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Una vez que haya determinado la Caída Neta y su Caudal de Diseño, usted puede comenzar a estimar la potencia de su sistema hidráulico. Estos Cálculos son sólo cálculos aproximados y preliminares, consulte con su proveedor de turbinas para proyecciones más precisas.
Comenzamos calculando la potencia teórica del agua, antes de tomar en consideración las pérdidas de eficiencia en la turbina, en el sistema de conducción de agua y en el generador.
Usted puede calcular la potencia teórica de su suministro de agua, ya sea en Caballos de fuerza o kilovatios utilizando una de las siguientes fórmulas:
Caballos de fuerza teóricos (HP) = (CAIDA “pies” x CAUDAL “cfs”)
8.8
Kilovatios Teóricos (Kw) = (CAIDA “pies” x CAUDAL “cfs”)
11.81
* Tenga en cuenta que se trata de ecuaciones teóricas de alimentación, que NO tienen en cuenta las pérdidas de eficiencia inevitables que se producen en varios puntos dentro de su sistema de tuberías hidráulico. La potencia de salida real de su generador será menor, como veremos más adelante.
Ejemplo Hipotético:
Un proyecto en Nueva Zelanda tiene 100 pies de altura, con 2 pies cúbicos por segundo (cfs) de caudal. Aplicando nuestra fórmula, nos encontramos con que debe tener alrededor de 17 Kw´s teóricos disponibles:
Kw = 100 (pies) x 2 (cfs) = 16.93 Kilovatios Teóricos*
11.81
Como se puede ver, la caída y el caudal tienen un efecto lineal sobre el resultado de la fuerza ó energía.
Lo que implica que: duplicando la altura de la caída, también se duplica la fuerza. Por otro lado si se duplica el caudal también se duplica la fuerza.
ATambién hay que tener en cuenta que si la altura de la Caída se mantiene constante una vez que su sistema está instalado, usted puede contar con ella todo el año. También es la forma más barata para aumentar la generación de energía, ya que tiene efecto mínimo en el tamaño de la turbina. Por el contrario, el Caudal es muy probable que cambie en el transcurso de un año debido a las estaciones, y puede que no sea rentable para el tamaño de su sistema de tuberías, cuando por ejemplo se dé una máxima inundación a nivel del rio. Procure siempre maximizar la altura de su caída, y trabajar con su proveedor de turbinas para determinar el caudal de diseño más práctico.
La precisión es importante! El diseño de su turbina gira en torno a las mediciones de altura y caudal, y los errores impactarán directamente en la eficiencia de su sistema. Tómese el tiempo necesario para medir la altura y el caudal con extrema precisión antes de empezar a evaluar los componentes del sistema hidráulico.
Como se ha señalado, los cálculos de fuerza teóricos expuestos anteriormente, representan el máximo teórico, y la potencia de salida real de su sistema hidráulico será sustancialmente menor. Además de las pérdidas de las tuberías discutidas anteriormente, pequeñas cantidades de energía se pierden también debido a: 1) la fricción dentro de la turbina, 2) al sistema de accionamiento, 3) a perdidas dentro del generador, y 4) en las líneas de transmisión.
A pesar de que algunas pérdidas de eficiencia son inevitables, no hay que subestimar la importancia de un buen diseño. Los sistemas eficientes de producir una mayor potencia de salida, dan a menudo, un menor costo por vatio producido.
Por ejemplo, un sistema de turbina que está cuidadosamente adaptado a su altura y al caudal, no puede costar más que un diseño “menos adecuado”, pero produce una eficiencia mucho mejor. Otras mejoras, tales como el diámetro de la tubería, es decir, que sea un diámetro más grande o un sistema de accionamiento mejor, puede producir suficiente energía adicional, para justificar su coste más alto.
Debido a las muchas variables en el diseño del sistema, es imposible estimar la eficiencia, sin antes saber su altura y su caudal.
Como regla general, sin embargo, se puede esperar un sistema casero de tamaño de generación directa de alimentación de CA (Corriente Alterna) para operar a alrededor del 60% al 70% de eficiencia entre “la turbina y la subestación", medida dada entre la entrada y la salida de la turbina y el generador.
Los sistemas más grandes de servicios públicos ofrecen eficiencias mucho mejores. Pequeños sistemas de Corriente Continua generalmente tienen una menor eficiencia.
Si usted tiene las medidas exactas para su altura y caudal, su proveedor de turbina debe ser capaz de proporcionarle algunas estimaciones preliminares de eficiencia, así como algunas ideas para la optimización del mismo.
La última medida importante es la de la longitud de la Línea de Transmisión entre el generador, la subestación y el punto de Conexión Eléctrico al sistema eléctrico nacional. Al igual que la línea de tuberías o sistema hidráulico, sólo tiene que medir la distancia a lo largo de la ruta que va a ejecutar el cableado.
Las líneas de transmisión son muy parecidas a los sistemas hidráulicos. En lugar de mover el agua, se mueve la corriente eléctrica, pero se aplican los mismos fundamentos de las pérdidas por fricción.
Largas líneas de transmisión, en cables más pequeños y una corriente más alta, todas ellas contribuyen a la pérdida de energía por fricción. Usted puede minimizar estas pérdidas, pero la energía que usted puede utilizar realmente siempre será un poco menor, de lo que su generador está produciendo.
La pérdida de potencia a través de las líneas de transmisión es más evidente por una caída en la tensión. A medida que usa más energía, podrás ver la caída de tensión y bajará la energía y las luces brillaran menos.
Hay tres maneras de reducir o compensar pérdidas, en las líneas de transmisión:
1. Acortar la línea de transmisión.
2. Utilizar un cable más grande.
3. Aumentar el voltaje en la línea de transmisión.
En líneas de transmisión más cortas y con cables más grandes, se pueden reducir las pérdidas en la línea de cualquier sistema. Para distancias muy largas, puede ser apropiado, aumentar la tensión (a través de un transformador) para la transmisión, y luego reducir de nuevo el voltaje a lo normal (a través de otro transformador) en el punto de uso. El aumento de la tensión reduce la corriente necesaria para producir la misma cantidad de energía, lo que permite el uso de cables más pequeños.