LA ENERGÍA HIDRAULICA

1.-El agua: composición y propiedad

el cuerpo humano está compuesto en un 71-73% por agua La molécula de agua está formada por un átomo de oxigeno y dos de hidrogeno, es un liquido incoloro, inodoro e insaboro

El agua, a la presión atmosférica (1 atmosfera al nivel del mar) pasa al estado sólido a 0°C (hielo), y el estado gaseoso a 100 °C (vapor de agua). Si subimos al Everest donde la presión atmosférica es menor, el hierve a una temperatura menor (unos 70 °C).

Cuando está a una temperatura de 0°C (punto de solidificación) su densidad es de 0.917 Kg/l. Es decir que aumenta el volumen al convertirse en hielo. De ahí que el hielo flote en el agua.

2.- Energía hidráulica (norias, ruedas de paletas)

El agua, como sabemos, circula en forma líquida, solida o gaseosa. Se encuentra es esos estados según temperaturas y situación. Así tenemos:

– Agua en estado liquido en océanos, mares, ríos, acuíferos subterráneos, etc.

– Agua en estado sólido (en forma  de hielo en los polos, montañas, etc.).

– Agua en estado gaseoso (vapor de agua) en la atmosfera (nubes). La hidrosfera es el vehículo principal que utiliza el agua para circular.

El ciclo del agua en nuestro planeta se caracteriza por:

– El agua se traslada de unas zonas a otras cambiando de estado (sólido, líquido y gaseoso) pero sin apenas producirse reacciones químicas.

– La mayor parte del agua está presente en forma líquida (océanos, mares, agua subterránea, ríos, arroyos, lagos).

– El agua está en forma solida (hielo) en las zonas polares y de alta montaña.

El agua está en forma de vapor en las nubes, que son las que ayudan a llevar agua a las zonas donde no estaría de forma natural

Los procesos por los que el agua cambia de estado y se desplaza son bien conocidos (evaporación, condensación, infiltración, escorrentía, etc.).

3.-Centrales hidroeléctricas

si se construye una presa en un rio el agua puede fluir controladamente por una tubería desde una altura mayor a otra menor, de que aumenta su velocidad y presión. Así puede mover las aletas de una turbina que a su vez mueve a un generador, que produce electricidad. Esto es una central hidroeléctrica.

Las partes del complejo hidráulico son:

Embalse,  Agua retenida en el curso de un rio. La elección de lugar se hace teniendo en cuenta la cuenca hidrológica, pluviométria de la zona, las características geológicas del terreno, el impacto ambiental sobre la flora y la fauna, etc.

Presa o Represa. Es la estructura que se construye para contener el agua del embalse. Puede ser de varios tipos y materiales.

Rejillas de filtrados. Se colocan para retener las partes solidas que pueda arrastrar el agua, ya que de pasar, podrían dañar a la turbina y a las tuberías de la central.

Tubería forzada, Gracias a la diferencia de nivel entre el embalse y la turbina, el agua que baja por esta tubería va aumentando rápidamente su velocidad (y su presión).

– Conjunto de grupos turbina-alternador

– Turbina hidráulica. El agua que baja por la  tubería anterior a alta  velocidad y  presión, sigue  hasta la turbina transformándose su energía cinética en movimiento de rotación. El modelo que presentamos (hay muchas variedades de turbinas de agua) fue inventado por el austriaco V. Kaplan.

Además de esta turbina Kaplan, en las represas de agua de los embalses se utilizan las turbinas, Pelton y Francis. La turbina Pelton trabaja de una forma similar a los antiguos molinos.

– Turbina Pelton

Eje. Que entra en rotación gracias a la turbina anterior.

Generador eléctrico, que transforma el movimiento de rotación del eje anterior en electricidad de media tensión y alta intensidad.

Transformadores, que son los encargados de elevar la tensión de la electricidad producida, para facilitar su transporte. La electricidad “Fluye” mejor a alto voltaje y baja intensidad.

Líneas de transporte de la electricidad, producida hasta la red general.

Una clasificación de las centrales hidroeléctricas según la altura de caída del agua. Así tenemos:

– Centrales de alta presión, con un salto de agua de mas de 200 metros, donde se  utilizan turbinas tipo Pelton.

– Centrales de media presión, donde la caída del agua es de 20 a menos de 200 metros, con utilización de turbinas Francis o Kaplan.

– Centrales de baja presión, con una caída de agua de menos de 20 metros, con turbinas Kaplan.

– Centrales de muy baja presión, donde el salto es de menos de 4 metros.

4.-Caracteristicas principales de las centrales hidroeléctricas

Así tenemos que la potencia eléctrica de la presa depende de:

– Desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel superior del agua a la salida de la presa.

– Caudal de agua que pasa por las turbinas

– Características de los generadores empleados en la presa.

– Volumen de agua embalsada.

La potencia eléctrica de una central hidráulica puede variar desde unos pocos megavatios (MW) que es el caso de las minicentrales hasta miles de MW. Por ejemplo, la presa de Itaipu entre Brasil y Paraguay tiene una potencia de 14.000 megavatios, y la presa de las Tres Gargantas de China (la mayor del mundo) llega hasta 22.400  MW.

Debemos distinguir todas  estas unidades de medida de potencia del kilovatio-hora, que es una unidad de trabajo (cantidad de energía que se genera o consume en hora con una potencia de un kilowatio). Por ejemplo:

– Una lámpara incandescente consume 60-100 vatios en una hora de funcionamiento.

– Una lavadora puede consumir 500-800 vatios en una hora.

– Un microondas puede consumir 1400-1600 vatios en una hora.

Dentro de la potencia podemos distinguir dos conceptos.

– Potencia instalada. Es la potencia nominal que figura en las placas de los generadores de la central hidroeléctrica. En dichas placas figura la potencia que el fabricante garantiza para la maquina.

– Potencia media. Esta es la potencia considerando el caudal medio de agua disponible en la instalación, así como el desnivel o salto medio de la presa.

5.- Tipos de centrales hidroeléctricas (principio de funcionamiento)

en función de su apariencia:

– Centrales hidroeléctricas al aire libre, como es el caso de la presa de las tres Gargantas, Entrepeñas, El Atazar, Taupu, etc. Todas ellas están localizadas a pie de presa, más o menos alejadas de la misma, y conectadas a ella por una tubería a presión.

– Centrales en caverna, que se conectan al embalse por túneles.

Otra clasificación:

– Centrales de agua fluyente o de pasada., en este tipo de centrales se represa, dejando que el resto fluya. no hay embalse, por lo que no existe almacenamiento de agua. La central funciona si el rio lleva suficiente agua. Si se seca o el caudal es mínimo se para la central. Las turbinas funcionan según el caudal  de cada momento.

– Centrales de embalse. Son las más clásicas, se construye una presa en el cauce del rio para almacenar agua. Así la central puede trabajar con unas condiciones más o menos uniformes durante casi todo el año.

Las centrales hidroeléctricas las podemos clasificar también en:

– Minicentrales hidráulicas

– Centrales de gran potencia

– Centrales hidráulicas reversibles

Otra clasificación seria tomando en consideración la zona del rio donde se ubique la presa:

– Zonas de flujo rápido del rio, aprovechando la fuerte pendiente, las presas son estrechas, como lo es el cruce del rio en esos lugares.

– Zonas bajas del rio, con muy poca pendiente, pero donde se construyen presas muy anchas.

6.- Minicentrales Hidroeléctricas

Se caracterizan estas centrales por que tienen una producción eléctrica menor o igual de 10.000 KVA. Se utilizan para abastecer de electricidad a pequeños núcleos de población. No necesitan grandes embalses por lo que tienen menor impacto ambiental. Pero al tener poca capacidad de agua embalsada, dependen mucho de la pluviometría de la zona.

7.-Centrales hidroeléctricas de gran potencia

Son las que necesitan grandes embalses para producir cantidades fuertes de electricidad. Tienen un mayor impacto ambiental,  pero su funcionamiento suele ser más constante y pueden responder en momentos de mayor demanda.

Entre este tipo de centrales tenemos dos que destacan. Se trata de las dos más grandes del mundo:

– La presa de las Tres Gargantas en China, la mas grande del mundo

– La presa de Itaipú entre Paraguay y Brasil.

Presa de las Tres Gargantas

Las características de la presa de las Tres Gargantas son las siguientes:

– Localización de la presa de las Tres Gargantas: Rio Yangtsé, ciudad de Chiang Hubei), en la zona central de China.

– Denominación del embalse: Gorotkia.

– Capacidad de almacenamiento del embalse: 300 billones de metros cúbicos.

– Inicio de las obras: año 1996. Finalización de las obras: año 2011.

– Superficie anegada: 630 kilómetros cuadrados. Sus aguas han cubierto dos ciudades y 12 pueblos.

– Numero de turbinas: 32 con una potencia eléctrica de 700 MW cada una de ellas, lo que hace un total de 22.400 MV. La localización de esas turbinas es la siguiente: 6 subterráneas, 14 en la parte norte de la presa y 12 en la parte sur.

– Longitud de la presa: 2.309 metros. Altura de la presa: 185 metros.

8.-Centrales hidroeléctricas reversibles.

Durante la noche bombean agua en sentido contrario, es decir, que desde un embalse inferior, elevan el agua hasta otro superior Después, durante el día dejan caer esa agua del embalse superior para que produzca electricidad al descender y pasar por las turbinas de la presa

9.-Centrales Hidroeléctricas en el mundo.

Los mayores productores del mundo de electricidad de origen hidráulico son por este orden: Canadá, Estados Unidos, Rusia, China, Brasil y España. Por las características de estos países (grandes ríos, salvo España) han podido hacer grandes embalses, Por ejemplo, tenemos la Presa de Itaipu construida entre Brasil y Paraguay, que es la segunda mas grande del mundo, con una producción de de 12.600 megavatios (MW).

Características y parámetros más importantes de la presa de Itaipu.

  • Volumen del agua (nivel máx. normal)  130.000 millones de metros cúbicos
  • Extensión                                                   170 kilómetros
  • Nivel máximo normal                              220 metros
  • Área en el nivel máximo normal            1.350 kilóme cuadrados
  • Capacidad máxima de descarga                           62.200 metros cúbicos de agua
  • Longitud de la zona de descarga            483 metros
  • Compuertas de la presa                          14
  • Dimensiones de las compuertas            21 m (altura) x 20 m de (ancho)
  • Altura de la presa                                     196 metros
  • Longitud total de la presa                       7.744 metros
  • Área de la cuenca hidrográfica               820.000 kilómetros cuadrados
  • Precipitación media anual de la cuenca              1.400 mm
  • Caudal medio que afluye al embalse     11.736 metros cúbicos/segundo
  • Numero de generadores                         20

10.- Ventajas e inconvenientes de las centrales hidroeléctricas.

– Pueden ayudarnos a controlar y regular el caudal de los ríos, evitando inundaciones.

– Las hidroeléctricas producen electricidad barata con tecnologías muy probadas.

– Reaccionan con rapidez a los picos de demanda de electricidad.

– Las centrales hidroeléctricas tienen una gran vida útil.

– Son una fuente limpia de producción de electricidad, prácticamente sin residuos.

– Los embalses se puede emplear para actividades recreativas (vela, pesca).

– Aguas debajo de la presa se pueden hacer actividades náuticas de riesgo (descenso en canoas o balsas).

En cuanto a los inconvenientes podemos citar:

– Las presas pueden afectar a zonas de interés ecológico y humano

– Perdidas de cobertura vegetal y de fauna terrestre, cubiertas por el embalse.

– Posibilidad de accidentes graves por rotura de la presa, con pérdidas de vidas y económicas. La seguridad actual de las presas es muy grande.

– Corta el flujo natural de vida de los ríos (peces, reptiles).

– Disminución del caudal de los ríos y arroyos.

– Se necesitan importantes obras de infraestructura, en el caso de las grandes presas.

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