Cálculo de Potencia y Energía en Centrales Hidroeléctricas y Aeroturbinas

Cálculo de Potencia y Energía

Centrales Hidroeléctricas

Potencia

P = 9.8 * C * h (Potencia de una central hidroeléctrica en kW)

• P: Potencia de la central en kW
• C: Caudal del agua en m³/s
• h: Altura en m (desde la superficie hasta la turbina)

Rendimiento

P_útil = n * P (Rendimiento estimado)

Energía

E = P * t = 9.8 * C * h * t (Energía generada en kWh)

• E: Energía en kWh
• t: Tiempo en horas

Caudal

Caudal = Volumen / Tiempo

V = A * d

Aeroturbinas

Potencia

Potencia = Trabajo / t = E_k / t = (1/2)mV² / t (Potencia de la aeroturbina)

m = Densidad * Volumen = ρ * V

Volumen del cilindro de aire = Área * Espesor del cilindro = V = A * d

Espesor (Distancia) = Velocidad del viento * Tiempo = d = v * t

Potencia = (1/2)(ρAd)V² / t = (1/2)ρAV²(d/t) = (1/2)ρAV³

• V: Velocidad
• A: Área
• ρ: Densidad

Componentes y Conceptos Adicionales

Destructores de Energía

Se utilizan para evitar que la energía del agua que cae desde los salientes de una presa de gran altura produzca erosiones en el terreno.

Turbinas

Transforman en energía mecánica la energía cinética de una corriente de agua.

• Pelton: Turbinas de impulsión, no sumergidas.
• Kaplan y Francis: Turbinas de reacción, totalmente sumergidas.

Partes de una Turbina

• Distribuidor (cámara, sistema de regulación, inyector, tobera, aguja, deflector)
• Rodete (rueda y álabes)
• Eje, sistema de frenado, carcasa, cámara de descarga, blindaje

Álabes: de 17 a 26 por rueda.

Golpe de Ariete

Para evitar cambios bruscos de caudal, cada inyector dispone de un deflector que cubre parcialmente el chorro durante los cambios de caudal. Esto origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería a una velocidad que puede superar la velocidad del sonido en el fluido.

Embalamiento

El deflector puede desviar el chorro. Esto es útil en caso de fallo en el generador, que se traduce en una violenta aceleración de la turbina.

Principio de Sustentación

El aire que se desliza por la superficie superior del ala se mueve más rápidamente que el de la superficie inferior.

Turbulencia

El flujo del aire de la superficie superior deja de estar en contacto con la superficie del ala.

Pérdida de Sustentación

Si la superficie del ala no es uniforme y lisa, cualquier irregularidad puede causar turbulencia.