Potencia y producción energética de una mini central hidroeléctrica en Soria

Instalación propuesta y datos iniciales

En una zona montañosa de la provincia de Soria se desea realizar la instalación de una central hidroeléctrica en el cauce fluvial de un río, aprovechando la orografía del terreno para disponer de un pequeño embalse y poder regular en función de las necesidades.

Datos:

• Variación entre caudal máximo y mínimo en el año: moderado
• Caudal mínimo técnico: 0,138 m³/s
• Salto útil: 50 m
• Pérdidas de carga primarias y secundarias: 1,6% sobre el valor del salto útil

Datos físicos: Densidad absoluta del agua = 1000 kg/m³; Gravedad = 9,81 m/s².

Factores de proporcionalidad según el tipo de turbina

En función de la turbina usada, los factores "k" varían de la manera siguiente:

• Pelton: 0,1
• Kaplan: 0,25
• Semikaplan: 0,4
• Francis: 0,4

Definición: salto neto

SALTO NETO: Diferencia entre el salto útil y las pérdidas de carga producidas a lo largo de todas las conducciones. Representa la máxima energía que se podrá transformar en trabajo en el eje de la turbina.

Cálculo del salto neto

Salto neto = Salto útil - Pérdidas = 50 - (50 × 0,016) = 49,2 m

Selección de la turbina

• Kaplan: saltos reducibles y caudales variables.
• Francis: saltos mayores y variaciones de caudal moderadas.
• Pelton: grandes saltos, independientemente de la variación de caudal.

Como el salto neto es 49,2 m y la variación entre caudal máximo y mínimo en el año es moderada, se escoge una turbina Francis.

Cálculo del caudal de equipamiento y potencia teórica

Sabiendo el caudal mínimo técnico (Qmt) y el factor de proporcionalidad (k) se halla el caudal de equipamiento (Qe):

Qe = Qmt / k = 0,138 / 0,4 = 0,345 m³/s

La potencia a instalar (potencia hidráulica teórica) será:

P = Qe × ρ × g × Hn

P = 0,345 (m³/s) × 1000 (kg/m³) × 9,81 (m/s²) × 49,2 (m) = 166514,94 W = 166,5 kW

Potencia eléctrica final teniendo en cuenta rendimientos

Si la turbina anterior tiene un rendimiento del 83% y acoplado a ella se instala un alternador con rendimiento del 90% y un transformador de salida con un rendimiento del 95%, la potencia eléctrica final que se obtendrá del salto se determina multiplicando por los factores de rendimiento en cadena:

Pfinal = 166,5 kW × 0,83 × 0,95 × 0,9 = 118,1 kW (aprox.)

Producción anual de energía

Efinal = 118,1 kW × 2500 h = 295,25 MWh/año

Rendimiento de la turbina = 85%
Rendimiento del alternador = 90%
Rendimiento del transformador = 95%

Nota sobre rendimientos y coherencia de datos

En el cálculo de la potencia final se utiliza un rendimiento de turbina del 83% (como se indica más arriba). En el bloque final del documento aparece, además, una línea que indica rendimiento de la turbina = 85%. Se recomienda verificar y unificar el valor del rendimiento de la turbina (83% vs 85%) para obtener resultados consistentes en los cálculos de potencia y energía anual.

Resumen de resultados

• Salto neto: 49,2 m
• Caudal de equipamiento: 0,345 m³/s
• Potencia hidráulica teórica: 166,5 kW
• Potencia eléctrica final estimada (con 83% × 90% × 95%): ≈ 118,1 kW
• Energía anual estimada (con 2.500 h operativas): ≈ 295,25 MWh/año

Recomendación

Confirmar el rendimiento real de la turbina (83% o 85%) y las horas equivalentes de funcionamiento anuales para ajustar la estimación de producción energética y la viabilidad económica de la central.