CENTRALES HIDROELà CTRICAS 1.Introducción:

CENTRALES HIDROELÃ CTRICAS
1.Introducción:
Una central hidroeléctrica es aquella central destinada a la generación de energÃ−a mediante el
aprovechamiento de la energÃ−a potencial del agua embalsada en una presa situada a un nivel más alto
rÃ−o arriba.
El agua es conducida por una tuberÃ−a de descarga a la sala de máquinas de la central, donde se produce la
generación de energÃ−a eléctrica en alternadores mediante el movimiento de enormes turbinas
hidráulicas.
La primera central hidroeléctrica del mundo se construyó en 1880 en el condado de Northumberland, Gran
Bretaña. A principios de la década de los años veinte gran parte de la producción total de electricidad
era generada en gran parte por centrales de este tipo.
A principios de los noventa, las primeras potencias mundiales en producción hidroeléctrica eran los
Estados Unidos y el Canadá. En todo el mundo, este sistema de producción eléctrica representa
aproximadamente la cuarta parte de la producción total de electricidad. Los paÃ−ses en los que constituye la
fuente de energÃ−a más importante son Noruega (99%), la República Democrática del Congo (97%) y el
Brasil (96%).
2.Funcionamiento
La energÃ−a se obtiene de la caÃ−da del agua desde cierta altura a un nivel inferior, lo que provoca el
movimiento de turbinas hidráulicas. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que
presentan suficiente cantidad de agua. Su desarrollo requiere la construcción de pantanos, presas y canales de
derivación; y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para la generación de electricidad.
2.PRINCIPALES COMPONENTES
-Presa: El primer elemento que encontramos en una central hidroeléctrica es la presa o azud, que tiene
como función atajar el rÃ−o y remansar las aguas.
Con estas construcciones se logra un determinado nivel de agua antes de la contención y otro nivel diferente
después de la misma. Ese desnivel se aprovecha para producir energÃ−a.
Las presas pueden clasificarse según su material de construcción en presa de tierra y presas de hormigón.
Estas últimas son las más utilizadas y pueden dividirse en presas de gravedad (las que tienen un peso
adecuado para contrarrestar el momento de vuelco que produce el agua) y presas de bóveda (necesitan
menos material que las otras y se suelen utilizar en gargantas estrechas).
-Aliviaderos: Son elementos vitales de la presa y tiene la misión de liberar el agua embalsada sin que ésta
pase por la sala de máquinas. Se encuentran en la pared principal de la presa y pueden ser de fondo o de
superficie.
La función asignada a los aliviaderos es la de 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 mayorÃ−a del lÃ−quido se pierda en una cuenca de amortiguación que
se encuentra a pie de presa. Para conseguir que el agua salga por los aliviaderos existen grandes compuertas
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de acero que se pueden abrir o cerrar a voluntad según requiera una determinada situación.
-Tomas de agua: Son construcciones que permiten recoger el agua para llevarla hasta las turbinas a través
de diversas conducciones.
El canal de derivación se utiliza para conducir agua desde la presa hasta las turbinas. Es necesario hacer la
entrada a las turbinas por conducción forzada y por ello es necesario que exista una cámara de presión en
la unión entre el canal y la turbina. Es bastante normal evitar el canal y aplicar directamente la tuberÃ−a
forzada a las tomas de agua de la presa.
Debido a variaciones de carga del alternador o a condiciones imprevistas se utilizan las chimeneas de
equilibrio que evitan las sobrepresiones.
Las estructuras forzadas suelen ser de aceros con refuerzos regulares a lo largo de su longitud.
-Casa de máquinas: es la construcción donde se ubican las máquinas y los elementos de regulación y
comando. Está construida de manera compacta y la entrada de agua a la turbina se hace por medio de una
cámara construida en la misma presa. Las compuertas de entrada y de salida se emplean para poder dejar sin
agua la zona de máquinas en caso de reparación o montajes.
-Turbinas: Hay tres tipos de turbinas hidráulicas que desarrollaremos en el apartado especifico para ellas.
à stas son:
-La rueda Pelton
-La turbina Francis
-La hélice o turbina Kaplan
3.TIPOS DE TURBINA
Como acabamos de decir, hay tres tipos de turbinas hidráulicas (Pelton, Francis y Kaplan). Cada una de ellas
está aconsejada para los distintos casos de salto de agua y potencia de la turbina. En términos generales
cada una se usa asÃ−:
-La rueda Pelton para saltos grandes.
-La turbina Francis para saltos de tamaño medio.
-La turbina de hélice, también denominada turbina Kaplan, para saltos pequeños.
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-Rueda Pelton: En ellas, un chorro de agua convenientemente dirigido y regulado incide sobre las cucharas de
la rueda. El agua se desvÃ−a sin chocar mientras cede toda su energÃ−a cinética para caer finalmente en la
parte inferior y salir de la máquina.
Esta es la turbina del tipo Pelton expuesta en la central de RÃ−o Blanco.
-Turbina Francis: son de reacción y se emplean en saltos medianos. Estas turbinas tienen una corona
distribuidora de aguas en vez de toberas. Esta corona rodea por completo al rodete, y para lograr que el agua
entre radialmente a este rodete existe una cámara espiral que se encarga de la adecuada dosificación en
cada punto de entrada del fluido.
-Turbina Kaplan: En los casos en los que el agua sólo circula en dirección axial se ponen este tipo de
turbinas. Tienen álabes móviles para adecuarse al estado de la carga. Estas turbinas aseguran un buen
rendimiento aunque tengan bajas velocidades de rotación.
4.VENTAJAS E INCONVENIENTES
-Ventajas:
Es renovable.
No se consume, ya que se toma el agua en un punto y se devuelve a otro en cota inferior.
Es autóctona y no es necesario importar nada para producir energÃ−a.
Es completamente segura para los seres vivos.
No genera calor ni emisiones contaminantes.
Genera muchos puestos de trabajo en su construcción.
Los costos de mantenimiento y explotación son bajos.
Requiere inversiones muy cuantiosas que se realizan normalmente en comarcas de montaña muy deprimidas
económicamente.
La turbina hidráulica es una máquina sencilla, eficiente y segura que puede ponerse en marcha y detenerse
con rapidez; y además requiere poca vigilancia siendo sus costes de mantenimiento, por lo general,
reducidos.
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A menudo puede combinarse con otros beneficios como la irrigación, la protección contra las inundaciones,
el suministro de agua, navegación y ornamentación del terreno para generar turismo.
También genera experiencia y tecnologÃ−a fácilmente exportables a paÃ−ses en vÃ−as de desarrollo.
-Inconvenientes:
Altera el normal desenvolvimiento en la vida biológica del rÃ−o.
Las centrales de embalse tienen un serio problema con la evaporación de agua.
En el caso de centrales construidas en zonas tropicales, está demostrado que en los grandes pantanos en la
selva se generan muchas epidemias e infecciones.
Los costos de capital por kilovatio instalado suele ser muy altos.
El emplazamiento lo determinan caracterÃ−sticas naturales y esto da lugar a que puedan estar lejos de los
centros de consumo y exigir la construcción de un sistema de transmisión de electricidad muy caro.
La construcción lleva largo tiempo en comparación con la de las centrales térmicas.
La disponibilidad de la energÃ−a puede fluctuar entre las estaciones debido a la variación en el caudal de los
rÃ−os.
5.TIPOS DE CENTRALES
-Central hidroeléctrica de pasada: Es aquella en la que no existe una acumulación de agua apreciable rÃ−o
arriba de las turbinas.
En una central de este tipo, las turbinas deben aceptar el caudal disponible del rÃ−o, con sus variaciones de
estación en estación; o si es imposible, el agua sobrante se pierde por rebosamiento.
En ocasiones, un embalse relativamente pequeño bastará para impedir esa pérdida por rebosamiento.
El esquema de una central de este tipo puede ser el siguiente:
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En la misma se aprovecha un estrechamiento del rÃ−o, y la obra de la casa de máquinas puede estar
integrada en la misma presa.
El desnivel entre “aguas arriba” y “aguas abajo” es reducido y, si bien se forma un remanso de agua a causa
del azud, no es demasiado grande.
Este tipo de central requiere un caudal suficiente de manera constante para asegurar una potencia determinada
a lo largo del año.
-Central hidroeléctrica con embalse de reserva: En este tipo de proyecto se embalsa un volumen
considerable de lÃ−quido rÃ−o arriba de las turbinas mediante la construcción de una o más presas que
forman lagos artificiales (pantanos).
El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Del volumen embalsado depende la
cantidad que se puede hacer pasar por las turbinas.
Al tener embalse de reserva puede producirse energÃ−a eléctrica durante todo el año aunque el rÃ−o se
seque por completo durante algunos meses, cosa que serÃ−a imposible en un proyecto de pasada.
Las centrales con almacenamiento de reserva exigen por lo general una inversión de capital mayor que las de
pasada, pero en la mayorÃ−a de los casos permiten usar toda la energÃ−a posible y producir kilovatios-hora
más baratos.
Pueden existir dos variantes de estas centrales hidroeléctricas:
a) La casa de maquina a pie de presa
b) Aprovechamiento por derivación del agua
-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 paÃ−s.
Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda de energÃ−a eléctrica alcanza su
máximo nivel a lo largo del dÃ−a, las centrales de bombeo funcionan como una central convencional
generando energÃ−a.
Al caer el agua almacenada en el embalse superior hace girar un rodete de la turbina asociada a un alternador.
Después el agua queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del dÃ−a en la que la demanda
de energÃ−a es menor el agua es bombeada al embalse superior para que pueda hacer 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.
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6.Las presas según su aplicación:
Presa de derivación en el rÃ−o Mosa
- Presas filtrantes o diques de retención: son aquellas que tienen la función de retener sólidos, desde
material fino, hasta rocas de gran tamaño, transportadas por torrentes en áreas montañosas, permitiendo
sin embargo el paso del agua.
- Presas de control de avenidas: son aquellas cuya finalidad es la de laminar el caudal de las avenidas
torrenciales, con el fin de que no se cause daño a los terrenos situados aguas abajo de la presa en casos de
fuerte tormenta.
- Presas de derivación: El objetivo principal de estas es elevar la cota del agua para hacer factible su
derivación, controlando la sedimentación del cauce de forma que no se obstruyan las bocatomas de
derivación. Este tipo de presas son, en general, de poca altura ya que el almacenamiento del agua es un
objetivo secundario.
En la foto, la bocatoma está en la margen derecha del rÃ−o. La estructura que atraviesa el rÃ−o sirve para
crear un pequeño represamiento para garantizar el funcionamiento de la bocatoma.
6.1Definiciones relativas al apartado:
Bocatoma: Una bocatoma, o captación, es una estructura hidráulica destinada a derivar desde un curso de
agua, rÃ−o, arroyo, o canal; o desde un lago ; o incluso desde el mar, una parte del agua disponible en esta,
para ser utilizada en un fin especÃ−fico, como pueden ser abastecimiento de agua potable, riego, generación
de energÃ−a eléctrica, acuicultuta, enfriamiento de instalaciones industriales, etc.
7.Lugares de presas importantes:
Mundo:
La presa de las Tres Gargantas está situada en el curso del rÃ−o Yanki en China y es la planta
hidroeléctrica y de control de inundaciones más grande del mundo.
La presa tiene como finalidad, además, mejorar las condiciones en el curso medio e inferior de rÃ−o,
permitiendo controlar las inundaciones y mejorar la navegación fluvial. Tendrá dos centrales
hidroeléctricas que contendrán un total de 26 turbinas. La represa tendrá 2.309 metros de largo y 185
metros de alto.
España:
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La central hidroeléctrica de Villarino tiene por fin aprovechar, mediante un desnivel, la energÃ−a potencial
contenida en forma de agua para convertirla en energÃ−a eléctrica utilizando unas turbinas acopladas a
unos alternadores.
La gran cantidad de agua que se retiene, es mediante una presa, la presa de Almendra, formando asÃ− un
embalse o lago artificial del que se generará un salto de agua, para liberar eficazmente la energÃ−a potencial
de la masa de agua y transformarla posteriormente en energÃ−a eléctrica, este tipo de centrales
hidroeléctricas se llaman centrales con regulación.
El aprovechamiento del agua, consiste en llevar el agua de la presa por una galerÃ−a de conducción con
apenas desnivel, hasta un depósito llamado chimenea de expansión. De esta chimenea arranca una
tuberÃ−a forzada que conduce el agua hasta la sala de máquinas de la central. Posteriormente el agua es
restituida al rio Duero, utilizando un canal de descarga de agua abajo.
En la central propiamente dicha, se encuentran los equipos eléctricos formados por los grupos
turbina-alternador. El agua que llega por la galerÃ−a forzada es conducida hasta los álabes de la turbina, que
unida por un eje al alternador hacen que el rotor de éste gire, induciendo en el estator una corriente
eléctrica de alta intensidad y media tensión. à sta mediante un transformador, pasará a ser de baja
intensidad y alta tensión, apta por lo tanto para su transporte y distribución a los centros de consumo.
Galicia:
Es la central hidroeléctrica de la Castellana en Coruña. Construcción de Edificio de Control y
construcción de 609 metros lineales de Canal de hormigón armado rectangular de 3,20 m. de base y 2,80 m.
de altura .
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