Sistemas Hidráulicos
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Parte 2: Planificación de su Propio Sistema Hydro
Medición de la Caída y del Caudal
Ahora que tiene una comprensión básica de los componentes del sistema hidráulico, es el momento para comenzar a evaluar su propio potencial de producción de energía hidroeléctrica.
Los cuatro puntos que usted necesita saber:
Antes de que pueda comenzar a planificar sus sistemas o estimar la cantidad de energía que va a producir, tendrá que hacer cuatro mediciones esenciales:
1. La alimentación, la altura o caída (la distancia vertical entre la “toma” y la “casa de maquina” y/o localización de la turbina).
2. Caudal (cantidad de agua que baja por el río y que pasará a través de la tubería a utilizar).
3. Tubería de Carga: su diámetro y su longitud.
4. Tubería de Carga: su diámetro y su longitud.
En esta sección, vamos a discutir cómo estas medidas afectan al diseño y la eficiencia de su sistema hidroeléctrico.
Medición de la Caída y del Caudal
La Caída (su altura) y el Caudal (volumen o cantidad de agua) son los dos hechos más importantes que usted necesita saber acerca de su sitio. Usted simplemente no puede seguir adelante sin conocer estas medidas.
Su “caída” y “caudal” determinarán todo lo relacionado con su sistema Hidroeléctrico – tamaño del ducto o tubería, tipo turbina, velocidad de rotación, tamaño del generador - todo.
Incluso las estimaciones de costos en bruto serán imposibles sino hasta que haya medido la “caída” y el “caudal”.
También hay que tener en cuenta que la precisión y la exactitud son importantes. A menos que sus medidas sean exactas, usted podría terminar con un sistema hidráulico diseñado para las especificaciones equivocadas, obteniendo una menor producción de energía a un costo más alto por vatio.
Medición de la Caída (o HEAD)
En la TOMA o CAÍDA se da la presión, creada por la diferencia de altura entre la toma de la tubería y la ubicación de su turbina. La caída puede ser medida como la distancia vertical (pies o metros) o como la presión (libras por pulgada cuadrada, newtons por metro cuadrado, etc.); sin importar el tamaño de su flujo o caudal. Si por ejemplo, se logra una mayor CAIDA esta producirá una mayor presión - y por lo tanto – mayor fuerza o poder del agua en la turbina.
Las conversiones siguientes le pueden ser útiles:
- 1 pie vertical = 0.433 libras por pulgada cuadrada (psi) de presión.
- 1 psi = 2.31 metros verticales.
La precisión es fundamental en la medición de la “CAIDA” (HEAD). No sólo afecta a la potencia, sino que también determina el tipo de turbina a utilizar (tal como un diseño de turbina Francis o Pelton), así también el diseño hidrodinámico de los alabes de la turbina o paletas. Un altímetro puede ser muy útil en la estimación de la altura en la caída o toma, para la correcta evaluación preliminar del sitio, pero no debe ser utilizado para la medición final. Es muy común que los altímetros barométricos de bajo costo, puedan reflejar errores de 150 pies o más, incluso cuando están calibrados. Altímetros GPS son a menudo mucho menos precisos todavía.
Hay dos métodos precisos para medir la CAÍDA o altura de TOMA: 1) La medición directa de la distancia y 2) La presión del agua.
Medición de Distancia Directa
El supervisor puede utilizar un nivel normal, el nivel de un contratista que utilice un trípode o teolito, ó un nivel pegado a un tablero recto para medir la altura de caída como lo muestra el dibujo. También necesitará un poste con medidas graduadas. (Una cinta de medición colocada en una sección de 20 pies de tubería de PVC puede funcionar bien). La medición directa requiere de un asistente, a veces este método es lento, pero es la mejor forma de hacerlo.
Realice una serie de mediciones verticales con el nivel de gota de agua y el poste de medición vertical. Asegúrese de que en cada medición la gota esta en medio del nivel y garantice la medición “exacta” en el poste vertical. Mantener las notas detalladas en cada paso (A, B, C, D, etc.), y luego se suman la serie de mediciones (A, B, C, D, etc.) para encontrar la altura total. (Ver ilustración o dibujo adjunto).
Medición de la Presión del Agua
Si la distancia es lo suficientemente corta, puede utilizar una o más mangueras de jardín para medir la “Caída”. Este método se basa en la constante de que cada pie vertical de caída crea 0,433 psi de presión de agua. (10 pies verticales crearía 4,33 psi). Mediante la medición de la presión en la manguera, se puede calcular la altura o elevación de su sistema.
Pase la manguera (o tubos) de su sitio de ingesta propuesto para la ubicación de la turbina propuesta. Si conecta múltiples mangueras juntas, se debe de asegurar que cada conexión esté firme y libre de fugas. Conectar un elemento que mida la presión exacta en el extremo inferior de la manguera y llene completamente la manguera con agua. Asegúrese de que no haya puntos altos en la manguera que podrían atrapar aire.
Si es necesario, se puede medir la altura total en distancias más largas moviendo la manguera (s) y tomando lecturas múltiples. Tenga en cuenta, sin embargo, que hay menos exactitud en este método, por cada pie vertical. La posibilidad de error aumenta significativamente con una serie de lecturas.
Utilice la manguera más larga posible, junto con un medidor de presión de alta precisión, para medir la caída o altura (HEAD). El medidor de presión debe estar graduado de modo que las mediciones se realicen en el medio del rango de la galga de presión. Por ejemplo, NO utilice un indicador de presión con rango de 0 a 800 PSI para una presión de 5 -15 PSI, en este caso DEBE utilizar o seleccionar un medidor con calibración entre 0 y 30 PSI.
Medición Completa de la Caída versus la Caída Neta
Gracias al registro de estas medidas reales, se ha podido determinar que la medición completa de la caída, es menor a la medida neta de la caída. Esto debido a que cuando el agua comienza a fluir en la tubería forzada, debido a la fricción que se produce, se dará una reducción NETA entre el 15% y 10%, dando una medida NETA de Caída del 85% -90% de la medición completa de la caída, que se ha medido.