Introducción energía hidráulica

Introducción
La energía hidráulica se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La energía potencial,
durante la caída, se convierte en cinética. El agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un
movimiento de rotación que finalmente, se transforma en energía eléctrica por medio de los generadores. Es
un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua, y una vez utilizada, es
devuelta río abajo. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de
grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversión de grandes sumas de
dinero, por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbón o el petróleo son baratos. Sin embargo,
el peso de las consideraciones medioambientales y el bajo mantenimiento que precisan una vez estén en
funcionamiento centran la atención en esta fuente de energía.
La fuerza del agua ha sido utilizada durante mucho tiempo para moler trigo, pero fue con la Revolución
Industrial, y especialmente a partir del siglo XIX, cuando comenzó a tener gran importancia con la aparición
de las ruedas hidráulicas para la producción de energía eléctrica. Poco a poco la demanda de electricidad fue
en aumento. El bajo caudal del verano y otoño, unido a los hielos del invierno hacían necesaria la
construcción de grandes presas de contención, por lo que las ruedas hidráulicas fueron sustituidas por
máquinas de vapor con en cuanto se pudo disponer de carbón.
La primera central hidroeléctrica moderna se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El
renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del
perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del
siglo XX. En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de
electricidad.
A principios de la década de los noventa, las primeras potencias productoras de energía hidroeléctrica eran
Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60% de su electricidad de centrales hidráulicas. En todo el
mundo, este tipo de energía representa aproximadamente la cuarta parte de la producción total de electricidad,
y su importancia sigue en aumento. Los países en los que constituye fuente de electricidad más importante son
Noruega (99%), Zaire (97%) y Brasil (96%). La central de Itaipú, en el río Paraná, está situada entre Brasil y
Paraguay; se inauguró en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora del mundo. Como referencia, la presa
Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6500 Mw y es una de las más grandes.
En algunos países se han instalado centrales pequeñas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un
megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeñas presas son la principal fuente de
electricidad. Otras naciones en vías de desarrollo están utilizando este sistema con buenos resultados. En
Euskadi, debido a que los ríos son de curso corto y no conducen caudales importantes, existen bastantes
minicentrales hidráulicas. En el resto de España hay problemas de escasez de agua y se han construido presas
para riego. Posteriormente han sido aprovechadas para generar energía, y actualmente tenemos una fracción
importante de energía hidroeléctrica instalada.
CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
La energía hidroeléctrica es una de las más rentables. El coste inicial de construcción es elevado, pero sus
gastos de explotación y mantenimiento relativamente bajos. Aún así tienen unos condicionantes:
• Las condiciones pluviométricas medias del año deben ser favorables
• El lugar de emplazamiento está supeditado a las características y configuración del terreno por el
que discurre la corriente de agua.
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El funcionamiento básico consiste en aprovechar la energía cinética del agua almacenada, de modo que
accione las turbinas hidráulicas.
En el aprovechamiento de la energía hidráulica influyen dos factores: el caudal y la altura del salto para
aprovechar mejor el agua llevada por los ríos, se construyen presas para regular el caudal en función de la
época del año. La presa sirve también para aumentar el salto.
Otra manera de incrementar la altura del salto es derivando el agua por un canal de pendiente pequeña (menor
que la del cauce del río), consiguiendo un desnivel mayor entre el canal y el cauce del río.
El agua del canal o de la presa penetra en la tubería donde se efectua el salto. Su energía potencial se convierte
en energía cinética llegando a las salas de máquinas, que albergan a las turbinas hidráulicas y a los
generadores eléctricos. El agua al llegar a la turbina la hace girar sobre su eje, que arrastra en su movimiento
al generador eléctrico.
La tecnología de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX. Las turbinas pueden
ser de varios tipos, según los tipos de centrales: Pelton (saltos grandes y caudales pequeños), Francis (salto
más reducido y mayor caudal), Kaplan (salto muy pequeño y caudal muy grande) y de hélice. Las centrales
dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se controla y se puede
mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con
válvulas para adecuar el flujo de agua por las turbinas con respecto a la demanda de electricidad. El agua sale
por los canales de descarga.
El agua es devuelta al río en las condiciones en que se tomó, de modo que se puede volver a utilizar por otra
central situada aguas abajo o para consumo.
La utilización de presas tiene varios inconvenientes. Muchas veces se inundan terrenos fértiles y en ocasiones
poblaciones que es preciso evacuar. La fauna piscícola puede ser alterada si no se toman medidas que la
protejan.
VENTAJAS E INCONVENIENTES
La energía hidroeléctrica en general, y su uso en particular, presenta ciertas ventajas sobre otras fuentes de
energía, como son :
• Disponibilidad: Es un recurso inagotable, en tanto en cuanto el ciclo del agua perdure.
• "No contamina" (en la proporción que lo hacen el petróleo, carbón, etc.): Nos referimos a que no
emite gases "invernadero" ni provoca lluvia ácida, es decir, no contamina la atmósfera, por lo que no
hay que emplear costosos métodos que limpien las emisiones de gases.
• Produce trabajo a la temperatura ambiente: No hay que emplear sistemas de refrigeración o
calderas, que consumen energía y, en muchos casos, contaminan, por lo que es más rentable en este
aspecto.
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• Almacenamiento de agua para regadíos
• Permite realizar actividades de recreo (remo, bañarse, etc)
• Evita inundaciones por regular el caudal
Sin embargo, también tiene una serie de inconvenientes :
• Las presas : obstáculos insalvables
Salmones y otras especies que tienen que remontar los ríos para desovar se encuentran con murallas que no
pueden traspasar.
• Contaminación" del agua
El agua embalsada no tiene las condiciones de salinidad, gases disueltos, temperatura, nutrientes, y demás
propiedades del agua que fluye por el río.
• Privación de sedimentos al curso bajo
Los sedimentos se acumulan en el embalse empobreciéndose de nutrientes el resto de río hasta la
desembocadura.
¿Qué se entiende por recursos y reservas energéticos?
El mero conocimiento y cuantificación de la existencia de materias primas energéticas no significa
necesariamente que éstas se puedan emplear para la obtención de energía útil. Para ello, además tiene que ser
técnicamente posible su explotación y económicamente rentable la misma, es decir, que los costes de
extracción sean inferiores a los precios del mercado. Asimismo, es preciso que la energía útil que se obtenga
del recurso sea muy superior a la consumida en su extracción y transformación. Las cantidades de materia
prima energética que cumplan todos estos requisitos se denominan reservas, que pueden aprovecharse para su
transformación en energía útil en condiciones económicas rentables. Al resto de las cuantificadas se las
denominan recursos. La proporción de recursos que pasan a ser reservas, sin descubrirse nuevos yacimientos,
aumenta a medida que se abaratan técnicamente los costes de explotación, o bien porque en el mercado
alcanzan un mayor precio. Así, la fuerte elevación de los precios del petróleo en 1973 provocó que el crudo
del Mar del Norte dejase de considerarse únicamente recurso para considerarse reserva. La diferenciación
entre recursos y reservas es fundamental en el análisis económico de la energía y decisiva para una
planificación racional, puesto que, mientras que los recursos energéticos son muy abundantes, las reservas
energéticas son más escasas, aunque bastante variables.
¿Cómo se clasifican las fuentes de energía?
Para clasificar las distintas fuentes de energía se pueden utilizar varios criterios:
a) Según sean o no renovables.
b) Según la incidencia que tengan en la economía del país.
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c) Según sea su utilización.
a) Llamaremos fuentes de energía renovables a aquéllas cuyo potencial es inagotable por provenir de la
energía que llega a nuestro planeta de forma continua como consecuencia de la radiación solar o de la
atracción gravitatoria de otros planetas de nuestro sistema solar. Son la energía solar, eólica, hidráulica,
maremotriz y la biomasa.
Las fuentes de energía no renovables son aquéllas que existen en una cantidad limitada en la naturaleza. No se
renuevan a corto plazo y por eso se agotan cuando se utilizan. La demanda mundial de energía en la
actualidad se satisface fundamentalmente con este tipo de fuentes. Los más comunes son carbón, petróleo, gas
natural, uranio e hidrógeno (éstas utilizadas en fisión y fusión nuclear respectivamente).
b) Si atendemos al segundo criterio de clasificación, llamaremos fuentes de energía convencionales a aquéllas
que tienen una participación importante en los balances energéticos de los países industrializados. Es el caso
del carbón, petróleo, gas natural, hidráulica, nuclear.
Por el contrario se llaman fuentes de energía no convencionales, o nuevas fuentes de energía, a las que por
estar en una etapa de desarrollo tecnológico en cuanto a su utilización generalizada, no cuentan con
participación apreciable en la cobertura de la demanda energética de esos países. Es el caso de la energía
solar, eólica, maremotriz y biomasa.
c) Según sea su utilización las fuentes de energía las podemos clasificar en primarias y secundarias. Las
primarias son las que se obtienen directamente de la naturaleza, como ejemplo tenemos el carbón, petróleo,
gas natural. Es una energía acumulada. Las secundarias, llamadas también útiles o fínales, se obtienen a partir
de las primarias mediante un proceso de transformación por medios técnicos. Es el caso de la electricidad o de
los combustibles.
¿Qué es la energía hidráulica y cómo se aprovecha?
Podemos considerar la energía hidráulica como la energía que se obtiene a partir del agua de los ríos. Es una
fuente de energía renovable.
De forma indirecta tiene al Sol como origen. El calor evapora el agua de los mares formando las nubes, que a
su vez se transformarán en lluvia o en nieve, asegurando así la perennidad del ciclo.
El mayor aprovechamiento de esta energía se realiza en los saltos de agua de las presas. El agua se encuentra
generalmente retenida en los embalses o pantanos. Estos son unos grandes depósitos que se forman,
generalmente, de manera artificial, cerrando la boca de un valle mediante un dique o presa en el que quedan
retenidas las aguas de un río. Esta agua almacenada puede ser utilizada posteriormente para el riego,
abastecimiento de poblaciones o para la producción de energía eléctrica en una central hidroeléctrica.
La mayoría de las presas hidráulicas se destinan a la producción de energía eléctrica. Los países con gran
potencial hidráulico obtienen la mayor parte de la electricidad en centrales hidráulicas por sus grandes
ventajas, entre ellas la de ser un recurso inagotable que se renueva de forma gratuita y constante en la
naturaleza, pudiéndose aprovechar el excedente para otros fines.
Pero también presenta inconvenientes. No es posible hacer predicciones, puesto que dependen de la
hidraulicidad anual, y los años de sequía o lluviosos no es algo sobre lo que el hombre pueda incidir. Los
emplazamientos hidráulicos suelen estar lejos de las grandes poblaciones, por lo que es necesario transportar
la energía eléctrica producida a través de costosas redes. Otro aspecto poco favorable es el efecto negativo que
puede tener la creación de un embalse sobre el entorno, con problemas de alteración de cauces, erosión,
incidencias sobre poblaciones, pérdida de suelos fértiles, etc. Estos inconvenientes, unidos a las grandes
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inversiones necesarias en este tipo de centrales, y a la cada vez más difícil localización de emplazamientos son
los que impiden una mayor utilización de esta fuente energética. Sin embargo la energía hidráulica sigue
siendo la más empleada entre las fuentes de energía renovables para la producción de energía eléctrica.
La tecnología de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX. Las centrales
dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se controla y se puede
mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con
válvulas y turbinas para adecuar el flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad. El agua que entra
en la turbina sale por los canales de descarga. Los generadores están situados justo encima de las turbinas y
conectados con árboles verticales. El diseño de las turbinas depende del caudal de agua; las turbinas
Francis−Kaplan se utilizan para caudales grandes y saltos medios y bajos, y las turbinas Pelton para grandes
saltos y pequeños caudales.
Las turbinas hidráulicas se emplean para aprovechar la energia del agua en movimiento. La turbina Kaplan es
semejante a una hélice de un barco. las amplias palas o álabes de la turbina son impulsadas por agua de alta
presion liberada por una compuerta. La turbina Pelton es un modelo del siglo XIX cuyo funcionamiento es
más parecido al de un molino de agua tradicional. La rueda gira cuando el agua procedente del conducto
forzado golpea sus paleta o álabes. El agua sale a gran presion por la tobera e impulsa los álabes que hacen
girar un eje.
Además de las centrales situadas en presas de contención, que dependen del embalse de grandes cantidades de
agua, existen algunas centrales que se basan en la caída natural del agua, cuando el caudal es uniforme. Estas
instalaciones se llaman de agua fluente. Una de ellas es la de las Cataratas del Niágara, situada en la frontera
entre Estados Unidos y Canadá.
Características Ecológicas
Los aspectos negativos de la energía hidráulica, con respecto a la ecología, son:
• Altera el normal desenvolvimiento en la vida biológica (animal y vegetal) del río.
• Las centrales de embalse tienen el problema de la evaporación de agua: En la zona donde se construye
aumenta la humedad relativa del ambiente como consecuencia de la evaporación del agua contenida
en el embalse.
• En el caso de las centrales de embalse construidas en regiones tropicales, estudios realizados han
demostrado que generan, como consecuencia del estancamiento de las aguas, grandes focos
infecciosos de bacterias y enfermedades. En Brasil el brote de dengue fue asociado con las represas
construidas a lo largo del río Paraná.
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A pesar de estos aspectos la energía hidráulica es una buena opción ya que es una fuente de energía renovable
y lo más importante es que no genera CO2.
Conclusión
• La energía hidroeléctrica es una excelente fuente de energía a la vez renovable y capaz de abastecer
una gran demanda, además de ser poco contaminante. Pero presenta algunos inconvenientes, uno de
ellos es el gran gasto económico que conlleva la construcción de una central aunque este aspecto se ve
atenuado por lo económico que resulta la obtención de energía una vez producida la central. El
aspecto más negativo de esta fuente es que se ve incapacitada de crecer ya que en casi todos los
lugares donde es viable la construcción de una central, esta ya se encuentra allí.
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