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7/8/2014 Centrales hidroelctricas | ENDESA EDUCA

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Centrales hidroelctricas

1. Qu es una central hidroelctrica?

Una central hidroelctrica es una instalacin que permite aprovechar las masas de agua en

movimiento que circulan por los ros para transformarlas en energa elctrica, utilizando

turbinas acopladas a los alternadores.

Segn la potencia instalada, las centrales hidroelctricas pueden ser:

Centrales hidrulicas de gran potencia: ms de 10MW de potencia elctrica.

Minicentrales hidrulicas: entre 1MW y 10MW.

Microcentrales hidroelctricas: menos de 1MW de potencia.

2. Componentes principales de una central hidroelctrica

La presa, que se encarga de contener el agua de un ro y almacenarla en un embalse.

Rebosaderos,elementos que permiten liberar parte del agua que es retenida sin que

pase por la sala de mquinas.

Destructores de energa, que se utilizan para evitar que la energa que posee el

agua que cae desde los salientes de una presa de gran altura produzcan, al chocar

contra el suelo, grandes erosiones en el terreno. Bsicamente encontramos dos tipos

de destructores de energa:

Los dientes o prismas de cemento, que provocan un aumento de la

turbulencia y de los remolinos.

Los deflectores de salto de esqu, que disipan la energa haciendo

aumentar la friccin del agua con el aire y a travs del choque con el colchn

de agua que encuentra a su cada.



Sala de mquinas.

Construccin donde se sitan

las mquinas (turbinas,

alternadores) y elementos de

regulacin y control de la

central.

Turbina. Elementos que

transforman en energa

mecnica la energa cintica de

una corriente de agua.

Alternador. Tipo de

generador elctrico destinado

a transformar la energa mecnica en elctrica.

Conducciones. La alimentacin del agua a las turbinas se hace a travs de un sistema

complejo de canalizaciones.

En el caso de los canales, se pueden realizar excavando el terreno o de forma artificial mediante

estructuras de hormign. Su construccin est siempre condicionada a las condiciones

geogrficas. Por eso, la mejor solucin es construir un tnel de carga, aunque el coste de

inversin sea ms elevado.

La parte final del recorrido del agua desde la cmara de carga hasta las turbinas se realiza a travs

de una tubera forzada. Para la construccin de estas tuberas se utiliza acero para saltos de

agua de hasta 2000m y hormign para saltos de agua de 500m.

Vlvulas, dispositivos que permiten controlar y regular la circulacin del

agua por las tuberas.

Chimeneas de equilibrio: son unos pozos de presin de las turbinas que se utilizan

para evitar el llamado golpe de ariete, que se produce cuando hay un cambio

repentino de presin debido a la apertura o cierre rpido de las vlvulas en una

instalacin hidrulica.

La presa

La presa es el primer elemento que encontramos en una central hidroelctrica. Se encarga de

contener el agua de un ro y almacenarla en un embalse.

Con la construccin de una presa se consigue un determinado desnivel de agua, que es

aprovechado para conseguir energa. La presa es un elemento esencial y su forma depende

principalmente de la orografa del terreno y del curso del agua donde se tiene que situar.

Las presas se pueden clasificar, segn el material utilizado en su construccin, en presas de

tierra y presas de hormign.

Las presas de hormign son las ms resistentes y las ms utilizadas. Hay tres tipos de

presas de hormign en funcin de su estructura:

Presas de gravedad. Son presas de hormign triangulares con una base ancha

que se va haciendo ms estrecha en la parte superior. Son construcciones de



larga duracin y que no necesitan mantenimiento. La altura de este tipo de presas est

limitada por la resistencia del terreno.

Presa de vuelta. En este tipo de presas la pared es curva. La presin provocada

por el agua se transmite ntegramente hacia las paredes del valle por el efecto del arco.

Cuando las condiciones son favorables, la estructura necesita menos hormign que

una presa de gravedad, pero es difcil encontrar lugares donde se puedan construir.

Presas de contrafuertes. Tienen una pared que soporta el agua y una serie de

contrafuertes o pilares de forma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga

del agua a la base.

En general, se utilizan en terrenos poco estables y no son muy econmicas.

La turbina hidrulica

Las turbinas hidrulicas son el elemento fundamental para el aprovechamiento de la energa en

las centrales hidrulicas. Transforman en energa mecnica la energa cintica (fruto del

movimiento) de una corriente de agua.

Su componente ms importante es el rotor , que tiene una serie de palas que son impulsadas por

la fuerza producida por el agua en movimiento, hacindolo girar.

Las turbinas hidrulicas las podemos clasificar en dos grupos:

Turbinas de accin. Son aquellas en las que la energa de presin del agua se

transforma completamente en energa cintica. Tienen como caracterstica principal

que el agua tiene la mxima presin en la entrada y la salida del rodillo.

Un ejemplo de este tipo son las turbinas Pelton.

Turbinas de reaccin. Son las turbinas en que solamente una parte de la energa de

presin del agua se transforma en energa cintica. En este tipo de turbinas, el agua

tiene una presin ms pequea en la salida que en la entrada.

Un ejemplo de este tipo son las turbinas Kaplan.

Las turbinas que se utilizan actualmente con mejores resultados son las turbinas Pelton, Francis

y Kaplan. A continuacin se enumeran sus caractersticas tcnicas y sus aplicaciones ms

destacadas:

Turbina Pelton. Tambin se conoce con el nombre de turbina de presin. Son

adecuadas para los saltos de gran altura y para los caudales relativamente

pequeos. La forma de instalacin ms habitual es la disposicin horizontal del

eje.



Turbina Francis. Es conocida como turbina de sobrepresin, porque la presin

es variable en las zonas del rodillo. Las turbinas Francis se pueden usar en saltos de

diferentes alturas dentro de un amplio margen de caudal, pero son de

rendimiento ptimo cuando trabajan en un caudal entre el 60 y el 100% del caudal

mximo.

Pueden ser instaladas con el eje en posicin horizontal o en posicin vertical pero, en general, la

disposicin ms habitual es la de eje vertical.

Turbina Kaplan. Son turbinas de admisin total y de reaccin. Se usan en saltos de

pequea altura con caudales medianos y grandes. Normalmente se instalan

con el eje en posicin vertical, pero tambin se pueden instalar de forma horizontal o

inclinada.

En el siguiente juego interactivo puedes comprender mejor la relacin entre el caudal y la altura

en las centrales hidroelctricas.

3. Tipos de centrales hidroelctricas



Hay muchos tipos de centrales hidroelctricas, ya que las caractersticas del terreno donde se

sita la central condicionan en gran parte su diseo.

Se podra hacer una clasificacin en tres modelos bsicos:

Centrales de agua fluyente. En este caso no existe embalse, el terreno no tiene

mucho desnivel y es necesario que el caudal del ro sea lo suficientemente constante

como para asegurar una potencia determinada durante todo el ao. Durante la

temporada de precipitaciones abundantes, desarrollan su mxima potencia y dejan

pasar agua excedente. En cambio, durante la poca seca, la potencia disminuye en

funcin del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ros en verano.

Centrales de embalses. Mediante la construccin de una o ms presas que forman

lagos artificiales donde se almacena un volumen considerable de agua por encima de

las turbinas.

El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Con el embalse puede

producirse energa elctrica durante todo el ao aunque el ro se seque completamente durante

algunos meses, cosa que sera imposible con una central de agua fluyente.

Estas centrales exigen, generalmente, una inversin de capital ms grande que la de agua

fluyente. Dentro de estos tipos existen dos variantes de centrales:

Centrales a pie de presa: en un tramo de ro con un desnivel apreciable se

construye una presa de una altura determinada. La sala de turbinas est situada

despus de la presa.

Centrales por derivacin de las

aguas: las aguas del ro son desviadas

mediante una pequea presa y son

conducidas mediante un canal con una

prdida de desnivel tan pequea como

sea posible, hasta un pequeo depsito

llamado cmara de carga o de

presin. De esta sala arranca una

tubera forzada que va a parar a la sala

de turbinas. Posteriormente, el agua es

devuelta ro abajo, mediante un canal

de descarga. Se consiguen desniveles

ms grandes que en las centrales a pie

de presa.

Centrales de bombeo o reversibles. Son un tipo especial de centrales que hacen

posible un uso ms racional de los recursos hidrulicos.

Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda diaria de energa

elctrica es mxima, estas centrales trabajan como una central hidroelctrica convencional: el

agua cae desde el embalse superior haciendo girar las turbinas y despus queda almacenada en el

embalse inferior.

Durante las horas del da de menor demanda, el agua es bombeada al embalse superior



para que vuelva a hacer el ciclo productivo.

4. Funcionamiento de una central hidroelctrica

La presa, situada en el curso de un ro, acumula artificialmente un volumen de agua para formar

un embalse. Eso permite que el agua adquiera una energa potencial que despus se transformar

en electricidad.

Para esto, la presa se sita aguas arriba, con una vlvula que permite controlar la entrada de

agua a la galera de presin; previa a una tubera forzada que conduce el agua hasta la turbina de

la sala de mquinas de la central.

El agua a presin de la tubera forzada va transformando su energa potencial en cintica (es

decir, va perdiendo fuerza y adquiere velocidad). Al llegar a la sala de mquinas el agua acta

sobre los labes de la turbina hidrulica, transformando su energa cintica en energa mecnica

de rotacin.

El eje de la turbina est unido al del generador elctrico, que al girar convierte la energa

rotatoria en corriente alterna de media tensin.

El agua, una vez ha cedido su energa, es restituida al ro aguas abajo de la central a travs de un

canal de desage.

5. Ventajas e inconvenientes de las centrales hidroelctricas

Las ventajas de las centrales hidroelctricas son:

No necesitan combustibles y son limpias.

Muchas veces los embalses de las centrales tienen otras utilidades importantes: el

regado, como proteccin contra las inundaciones o para suministrar agua a las

poblaciones prximas.



Tienen costes de explotacin y mantenimientos bajos.

Las turbinas hidrulicas son de fcil control y tienen unos costes de mantenimiento

reducido.

En contra de estas ventajas podemos enumerar los inconvenientes siguientes:

El tiempo de construccin es, en general, ms largo que el de otros tipos de centrales

elctricas.

La generacin de energa elctrica est influenciada por las condiciones

meteorolgicas y puede variar de estacin a estacin.

Los costes de inversin por kilovatio instalado son elevados.

En general, estn situadas en lugares lejanos del punto de consumo y, por lo tanto, los

costes de inversin en infraestructuras de transporte pueden ser elevados.

6. Impacto ambiental de las centrales hidroelctricas

Siempre se ha considerado que la electricidad de origen hidrulico es una alternativa

energtica limpia. Aun as, existen determinados efectos ambientales debido a la construccin

de centrales hidroelctricas y su infraestructura.

La construccin de presas y, por extensin, la formacin de embalses, provocan un impacto

ambiental que se extiende desde los lmites superiores del embalse hasta la costa. Este impacto

tiene las siguientes consecuencias, muchas de ellas irreversibles:

Sumerge tierras, alterando el territorio.

Modifica el ciclo de vida de la fauna.

Dificulta la navegacin fluvial y el transporte de materiales aguas abajo (nutrientes y

sedimentos, como limos y arcillas).

Disminuye el caudal de los ros, modificando el nivel de las capas freticas, la



composicin del agua embalsada y el microclima.

Los costes ambientales y sociales pueden ser evitados o reducidos a un nivel aceptable si se

evalan cuidadosamente y se implantan medidas correctivas. Por todo esto, es importante que

en el momento de construir una nueva presa se analicen muy bien los posibles impactos

ambientales en frente de la necesidad de crear un nuevo embalse.

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