Energas renovables: hidrulica Tecnologa Industrial

IES. Cristbal de Monroy, Dpto. de Tecnologa pgina 1 de 4

ENERGIA HIDRAULICA

Una masa de agua situada a una determinada altura posee una energa potencial igual al producto de m g h, que se transforma en energa cintica al dejarla caer libremente (1/2 mv2). Pues bien, se entiende como energa hidrulica la energa asociada a las corrientes o saltos de agua, siendo las centrales hidroelctricas las encargadas de aprovechar esta energa y transformarla en energa elctrica.

ELEMENTOS QUE LA COMPONEN

1) Embalse

Un embalse es el lugar donde se almacena el agua, y consta de la presa y los desages.

a) Presa. Es una barrera interpuesta en el cauce de un ro para retener y almacenar su agua, elevando el nivel considerablemente y regulando e l caudal de salida. Atendiendo a la forma de resistir el empuje de la corriente hay dos tipos de presa: presas de gravedad, en las que el empuje del agua se contrarresta con el peso del muro que forma la presa, y presas de bveda, en forma de arco, con lo que se consigue soportar mejor la presin del agua.

b) Desages. Son aperturas dispuestas en la pared principal de la presa a travs de las cuales se controla la salida del agua. Existen tres tipos de desages: de superficie, de medio fondo y de fondo.

- Desages de superficie o aliviaderos. Se encuentran en la parte superior de la presa y tienen la funcin de regular el nivel del agua para evitar el desbordamiento. Pueden ser de tres clases en funcin del tipo de compuerta utilizada: de compuerta vertical, construida con materiales que resisten la presin del agua (como la chapa reforzada) que se desliza sobre rales; de compuertas de segmento, que estn formadas por una estructura metlica sujeta a un eje de giro cuyo extremo tiene forma de superficie cilndrica, se utilizan en caudales no muy elevados; y clapetas, compuestas de una bscula unida por uno de sus extremos a la parte superior de la compuerta de tal forma que cuando la compuerta desciende se abre y fluye el agua.

- Desages de medio fondo. Son desages que se alimentan a media altura de la presa.

- Desages de fondo. Son desages situados en la parte inferior de la presa.

2) Tuberas de conexin

Desde las tomas de agua se conduce el agua de la presa hasta estas tuberas de conexin que se encargan de llevar el agua hacia las turbinas.

Estn construidas con materiales de gran resistencia como acero, fundicin, fibrocemento o plstico reforzado con fibra de vidrio. El dimetro y grosor de las tuberas

Energas renovables: hidrulica Tecnologa Industrial

IES. Cristbal de Monroy, Dpto. de Tecnologa pgina 2 de 4

dependen del caudal de la presa, y se sostienen en el suelo mediante apoyos y con anclajes de hormign en los cambios de direccin; pueden ser areas o subterrneas.

3) Planta transformadora

Son las instalaciones donde se transforma la energa cintica del agua en energa elctrica. Las partes que componen una planta transformadora son los elementos de cierre y reguladores y las turbinas.

? Elementos de cierre y reguladores. Son los en-cargados de impedir o regular la entrada del agua en la planta.

? Turbinas. Los dos tipos ms habituales de turbinas hidrulicas son las de accin y las de reaccin.

- Turbinas de accin. Para hacer girar las aspas se aprovecha slo la velocidad del agua. Estas turbinas pueden ser de flujo cruzado, de tipo Pelton y otras. La ms usada es la turbina Pelton, en la que el agua que empuja los labes es impulsada por inyectores que regulan el caudal, y se emplea para centrales de pequeo caudal y con un gran salto de agua. Tiene la caracterstica de que admite una amplia variacin de caudal, y, en caso de parada, cuenta con un deflector de chorro, mecanismo que dirige el agua directamente al desage evitando una sobrepresin en la tubera.

- Turbinas de reaccin. En estas turbinas el movimiento de los labes es provocado tanto por la velocidad como por la presin del agua.

Hay varios tipos de turbina de reaccin: turbina Francis de hlice, Kaplan, etc.

4) Generador y elementos anexos. Los elementos anexos o complementarios son los elementos necesarios para controlar el proceso de generacin de corriente elctrica y regularlo.

TIPOS DE CENTRALES HIDRAULICAS

Las centrales hidroelctricas se pueden clasificar segn sus caractersticas orogrficas, atendiendo a su estructura o segn la potencia que generen.

1.- Segn sus caractersticas orogrficas, las centrales hidrulicas se dividen en centrales fluyentes y centrales con regulacin:

? Centrales fluyentes. Estn situadas en ros con un caudal constante, de forma que no requieren la formacin de un embalse o ste es de pequeas dimensiones. La recogida de agua se hace direc tamente del ro y va hacia las turbinas.

Energas renovables: hidrulica Tecnologa Industrial

IES. Cristbal de Monroy, Dpto. de Tecnologa pgina 3 de 4

? Centrales con regulacin. Son las que estn situadas en lugares donde es necesario embalsar el agua y provocar un salto elevado de la misma.

2.- Segn su estructura, se clasifican en centrales por desviacin de las aguas y de pie de presa:

? Centrales por desviacin de las aguas. En stas se desva parte del caudal del ro mediante un azud o muro situado transversalmente a la corriente. Con ello se crea un remanso sin necesidad de elevar mucho el nivel del agua.

El agua desviada se canaliza con la toma (ensanchamiento en la parte anterior del canal que agiliza la entrada del agua) hasta el canal de derivacin, que puede ser a cielo abierto o por tubera. Desde all se dirige a la cmara de carga o depsito donde se almacena el agua y del que parte la tubera forzada, que lleva el agua hacia la planta transformadora.

? Centrales de pie de presa. Requieren la construccin de una presa que almacene el agua a una altura determinada. Si son de alta o media cada el agua llega a la turbina (generalmente horizontal de impulsin) a gran velocidad, con lo que no es necesario un generador de mucho dimetro. Si son de baja cada se necesitan turbinas de reaccin, que son mucho ms voluminosas debido al gran caudal de agua que deben hacer pasar y, adems, los generadores son tambin de grandes dimensiones por la poca velocidad del agua.

3.- Segn la potencia que generan, se clasifican en minicentrales y macrocentrales:

? Minicentrales hidrulicas. Generan potencias comprendidas entre los 250 y los 5.000 kW.

? Macrocentrales o centrales hidrulicas. Se generan potencias superiores a 5.000 kW.

Por ltimo, un tipo especial de generacin es la llamada central de bombeo, en la que el embalse a partir del cual se genera energa hidroelctrica recibe el agua por bombeo desde otro embalse inferior. Para ello, adems de los elementos con los que cuenta una central convencional, es necesario el uso de bombas que eleven el agua. Su principal aplicacin es combinndola con una central trmica, nuclear o hidroelctrica convencional, y se implanta en lugares donde hay un desfase entre la energa generada y la demanda de energa, bien sea porque paralizar la produccin de energa es poco rentable (centrales trmicas y nucleares en las que el costo de tiempo y dinero del arranque no es rentable) o porque, si no se evacua el agua, se desbordara el embalse (centrales hidrulicas).

Por ejemplo, a lo largo del da una central puede tener una demanda que sobrepase su capacidad de generacin elctrica, y por la noche, producir ms de lo que se consume. Para evitar este desfase, durante la noche la energa sobrante se utiliza para bombear agua a un embalse superior, de tal fortuna que durante el da, con el agua almacenada, se genera la energa necesaria para cubrir el exceso de demanda sin que la central tenga que sobredimensionarse para generara por s misma.

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ENERGA HIDRULICA

Entre las ventajas que ofrece tanto el uso de la energa hidrulica como de las instalaciones que la acompaan, podemos citar las siguientes:

Energas renovables: hidrulica Tecnologa Industrial

IES. Cristbal de Monroy, Dpto. de Tecnologa pgina 4 de 4

- El proceso de transformacin de la energa hidrulica en elctrica es limpio, es decir, no produce residuos ni da lugar a la emisin de gases o partculas slidas que pudieran contaminar la atmsfera.

- Las presas que se construyen para embalsar el agua permiten regular el caudal del ro, evitando de esta forma inundaciones en pocas de crecida y haciendo posible el riego de las tierras bajas en los perodos de escasez de lluvias.

- El agua embalsada puede servir para el abastecimiento a ciudades durante largos perodos de tiempo.

- Los embalses suelen ser utilizados como zonas de recreo y esparcimiento, donde se pueden practicar una gran cantidad de deportes acuticos: pesca, remo, vela, etc.

No obstante, la utilizacin a gran escala de la energa hidrulica tambin presenta inconvenientes. Entre ellos mencionaremos:

- Los embalses de agua anegan extensas zonas de terreno, por lo general muy frtiles y en ocasiones de gran valor ecolgico, en los valles de los ros. Incluso, en algunos casos, han inundado pequeos ncleos de poblacin, cuyos habitantes han tenido que ser trasladado