Actividad 5 Energía Hidráulica

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Universidad de Guadalajara. 
Centro Universitario de Ciencias Exactas e 
Ingeniería. 
Ingeniería Mecánica Eléctrica. 
División de Ingenierías. 
Fuentes Alternas de Energía. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Actividad 5. Energía Hidráulica. 
 
 
Díaz López Mario Alan. 
 
Profesor: 
López Ornelas Armando. 
 
 
 
421-443 
8. Minicentrales Hidráulicas. 
8.3 Origen. 
Proviene de la consecuencia de la radiación solar. Inicia en el ciclo hidrológico evaporando el 
agua de la tierra. El agua en forma de vapor llevada sobre los continentes por la atmosfera y al 
precipitar y fluir por la superficie de los terrenos por riachuelos y ríos es capaz de proporcionar 
esta energía. 
 
Figura 1. Energía hidráulica en el ciclo hidrológico. 
8.4. Potencial de la energía hidráulica. 
Estimaciones tales como 2-3 TW , con una producción anual de 10,000 a 20,000 TWh , debido 
a solo un porcentaje puede ser explotado a causa de el agua , una parte será inaccesible y otra 
se evaporaría antes de usarse. 
La potencia en Watts se determina haciendo uso de la ecuación; 
𝑃 = 𝜌𝑔𝒬Η 
Donde p =1,000 Kg/m3 densidad del agua. 
𝒬 es el caudal del agua en m3/s . 
G aceleración gravitacional en 9.81 m/s2 . 
H es el salto bruto en metros. 
8.4.1.1. Medida del caudal. 
El aforo de una corriente de agua es la medida del caudal circulante que pasa por una sesión A 
en un momento determinado. Esto es: 
𝒬 = 𝜈Α 
 
 
Donde es la velocidad de la corriente de agua y A es la sección que atraviesa la misma. Para 
calcular el área A de la sección transversal puede discretizarse la misma en N trapecios como a 
continuación se muestra: 
 
Figura 2. Área de una sección transversal dividida en Trapecios. 
Mediante la regla graduada se miden las alturas o lados de los trapecios teniendo así esta 
ecuación; 
𝐴 = 𝑏 (
ℎ1 + ℎ2 +⋯+ ℎ𝑛
𝓃
) 
El cálculo de la velocidad media del agua se puede llevar a cabo mediante diversas técnicas. 
Una de ellas consiste en utilizar molinetes que permitan medir la velocidad de la corriente en 
un número suficiente de puntos de esa sección. 
 
8.5 Evolución histórica de la energía hidráulica. 
Existen muchos posibles usos de la potencia del agua que no contemplan la generación de 
electricidad. La energía hidráulica puede utilizarse directamente una vez transformada en 
energía mecánica; de hecho, ésta ha sido la aplicación exclusiva de la potencia hidráulica hasta 
la mitad del siglo XIX. La energía hidráulica ha sido una de las primeras fuentes de energía 
utilizadas para reducir la carga de trabajo del hombre y de los animales. 
No se conoce con exactitud cuándo se inventó la rueda de agua, pero los sistemas de irrigación 
existen desde hace al menos 5.000 años y parece probable que el primer aparato que utilizó la 
potencia hidráulica fue la noria, elevando agua desde un río a un tanque o a un sistema de 
canales. 
8.6 Tecnología. Tipos de centrales hidráulicas. 
Para la transformación de la energía cinética y potencial del agua a mecánica de rotación es 
necesaria las turbinas hidráulicas las cuales van acopladas a un eje de un generador eléctrico, 
generando así energía eléctrica. Estas así mismo dependen de: 
 
 
• La altura de salto. Gran salto (más de 150 m), mediano salto (entre 20 m y 150 m ), 
bajo salto (2m y 20 m). 
• Tipo de tecnología utilizada. 
• La localización y tipo de presa, embalse. 
También según el tipo de central; 
• Centrales de agua fluyente. 
• Centrales de embalse. 
• Centrales en canales de riego. 
• Centrales en tuberías de abastecimiento de agua potable. 
 
8.6.1 Centrales de agua fluyente. 
 
 Este tipo solo toman una parte del caudal del rio y lo dirigen hacia la turbina para convertir la 
energía cinética y potencial a mecánica. 
 
Existen diversas configuraciones posibles, dependiendo de la topografía del emplazamiento. 
Una solución, cuando el salto es medio o alto, consiste en utilizar un azud para remansar el agua 
y desviar parte del caudal del río por un canal de derivación o por una tubería de baja presión 
hasta la llamada cámara de carga, donde está conectada la tubería forzada que conduce el agua 
con la mayor pendiente posible hacia el edificio de la central, donde se encuentran las turbinas, 
los generadores eléctricos y demás aparatos de regulación y control 
 
Si el salto es muy pequeño se puede construir el mismo mediante una pequeña presa, de tal 
manera que ésta, la toma de agua y el edificio de la central constituyen una 
única estructura. 
 
Figura 3. Central hidroeléctrica de agua fluyente. 
 
 
 
 
8.6.2 Centrales de embalse. 
Centrales de pie de presa o de regulación son hidroeléctricos que tienen posibilidad de 
almacenar las aportaciones de agua de un rio. 
Se lleva a cabo mediante la construcción de un deposito o utilizando embalses construidos para 
otros usos tales como riego o abastecimiento de poblaciones. 
 
Figura 4. Central hidroeléctrica de embalse. 
8.6.2.1 Centrales de hidro bombeo. 
Cuando la presa de la central hidroeléctrica dispone de un cauce que lo abastece, como es el 
caso que se ha descrito hasta ahora, y además recibe agua por bombeo de un depósito con cota 
inferior, la central se denomina de bombeo mixto. 
 
Figura 5. Central de bombeo Mixta. 
 
 
 
 
8.6.4 Centrales en tuberías de suministro de agua potable. 
Consiste en instalar una turbina a la salida de tuberías de presión, que suministran el agua 
potable desde los embalses a las estaciones de tratamiento, con el propósito de convertir la 
energía hidrostática que contiene el agua en energía eléctrica. 
Al igual que las centrales integradas dentro de canales de riego, se precisa instalar un bypass 
con el propósito de garantizar el suministro de agua a la población en el caso de parada de la 
turbina. 
 
 
Figura 6. Central de red de agua potable. 
8.7 Tecnología. Subsistemas de las centrales hidráulicas. 
Subsistemas y sus componentes de manera general en una central hidroeléctrica; 
• Obra civil. 
• Turbinas hidráulicas y transmisiones mecánicas. 
• Generadores eléctricos. 
• Subsistema de regulación y control. 
• Subsistema eléctrico auxiliar. 
Obra Civil. 
La obra civil se compone de forma general de los elementos de retención y almacenamiento 
(azudes y presas), destinados a retener el cauce de un río, y los elementos de seguridad para la 
evacuación de caudales, integrados por aliviaderos y compuertas. Asimismo, forman parte de 
la obra civil las conducciones hidráulicas (toma de agua, tubería forzada, etc.), el canal de 
descarga y el edificio de la central. 
 
 
 
 
 
 
Turbinas hidráulicas. 
Un elemento esencial de una instalación hidroeléctrica es la turbina hidráulica; 
 
Figura 7. Esquema de una turbina hidráulica.