Centrales hidráulicas

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TEMA
 “CENTRALES HIDROELECTRICAS”
ASIGNATURA
CENTRALES ELECTRICAS
Centrales de agua fluyente 
También conocida como centrales sin embalse, se construyen en sitios en donde la energía hidráulica disponible se puede utilizar directamente para accionar la turbina y en donde, de no existir la central, esta energía se desperdiciaría. En ellas el agua no turbinada se derrama por el aliviadero de la central. Se subclasifican en centrales con reserva (diaria o hebdomadal) o sin reserva. La mayor parte de las centrales pertenecen a esta categoría. (Universidad Centroamericana José Simeón cañas, 2018)
Imagen 1: Esquema vista de planta de una central de agua fluyente, obtenida de: http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m200018/doc1.pdf 
Imagen 2: Esquema de perfil de una central de agua fluyente, obtenida de: https://www.aulafacil.com/cursos/medio-ambiente/energia-hidroelectrica/tipos-de-centrales-hidraulicas-l37031
Centrales hidráulicas por derivación
En las figuras siguientes tenemos un esquema en PLANTA y CORTE de una central de este tipo:
PLANTA
Imagen 3: vista de perfil y planta de una central hidroeléctrica por derivación, obtenida: https://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo3.html
	En el lugar apropiado por la topografía del terreno, se ubica la obra de toma de agua, y el líquido se lleva por medio de canales, o tuberías de presión, hasta las proximidades de la casa de máquinas.
	
	Allí se instala la chimenea de equilibrio, a partir de la cual la conducción tiene un declive más pronunciado, para ingresar finalmente a la casa de máquinas.
	
	La chimenea de equilibrio es un simple conducto vertical que asegura al cerrar las válvulas de la central, que la energía cinética que tiene el agua en la conducción, se libere en ese elemento como un aumento de nivel y se transforme en energía potencial.
	
Los desniveles en este tipo de central suelen ser mayores comparados con los que se encuentran en los tipos anteriores de centrales. (Sociedad Andaluza de Educación Matemática Thales, 2011)
Centrales hidráulicas por agua embalsamada o regulación.
Tienen la posibilidad de almacenar las aportaciones de un río mediante la construcción de un embalse. En estas centrales se regulan los caudales de salida para ser turbinados en el momento que se precisen. También incluyen las centrales que sitúan en embalses construidos para otros usos, como riegos o abastecimientos de poblaciones. (Universidad Centroamericana José Simeón cañas, 2018)
Imagen 4: Esquema vista de planta de una central de agua embalsamada, obtenida de: http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m200018/doc1.pdf
Central hidroeléctrica de bombeo.
Las centrales de bombeo son un tipo especial de centrales hidroeléctricas que posibilitan un empleo más racional de los recursos hidráulicos de un país. Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda de energía eléctrica alcanza su máximo nivel a lo largo del día, las centrales de bombeo funcionan como una central convencional generando energía. Al caer el agua, almacenada en el embalse superior, hace girar el rodete de la turbina asociada a un alternador. Después el agua queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del día en la que la demanda de energía es menor el agua es bombeada al embalse superior para que pueda hace el ciclo productivo nuevamente.
Para ello la central dispone de grupos de motores-bomba o, alternativamente, sus turbinas son reversibles de manera que puedan funcionar como bombas y los alternadores como motores. (Sociedad Andaluza de Educación Matemática Thales, 2011)
Imagen 5: central hidroeléctrica de bombeo con sus partes, obtenida de: https://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/bombeo.html
CENTRAL HIDROELÉCTRICA 
Recuperado de: https://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo8.html#1
ESQUEMA DE SU FUNCIONAMIENTO 
Recuperado de: https://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo8.html#1
CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE BOMBEO
Recuperado de: https://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo8.html#1
La energía del agua 
Desde hace mucho tiempo atrás, se ha aprovechado las fuerzas de la naturaleza para poder ayudar en los trabajos que se desarrollaban, consiguiendo de este modo una mejora en la vida de las personas ya que se podían realizar cantidades de trabajo importantes que hubiesen necesitado abundante mano de obra. (GALÁN, 2012)
SALTOS HIDRÁULICOS 
 Un salto hidráulico es una instalación que permite utilizar la fuerza del agua para producir energía eléctrica, empleando diferentes construcciones. La principal es la central hidroeléctrica. (Valledelnansa.org)
Refiriéndonos a las caídas de las masas de agua, producidas por los desniveles existentes en los cauces por donde discurrían, fueron utilizadas para producir energía mecánica por medio de paletas y cajones, estos sistemas ayudaban a elevar agua en los riegos, para mover molinos, etc. 
Una determinada masa de agua, al caer de una determinada altura, produce un trabajo. Esta energía no es toda útil ya que existen pérdidas que le afectan, en la actualidad algunas de las turbinas existentes en el mercado permiten unos rendimientos superiores a 85%. 
El tipo de salto de agua determina, más que ninguna otra característica el tipo de las instalaciones del aprovechamiento hidroeléctrico (presa, canal de derivación, conducto forzado, central, tipo de turbinas). (Universidad Centroamericana José Simeón cañas, 2018)
1) Saltos de pequeña altura: H ≤ 14.99 m 
2) Saltos de mediana altura: 15 ≤ H ≤ 49.99 m 
3) Saltos de gran altura: H ≥ 50 m 
Saltos de pequeña altura. 
- Terreno: llano o suavemente ondulado; 
- Influjo preponderante del caudal en la potencia: grande; 
- Tipo de embalse: sin embalse o con reserva diurna a través del río mismo y compuertas móviles, que se bajan en las crecidas, para evitar las inundaciones aguas arriba; 
- Alimentación de agua a la central: directa a la central (centrales de agua fluyente, central-presa) o con canal de derivación (todo al aire libre, sin tubería forzada); 
- Construcción del salto: canal de entrada-sala de máquinas-subestructura; centrales con frecuencia eregidas en ríos navegables, debiendo instalarse algunas veces esclusas, que permiten a los barcos salvar el desni-vel creado por la presa; 
Tipo de turbina: Kaplan, Hélice, Francis exprés, (APRENDE CIENCIA Y TECNOLOGIA, 2019)
- Costo: elevado; el precio por kW instalado aumenta sensiblemente cuando desciende de la fuente hasta la desembocadura de un río, pudiendo llegar a ser el doble y aún mayor. Esto puede hacerse extensivo, aun-que por razones un tanto diversas a las centrales mareomotrices que son las centrales de costo de instala-ción más elevado. Los progresos en ingeniería civil, en construcción de compuertas y diseño de Turbinas de gran velocidad específica han hecho posible en los últimos años la explotación de saltos de gran poten-cia y de poca altura. (Universidad Centroamericana José Simeón cañas, 2018)
Saltos de gran altura. 
- Terreno: montañoso (centrales de alta montaña); 
- Influjo preponderante del caudal en la potencia: pequeño; 
- Tipo de embalse: embalse grande, acumulación anual o hiperanual; 
- Alimentación de agua a la central: canal de derivación o túnel y tubería forzada (a veces centrales de pie de presa). Estos saltos se caracterizan por sus conductos de derivación de gran longitud (varios kms.), salvo en ciertos casos excepcionales, en que la topografía se presta a la realización de canales cortos. Así, por ejemplo, el canal de derivación del aprovechamiento hidroeléctrico de Roselend tiene una longitud de 12.6 km., y las tuberías una longitud de 3.95 km. 
- Construcción de salto: chimenea de equilibrio - tuberías forzadas - sala de máquinas-subestructura. 
- Tipo de turbina: Francis lenta, Pelton; 
- Costo: menos elevado. (Universidad Centroamericana José Simeón cañas, 2018)
Salto de agua pequeño
Salto de agua mediano
Salto de agua grande
Ventajasde la energía hidráulica
1.- Energía renovable
La energía hidroeléctrica es renovable. Esto significa que no podemos agotarla. No obstante, existen cada vez menos lugares apropiados para la construcción de centrales hidroeléctricas y aún menos, donde esos proyectos sean realmente rentables. (anonimo, 2014)
2.- Energía limpia
La generación de electricidad con centrales hidroeléctricas no es contaminante en sí misma. La única contaminación se da en el proceso mismo de la construcción de las grandes centrales. (anonimo, 2014)
3.- De producción estable
Es una fuente de energía muy estable. Hay muy poca fluctuación en términos de producción de las plantas eléctricas, a menos que se produzcan cambios en las necesidades. Se suele usar para garantizar el mínimo de energía demandada. Si hay agua en las presas, se puede generar electricidad. (anonimo, 2014)
4.- Flexible
Mediante el ajuste del flujo de agua se puede producir más o menos electricidad según demanda. Cuando la demanda es baja, el agua se mantiene en las presas o embalses a espera de que el consumo sea mayor. Es una fuente de energía que se adapta a nuestras necesidades. (anonimo, 2014)
5.- Segura
Comparada con la energía nuclear o la obtenida con combustibles fósiles, la energía hidroeléctrica es mucho más segura. El único combustible que se usa es el agua. (anonimo, 2014)
Desventajas de la energía hidroeléctrica
1.- Consecuencias medioambientales
La construcción de centrales hidráulicas afecta a la naturaleza, a los flujos naturales del agua, y a la construcción de carreteras y líneas eléctricas.
Las centrales hidroeléctricas afectan a los peces. Sus hábitats están conformados por múltiples factores como nivel de las aguas, velocidad de las mismas, disponibilidad de refugios y acceso al alimento. El drenaje de los ríos aguas abajo de una presa podría ser completamente devastador para las poblaciones piscícolas. Por ello, siempre hay que garantizar un caudal mínimo o caudal ecológico que permita a los peces continuar con sus ciclos biológicos, aunque dependiendo de las especies la construcción de una presa es algo incompatible con su ciclo vital. (anonimo, 2014)
2.- Su puesta en marcha es cara y no es sencilla
La construcción de una central hidroeléctrica es cara. Aunque, por otro lado, una vez en marcha se necesitan pocos trabajadores y los costes de mantenimiento son normalmente bajos. Los proyectos deben ser estudiados minuciosamente para minimizar impactos medioambientales. (anonimo, 2014)
3.- Sequías	
La generación de electricidad y los precios de la energía están directamente afectados por la cantidad de agua embalsada. Las sequías por supuesto podrían afectarlo. En los últimos años, el clima se está viendo alterado con periodos de sequías más largas de lo normal y han sido numerosos los embalses que han visto sus niveles bajo mínimo. (anonimo, 2014)
4.- Reservas finitas
Los lugares apropiados para el establecimiento de una central hidroeléctrica rentable están prácticamente agotados, por lo que no son habituales últimamente la puesta en marcha de nuevos complejos. (anonimo, 2014)
TURBINA HIDRÁULICA
Una turbina hidráulica es una turbomáquina motora hidráulica, que aprovecha la energía de un fluido que pasa a través de ella para producir un movimiento de rotación que, transferido mediante un eje, mueve directamente una máquina o bien un generador eléctrico que transforma la energía mecánica en eléctrica, así son el órgano fundamental de una central hidroeléctrica.
De acuerdo al cambio de presión en el rodete o al grado de reacción[editar]
· Turbinas de acción: Son aquellas en las que el fluido de trabajo no sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete.
· Turbinas de reacción: Son aquellas en las que el fluido de trabajo sí sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete.
 Las turbinas de acción aprovechan únicamente la velocidad del flujo de agua, mientras que las de reacción aprovechan además la pérdida de presión que se produce en su interior
Partes de Una Turbina Hidráulica
el agua se recoge por una tubería de entrada y es distribuida por varios puntos de salida mediante el distribuidor. Los puntos por donde sale el agua se llaman toberas, hacen que el agua golpee los álabes del rodete que hace girar el eje de la turbina también llamado rotor. El rodete consta esencialmente de un disco provisto de un sistema de álabes, paletas o cucharas (dependiendo tipo de turbina) sobre las que golpea el agua. El agua sale por la tubería de desagüe o difusor hacia el cauce del río.
 Turbinas Más Utilizadas
Las turbinas más usadas son 3: Pelton, Francis y Kaplan. Vamos a explicar cada una de ellas pero primero te dejamos una imagen del tipo de rodete que utiliza cada una de ellas, ya que es su principal diferencia.
 Turbina Pelton
También llamada "Rueda Pelton" es una turbina de acción o de chorro, tangencial y normalmente de eje horizontal. Se utiliza en saltos de agua de gran altura (superiores a 200m) y con pequeños caudales de agua (hasta 10 metros cúbicos por segundo). El distribuidor está formado por una o varias entradas de agua al rodete. Los álabes que están situados sobre la periferia del rodete tienen forma de cuchara. La fuerza del impulso del agua es la responsable del giro de la turbina.
 Turbina Francis
Es una turbina de reacción, radial-axial, normalmente de eje vertical, aunque pueden ser horizontal como muestra la figura de más abajo. Se utiliza en saltos de altura intermedia (hasta los 200m) y con caudales muy variados de agua, entre 2 y 200 metros cúbicos por segundo. El distribuidor está compuesto de aletas móviles para regular el caudal de agua que conduce al rodete. El agua procedente de la tubería forzada entra perpendicularmente al eje de la turbina y sale paralela a él.
Para regular el caudal de agua que entra en el rodete se utilizan unas paletas directrices situadas en forma circular, y cuyo conjunto de denomina distribuidor. Se utiliza en sitios de muy diversas alturas de caída de agua y caudales. Esta turbina se puede utilizar en un gran rango de saltos y caudales de agua, es la más versátil. Algunas pueden variar el ángulo de sus palas durante su funcionamiento.
 Turbina Kaplan
La turbina Kaplan es de reacción pura, radial-axial, y normalmente de eje vertical. Las características técnicas y de construcción son muy parecidas en ambos tipos (Francis y Kaplan). Se utiliza en saltos de pequeña altura de agua (hasta 50m) y con caudales que suelen superar los 15 metros cúbicos por segundo. Para mucho caudal de agua a poca altura esta turbina es la mejor opción. Pueden variar el ángulo de sus palas durante su funcionamiento.
 ¿Cómo Elegir el Tipo de Turbina?
 Aquí te dejamos un gráfico donde se muestra el tipo de turbina ideal en función del caudal y la altura de caída del agua.
Bibliografía
anonimo. (17 de Noviembre de 2014). Energías Renovables. Recuperado el 26 de Octubre de 2019, de http://www.energiasrenovablesinfo.com/hidraulica/energia-hidraulica-ventajas-desventajas/
Anonimo. (s.f.). RAMA ESTUDIANTIL DEL IEEE DE LA UCSA:TURBINAS FRANCIS (I). Recuperado el 26 de Octubre de 2019, de https://ramaucsa.wordpress.com/2011/01/14/turbinas-francis-i/
APRENDE CIENCIA Y TECNOLOGIA. (10 de ABRIL de 2019). Obtenido de https://aprendecienciaytecnologia.com/2019/04/10/tipos-y-caracteristicas-de-turbinas-turbina-pelton-francis-y-kaplan/
AREATECNOLOGIA. (2019). TURBINAS HIDRAULICAS. Obtenido de https://www.areatecnologia.com/mecanismos/turbinas-hidraulicas.html
Sociedad Andaluza de Educación Matemática Thales. (2011). Obtenido de https://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo3.html
Universidad Centroamericana José Simeón cañas. (2018). Obtenido de http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m200018/doc1.pdf