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Energía Hidroeléctrica 
Introducción 
 Así como la mayoría de las energías renovables, la energía 
proveniente del movimiento del agua (HIDROELÉCTRICA) es 
un recurso indirecto de la energía solar. 
Siendo la segunda fuente de energía renovable mas importante 
en el mundo. 
Las Hidroeléctricas Galloway 
Este proyecto hidroeléctrico fue el mas importante de su tiempo 
y el primero en considerar los aspectos ambientales. 
Puesta en operación en 1935 cuenta con 6 plantas generadoras y 
3 represas importantes para el 
almacenamiento de agua. 
 
 Loch Doom 
 Clatteringshaws Loch 
 Loch Ken 
 
 
NOTA: La primera central hidroeléctrica 
se construyó en 1880 en Northumberland, 
Gran Bretaña. 
 
Potencia en las Hidroeléctricas Galloway 
Las características esenciales de una planta de hidroeléctrica para su potencia, son 
básicamente 2: 
– La Altura Efectiva(H) 
– Flojo Volumétrico (Q) 
Donde podremos cerciorarnos posteriormente que la potencia de salida de una planta 
hidroeléctrica es aproximadamente: 
 
El Problema Ambiental 
El principal problema ambiental que 
surgió para poder aprobar el proyecto 
fue el efecto que tendría en el salmón 
 al no poder llegar a la región de 
desove, debido a las represas que se 
colocarían. Esto fue solucionado con 
la fabricación de estanques tipo 
escaleras para peces con un flujo 
constante de agua, estas en 4 de las 
represas fabricadas. 
Aspectos Económicos 
Desde el principio, la demanda y consecuentemente el 
rendimiento económico superó las expectativas y sólo en 
unos pocos años de grave sequía hizo caer la producción 
por debajo del nivel previsto. Este sigue siendo el caso 
hoy en día. Después de casi 70 años las cinco plantas 
originales siguen generando de energía, uniéndose en 
1984 para una producción de 2 MW la planta de la válvula de 
Drumjohn. Todo el esquema es operado por los ingenieros en 
Glenlee, la única planta con generación permanente. Los 
costos de construcción originales del campo pagado hace 
muchos años. 
Recursos Hidroeléctricos 
"Los recursos" para la hidroelectricidad así como para los otros recursos 
renovables de energía, no es una cantidad finita almacenada, sino un flujo 
potencialmente aprovechable durante el año, en este caso, la energía que es 
disponibles para conversión en energía eléctrica es cuando la lluvia (o nieve) 
cae en la tierra alta. Como en la mayoría de los casos esta energía se convierte 
en electricidad es comúnmente expresada en kWh o TWh por año. 
Ciclo del Agua 
Una característica importante es que casi una 
cuarta parte de la energía que llega a la Tierra 
por parte del sol (1.5 mil millones de TWh) es 
aprovechada para la evaporación de aguan en la 
tierra por año. Se podría pensar que de esta 
manera se cuenta con un gran reservorio de 
energía térmica en el vapor de agua que se 
encuentra en la atmosfera. 
NOTA: Solo el 0.06 de la energía es retenida 
por la precipitación que cae en las colinas y 
montañas (22,500 millones de TWh). 
Capacidad Mundial y Producción 
La capacidad mundial instalada a gran escala de energía hidroeléctrica ha aumentado cada año 
durante más de un siglo, y en 2002 había alcanzado alrededor de 740 GW. La contribución de 
pequeñas centrales hidroeléctricas es muy incierto, pero puede aumentar el total de 5-10% 
(como veremos mas adelante). Durante las últimas décadas, la producción anual de las grandes 
centrales hidroeléctricas se ha incrementado notablemente y de una manera constante, con un 
incremento medio anual de alrededor de 50 TWh (Figura5.4). 
Recordando que: 
1 TOE= 41.868.000.000 J 
Ó 
11.630 kWh 
A continuación se muestran algunos de los 
países en los que su producción hidroeléctrica 
es de gran importancia en sus propias 
necesidades energéticas. 
Entre 1999 y 2002 Noruega obtuvo casi toda 
su electricidad de fuentes hídricas, Brasil el 
80%, y Canadá y Suecia, aproximadamente la 
mitad. 
Un Poco de Historia 
El agua en movimiento es una de las primeras 
fuentes de energía que fue aprovechada para 
reducir la carga de trabajo de personas y 
animales. Nadie sabe exactamente cuando el 
molino de agua fue inventado, pero los 
sistemas de riego existentes por lo menos 
hace 5000 años y parece probable que la 
primera maquina hidráulica agua era la noria, 
un sistema de bombeo para la elevación de 
agua para el fin de la irrigación de tierras. Este 
dispositivo parece haber evolucionado seis 
siglos antes del nacimiento de Cristo, tal vez 
de manera independiente en diferentes 
regiones del Medio y Lejano Oriente. 
En los siglos siguientes, cada vez más 
sofisticados molinos de agua fueron 
construidos durante el Imperio 
Romano y más allá de sus fronteras 
en el Medio Oriente y Europa del 
Norte. 
 
Los primeros molinos de agua fueron 
conocidos como molinos Nórdicos o 
Griegos, los cuales eran molinos de eje 
Vertical encargados principalmente de 
moler maíz. Estos molinos aparecieron 
en el primer o segundo siglo Antes de 
Cristo en el Este medio. 
 
A finales del siglo XIIX se percibía un mal futuro para los molinos de agua. La máquina 
de vapor a carbón se estaba surgiendo, y el molino de agua se está convirtiendo 
rápidamente en obsoleto. Un siglo después el panorama era completamente 
diferente: el mundo ya tenía una industria eléctrica y un cuarto de su capacidad de 
generación era de accionamiento hidráulico. 
 El crecimiento de la industria de la 
energía fue el resultado de una 
notable serie de descubrimientos 
científicos y avances en la de 
electro-tecnilogia durante el siglo 
XIX, pero los cambios significativos 
en lo que hoy podríamos llamar 
hidro tecnología también jugaron 
su papel. En 1832, el año del 
descubrimiento de Faraday de la 
inducción electromagnética, un 
joven ingeniero francés patentado 
un nuevo y más eficiente del agua 
de la rueda. Su nombre era Benoit 
Fourneyron y su dispositivo fue la 
primera turbina de agua. 
 
Las pruebas demostraron que la turbina de Fourneyron convierte hasta en un 
80% de la energía del agua en la potencia mecánica útil, una eficacia sin 
igualada sólo por las mejores ruedas del esperado. El rotor también podría 
girar mucho más rápido, una ventaja en la conducción de "modernas“ 
máquinas. El primer par de estas turbinas a utilizar, se instalaron en 1837 en 
la pequeña ciudad de San Blasien en el Gran Ducado de Baden (ahora parte 
del sur de Alemania). 
Medio siglo de desarrollo se 
necesito después del 
descubrimientos Faraday 
para que se crearan las 
centrales eléctricas a gran 
escala. Godalming, en 
Surrey, Reino Unido, puede 
reclamar el mundo de la 
primera entrega pública de 
electricidad, inaugurado en 
1881 y la fuente de 
alimentación de esta 
tecnología más moderna fue 
un tradicional molino de 
agua. 
 
Tipos de plantas Hidroeléctricas 
Hoy en día el rango de capacidad de las centrales hidroeléctricas 
va desde unos pocos cientos de watts a los más de 10 000 MW, 
un factor de unos cientos de millones de dólares entre los más 
pequeños y los más grandes. Podemos clasificar las instalaciones 
de diferentes maneras: 
 
 ■ Por la altura efectiva de agua. 
 
 ■ Por la capacidad (la potencia nominal de salida). 
 
 ■ Por el tipo de turbina usada. 
 
 ■ Por la ubicación y el tipo de presa, embalse, etc. 
 
Cabezal(altura de descarga) Bajo, 
Medio y Alto 
Dos plantas hidroeléctricas con la misma potencia pueden ser muy diferentes: una con 
un volumen relativamente bajo en un depósito en la montaña (alta velocidad en el 
agua) y el caudal inmenso de un río que se mueve lentamente. Por lo tanto sitios, y las 
instalaciones hidroeléctricas correspondientes, pueden ser clasificados como de bajo, 
medio o alto de cabezal (altura de descarga). Los límites entre estas clasificaciones no 
son claros, pero un cabezal alto por lo general implica una altura de descarga de más 
de 100 metros, mientras que un cabezal bajo: menos de 10 metros. 
 
La Turbina Francis 
Hoy en díalas turbinas vienen en una variedad de formas. También 
varían considerablemente en tamaño, con diámetros que van desde 
tan sólo un tercio de metro a unas 6 metros. 
Turbinas Francis son en gran medida el tipo más común en el actual medio o 
plantas a gran escala. Se utilizan en instalaciones donde la cabeza es de sólo 
dos metros o tan alto como 300. Estas son las turbinas de radialflow, y 
aunque el flujo de agua es hacia adentro, hacia el centro en lugar del flujo de 
salida de la turbina Fourneyron, el principio sigue siendo el mismo. 
La acción de la Turbina 
Normalmente la turbina Francis está completamente sumergida, pero puede funcionar 
igual de bien con su eje horizontal que vertical. En las turbinas de mediano o alto 
cabezal, el flujo se canaliza a 
través de un caso de 
desplazamiento (también 
llamada la voluta) un tubo 
curvo de la disminución de 
tamaño más bien como una 
concha de caracol, con los 
álabes establecido en su 
superficie interna. Dirigida 
por los álabes de guía, el 
agua fluye en dirección al 
corredor. Las formas de las 
palas y álabes y la velocidad 
del agua son fundamentales 
en la producción de energía 
que nos proporcione una alta 
eficiencia. 
 
La Turbina de Hélices 
Estas tienen la ventaja 
sobre las turbinas de 
flujo radial que es 
técnicamente más 
sencilla de mejorar la 
eficiencia mediante la 
variación del ángulo 
de las palas cuando 
cambia la demanda de 
energía. Turbinas de 
flujo axial con esta 
característica se 
llaman turbinas 
Kaplan. 
 
En las turbinas de "hélices" o turbinas de flujo axial, el área por donde el agua entra 
es tan grande como se pueda. Las turbinas de flujo axial están adecuadas para 
caudales muy grandes y se han convertido habitualmente en el que la represas de 
solo unos metros. 
 
La Turbina(rueda) Pelton 
Para los sitios con un cabezal alto, con una altura de descarga por 
encima de 250 metros o menos (o más baja para sistemas de pequeña 
escala) la turbina Pelton es la preferida. Se desarrolló durante los días 
de fiebre del oro de finales del siglo XIX en California, fue patentado 
por Lester Pelton en 1880, y es completamente diferente de los tipos 
descritos anteriormente. 
Estación hidroeléctrica Finlarig, en las orillas del Loch Tay, Escocia obtiene su agua de Loch na Lairige en un 
salto bruto de 415 metros. Su producción anual promedio es de 64 millones de kWh. Izquierda: la central, la 
derecha: la original de dos birreactores turbinas Pelton de eje horizontal de 30 MW. 
Se trata esencialmente de una rueda con un juego de tazas doble montadas 
alrededor del borde de la turbina. Un chorro de alta velocidad del agua, 
formado por la presión de la altura del nivel del agua en lo alto, toca la 
división entre cada par de tazas a su vez. El agua pasa a la vuelta de la curva 
de los tazones, y en las mejores condiciones ofrece casi toda su energía 
cinética. El poder puede ser variada por el ajuste del tamaño de chorro para 
cambiar el gasto o flujo volumétrico. 
Turbina de Flujo Cruzado Turgo 
Una variante de la rueda Pelton es la turbina Turgo, desarrollada en la 
década de 1920. Las tazas doble son sustituidos por tazas individuales, 
más superficial, con el agua que entra por un lado y sale por el otro. El 
agua entra en forma de chorro, golpeando las tazas a su vez. Sin 
embargo, su capacidad para manejar un mayor volumen de agua que 
una rueda Pelton del mismo diámetro es lo que le da una ventaja para 
la generación de energía en una altura de nivel medio. 
Energía hidroeléctrica a pequeña 
escala 
Una de las característica importante, es que no se tiene una definición exacta de una 
planta hidroeléctrica de pequeña escala, debido a que una capacidad menor a 10 
MW es considerado en Suiza como pequeña escala, pero el Reino Unido, se pone un 
limite de 5 MW y en los EE.UU. 
a una potencia de 30 MW, 
suficiente para una ciudad 
pequeña. En las plantas 
hidroeléctricas de pequeña 
escala también se pueden 
clasificar por la carga disponible, 
Muchas plantas de SSH (small-
scale hidroelectricity) se instalan 
en ríos o arroyos, con cabezales 
de carga de sólo unos pocos 
metros, ya que 10 metros puede 
ser considerados como "cabezal 
de descarga alto“. 
 
Los datos de la producción de energía hidroeléctrica en pequeña 
escala a nivel mundial está en aumento. ¿Qué tan rápido aumenta? No 
es fácil de calcular con precisión. Hay muchas plantas pequeñas de 
propiedad privada, y muchas en zonas remotas o en países cuyos datos 
no son confiables o no están disponibles. En una encuesta del Consejo 
Mundial de Energía informa de un capacidad instalada de las SSH (<10 
MW) de una capacidad total de 18 GW en 38 países a finales de 1999. 
Entre ellos los principales contribuyentes en las Américas y Europa. Las 
estimaciones de la tasa mundial de la capacidad SSH van en aumento y 
tienden a situarse entre 1 y GW al año. Tomando la cifra más baja, y 
suponiendo un factor de carga promedio de 35% sugiere una 
producción anual de unos 150 TWh, alrededor del 6% del total de la 
producción hidráulica, o 1% de la generación mundial de electricidad. 
 
Las SSH en China 
Alrededor de 300 millones de personas en China obtienen su 
electricidad a partir de SSH (que se define allí como plantas con una 
capacidad menor a 25 MW). Un programa intensivo de electrificación 
local en las últimas décadas ha dado lugar a una capacidad total 
instalada a principios de 2002 de más de 26 GW. China clasifica como 
micro (<100 kW), mini (100-500 kW) y pequeñas centrales (0.5-25 
MW). De las 43 000 plantas, aproximadamente el 90% son micro o 
pequeño, en números casi iguales, pero las tres cuartas partes de la 
producción proviene de el 10% restante, los "pequeños" instalaciones. 
Esto es motivo de preocupación, como los efectos ambientales de una 
instalación de 25 MW (más grande que todas menos una de las plantas 
de Galloway) Pueden tener más en común con los de las grandes 
centrales hidroeléctricas que con una planta pequeña de 250 kW. 
Las SSH en UK 
A finales de 2002, el total de operaciones a pequeña escala de la 
capacidad hidroeléctrica en el Reino Unido fue de 70 MW, con una 
producción anual de alrededor de 200 GWh. Para poner esto en 
contexto, podemos observar que representa aproximadamente el 
4% del total de la energía hidroeléctrica del Reino Unido, el 3% de la 
electricidad "renovable“. 
Un examen detallado, se llevó a cabo por la Universidad de Salford en 
1987 a 1988 para evaluar el recurso del Reino Unido para SSH. 
Abarcaba unos 1.300 sitios con potencial de producción en el rango 
de 25 kW-5MW. En supuestos poco optimista acerca de los costos y 
el factor de carga, la conclusión era que el potencial total en el 
precio entonces arancelarias y la tasa esperada de retorno sobre el 
capital estaba a punto 1300GWh un año a partir de una capacidad 
de 320MW. 
 
 
Las SSH en el resto del mundo 
El principal país de fuera de China en 2002 fue Japón, con 
alrededor de 3,5 GW de capacidad operativa, seguido por 
Austria, Francia, Italia y EE.UU., cada uno más de 2 GW, y Brasil, 
Noruega y España, más de 1 GW. En la mayoría de los contextos, 
SSH sigue siendo más cara que la electricidad procedente de 
fuentes convencionales, pero se afirma que las mejoras técnicas 
son que los costes a un nivel que en los lugares adecuados 
estos sistemas son competitivos con otras opciones (IEA, 2003). 
Sin embargo, en muchos países europeos, la inversión en 
electricidad de fuentes renovables en la última década se ha 
centrado en la energía eólica y energía Solar fotovoltaica en vez 
de pequeña escala de energía hidroeléctrica. 
 
A finales de 2002, el total de operaciones a pequeña escala de 
la capacidad hidroeléctrica en el Reino Unido fue de 70 MW, 
con una producción anual de alrededor de 200 GWh. Para 
poner esto en contexto, podemos observar que representa 
aproximadamente el 4% del total de la energía hidroeléctrica 
del Reino Unido, el 3% de la electricidad "nuevasrenovables“. 
 
Un examen detallado, se llevó a cabo por la Universidad de 
Salford en 1987 a 88 para evaluar el recurso del Reino Unido 
SSH. Abarcaba unos 1.300 sitios con potencial de producción 
en el rango de 25 kW-5MW. En una visión poco optimista 
acerca de los costos y el factor de carga era que el potencial 
total en el precio entonces arancelarias y la tasa esperada de 
retorno sobre el capital estaba a punto 1300GWh un año a 
partir de una capacidad de 320MW. 
 
 
Consideraciones Ambientales 
Los impactos ambientales de un proyecto hidroeléctrico debe ser analizado a 
fondo, ya que, después de que se haya completado, son esencialmente 
irreversible. 
Dorf, 1978 
El daño ecológico por unidad de energía producida es probablemente mayor 
de la energía hidroeléctrica que para cualquier otra fuente de energía. 
CONAES, 1979 
... El desarrollo de energía hidroeléctrica puede planificar cuidadosamente, y 
no, hacer una gran contribución a la mejora de la fiabilidad del sistema 
eléctrico y la estabilidad en todo el mundo. [Se] va a jugar un papel importante 
en la mejora de la calidad de vida en el mundo en desarrollo, [y] hacer una 
contribución sustancial a la prevención de las emisiones de gases de efecto 
invernadero y las cuestiones relativas al cambio climático. WEC, 2003a 
Nos convendría empezar por una breve exposición de los 
beneficios ambientales de la hidroelectricidad en 
comparación con otros tipos de centrales eléctricas. Que 
no libera cantidades de CO2 ni óxidos de azufre y nitrógeno 
que conducen a la lluvia ácida. No produce partículas o 
compuestos químicos como las dioxinas que son directamente 
perjudiciales para la salud humana. No emite radioactividad. 
Las presas pueden colapsar, pero no causará grandes 
explosiones o incendios. Por otra parte, la planta 
hidroeléctrica se asocia a menudo con efectos positivos sobre 
el medio ambiente, tales como control de inundaciones o de 
riego, y en algunos casos, su desarrollo lleva a un 
equipamiento valorado o incluso una mejora visual al paisaje. 
 
Sin embargo, durante el siglo XX, la construcción de grandes 
represas ha provocado el desplazamiento de muchos 
millones de personas de sus hogares y la rotura de diques 
han matado a muchos miles. Vamos a considerar estos y 
otros efectos nocivos en tres apartados: 
 
■ Efectos hidrológicos (flujos de agua subterránea), 
el abastecimiento de agua, riego, etc 
 
■ Otros efectos de las grandes presas y embalses 
 
■ Efectos sociales. 
 
Efectos hidrológicos 
Desvío parcial de un río en un canal, un arroyo de montaña o en un tubo, 
puede tener un efecto marcado sobre el medio ambiente. Y la evaporación de 
la superficie expuesta de un gran embalse puede reducir considerablemente 
el suministro de agua disponible. 
 Presas y embalses 
Cualquier estructura de la escala de una represa hidroeléctrica importante 
afectará a su entorno de muchas maneras. El proceso de construcción en sí 
puede causar una perturbación generalizada, y aunque el período de 
construcción puede ser sólo unos pocos años, el efecto sobre un ecosistema 
frágil puede ser de larga duración. A largo plazo, un gran depósito está 
obligado a traer cambios significativos en el medio ambiente. Si estos son 
considerados como catastróficos, beneficiosos o neutros dependerá de la 
situación (en el sentido geográfico y biológico) y por supuesto en los puntos 
de vista e intereses de los afectados. Una encuesta reciente, informa que el 
"propósito principal o beneficio 'del 35% de las presas en los EE.UU. Es' 
diversión ", ´mientras que la generación de energía hidroeléctrica sólo el 2% . 
Efectos Sociales 
Las presas de Asuán y Kariba implicó la reubicación de alrededor 
de 80 000 y 60 000 personas, respectivamente, mientras que el 
agua que se levanta detrás de la presa de las Tres Gargantas 
 se sumergirá unos 
100 pueblos y 
desplazar a más de un 
millón de personas. 
Se estima que 
durante la segunda 
mitad del siglo XX, 
unos 10 millones de 
personas fueron 
desplazadas por los 
embalses en China. 
 
Energía hidroeléctrica en México 
A los hidrocarburos les siguió en importancia la producción de energías 
renovables, contribuyendo con 6.2% de la energía primaria. La 
hidroenergía aportó 15.7% de la producción de renovables, 5.2 puntos 
porcentuales menor a la participación de 2008. Mientas que la 
principal energía renovable esta representada por la biomasa 
tradicional (leña) con un 42.9%.