LAS PLANTAS HIDROELÉCTRICAS
Las plantas hidroeléctricas capturan la energía que transporta agua con el objetivo de transformarla en electricidad. Una turbina convierte la energía cinética del agua que se está moviendo, en mecánica y, por último el generador se encarga de transformarla desde la turbina en energía eléctrica para el consumo de la población, ya sea en los hogares o en pequeñas, medianas o grandes empresas
En otras palabras son instalaciones que permiten aprovechar la energía potencial gravitatoria (masa a una cierta altura) contenida en el agua de los ríos, al convertirla en energía eléctrica mediante turbinas hidráulicas acopladas a generadores eléctricos.(National Geographic, 2015).
Partes de una central hidroeléctrica
Imagen de la Central Hidroeléctrica
Proceso:
La presa (2), situada en el lecho de un río, acumula artificialmente un volumen de agua para formar un embalse (1), lo que permite que el agua adquiera una energía potencial (masa a una cierta altura) que luego se transformará en electricidad. Para ello, se sitúa en el paramento aguas arriba de la presa,o en sus proximidades,una toma de agua protegida por una rejilla metálica (3) con una válvula que permite controlar la entrada del agua en la galería de presión, previa a una tubería forzada (4) que conduce finalmente el agua hasta la turbina situada en la sala de máquinas de la central.
El agua a presión de la tubería forzada va transformando su energía potencial en cinética, es decir,va perdiendo altura y adquiriendo velocidad.Al llegar a las máquinas,actúa sobre los álabes de la turbina hidráulica (5), transformando su energía cinética en energía mecánica de rotación. El eje de la turbina está unido al del generador eléctrico (6) que, al girar, convierte la energía rotatoria en corriente alterna de media tensión y alta intensidad.Mediante transformadores (7),es convertida en corriente de baja intensidad y alta tensión, para ser enviada a la red general mediante las líneas de transporte (8).(UNESA; 2015).
Una vez que ha cedido su energía, el agua es restituida al río, corriente abajo de la central, a través del canal de desagüe.
El agua a presión de la tubería forzada va transformando su energía potencial en cinética, es decir,va perdiendo altura y adquiriendo velocidad.Al llegar a las máquinas,actúa sobre los álabes de la turbina hidráulica (5), transformando su energía cinética en energía mecánica de rotación. El eje de la turbina está unido al del generador eléctrico (6) que, al girar, convierte la energía rotatoria en corriente alterna de media tensión y alta intensidad.Mediante transformadores (7),es convertida en corriente de baja intensidad y alta tensión, para ser enviada a la red general mediante las líneas de transporte (8).(UNESA; 2015).
Una vez que ha cedido su energía, el agua es restituida al río, corriente abajo de la central, a través del canal de desagüe.
Presa
La mayoría de las centrales hidroeléctricas dependen de una presa que retiene el agua, creando una gran reserva. A menudo, esta reserva es utilizada como un lago recreativo, como el cajón (planta que se localizada en Nayarit).
Entrada
Cuando las puertas se abren la gravedad empuja el agua a través de la compuerta, una tubería que conduce a la turbina. El agua acumula tensión a medida que pasa a través de la tubería.
Turbina
El agua golpea y gira las grandes palas de una turbina, que está unida al generador por encima de ella, por medio de un eje. El tipo más común de turbina para las hidroeléctricas es el conocido como “Francis Turbine”, que tiene apariencia de un disco gigante con palas curvadas.
Una turbina puede llegar a pesar hasta 172 toneladas y girar a un ratio de 90 revoluciones por minuto (pm), (Foundation for Water & Energy Education, 2006).
Generadores
Dentro del generador hay una serie de imanes, que ayudan a que las palas de la turbina giren. Los imanes gigantes debido a las turbinas de cobre, produciendo una corriente alterna (CA) por el movimiento de los electrones.
Transformador
El transformador que está dentro de la central eléctrica toma la corriente alterna y la convierte en corriente de alto voltaje.
Líneas eléctricas y Salida
De cada planta de energía llegan cuatro cables encargados de transmitir la electricidad generada. El agua que ha sido utilizada y llevada a través de todas las tuberías vuelve a desembocar en el torrente del río.
El agua que está en la reserva es considera la energía almacenada. Cuando las puertas se abren, el agua
fluye a través de ellas convirtiéndose en energía cinética, debido al movimiento.
La cantidad de electricidad que es generada está determina en base a varios factores. Dos de ellos son el volumen de flujo del agua y la cantidad de la altura hidráulica. La altura se refiere a la distancia entre la superficie del agua y las turbinas. A medida que esto incrementa, la electricidad generada también lo hace. Por lo tanto, a menudo depende de la cantidad de agua que hay en la reserva.(UNESA, 2015).
Comparación de diferentes energías
Determinado el costo de diferentes plantas de producción de energía se logró comprobar que las plantas hidroeléctricas ocupan el segunda lugar en producción de energía en el mundo y el primero en México. Esta energía es una de las que se tiene un mayor proceso de obtención, pero uno de sus inconvenientes es la infraestructura necesaria para ella.
Imagen 2 : Gráfica de obtención de energía
Energía hidroeléctrica y medioambiente
La energía hidroeléctrica no es contaminante, pero tiene impactos medioambientales.
La mayoría de plantas hidroeléctricas cuentan con una presa y una reserva. Estas estructuras pueden obstruir la migración de los peces y afectar a las poblaciones. De igual forma, llevar a cabo este tipo de instalaciones puede influir en el cambio de temperatura del agua y de la afluencia del río. Estos cambios pueden dañar a las plantas propias de la zona e incluso a los animales que habitan en sus aguas o en la tierra.
Una central hidroeléctrica clásica es un sistema que consiste en tres partes: una central eléctrica en la que se produce la electricidad; una presa que puede abrirse y cerrarse para controlar el paso del agua; y un depósito en que se puede almacenar agua.
Sustentabilidad
La energía hidroeléctrica es la que genera electricidad de forma más barata en la actualidad. Esto se debe a que, una vez que la presa se ha construido y se ha instalado el material técnico, la fuente de energía (agua en movimiento) es gratuita. Esta fuente de energía es limpia y se renueva cada año a través del deshielo y las precipitaciones.
Problemas o aspectos a tomar en cuenta
Sin embargo, la construcción de presas en los ríos puede destruir o afectar a la flora y la fauna y otros recursos naturales. Algunos peces, como el salmón, podrían encontrarse con la imposibilidad de nadar río arriba para desovar. Las últimas tecnologías, como las escaleras de peces, ayudan a los salmones a pasar por encima de las presas y a entrar en zonas de desove a contracorriente, pero la presencia de las presas hidroeléctricas cambia sus patrones migratorios y perjudica a las poblaciones de peces. Las centrales hidroeléctricas también pueden provocar la disminución de los niveles de oxígeno disuelto en el agua, lo que resulta dañino para los hábitats fluviales. (Scielo, 2016).
Ventajas y desventajas de una planta hidroeléctrica.
Las ventajas de las centrales hidroeléctrica:
1. No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía.
2. Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua.
3. A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego, protección contra las inundaciones, suministro de agua, caminos,etc.
4. Los precios de mantenimiento y explotación son bajos, de alrededor de 53usd/Kw.
5. Las obras de ingeniería necesarias para aprovechar la energía hidraúlica tienen una duración buena.
6. La turbina hidraúlica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia.
Las desventajas de las centrales hidroeléctricas:
1. Los costos de capital por kilovatio son muy altos.
alrededor de 2000usd/kW.
2. El emplazamiento, es lo que significa un aumento de la inversión y en los precios de mantenimiento y pérdida de energía de aproximadamente el 40%. Una central hidroeléctrica de 50MW, genera al año alrededor de 240GWh.
1. No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía.
2. Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua.
3. A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego, protección contra las inundaciones, suministro de agua, caminos,etc.
4. Los precios de mantenimiento y explotación son bajos, de alrededor de 53usd/Kw.
5. Las obras de ingeniería necesarias para aprovechar la energía hidraúlica tienen una duración buena.
6. La turbina hidraúlica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia.
Las desventajas de las centrales hidroeléctricas:
1. Los costos de capital por kilovatio son muy altos.
alrededor de 2000usd/kW.
2. El emplazamiento, es lo que significa un aumento de la inversión y en los precios de mantenimiento y pérdida de energía de aproximadamente el 40%. Una central hidroeléctrica de 50MW, genera al año alrededor de 240GWh.
3. La construcción lleva largo tiempo( alrededor de 10 años).
4. La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en año.
4. La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en año.
(Saruky and Mechitas, 2008)
Tipos de plantas hidroeléctricas y definiciones
Cómo podemos saber existe una gran variedad de construcciones de plantas hidroeléctricas, porque logramos obtener energía de muchas formas con la ayuda de la fuerza que nos proporciona el agua, a continuación, mencionaremos algunas de las más comunes y de las más extrañas e innovadoras que han existido.
Para la construcción de dichas presas se debe localizar un río o cañada o algún lugar con potencial para construir una presa, en la cual se debe de realizar un túnel que desvíe el agua y que se realice en temporada fuera de lluvias y empezar a realizar los cimientos y la estructura completa de la obra con hormigón y acero prefabricado, la estructura debe de ser tipo (A) que requiere de todos sus cimientos y toda la construcción reforzada y con un gran índice de error para que sea lo más segura posible..(Minicentrales Hidroeléctricas, 2006).
Centrales de agua fluyente:
Utilizan el flujo de un río para generar energía eléctrica. Operan de forma continua porque no tienen capacidad para almacenar agua al no disponer de embalse. Turbinas el agua disponible en el momento limitadas por la capacidad instalada. En estos casos las turbinas pueden ser de eje vertical, cuando el río tiene una pendiente fuerte, u horizontal, cuando la pendiente del río es baja. .(Minicentrales Hidroeléctricas, 2006).
Centrales de embalse:
Es el tipo más frecuente de central hidroeléctrica. Utilizan un embalse para almacenar agua e ir graduando el caudal que pasa por la turbina. Es posible generar energía durante todo el año si se dispone de reservas suficientes. Requieren una inversión mayor..(Minicentrales Hidroeléctricas, 2006).
Centrales de regulación:
Almacenan el agua que fluye por el río capaz de cubrir horas de consumo.
Centrales de bombeo o reversibles:
Tiene la capacidad de aumentar la energía potencial del agua (por ejemplo, subiéndose a un embalse) consumiendo para ello energía eléctrica. De esta manera puede utilizarse como un método de almacenamiento de energía (una especie de batería gigante). Están concebidas para satisfacer la demanda energética en horas pico y almacenar energía en horas valle.
Aunque lo habitual es que está centrales turbinen/bombeen el agua entre dos embalses a distinta altura, existe un caso particular llamado centrales de bombeo puro, en las que el embalse superior se sustituye por un gran depósito cuya única aportación de agua es la que se bombea del embalse inferior..(Minicentrales Hidroeléctricas, 2006).
