CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONAMIENTO DE UNA

CENTRAL HIDROELÉCTRICA

Electricidad

MagnetismoMovimiento

MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS

• Como motor eléctrico: Convierte la energía eléctrica en mecánica.

• Como generador eléctrico: Convierte la energía mecánica en eléctrica.

EL PODER DEL AGUA

• Desde la antigüedad, el hombre se dio cuenta que el agua que fluye desde un nivel superior a uno inferior tiene una cierta cantidad de energía. Que puede ser utilizada.

ESENCIA DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

• El aprovechamiento de la energía potencial del agua para producir energía eléctrica constituye el alma de le energía hidroeléctrica.

El conjunto de instalaciones e infraestructura para aprovechar este potencial del agua se denomina Centrales Hidroelectricas.

¿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, arroyos, canales u otro tipo de corrientes para transformarlas en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a los alternadores.

• Las centrales hidroeléctricas son sistemas que transforman la energía contenida en el flujo de los ríos en energía cinética que moverá una turbina para que un generador pueda producir a partir de ahí energía eléctrica.

La construcción de la central hidroeléctrica se produce siempre en los lugares donde pueden ser aprovechados los desniveles naturales de los cursos de los ríos y se debe tener un caudal mínimo para garantizar la productividad.

HISTORIA DE LAS CENTRALES HIDROELECTRICAS

• Hace mas de un siglo que se aprovecha la energía hidráulica para generar electricidad y , de hecho, es una de las fuentes renovables más antiguas y utilizadas en el planeta para la obtención de energía.

PRIMERAS CENTRALES HIDROELECTRICAS

• Appleton Edison._ Inicio su operación el 30 de septiembre de 1882, fue construida en el río Fox en Appleton, Wisconsin, USA.

• Otra Referencia

La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña

PRESA A LO ANCHO DEL RÍO FOX EN APPLETON, WISCONSIN, EL LUGAR DE LA PRIMERA CENTRAL HIDROELÉCTRICA EN EL MUNDO.

CLASIFICACIÓN DE APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS

• Las centrales Hidroelectricas están condicionadas por las características del lugar de instalación.

• La topografía del terreno influye en la obra civil y en la selección del tipo de maquina.

• Hay muchos tipos de centrales hidroeléctricas, ya que las

características del terreno donde se sitúa la central condicionan en gran parte su diseño.

POR LA POTENCIA PRODUCIDA

Grandes._ Con grandes embalses y la capacidad de producción de varios miles de millones de watts.

Mini hidroeléctricas._ con tamaño menor y potencia de generación menores a 5000 Kw.

Micro hidroeléctricas._ Cuya potencia de producción es menor a

1000 Kw.

POR EL EMPLAZAMIENTO

• Centrales de aguas fluyentes.

• Centrales de embalses.

• Centrales de pie de presas.

• 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. Mediante la construcción de una o más presas que forman lagos artificiales donde se almacena un volumen considerable de agua por encima de las turbinas.

COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE EMBALSE

• 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.

• La potencia de una Central Hidroeléctrica es proporcional a la altura del salto y al caudal turbinado, por lo que es muy importante determinar correctamente estas variables para el diseño de las instalaciones, y el tipo y tamaño de los equipos

PRINCIPALES COMPONENTES

• Barrera o Presa.

• Canal.

• Turbinas.

• Generadores.

• Transformadores.

• Flujo de salida.

• Líneas de transmisión.

BARRERA O PRESA • La presa es el primer elemento que encontramos en una central hidroeléctrica. Se

encarga de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse. Es también en gran medida responsables del impacto ambiental de una central.

• En ingeniería se denomina presa a un muro grueso de piedra u otro material (como hormigón; material suelto o granular), que se construye a través de un río, arroyo o canal para almacenar el agua y elevar su nivel.

TIPOS DE PRESAS

• Presas de materiales sueltos.

• Presas de gravedad de hormigón.

• Presas de arco.

• Presas aligeradas.

PRESAS DE HORMIGÓN

• Las presas de hormigón son las más resistentes y las más utilizadas. Hay tres tipos de presas de hormigón en función de su estructura:

• Presas de gravedad.

• Presa de arco.

• Presas de contrafuertes.

• Presas 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 duración y que no necesitan mantenimiento. La altura de este tipo de presas está limitada por la resistencia del terreno.

• Presa de ARCO. En este tipo de presas la pared es curva. La presión provocada por el agua se transmite íntegramente hacia 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.

• Presas 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.

EL CANAL

• Por donde pasa el agua así que la puerta (o compuerta) de control es abierta enviando el agua para la tubería que la llevará a las turbinas.

LA TURBINA HIDRÁULICA

• 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.

• Generalmente con varias láminas curvas que se ven afectadas por el agua y giran en torno a un eje a 90 rpm

TIPOS DE TURBINAS HIDROELECTRICAS

• La turbina hidroeléctrica constituye uno de los elementos fundamentales de una central hidroeléctrica, porque es la encargada de “recoger” el agua para hacerla girar al rotor y producir energía eléctrica. El diseño de la turbina depende de varios factores, como la eficiencia energética o el salto de agua que va a soportar. Las más utilizadas son:

• Turbina Pelton.

• Turbina Kaplan.

• Turbina Francis.

TURBINA PELTON

• Una de las más eficientes energéticamente. Consiste en una rueda que está rodeada por una serie de palas o cucharas que son las encargadas de soportar la caída del agua. Las Pelton son unas turbinas de flujo transversal y su esquema es el siguiente:

TURBINA KAPLAN.

• En este caso estamos ante una turbina de flujo axial, con una forma muy parecida a la hélice de un barco. Tiene la peculiaridad de que sus hélices son regulables, por lo tanto se adapta a diferentes saltos de agua y caudales.

TURBINA FRANCIS.

• Es la más utilizada en las centrales hidroeléctricas, ya que su diseño permite adaptarse a los caudales de agua y a los diferentes saltos de agua. Además, es la más eficiente energéticamente. En su caso, el flujo es mixto, a medio camino entre la Kaplan y la Pelton.

GENERADORES

Los generadores se utilizan para convertir la energía mecánica en energía eléctrica. Un generador hidroeléctrico opera cambiando la energía mecánica del agua que cae en energía eléctrica.

Lo consigue gracias a la interacción de los dos elementos principales que lo componen: la parte móvil llamada rotor, y la parte estática que se denomina estator.

Cuando un generador eléctrico está en funcionamiento, una de las dos partes genera un flujo magnético (actúa como inductor) para que el otro lo transforme en electricidad (actúa como inducido).

TRANSFORMADORES

• Control del voltaje

Es el que aumenta (o disminuye) la tensión de la corriente eléctrica hasta un nivel adecuado para su conducción hasta los centros de consumo (casas fabricas hospitales hoteles etc.).

Los trasformadores consisten en dos bobinas enrolladas sobre un núcleo de hierro.

Existen dos tipos de transformadores

i. T. Elevadores

ii. T. Reductores

TRANSFORMADORES ELEVADORES• Los transformadores elevadores tienes mas espirales en el devanado de la bobina

secundaria, para incrementar el voltaje.

TRANSFORMADORES REDUCTORES• Tienen mas espirales en la bobina primaria, para reducir el voltaje.

• FLUJO DE SALIDA(o tubo de succión) Que conduce el agua de la turbina hasta el caudal del río.

LINEAS DE TRANSMICION

Que distribuyen la energía generada resultante.

FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

Centrales Hidroelectricas

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

VENTAJAS

La principal ventaja de la energía hidroeléctrica es su considerable rentabilidad en comparación con otras forma de energía renovable; como la eólica o la solar.

La hidroelectricidad son también un beneficio por su flexibilidad operativa, estas plantas son ideales para ajustar su producción de energía y adaptarse a los cambios de energía en la demanda durante ciertos periodos.

Tienen una vida útil muy larga, algunas plantas siguen todavía en servicio después de 50años de operación. Los costos operativos de mano de obra son usualmente bajos, ya que se las puede automatizar y así tener poco personal en el lugar durante su funcionamiento en condiciones normales.

• No necesitan combustibles y son limpias.

• Muchas veces los embalses de las centrales tienen otras utilidades importantes: el regadío, como protección contra las inundaciones o para suministrar agua a las poblaciones próximas.

• Tienen costes de explotación y mantenimientos bajos.

• Las turbinas hidráulicas son de fácil control y tienen unos costes de mantenimiento reducido.

DESVENTAJAS

• Aunque la energía hidroeléctrica es el método más rentable de producir energía a partir de una fuente renovable, retos como:

i. los largos periodos de ejecución de las obras,

ii. importantes necesidades de recursos humanos

iii. y los impactos ambientales,

iv. así como la creciente dificultad para acceder a a los sitios potenciales de aprovechamiento sugieren que los energía hidroeléctrica declinará después de 2020.

:

• El tiempo de construcción es, en general, más largo que el de otros tipos de centrales eléctricas.

• La generación de energía eléctrica está influenciada por las condiciones meteorológicas y puede variar de estación a estación.

• Los costes de inversión por kilovatio instalado son elevados.

• En general, están situadas en lugares lejanos del punto de consumo y, por lo tanto, los costes de inversión en infraestructuras de transporte pueden ser elevados.

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.

La construcción de presas y, por extensión, la formación de embalses, provocan 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, alterando el territorio.

• Modifica 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.