Energía minihidráulica

Boletín IIE
abril-junio-2013
Breves técnicas
Energía minihidráulica
Ricardo Saldaña Flores
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Las centrales que generan electricidad aprovechando los cauces y caídas de agua
se denominan centrales hidroeléctricas. Aquéllas que no rebasen los 10 MW
son consideradas como minihidroeléctricas.
En la figura 1 se muestra el proceso de generación eléctrica mediante una
central minihidroeléctrica.
Existen dos clasificaciones generales de las centrales minihidroeléctricas:
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Centrales a filo de agua, agua fluyente o de paso
Centrales a pie de presa o embalse
Las centrales a filo de agua no cuentan con un lugar de almacenamiento del
agua, por lo que aprovechan la energía del flujo de agua “al momento”. Lo
anterior da como resultado que este tipo de centrales generen más o menos
electricidad, dependiendo de la disponibilidad del caudal disponible. La figura
2 muestra el esquema de una central minihidroeléctrica a filo de agua.
Las centrales a pie de embalse constan de un dique o presa, el cual permite
almacenar el agua, siendo posible generar electricidad de manera prácticamente constante, dependiendo de las características geográficas e hidrológicas del lugar donde se encuentre construida la central. Este tipo de centrales
pueden satisfacer picos de demanda eléctrica. La figura 3 muestra el esquema
de una central minihidroeléctrica a pie de presa.
Las minicentrales hidroeléctricas operan con el mismo principio que las
centrales hidroeléctricas de gran tamaño. Dentro del conjunto de mecanismos
capaces de aprovechar el potencial del agua se encuentra la turbina hidráulica.
Las turbinas de acción o impulso son aquéllas en
las cuales el sentido de giro del rodete coincide
con el de la proyección del chorro de agua, en el
momento en que éste empuja el rodete. Dicho
efecto resulta parecido al impulso de una corriente
de aire sobre un velero. A este grupo pertenecen las
turbinas Pelton y Banki.
En las turbinas de reacción o sobrepresión, el
sentido de giro del rodete no coincide con el
sentido de proyección del flujo de agua. En este
tipo de turbinas se hace pasar el flujo del agua a
través de palas fijas, cambiando éste de dirección,
velocidad y presión, provocando una reacción en el
rodete, haciendo posible que éste gire y produzca la
Figura 1. Proceso de generación eléctrica a través
de una central minihidráulica.
Una turbina hidráulica es un dispositivo capaz de convertir la energía contenida en cauces a energía mecánica de rotación. Para la obtención de electricidad, la energía de rotación es transmitida a un generador eléctrico, el cual
transforma la energía mecánica en energía eléctrica.
Las turbinas hidráulicas pueden ser clasificadas de acuerdo a la manera en que
interactúa el agua sobre ellas, en turbinas de acción o impulso y de reacción o
sobrepresión.
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Figura 2. Esquema de una central minihidroeléctrica a filo de agua.
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mínimo impacto ambiental y hacen posible la generación eléctrica en lugares
apartados que no cuenten con servicio eléctrico. Este tipo de centrales también
pueden ser interconectadas a redes de distribución, permitiendo de esta manera
la generación distribuida.
En la actualidad, la tecnología de las centrales minihidroeléctricas está ampliamente desarrollada a nivel mundial. En virtud de que este tipo de centrales
se diseñan en función de las necesidades a satisfacer y de las condiciones del
sitio de instalación, solo es factible estandarizar determinadas partes, siendo
necesario diseñar, construir e implementar el resto del equipo según los requerimientos de un proyecto determinado.
Figura 3. Esquema de una central minihidroeléctrica a pie de presa.
Con base en datos publicados por las Naciones Unidas, el potencial mundial
de micro, mini o pequeñas centrales en 2005 era de alrededor de 76 GW y
el potencial explotado de cerca de 48 GW (63%). Para el caso de México se
estima un potencial minihidráulico de 3,453 MW, con un total de 252 sitios
explotables con una potencia promedio por central de 13.7 MW.
Gran parte del esfuerzo actual en el desarrollo de la tecnología minihidráulica se ha enfocado en la mejora del costo-beneficio. A continuación se anotan
algunos puntos clave en este sentido:
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Figura 4. Aplicación de turbinas en función del
gasto y la carga.
potencia para la cual fue diseñado. A este tipo de
turbinas pertenecen las de hélice, Kaplan y Francis.
Con el fin de tener una idea de la aplicación de
las tecnologías, en la figura 4 se muestran distintas
tecnologías de aprovechamientos, en función de la
caída de agua y el flujo de la misma.
Contrario a las centrales hidroléctricas de gran
tamaño, las centrales minihidroléctricas tienen un
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Normalización más que diseño de sistemas para cada sitio, contando con
tamaños estándar de turbinas, compartiendo componentes siempre que
sea posible.
Evitar en gran medida los costos de construcción civil a través de la utilización de obras civiles ya existentes en los emplazamientos.
Operación a velocidad variable de turbinas de baja carga.
Implementación de equipos electrónicos y telemetría que permitan el
funcionamiento sin atención directa.
Diseño de turbinas generadoras sumergibles que eviten la necesidad de
cuartos de máquinas.
Uso de nuevos materiales como plásticos, anticorrosivos, etc., para la
manufactura de turbinas, tuberías de presión, sellos, etc.
Optimización a través de análisis computacionales de sistemas pequeños,
lo cual permita mejores dimensionamientos, con el fin de maximizar el
retorno financiero de los proyectos.
Utilización de presas inflables con agua que permitan la regulación de la
carga hacia las turbinas.
Desarrollo de nuevos tipos de turbinas o modificaciones en los tipos existentes, incluyendo el uso de bombas de manera inversa.
Técnicas de construcción de centrales que eviten o minimicen el daño a
los peces.
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