Centrales Hidroelectricas

Central Hidroeléctrica

En una central hidroeléctrica se utiliza energía hidráulica para la generación de energía eléctrica.

En general, estas centrales aprovechan la energía potencial que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como salto geodésico. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual transmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica.

Características

Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son:

• La potencia, que está en función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de las turbinas y de los generadores usados en la transformación

• La energía garantizada en un lapso de tiempo determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, y de la potencia instalada.

Principales componentes de una Central Hidroeléctrica

Dentro de los principales componentes tenemos: la Presa o represa, los aliviaderos, las tomas de agua, canales de derivación, la chimenea de equilibrio, las tubería forzadas, la casa de máquinas, las turbinas hidráulicas y los generadores.

La Presa o Represa

El primer elemento que encontramos en una central hidroeléctrica es la presa o azud, que se encarga de atajar el río y embalsar las aguas.

Las represas pueden clasificarse por el material empleado en su construcción en: represas de tierra y represas de hormigón; estas últimas son las más utilizadas.

Represa de tierra Represa de hormigón

Los Aliviaderos

Los aliviaderos son elementos vitales de la presa que tienen como misión liberar parte del agua detenida sin que esta pase por la sala de máquinas.

La misión de los aliviaderos es liberar, si es preciso, grandes cantidades de agua o atender necesidades de riego.

Para evitar que el agua pueda producir desperfectos al caer desde gran altura, los aliviaderos se diseñan para que la mayoría del líquido se pierda en una cuenca que se encuentra al pie de la represa, llamada de amortiguación.

Para conseguir que el agua salga por los aliviaderos existen grandes compuertas de acero que se pueden abrir o cerrar a voluntad, según la demanda de la situación.

Tomas de agua

Las tomas de agua son construcciones adecuadas que permiten recoger el líquido para llevarlo hasta las máquinas por medios de canales o tuberías. Estas tomas, además de unas compuertas para regular la cantidad de agua que llega a las turbinas, poseen unas rejillas metálicas que impiden que elementos extraños como troncos, ramas, etc. puedan llegar a los álabes y producir desperfectos.

Canal de derivación

El canal de derivación se utiliza para conducir agua desde la presa hasta las turbinas de la central.

Chimenea de equilibrio

La chimenea de equilibrio consiste en un pozo vertical situado lo más cerca posible de las turbinas. Cuando existe una sobrepresión de agua esta encuentra menos resistencia para penetrar al pozo que a la cámara de presión de las turbinas haciendo que suba el nivel de la chimenea de equilibrio. En el caso de depresión ocurrirá lo contrario y el nivel bajará.

Tuberías forzadas

Las estructuras forzadas o de presión, suelen ser de acero con refuerzos regulares a lo largo de su longitud o de cemento armado, reforzado con espiras de hierro que deben estar ancladas al terreno mediante solera adecuada.

Casa de máquinas

Es la construcción en donde se ubican las máquinas (turbinas, alternadores, etc.) y los elementos de regulación y comando.

Partes

Las principales partes de una central de este tipo son:

Presa: La presa se encarga de mantener el agua en un lugar alto para garantizar que tenga fuerza suficiente el agua como para mover las turbinas

Turbinas: Las turbinas se encargan de hacer girar el generador cuando reciben la fuerza del agua

Generador: Es el encargado de producir la electricidad.

Otras partes también importantes son las tuberías que llevan el agua desde la presa hasta las turbinas.

En el siguiente dibujo podemos ver las partes de una central hidroeléctrica.

1. Agua embalsada 5. Conjunto turbina-alternador 9. Líneas de transporte de

2. Presa, 6. Turbina energía eléctrica

3. Rejillas filtradoras 7. Eje 10. Transformadores

4. Tubería forzada 8. Generador

Tipos de Turbinas

Pelton

Una turbina Pelton es uno de los tipos más eficientes de turbina hidráulica. Están diseñadas para explotar grandes saltos hidráulicos de bajo caudal. Consiste en una rueda dotada de cucharas en su periferia.

Kaplan

Las turbinas Kalan son turbinas de agua de reacción de flujo axial, con un rodete que funciona de manera semejante a la hélice de un barco. Se emplean en saltos de pequeña altura. Las amplias palas o álabes de la turbina son impulsadas por agua a alta presión liberada por una compuerta.

Los álabes del rodete en las turbinas Kaplan son siempre regulables y tienen la forma de una hélice, mientras que los álabes de los distribuidores pueden ser fijos o regulables

Francis:

Las turbinas Francis son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de los dos metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más ampliamente usado en el mundo.

Funcionamiento

El agua cae desde la presa hasta unas turbinas que se encuentran en su base. Al recibir la fuerza del agua las turbinas comienzan a girar. Las turbinas están conectadas a unos generadores, que al girar, producen electricidad. La electricidad viaja desde los generadores hasta unos transformadores, donde se eleva la tensión para poder transportar la electricidad hasta los centros de consumo.

Podemos ver todo esto en este dibujo:

Tipos de Centrales Hidroeléctricas

Central Hidroeléctrica de Pasada

Una central de pasada es aquella en que no hay acumulación apreciable de agua para accionar las turbinas.

En una central de este tipo las turbinas deben aceptar el caudal natural del río, con sus variaciones de estación en estación. Si este es mayor a lo necesario, el agua sobrante se pierde por rebalse.

En ocasiones un embalse relativamente pequeño bastará para impedir esa pérdida por rebalse.

Este tipo de central requiere un caudal suficientemente constante para asegurar durante el año una potencia determinada.

Esquema de una central de Pasada

Corte vertical

Central Hidroeléctrica con Embalse de Reserva

En este tipo de proyecto se embalsa un volumen considerable de líquido "aguas arriba" de las turbinas mediante la construcción de una o más presas que forman lagos artificiales.

El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Del volumen embalsado depende la cantidad que puede hacerse pasar por las turbinas.

Con embalse de reserva puede producirse energía eléctrica durante todo el año aunque el río se seque por completo durante algunos meses , cosa que sería imposible en un proyecto de pasada.

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Esquema de una central con embalse

Corte vertical

Centrales Hidroeléctricas de Bombeo

Las centrales de bombeo son un tipo especial de centrales hidroeléctricas que posibilitan un empleo más racional de los recursos hidráulicos de un país.

Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda de energía eléctrica alcanza su máximo nivel durante el día, las centrales de bombeo funcionan como una central convencional generando energía.

Al caer el agua, almacenada en el embalse superior, hace girar el rodete de la turbina asociada a un alternador.

Después el agua queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del día en la que la demanda de energía es menor el agua es bombeada al embalse superior para que pueda iniciar el ciclo productivo nuevamente.

Para ello la central dispone de grupos de motores-bomba o, alternativamente, sus turbinas son reversibles de manera que puedan funcionar como bombas y los alternadores como motores.

Central de bombeo

1. Embalse superior, 2. Presa, 3. Galería de conducción, 4-5. Tubería forzada, 6. Central, 7. Turbinas y generadores, 8. Desagües, 9. Líneas de transporte de energía eléctrica, 10. Embalse inferior o río.

Ventajas y Desventajas

Las ventajas de las centrales hidroeléctricas:

1. No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía.

2. Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua.

3. A menudo puede combinarse con otros beneficios, como

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