La cabeza hidráulica se refiere a una medición de la energíaEn el agua de ríos, arroyos o lagos. Representa el nivel del agua en una masa de agua. En pocas palabras, mide la altura de una columna de agua sobre un punto y se expresa comúnmente en metros (o pies en EE. UU.). Cuando el nivel del agua o la carga hidráulica es mayor, hay energía disponible en ese punto específico.
En las instalaciones, la cantidad de energía aprovechada depende de la disparidad entre el nivel de cabecera aguas arriba en el embalse y el nivel de cola aguas abajo por debajo de la presa. La distinción a la que se hace referencia aquí se denomina diferencia de carga hidráulica. Indica la Cantidad de energía que se puede convertir en electricidad utilizando turbinas y generadores. Otros cálculos revelan que, además de la distancia, también influyen en el aprovechamiento de la energía diversas pérdidas, llamadas pérdidas de carga.
Debido a que el agua del embalse, al estar más arriba, tiene mayor energía potencial gravitacional horizontal que la del canal de descarga. La energía potencial gravitacional del agua del embalse que baja por el canal de descarga. tuberías forzadas Conduce a la creación de la energía necesaria para mover las turbinas y producir electricidad. Mediante la ecuación de Bernoulli, el procedimiento se describe aquí. Generalmente, una La carga hidráulica equivale a una unidad de energía gravitacional; en este caso, será almacenamiento de agua.
La ecuación de potencia hidroeléctrica utiliza el valor de la carga hidráulica para obtener la potencia disponible estimada. Este factor influye en la ecuación, que se representa de la siguiente manera:
P = ρQgΔh
Lugar:
- P – La velocidad a la que se calcula la potencia y se mide, expresada en julios por segundo, conocidos como W.
- Δh – Representa la diferencia de carga hidráulica a través de la presa o turbina medida en metros.
- ρ – Depende de la densidad del fluido medida en kg/m3.
- Q – Denota el caudal volumétrico o caudal de agua medido en metros por segundo (m3/s).
- g – Representa la aceleración de la gravedad, medida en metros por segundo al cuadrado.
Esta ecuación establece que una Una mayor diferencia de altura da lugar a un potencial de energía mecánica almacenada en los depósitos.
Tipos de cabezal hidráulico
Existen tres clasificaciones de presas según sus diferencias de carga hidráulica: media y baja. Más adelante se analizarán con más detalle estos tipos de carga hidráulica.
1. Cabeza alta
Cuando hay un Diferencia de altura de más de cien metros Se conoce como de alta presión. A diferencia de la anterior, el agua que fluye en esta planta suele extraerse de alturas superiores a las del entorno, lo que significa que requiere un menor volumen para generar una energía similar. Dado que el agua fluye por estos sistemas, no fluye a gran velocidad, por lo que se requieren pequeñas turbinas.
El agua también debe recorrer cierta distancia utilizando una tubería forzada larga, ya que incluso una turbina más corta y una tubería forzada más estrecha provocarán la formación de bolsas de aire que reducen la eficiencia. Por lo general, las grandes centrales hidroeléctricas pertenecen a las de caídas altas y medias.
2. Cabeza mediana
En sistemas de altura media, La diferencia de altura varía entre 10 y 100 metros. El desnivel es menor en comparación con una presa de gran altura, considerando la tubería forzada en una presa de altura media. Este tipo de presa aprovecha una cantidad considerable de agua y una gran pérdida de altura.
3. Cabeza Baja
Los sistemas normalmente tienen menos de 10 metros of cabeza baja Presas. Por ello, las turbinas hidroeléctricas de baja caída se suelen utilizar en operaciones como sistemas de pasada, que implican mover ríos sin crecidas significativas.
Un sistema típico de baja caída transporta mucha agua, por lo que se requieren turbinas más grandes para transformar la energía hídrica en electricidad de manera eficiente. Estas instalaciones no requieren represas, ya que se necesita almacenar menos agua.
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Pérdidas de carga hidráulica
Estas pérdidas se producen debido a la fricción dentro de las tuberíasAl tener en cuenta estas pérdidas de carga, se reduce la cantidad de energía presente en el agua. Este valor ajustado, para una carga considerando las pérdidas, se denomina carga efectiva.
La altura efectiva es igual a la altura bruta menos todas las pérdidas de carga. Todas las instalaciones hidroeléctricas producen pérdidas de carga, que se dividen en pérdidas de carga mayores y menores. Las pérdidas de carga hidráulica se miden, calculan y expresan en igualdad de condiciones con la propia altura hidráulica, por ejemplo, en términos de la altura equivalente del medidor de aguaEsto requiere deducir de la potencia bruta total la potencia desperdiciada por pérdida de carga; de esta manera, se obtiene la potencia neta real que se puede extraer. La ecuación se puede representar así:
Pred = Pbruto− Pde
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Tipos de pérdidas de carga
Los tipos de pérdidas de carga son:
Pérdidas de carga importantes: La gran mayoría de las pérdidas de carga importantes se deben a la fricción en las tuberías y recorren largas distancias de la tubería, por ejemplo en la tubería de carga.
Pérdidas de carga menores: Cualquier otra fuente de pérdidas de carga menores, aparte de las causadas por fricción. En esencia, cualquier punto donde una tubería se dobla o el movimiento del agua se altera presenta algún tipo de pérdida, denominada pérdida menor.
Sin embargo, existen casos en que las pérdidas de carga mayores son menores que las menores pero se suman para determinar la potencia total de salida de una presa hidráulica, a diferencia de lo que sugieren sus nombres.
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