jueves, 16 de diciembre de 2010

centrales hidroelectricas (HECHO POR DANIEL AGUILERA)

1.    ¿Qué es una central hidroeléctrica?

Una central hidroeléctrica es una instalación que permite aprovechar las masas de agua en movimiento que circulan por los ríos para transformarla en energía eléctrica. Según la potencia instalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser centrales de gran potencia (más de 10MW), minicentrales hidráulicas (entre 1MW i 10MW) y microcentrales hidráulicas (menos de 1MW)  
 

 

2.    Tipos de centrales hidroeléctricas 

Hay muchos tipos de centrales hidroeléctricas ya que las características del terreno donde se sitúa al central condicionan en gran parte su diseño. Se podría hacer una clasificación en tres modelos básicos:
  • Centrales de agua fluyente: En este caso no existe embalse, el terreno no tiene mucho desnivel y es necesario que el caudal del río sea lo suficientemente constante como para asegurar una potencia determinada durante todo el año. Durante la temporada de precipitaciones abundantes, desarrollan su máxima potencia y dejan pasar agua excedente. En cambio, durante la época seca, la potencia disminuye en función del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en verano.
  • Centrales de embalses: Se almacena un volumen considerable de agua 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. Con el embalse puede producirse energía eléctrica durante todo el año aunque el río se seque completamente durante algunos meses, cosa que sería imposible con una central de agua fluyente. Estas centrales exigen, generalmente, una inversión de capital más grande que la de agua fluyente. Dentro de estos tipos existen dos variantes de centrales
    • Centrales a pie de presa: en un tramo de río con un desnivel apreciable se construye una presa de una altura determinada. La sala de turbinas está situada después de la presa.
    • Centrales por derivación de las aguas: las aguas del río son desviadas mediante una pequeña presa y son conducidas mediante un canal con una pérdida de desnivel tan pequeña como sea posible, hasta un pequeño depósito llamado cámara de carga o de presión. De esta sala arranca una tubería forzada que va a parar a la sala de turbinas. Posteriormente, el agua es devuelta río abajo, mediante un canal de descarga. Se consiguen desniveles más grandes que en las centrales anteriores. 
  • Centrales de bombeo o reversibles: Son un tipo especial de centrales que hacen posible un uso más racional de los recursos hidráulicos. Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda diaria de energía eléctrica es máxima estas centrales trabajan como una central convencional: el agua cae desde el embalse superior haciendo girar las turbinas y después queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del día de menor demanda, el agua es bombada al embalse superior para que vuelva a hacer el ciclo productivo.

3.    Ventajas e inconvenientes de las centrales hidroeléctricas

Las ventajas de las centrales hidroeléctricas son evidentes:
  • No necesitan combustibles y son limpias.
  • Muchas veces los embalses de las centrales tienen otras utilidades importantes: para el regadío, como protección contra las inundaciones, para suministrar agua a las poblaciones próximas, etc.
  • Tienen costes de explotación y mantenimientos bajos.
  • Las obras de ingeniería que se realizan para construir la central son de larga duración. 
  • Las turbinas son de fácil control y tienen unos costes de mantenimiento reducido.  
En contra de estas ventajas podemos enumerar los inconvenientes siguientes:
  • Los costes de inversión por kilowatio instalado son elevados.
  • En general, están situados en lugares lejanos del punto de consumo y, por lo tanto, los costes de inversión en infraestructuras de transporte pueden ser elevados.
  • El tiempo de construcción es, en general, más largo que el de otros tipos de centrales como pueden ser las centrales térmicas.
  • La generación de energía eléctrica está influenciada por las condiciones meteorológicas y puede variar de estación a estas

  • 4.    Componentes principales de una central hidroeléctrica
  • Presa: Es el primer elemento que encontramos en una central hidroeléctrica. Se encarga de cortar el agua de un río y almacenarla en un embalse. Con esta construcción se consigue un determinado desnivel del agua que es aprovechado para conseguir energía. La presa es un elemento esencial y su forma depende principalmente de la orografía del terreno y del curso del agua donde se tiene que situar. Las presas se pueden clasificar, según el material utilizado en su construcción, en presas de tierra y presas de hormigón. Las presas de hormigón son las más resistentes y las más utilizadas. Hay de tres tipos en función de su estructura: 
  • Presa de gravedad: son presas de hormigón triangulares con una base ancha que se va haciendo más estrecha en la parte superior. Son construcciones de larga durada y que no necesitan mantenimiento. La altura de este tipo de presas está limitada por la resistencia del terreno.           
  • Presa de vuelta: en este tipo de presa la pared es curva. La presión provocada por agua se transmite íntegramente hacía las paredes del valle por el efecto del arco. Cuando las condiciones son favorables, la estructura necesita menos hormigón que una presa de gravedad, pero es difícil encontrar lugares donde se puedan construir.
  • Presa de contrafuertes: tienen una pared que soporta el agua y una serie de contrafuertes o pilares, de forma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base. En general, se utilizan en terrenos poco estables y no son muy económicas.
  • Rebosaderos: son unos elementos que permiten liberar parte del agua que es retenida sin que pase por la sala de máquinas.
  • Destructores de energía: Se utilizan para evitar que la energía que posee el agua que cae desde los salientes de una presa de gran altura produzcan, al chocar contra el suelo, grandes erosiones en el terreno. Básicamente encontramos dos tipos de destructores de energía:
  • Los dientes o prismas de cimiento que provocan un aumento de la turbulencia y de los remolinos.
  • Los deflectores de salto de esquí, que disipan la energía haciendo aumentar la fricción del agua con el aire y a través del choque con el colchón de agua situado agua abajo de la central.

Presas de agua y conducciones: La alimentación del agua a las turbinas se hace a través de un sistema complejo de canalizaciones.

En el caso de los canales, se pueden realizar excavando el terreno o de forma artificial mediante estructuras de hormigón, en cualquiera de los casos el desnivel es mínimo. Su construcción está siempre condicionada a las condiciones geográficas, por eso, la mejor solución es construir un túnel de carga aunque el coste de inversión sea más elevado.




La parte final del recorrido del agua desde la cámara de carga hasta las turbinas se realiza a través de una tubería forzada. Para la construcción de estas tuberías se utiliza acero para saltos de agua de hasta 2000m y hormigón para saltos de agua de 500m.
 
 
  • Válvulas: Las válvulas son unos dispositivos que permiten controlar y regular la circulación del agua por las tuberías.
  • Chimeneas de equilibrio: son unos pozos de presión de las turbinas que utilizan para evitar el llamado golpe de ariete que se produce cuando hay un cambio repentino de presión debido a la apertura o cierre rápido de las válvulas en una instalación hidráulica. Las chimeneas de equilibrio pueden adoptar diferentes disposiciones.
  • Casa de máquinas: es la construcción donde se sitúan las máquinas (turbinas, alternadores, etc.) y elementos de regulación y control de la central.
  • Turbinas: Las turbinas hidráulicas son el elemento fundamental para el aprovechamiento de la energía en las centrales hidráulicas. Transforman en energía mecánica la energía cinética (fruto del movimiento) de una corriente de agua. Su componente más importante es el rotor que tiene una serie de palas, de tal forma que el agua en movimiento produce una fuerza que impulsa el rodillo y lo hace girar. Las podemos clasificar en dos grupos:
  • Turbinas de acción: Son aquellas en las que la energía de presión del agua se transforma completamente en energía cinética. Tienen como característica principal que el agua tiene la máxima presión en la entrada y la salida del rodillo. Un ejemplo de este tipo son las turbinas Pelton.
  • Turbinas de reacción: son esas en que solamente una parte de la energía de presión del agua se transforma en energía cinética. En este tipo de turbinas, el agua tiene una presión más pequeña en la salida que en la entrada. Un ejemplo de este tipo son las turbinas Francis.
Las turbinas que se utilizan actualmente con mejores resultados son las turbinas Pelton, Francis y Kaplan. A continuación se enumeran sus características técnicas y sus aplicaciones más destacadas:
  • Turbina Pelton: se conoce con el nombre de turbina de presión. Son adecuadas para los saltos de gran altura y para los caudales relativamente pequeños. La forma de instalación más habitual es la disposición horizontal del eje.

 
  • Turbina Francis: es conocida como turbina de sobre presión, porque la presión es variable en las zonas del rodillo. Las turbinas Francis se pueden usar en saltos de diferentes alturas dentro de un amplio margen de caudal, pero son de rendimiento óptimo cuando trabajan en un caudal entre el 60 i el 100% del caudal máximo. Pueden ser instaladas con el eje en posición horizontal o en posición vertical pero, en general, la disposición más habitual es la de eje vertical
 
  • Turbina Kaplan: Son turbinas de admisión total y turbinas de reacción. Se usan en saltos de pequeña altura con caudales medianos y grandes. Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, pero también se pueden instalar de forma horizontal o inclinada.

  • Alternador: el alternador es un tipo de generador eléctrico destinado a transformar la energía mecánica en eléctrica.

5. Funcionamiento de una central hidroeléctrica

La presa, situada en el curso de un río, acumula artificialmente un volumen de agua para formar un embalse. Eso permite que el agua adquiera una energía potencial que después se transformará en electricidad. Para esto, se sitúa aguas arriba la presa de agua protegida por una reja metálica, con una válvula que permite controlar la entrada de agua a la galería de presión; previa a una tubería forzada que conduzca, finalmente, el agua hasta la turbina de la sala de máquinas de la central.
El agua a presión de la tubería forzada va transformando su energía potencial en cinética, es decir, va perdiendo fuerza y adquiere velocidad. Al llegar a la sala de máquinas actúa sobre los álabes de la turbina hidráulica, transformando su energía cinética en energía mecánica de rotación. El eje de la turbina está unido al del generador eléctrico, que al girar convierte la energía rotatoria en corriente alterna de media tensión. El agua, una vez ha cedido su energía, es restituida al río aguas abajo de la central a través de un canal de desagüe. 

6. Impacto ambiental de las centrales hidroeléctricas

Siempre se ha considerado que la electricidad de origen hidráulico es una alternativa energética limpia. Aun así existen determinados efectos ambientales debido a la construcción de centrales hidroeléctricas y su infraestructura (embalse, presa, canales...).
La construcción de presas y, por extensión, la formación de embalses provoca un impacto ambiental que se extiende desde los límites superiores del embalse hasta la costa. Este impacto tiene las siguientes consecuencias, muchas de ellas irreversibles:
  • Sumerge tierras y desplaza a los habitantes de las zonas anegadas.
  • Altera el territorio, reduciendo la biodiversidad.
  • Modifica y limita el ciclo de vida de la fauna.
  • Dificulta la navegación fluvial y el transporte de materiales aguas abajo (nutrientes y sedimentos, como limos y arcillas).
  • Disminuye el caudal de los ríos, modificando el nivel de las capas freáticas, la composición del agua embalsada y el microclima.
  • Incrementa la pérdida de agua por evaporación en superfície, lo qual también produce cambios locales en las características atmosféricas.
También hay expertos que aseguran que las grandes reservas de agua pueden alterar la actividad tectónica, aunque reconocen que la probabilidad de que produzcan actividad sísmica es difícil de predecir.


 
Otros técnicos creen que en algunos casos los costes ambientales y sociales pueden ser evitados o reducidos a un nivel aceptable, si se evalúan cuidadosamente y se implantan medidas correctivas.
Por todo esto, es importante que en el momento de construir una nueva presa se analicen muy bien los posibles impactos ambientales en frente de la necesidad de crear un nuevo embalse.

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