Estudio de prefactibilidad de microgeneración en Laguna Sierra de los Padres

En este proyecto se estudiará la factibilidad y el prediseño de una microturbina en el nacimiento del arroyo "La Tapera" de la Laguna de los Padres, Mar del Plata, Argentina. Para ello se debe hacer un análisis de la situación económica, social y ambiental tanto en el marco nacional como local.

Introducción

Energía hidráulica

Situación energética de Argentina

• La respuesta institucional argentina frente al cambio climático
• Sistema Argentino de Interconexión
• Mercado Eléctrico Mayorista (MEM)
• Ente Nacional Regulador de la Electricidad (ENRE)

Posteriormente, en la Figura 1.1 se podrá observar año a año la composición de la generación del país. El Ente Nacional Regulador de la Electricidad (ENRE) es un organismo autónomo encargado de regular la actividad eléctrica y verificar si las empresas del sector (productoras, transportadoras y distribuidoras Edenor y Edesur) cumplen con las obligaciones establecidas en el Marco Normativo y en los Contratos de Concesión [12 ]. ].

Hidrogeneración en Argentina

Tipos de aprovechamientos

Durante las fuertes lluvias (temporada de aguas altas), estas centrales eléctricas producen la máxima energía y se evita el exceso de agua. El agua almacenada se utiliza a través de tuberías que la dirigen a las turbinas.

Conceptos hidráulicos

Aforo

En el borde inferior de la puerta, las líneas de corriente tienden a converger, donde la velocidad alcanza su valor máximo. Debido a la curvatura de las líneas de corriente, actúa una gran presión en la intersección del plano de la puerta, provocando que ésta tenga una velocidad pequeña.

Salto de agua

Asimismo, es más importante como relación la altura de velocidad a la que llega el agua al canal, aguas arriba de la compuerta. Es la cantidad de agua disponible para cubrir las necesidades de la instalación a la que pertenece el embalse.

Orificios y compuertas

Esto significa que la velocidad promedio de todas las partículas no se puede calcular a partir de la energía impulsora de H al centro del agujero, como en los pozos pequeños. Cabe señalar que la compuerta a estudiar se ubica a una distancia menor a 3·a, pero no al ras del fondo de la laguna.

Pequeños aprovechamientos hidroeléctricos (PAH)

Posibilidad de beneficios adicionales como riego, agua potable, turismo y recreación, además de generación eléctrica. En términos sociales, las pequeñas centrales hidroeléctricas contribuyen a mejorar la calidad de vida, al proporcionar electricidad a hogares, centros de atención médica, educación, agua potable o entubada mediante bombeo, comunicaciones, recreación, seguridad, suministro de energía y otros.

Centrales eléctricas

Presa

Todo el trabajo de terraplén debe cimentarse debajo de la pendiente del terraplén y no en el relleno, donde puede resultar dañado por el asentamiento diferencial del suelo [20]. En cortinas bajas se aceptan cimentaciones receptoras sobre terreno blando, tras examinar su resistencia.

Turbinas hidroeléctricas

Las ruedas se pueden mover desde arriba, desde el centro o desde abajo, p. continuar. Esto abre la posibilidad de buscar otras formas de convertir la energía potencial del agua en energía eléctrica.

Tornillo de Arquímides

Aspectos económicos de los AST

Dependiendo de las especificaciones del lugar, el tornillo de Arquímedes puede ofrecer ventajas económicas, especialmente en términos de costes de inversión. Dado que los costos de mantenimiento y operación de AST son más bajos que los de otras microturbinas hidroeléctricas, pueden considerarse una de las mejores opciones para regiones subdesarrolladas y áreas sin fácil acceso.

Ventajas sociales y para el medio ambiente

Se espera que los costos totales de operación y mantenimiento de las TA sean más bajos que los de otras turbinas. Esta capacidad de pasar materiales más grandes significa que los desechos, rejillas y cribas aguas arriba pueden ser más gruesos y, por lo tanto, menos costosos, con menos caída de presión, que los requeridos para otros tipos de turbinas [25].

Desventajas de generación con TA

También es notable que, en comparación con otros tipos de turbinas, las TA permiten un mayor paso aguas abajo de sedimentos, desechos líquidos y otros materiales. Sin embargo, los tornillos que funcionan en condiciones no óptimas, como altas alturas de llenado o velocidades de rotación superiores a la velocidad de rotación máxima, pueden provocar pérdidas significativas debido a limitaciones físicas e hidráulicas.

Conclusiones

Cuando las condiciones no son perfectas para una sola hélice, la instalación de más de una hélice y el uso de TA de velocidad variable, este tipo de máquina se puede aplicar a una amplia variedad de sitios, incluidos aquellos con alta variación estacional.

Introducción

Recibe un único afluente, el Arroyo de Los Padres, y drena parte de sus aguas superficiales a través del Arroyo de La Tapera. El nivel del agua se mantuvo constante hasta 1926, año en el que se construyó una compuerta o esclusa en la desembocadura de la laguna (Arroyo La Tapera) para elevar y modificar artificialmente el nivel del agua.

Cuenca de los Padres

El elevado dinamismo demográfico y de ocupación territorial, dado por el aumento de la población permanente y el aumento de la edificación, presupone una demanda creciente del recurso hídrico, que proviene de un acuífero que es la única fuente de abastecimiento regional. Se ubica en la cordillera conocida como Sierras Septentrionales de la Provincia de Buenos Aires o Sistema de Tandilia, que representa una provincia fisiográfica que, en forma de una serie discontinua de montañas, cerros y cerros, emerge de la llanura bonaerense. Pampán. con orientación generalmente noroeste-sureste.

Ciclo hidrológico

Red de drenaje

El más importante de la cuenca es el Arroyo de los Padres, representado en la figura como un arroyo permanente y único afluente de la laguna. 1 Cuenca de Arroyo Seco 1 2 Cuenca de Arroyo Seco 2 3 Cuenca de Arroyo Santa Elena 4 Cuenca de Arroyo de los Padres 5 Cuenca de Arroyo Camet 6 Cuenca de Arroyo La Tapera 7 Cuenca de Arroyo El Cardalito 8 Cuenca de Arroyo de las Chacras 8.

Laguna de los Padres

Morfometría de Laguna de los Padres

Respecto al área, se muestra en la figura 2.7 cómo varía en los diferentes años y se desprende de las medidas del ancho y largo de la laguna. En 2002 y 2007 se notó un aumento creciente del área de la laguna por el mismo motivo.

Análisis hidrológico de la cuenca

Fluctuaciones en el nivel del agua y caudales del lago Respecto a los cambios en el nivel de la laguna y del arroyo afluente, los valores promedio del nivel del agua fueron y m) en el lago Los Padres y caudales respectivamente (ver figura 2.11 (A)). Los ratios promedio calculados fueron y respectivamente; lo que indica que alrededor del 20-25% del agua del lago se perdió por evaporación de la superficie del lago.

Conclusión y discusión de datos

Análisis de la presa actual

Caudales del tornillo de Arquímides

La primera es la fuga debido al espacio entre las palas y el canal Qf. El segundo es la fuga debida al desbordamiento Qo. El índice Q total requerido por el tornillo es la suma del flujo nominal más los dos flujos.

Conclusión

Introducción

Compuerta propuesta

Caudal de diseño para la presa propuesta

La curva indica el valor del caudal en función de la frecuencia de su aparición. Si el valor del caudal de diseño calculado a partir de la demanda está por debajo de los caudales mínimos del arroyo (época seca), se acepta como valor del proyecto.

Parámetros de diseño

El caudal total Q que circula por la turbina se puede dividir en un caudal útil que crea par en el tornillo y un caudal de pérdida. La relación entre estos dos caudales está entre 0,02 y 0,06, dependiendo únicamente del tamaño de la turbina.

Inclinación del tornillo y número de filetes

En teoría, el número de roscas de un tornillo de Arquímedes puede variar infinitamente y esto daría una eficiencia (η) del 99%. El valor del número de roscas también está directamente relacionado con la capacidad de fluido transportado por vuelta, para un tornillo del mismo diámetro.

Paso, diámetro y velocidad de tornillo

Tomando la relación de diámetro seleccionada (δ) y la relación de avance, es posible determinar λ·ν, es decir, la relación entre la relación de avance, la relación de diámetro y la relación de volumen por rotación con la Figura 3.10. Según diversos autores la relación entre estos caudales suele estar entre 0,02 y 0,06, siendo menor cuanto más grande es la turbina [23], si se obtiene una relación de 0,06 el caudal útil es de aproximadamente 0,61 ms3.

Ángulo de inclinación de aleta

Usando las propiedades de las superficies planas (Figura 3.15), el centro de gravedad para cada área de contacto se deriva con respecto a un % del relleno. Fx=ρ·g·Px·A·sinβ·tanα (3.26) Para calcular el par, se supone que la fuerza se aplica a la superficie de contacto del agua.

Volumen de balde

Mediante el programa MatLab (Ver Apéndice I) se calcularon todos los parámetros y con la ecuación de la curva dada por Nuernberk [24] se obtuvo la altura dimensional κ. Con todos los datos necesarios estamos en condiciones de obtener la relación de volumen total en función de la altura adimensional.

Profundidad de la entrada de agua

Rendimiento y potencia

La potencia mecánica desarrollada sobre el eje se produce mediante la rotación del tornillo. Altura del agua en el plano perpendicular del canal de entrada h2 0,175 m Altura del agua simplificada en el plano del tornillo h3 0,655 m.

Conclusión

Introducción

Métodos de generación

Generación en CA

El sistema dispone de una máquina con un conmutador a la que se alimenta el campo trifásico con tensión de la frecuencia de red y se obtiene una tensión de la misma frecuencia en el rotor, independiente de la velocidad del rotor. La magnitud del voltaje de salida debe controlarse actuando sobre la magnitud del voltaje de entrada del campo.

Tecnología aplicada

Motor sincrónico de imanes permanentes

Una característica de tiempo tan variable de la inductancia causa problemas en el cálculo y análisis [35]. Vd, Vq, Id, Iq, Ld, Lq representan el voltaje, la corriente y la inductancia respectivamente en el eje de rotación d-q.

Conversión y control

• Control lado generador
• DC Link
• Sensor de velocidad
• Circuito de protección
• Control lado red (grid-side)
• Diseño de convertidor de red
• Diseño de convertidor de lado generador

En la tabla, los lados de CA y CC de la red están relacionados en la Tabla 4.1. Después de la transformación de Park, hay un acoplamiento cruzado con la corriente del eje "d" y del eje "q".

Resultados simulación

Finalmente, la energía generada se puede ver en la Figura 4.28 donde hay un transitorio que tiende a subir, bajar y luego estabilizarse en aproximadamente 5 segundos. Y la corriente se puede observar en la figura 4.31 donde se ven los cambios debido a los cambios en el torque y por ende la potencia generada.

Protecciones de sistema

Condiciones de puesta a tierra

La puesta a tierra de equipos de generación distribuida deberá realizarse de forma que no cambien las condiciones de puesta a tierra de la red de distribución, asegurando así que no se transfieran perturbaciones a esta última. Las masas deben estar conectadas a una toma de tierra independiente del cableado del neutro y de la toma de tierra de la red de distribución.

Plan de mantenimiento preventivo eléctrico

Sección nominal del conductor de protección asociado "SP E" [mm2] y del cable de puesta a tierra "SP AT" [mm2]. Se recomienda repetir las pruebas realizadas antes de la puesta en servicio en un plazo máximo de 2 (dos) años y realizar un seguimiento de las mismas, para garantizar el buen funcionamiento de la unidad productiva.

Conclusión

Introducción

Material de construcción

Simulación fluidodinámica

Elección de material

Si se observan los resultados de la simulación de dinámica de fluidos, se puede observar que las tensiones en la resina de poliéster son un orden de magnitud menores que en los otros dos materiales, sin una gran diferencia en dinero. Para el corredor se utiliza resina de poliéster, ya que comercialmente se utiliza más el moldeado con este tipo de material.

Se eligieron estas variables porque el peso de los módulos que componen el perno debe mantenerse lo más bajo posible para facilitar su transporte e instalación. Finalmente, a pesar de que todos los materiales tienen buenos valores de resistencia en una aplicación como una microturbina hidráulica, es mejor tener valores altos para asegurar una mayor confiabilidad.

Cálculo de las reacciones y los rodamientos

Fuerza del agua sobre el tornillo

Conociendo el peso del agua sobre el tornillo, se debe descomponer este esfuerzo en las direcciones principales como se muestra en las figuras 5.1 y 5.2. La tensión Fy debida al peso del agua se distribuyó uniformemente como carga a lo largo de toda la longitud del tornillo.

Cálculo del diámetro del arbol considerando tensiones estáticas