Las centrales hidroeléctricas son instalaciones que aprovechan la energía potencial contenida en el agua transportada por los ríos para convertirla en energía eléctrica Para ello, emplean un sistemas de turbinas acopladas a alternadores Las centrales hidroeléctricas actúan a partir de ¡a energía potencial del agua embalsada a niveles superiores con respecto al punto donde se encuentra situada la central. Durante la caída, el agua se transforma en energía cinética que se aplica al movimiento de turbinas hidráulicas unidas a generadores, para su transformación en energía eléctrica. Una turbina hidráulica es una rueda forma tas curvas denominadas alabes, sobre las que actúa la corriente de agua, las en movimiento.
Hay que recordar que un generador funciona sobre la base de los principios de la inducción electromagnética, descubierta en 1831 por Faraday, que logró crear una corriente eléctrica al mover un imán junto a un circuito eléctrico cerrado. Existen dos tipos de generadores, los que originan una corriente eléctrica continua, dínamos, y los que crean una corriente alterna, denominados alternadores.
La potencia de una central hidroeléctrica viene determinada por el producto del caudal, el volumen de agua que puede ser desalojado por segundo y el salto de diferencia de altura existente entre la situación del agua y el lugar donde se sitúa la turbina.
El emplazamiento
Dado que, normalmente, el caudal de los ríos no asegura una aportación regular de agua, la construcción de una central hidroeléctrica requiere del embalse previo del agua , en una presa. Se forma así un lago artificial en el que puede generarse un salto a partir del cual se libera la energía potencial de la masa de agua, que se transforma posteriormente en energía eléctrica.
El emplazamiento de una central hidroeléctrica viene condicionada lugar, por las peculiaridades orográficas del terreno. No obstante, existen dos
modelos básicos: el aprovechamiento por derivación de las aguas y el aprovechamiento acumulación.
Aprovechamiento por derivación
En este primer caso, las aguas del río se desvían mediante la construcción de una pequeña presa hacia un canal que las conduce hasta un depósito, la cámara de carga procurando que la pérdida de nivel sea mínima.
Aprovechamiento por acumulación
En las centrales de aprovechamiento por acumulación se construye una presa a altura determinada, en un tramo del río que presenta un desnivel apreciable. De esta manera, el nivel del agua se sitúa en un punto cercano al extremo superior de la presa. Para aprovechar el volumen de embalse de ¡a cota superior, a medía altura se emplaza la toma de aguas; en la base inferior se sitúa el sistema de turbina-alternador
Funcionamiento de una central hidroeléctrica:
componentes principales
componentes principales
La presa
Se trata de un elemento esencial en los aprovechamientos hidráulicos. Existen dos grandes tipos de presas, las de gravedad y las de bóveda. En el primer caso, el propio peso del muro de la presa sirve para contener el agua. En las presas de bóveda, Li contención de las aguas se consigue mediante el empuje que ejercen los dos extremos del arco formado por la presa sobre las paredes laterales de la roca.
Aliviaderos
En la pared principal de la presa existen puntos donde parte del agua retenida se ¡ibera sin necesidad de que pase previamente por la sala de máquinas, donde se localiza el sistema de turbina-alternador Los aliviaderos entran en funcionamiento cuando se producen grandes avenidas en el río o para asegurar las necesidades del riego.
La salida del agua por los aliviaderos se regula gracias a la presencia de grandes puertas metálicas. La energía de caída del agua ha de ser disipada para evitar cause daños en su caída a los terrenos emplazados aguas abajo de la presa. La instalación de cuencos de amortiguación permite guiar la corriente.
Tomas de agua
Se sitúan en la pared anterior de la presa, la que da al embalse. Desde las agua parten diversas conducciones que se dirigen hacia las turbinas. Unas compuertas permite regular el volumen de agua que llega a la sala de máquinas otra parte, la existencia de rejillas metálicas impide el acceso de elementos tales como troncos o ramas, que podrían dañar la maquinaria. Desde la toma de agua pasa a una tubería forzada que atraviesa el cuerpo de la presa y con hacia las máquinas de la central. En el interior de la tubería, el agua transforma la energía potencial en cinética, es decir, adquiere velocidad.
La sala de máquinas: turbina y alternador
La turbina y el alternador son los mecanismos esenciales de la central hidroelélectrica. Cuando el agua llega a las máquinas, actúa sobre los alabes de la turbinas,—girar el rodete y perdiendo energía. El rodete de la turbina permanece unido al rotor del alternador, que, al girar con los polos excitados por una corriente induce una corriente alterna en las bobinas del estator del alternador. Cuando ha cedido su energía, es restituida nuevamente al río, aguas abajo de la instalación. Unido al eje de la turbina y el alternador gira un generador de corriente empleado para excitar los polos del rotor del alternador. De esta manera, en los terminales del estator aparece una corriente alterna de media tensión y alta intensidad. Mediante un transformador esta corriente altera sus propiedades y pasa a ser alta tensión y baja intensidad. Se encuentra ya disponible para ser transportada mediante líneas de alta tensión hacia los centro de distribución y consumo
Central Hidroeléctrica de Bombeo
Las centrales de bombeo constituyen un tipo especifico de instalaciones hidroeléctricas. Están pensadas para el máximo aprovechamiento de la energía del agua.
Una central hidroeléctrica de bombeo consta de dos embalses emplazados a diferente altura. En las horas en que la demanda de electricidad es máxima, el funcionamiento del sistema no difiere del de las centrales hidroeléctricas convencionales. Así, el agua almacenada en el embalse superior provoca con su caída el giro de una turbina que se encuentra asociada a un alternador. Finalizada esta operación, el agua permanece almacenada, gracias a la presencia de una presa en un embalse construido a nivel inferior.
Cuando la demanda de electricidad disminuye, el agua almacenada en el embalse inferior se bombea hacia el superior, haciendo posible que el ciclo se reinicie. Para ello, la central está provista de motobombas, o bien de turbinas reversibles que pueden actuar como bombas, y alternadores que funcionan como motores.
Las centrales termoeléctricas no pueden adaptarse a los cambios de demanda señalados, puesto que están diseñadas para producir de manera estable. Puede darse el caso de que, en un momento de poca demanda, se esté generando un volumen de energía eléctrica excesivo. Dado que la energía no puede almacenarse, en las centrales de bombeo puede aprovecharse la generada en la central termoeléctrica —.funcionando a su mínimo técnico— para elevar el agua desde el embalse inferior al superior.
Una vez que el agua ha sido recuperada, la central de bombeo se utiliza nuevamente como central hidroeléctrica convencional, a lo largo del periodo del día en que la demanda es mayor. En suma, las instalaciones hidroeléctricas de bombeo evitan la pérdida de un importante volumen de energía, optimizando el aprovechamiento de los recursos hidráulicos.
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