanto como un regulador de voltaje puede regular la potencia de una bombilla de luz). De esta manera, el regulador electrónico puede hacer de pequeños ajustes de potencia a pesar de que las cargas de lastre (en sí mismos), pueden ser bastante grandes.
Sistemas de Gestión de Carga
Un sistema de gestión de carga es una versión mejorada del gobernador de carga electrónica, ofreciendo no sólo la capacidad de regular el uso de energía, sino también la opción para que usted pueda elegir y priorizar cómo la energía será utilizada. Además las cargas de lastre descritas anteriormente, se pueden controlar directamente, a través de una amplia variedad de dispositivos a través de relés.
Los pequeños ajustes de carga de trabajo, al igual que el regulador electrónico y el interruptor electrónico variable, regulan la potencia o la fuerza de las cargas de lastre; sin embargo, cuando hay energía en exceso, el sistema de gestión de carga deberá controlar los otros dispositivos con una cierta prioridad.
FPor ejemplo, supongamos que ha conectado dos calentadores de agua y un calentador de ambiente en el mismo sistema de gestión de carga. El exceso de energía se dirige primero a dar prioridad a la carga máxima, el calentador de agua principal. Si hay exceso de potencia disponible todavía, se dirige a su siguiente prioridad, el calentador de la habitación. Si aún hay más energía o fuerza disponible, se irá a su calentador de agua de reserva. Ahora supongamos que arranca su bomba de agua, posiblemente absorbe una energía significativa, pero probablemente tiene una duración de menos de un minuto. La energía de uno de los calentadores de agua o de ambiente se puede interrumpir brevemente mientras la bomba funciona bien, y luego se restaura, cuando la bomba se apaga o deja de funcionar. Obviamente ésta breve interrupción no tendrá un impacto importante en la disponibilidad de agua caliente o la temperatura ambiente, y la bomba del pozo siempre tiene la energía o fuerza cuando lo necesita.
Del mismo modo, el agua en el calentador primario eventualmente se calentará y el termostato se apagará. El sistema de gestión de la carga se compensará automáticamente, bajando por la cadena de prioridades hasta que encuentra una carga que puede activar.
Los sistemas de gestión de carga general tienen seis o más cargas que puedan ser priorizados y conmutar la misma a través de relés, y su funcionamiento será siempre continuo, ayudará a facilitar las actividades normales de la casa, incluso con sistemas hidroeléctricos relativamente pequeños.
Sistema de Parado de Emergencia
Un sistema de parada de emergencia es una opción que protege al sistema contra el exceso de velocidad, lo que pudiera en algún momento dañar el generador. Por ejemplo, si un árbol cae sobre una línea de alimentación, que puede causar ya sea un cortocircuito (una carga extremadamente alta en el generador) o una línea abierta (carga cero) lo que causaría que el generador salga del sistema. Un cortocircuito puede causar también que el sistema se apague o este fuera de control si se dispara un interruptor. Cualquiera de estas condiciones es peligrosa y muy costosa, por lo que invertir en un sistema de parada de emergencia es una sabia decisión.
Del deflector de chorro en posición para desviar el chorro de agua lejos de la turbina.
Una parada de emergencia, por lo general significa la eliminación de toda la energía del agua en la turbina. Sin embargo, es importante reconocer, que un abrupto corte al caudal de agua podría dañar la tubería. (Si usted ha oído hablar que en las tuberías se da un "bang o golpe” cuando se ha apagado un grifo, usted ahora ya tiene la idea.)
Para las turbinas de alto caudal como las Francis y las de diseño de caudal cruzado, el caudal de agua debe reducirse gradualmente.
La parada de emergencia en las turbinas de acción, tales como las Pelton y las de diseño Turgo, puede ser muy rápido, debido a que el chorro de agua simplemente se puede desviar lejos de la turbina, permitiendo que el caudal de agua no produzca sobretensiones perjudiciales.
Existen muchas técnicas diferentes para controlar el exceso de flujo o sobre velocidad, y no todas las condiciones requieren de un dispositivo de parada de emergencia. Consulte con su proveedor de turbinas para ver qué método sería el adecuado para su sistema hidráulico.
Controles de Interfaz de Red para Suministro Eléctrico
Los Controles de Conexiones de interfaz de red para suministro eléctrico, son cada vez más comunes, pero estos controles son apropiados y esenciales principalmente para el correcto funcionamiento del sistema y “sobre todo” por la seguridad que brindan.
Las redes de interconexión normalmente son muy grandes y de utilidad pública, a las cuales se conectan los sistemas de generación de energía de las hidroeléctricas. Estas redes permiten que cientos de megavatios de energía puedan moverse por el país cubriendo la oferta y la demanda regional. Se proporcionan y diseñan controles automáticos, de modo que un fallo en un cierto lugar, puede ser bypaseado, evitando o causando un mínimo impacto para los consumidores.
La mayoría del tiempo la red funciona bien, pero como se ilustra con el apagón generalizado de EE.UU. del año 2003, puede ser muy frágil también.
Es posible interconectar un pequeño sistema de generación hidráulico con la red de suministro eléctrico, y esta conexión permite a la red proporcionar energía eléctrica durante las horas pico. Cuando el sistema de generación hidráulico no puede mantener el ritmo demandado, se alimenta a la red a través de sistemas de generación de energía por sistemas reciprocantes.
Los Controles de interconexión de la red hacen ambas cosas. Hará un monitoreo de la red y garantizará que el sistema este generando tensión compatible, con la frecuencia y fases adecuadas. También se desconectará instantáneamente de la red, si se producen grandes fluctuaciones en cualquiera de los extremos.
La desconexión automática es fundamental para la seguridad de todas las partes involucradas, por ejemplo, si un árbol cae en una línea de utilidad pública, sus controles de red se apagarán y se desconectarán automáticamente esa parte de la línea.
Pero imagínese que si su sistema de generación hidráulico continuó enviando energía a la línea caída, cuando el equipo de reparaciones de utilidad pública se presenta a reparar la línea y creen que es una línea inactiva, el equipo de reparación podría estar en grave peligro y usted podría enfrentar el mismo peligro si no estaba al tanto que la red se estaba reparando.
Si usted está pensando acerca de su conexión a la red eléctrica, empiece por ponerse en contacto con su compañía de servicios para conocer sus políticas. Si usted espera vender energía a la comunidad, preste especial atención a la eficiencia de su sistema de generación hidráulico, ya que una mayor producción y un menor costo por vatio producido, irá directamente a su cuenta de resultados.
El fabricante de la turbina puede dar orientación sobre el diseño más eficiente, así como los mejores controles de interconexión a la red y de los salvaguardias que se deben de utilizar.