CENTRAL HIDROELÉCTRICA
Introducción Teórica : El Desarrollo de la energía hidroeléctrica
................La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El principal impulso de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad.
La tecnología de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX. El agua se transporta por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas y turbinas para adecuar el flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad. En la figura se aprecia cómo el agua que llega a alta presión en la turbina, incide en sus álabes, haciendo girar su eje, el cual va conectado a un generador produciendo en éste energía eléctrica. Luego el agua sale por los canales de descarga. Los generadores están situados justo encima de las turbinas y van conectados con árboles verticales. El diseño de las turbinas depende del caudal de agua; las turbinas Francis se utilizan para caudales grandes y saltos medios y bajos, y las turbinas Pelton para grandes saltos y pequeños caudales.. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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En esta imagen se aprecia un conjunto de generadores, bajo los cuales están conectadas turbinas que reciben el movimiento del agua. A su vez, los generadores están conectados a transformadores en donde se regula el voltaje necesario para posteriormente transmitir la corriente eléctrica....
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Las centrales más grandes dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa, éstas son llamadas "Centrales de Embalse". El caudal de agua se controla y se puede mantener casi constante.En Chile hay importantes centrales de embalse como Rapel, Colbún, El Toro, Pehuenche, Antuco y la reciente central de Pangue. En la imagen de la izquierda podemos apreciar una central de embalse típica. Se trata de la Presa Norris, en Estados Unidos.
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..Además de las centrales situadas en presas de contención, que dependen del embalse de grandes cantidades de agua, existen algunas centrales que se basan en la caída natural del agua, cuando el caudal es uniforme. Estas instalaciones se llaman "Centrales de Pasada", y no se afecta el caudal transporatdo del río en forma significativa. En general se obtiene de ellas una potencia instalada menor a la de las centrales de embalse. Una central de paso es la de las Cataratas del Niágara, situada en la frontera entre Estados Unidos y Canadá. En Chile están las centrales de Alfalfal, Maitenes, Los Molles, Sauzal, Sauzalito, Abanico, Florida (cerca de Santiago), etc.
................A principios de la década de los noventa, las primeras potencias productoras de hidroelectricidad eran Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60% de su electricidad de centrales hidráulicas. En todo el mundo, la hidroelectricidad representa aproximadamente la cuarta parte de la producción total de electricidad, y su importancia sigue en aumento. Los países en los que constituye fuente de electricidad más importante son Noruega (99%), Zaire (97%) y Brasil (96%). La central de Itaipú, en el río Paraná, está situada entre Brasil y Paraguay; se inauguró en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora del mundo. Como referencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6.500 Mw y es una de las más grandes.
................En algunos países se han instalado centrales pequeñas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeñas presas son la principal fuente de electricidad. Otras naciones en vías de desarrollo están utilizando este sistema con buenos resultados.
Central Pangue
..................La Central Pangue se ubica a 85 km. al sureste de la ciudad de Los Angeles. La central hidroeléctrica aprovecha la fuerza de las aguas del río Bío-Bío. La expansión de las actividades económicas del país convierten a esta central en una respuesta adecuada a los requerimientos crecientes de energía eléctrica.
..................Pangue es una central de embalse situada entre las confluencias de los ríos Pangue y Huiri-Huiri. Dispone de una caída bruta de 103 metros y de un caudal de diseño de 500 metros cúbicos por segundo, lo cual permitió permitió instalar una potencia de 450 MW para generar una energía media anual de 2156 GWh. Pangue aportará el 10 % de la generación del SIC, convirtiéndose en la segunda central en potencia después de Pehuenche, que tiene 500 MW.
Construcción
.................El embalse fue formado por una presa gravitacional de hornigón compactado con rodillo H.C.R. cuya altura máxima prevista era de 121 m., con una longitud de coronamiento de 410 m. Pero la altura real y definitiva de la presa, desde el punto exacvado más profundo respecto al coronamiento, son 120 m., lo que la convierte en la presa de hormigón rodillado más alta del mundo.
.................Las obras propias de la central son casi totalmente subterráneas y están situadas en la margen derecha del río Bío-Bío, junto a la presa, ocupando un reducido tramo de menos de 400 m de longitud a lo largo del río. La construcción significó realizar excavaciones subterráneas cuyo volumen aproximado fue de 200.000 metros cúbicos.
.................La presa fue fundada enteramente sobre roca, tiene 121 m de altura máxima y 410 de longitud en su coronamiento, con talud vertical en el paramento de aguas arriba y con inclinación 0,8 : 1 (H : V) en el paramento de aguas abajo. El volumen de H.R.C. usado fue de 662.000 metros cúbicos, el del hormigón convencional de 93.000 metros cúbicos aproximadamente.
.................Para la ejecución de la presa fue necesario construir un túnel de desvío ,que incluye dos ataguías, está situado en la rivera derecha del río, tiene 13 m de diámtero y 350 de longitud, sin revestimiento. Su entrada consiste en una estructura de hormigón con las instalaciones necesarias para que operen dos compuertas planas de 5,8 x 13 m. El túnel se sellará mediante un tapón de 5 m de longitud, el cual incluye un desagüe de fondo que permitirá una entrga controlada de un caudal de sostenimiento ecológico.
.................A continuación se aprecia el plano de las obras y la ubicación de la presa :
Características Técnicas
Ecología y Protección del Entorno
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Los trabajos necesarios para levantar una central hidroeléctrica y sobre todo la creación de una represa, iban a afectar a un sector, por ejemplo, de alguno de los rápidos más apetecidos por los cultores del rafting. Y los 175 millones de mteros cúbicos de agua del embalse inundarían una superficie de 500 hectáreas.
La empresa que realizó los estudios preliminares recomendó, en lo ambiental, tomar medidas para mitigar, anular o revertir los impactos negativos y potenciar los aspectos positivos del proyecto.
La labor de la estación ecológica comenzó en 1992 con actividades en varios frentes. Una de las tareas más importantes consistió en la inspección ambiental durante la construcción de la central. Todos los contratos tienen cláusulas que prohíben arrojar aguas servidas a los cursos naturales, especifican el manejo de residuos tóxicos y contienen cláusulas que entre otros aspectos obligan a las empresas y contratistas a dejar los lugares de las instalaciones tal cual la empresa Pangue se las entregó.
Otras de las misiones prioritarias de la estación está destinada a la protección y reposición del bosque nativo de la cuenca del río. La diversidad de especies por hectárea existentes en la zona motivó a los responsables de la estación a llevar adelante un ambicioso plan de protección y reforestación para restaurar la vegetación original. El programa aspira, con el tiempo, a recuperar el hábitat del lugar para que la fauna asociada permanezca en el Alto Bío-Bío.
Durante cinco años la estación ecológica desarrolló un programa de rescate de árboles, arbustos y cubresuelos desde el área que iba a quedar bajo el agua de la represa. Paralelamente, se reprodujeron especies a partir de semillas. Con estas iniciativas se logró crear un vivero con 100.000 plantas, las que ya comenzaron a ser replantadas en las áreas que ocuparon las obras temporales del proyecto.
En cuanto al impacto de la central en el comportamiento del río y las especies que lo habitan, la estación inició un programa de monitoreo del río Bío-Bío y sus afluentes. Cada dos meses se extraen, desde Julio de 1993, muestras de un vasto sector. La enorme cantidad de información recopilada ha permitido conocer múltiples aspectos, hasta ahora desconocidos, del río Bío-Bío.
Conclusiones
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En el desarrollo de este trabajo su pudo apreciar que la utilización de la energía hidroeléctrica sigue unos pocos principios físicos pero muy importantes, cuales son : Aprovechamiento de energía potencial y cinética, Funcionamiento de Turbinas y Principio de Inducción de Faraday. Con ellos y el correcto empleo de turbinas, es posible aprovechar el enorme potencial de la energía hidráulica. Por ello para un país con recursos hidráulicos importantes es muy conveniente el uso de esta tecnología para la generación de la energía eléctrica que requiere para su desarrollo económico. Tal es el caso de Chile, país que posee 3.177 MW de Potencia instalada en Centrales Hidroeléctricas, con 8 centrales de embalse y 20 centrales de pasada.
La construcción la Central Hidroeleéctrica Pangue significó una inversión de 450 millones de dólares. Si bien esta cifra puede parecer exagerada, el proyecto entrega innumerables beneficios que contribuirán al desarrollo del país : avances técnicos, económicos, sociales, etc. Se incorporó toda la tecnología disponible, los últimos avances en turbinas, generadores y equipos, los que han mejorado muchísimo gracias a diseños computacionales que les aportan mayor eficiencia. También desde el punto de vista del control se han usado equipos de última generación.
Por otra parte, en este proyecto, como debe serlo en todo proyecto de envergadura, se ha considerado el impacto ecológico tratando de minimizarlo, y dentro de lo posible, restaurarlo.
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SALTO GRANDE Salto Grande es el primer
aprovechamiento hidráulico de uso múltiple en América Latina. Su
construcción fue realizada por la República Oriental del Uruguay y la
República Argentina, transformándose de esta manera en el primer uso,
para estos dos países, de los ríos de la Cuenca del Plata, que concentra
el mayor potencial hidroeléctrico del mundo. El proyecto está ubicado en
el curso medio, en la zona denominada "Ayuí", que en voz
guaraní significa "agua que corre", pocos Kms. aguas
arriba de la ciudad de Concordia (Argentina) y de la ciudad de Salto
(Uruguay); 470 Kms. al norte de Buenos Aires y a 520 Kms. de Montevideo.
Su influencia, directa e indirecta, alcanza una región con 19.000.000.-
de habitantes, entre los dos países, en un área de 128.000.- Km2
de suelos muy permeables, ricos en materia orgánica y nutrientes, por lo
que resulta de aptitud para la ganadería, la agricultura y la forestación.
En esa extensa planicie se realizan casi el 80% de las actividades
industriales y agropecuarias de la Argentina y el 100% de las del Uruguay. |
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La influencia de la altura es aprovechada por las centrales hidroeléctricas para convertir la energía potencial del agua en energía eléctrica, utilizando las turbinas para tal fin, acoplando estas a los alternadores. En caso que el río tenga un aporte regular de agua, la energía cinética de éste puede aprovecharse sin necesidad de realizar embalses o bien, utilizando uno de pequeñas dimensiones ( a este tipo de centrales se las conoce como fluyentes).
Por condiciones climáticas el curso y caudal de los ríos resultan frecuentemente irregulares, lo que obliga a retener el agua mediante una presa, formándose así un lago o embalse que produce un salto de agua que libera fácilmente su energía potencial, almacenando agua para aquellas épocas de escasas lluvias (a estas centrales se denomina de regulación).
La estructura de la central puede ser muy diversa según le afecten los condicionantes orográficos de su ubicación, sin embargo se pueden reducir a dos tipos pero con variantes particulares.
El primer tipo es llamado aprovechamiento por derivación de agua, que consiste en una pequeña presa que desvía el agua hacia un pequeño depósito llamado de carga; de aquí pasa a una tubería forzada y posteriormente a la sala de máquinas de la central.
El segundo tipo es denominado aprovechamiento por acumulación de agua y consiste en la construcción de una presa de considerable altura en un lugar del río de condiciones orográficas adecuadas. El nivel del agua se situará en un punto cercano al extremo superior de la presa. A media altura se encuentra la toma de agua y en la parte inferior se encuentra la sala de máquinas con el grupo turbina-alternador. A la central de estas características se la conoce con el nombre de pie de presa.
Los elementos constructivos que forman una central hidroeléctrica son los siguientes: presa, aliviaderos y tomas de agua, canal de derivación, chimenea de equilibrio, tuberías de presión, cámaras de turbinas, canal de desagüe y sala de máquinas.
LA PRESA:
Es el elemento más importante de la central depende en gran medida de las condiciones orográficas de terreno, así como también el curso de agua donde se realiza la instalación.
Por los materiales que están constituídas las presas pueden se de: tierra, mampostería y hormigón.
Las presas más utilizadas son las de hormigón y pueden ser de gravedad o de bóveda.
Las primeras resiste la presión del agua por su propio peso. Las de bóveda necesitan menos materiales que la de gravedad y se suelen utilizar en gargantas estrechas.
LOS ALIVIADEROS:
Los aliviaderos son elementos vitales de la presa que tiene como misión liberar parte del agua detenida sin que esta pase por la sala de máquinas. Se encuentran en la pared principal de la presa y pueden ser de fondo o de superficie.
La misión de los aliviaderos es la de liberar, si es preciso grandes cantidades de agua o atender necesidades de riego.
Para evitar que el agua pueda producir desperfectos al caer desde gran altura; los aliviados se diseñan para que la mayoría se pierda en una cuenca que se encuentra en el pie de la presa, llamada de amortiguación.
Para conseguir que el agua salga por los aliviaderos existen grandes compuertas , de acero que se pueden abrir o cerrar a voluntad, según lo demande la situación. El diseño de estos requiere de cálculos muy complejos sobre el efecto destructivo del agua, que se pueden simular con modelos reducidos, aplicando posteriormente el factor de escala correspondiente.
TOMAS DE AGUA
Las tomas de agua de las que parten varios conductos hacia las tuberías, se hallan en la pared anterior de la presa que entra en contacto con el agua embalsada. Estas tomas además de unas compuertas, para regular la cantidad de agua que llega a las turbinas, poseen unas rejillas metálicas que impiden que elementos extraños como troncos, ramas, etc., puedan llegar a los álabes y producir desperfectos.
El canal de derivación se utiliza para conducir agua desde la prensa de derivación hasta las turbinas de la central. Generalmente es necesario hacer la entrada a las turbinas con turbinas forzadas siendo por ello preciso que exista una cámara de presión donde termina el canal y comienza la tubería. Es bastante normal evitar el canal y aplicar directamente las tuberías forzadas a las tomas de agua de las prensas.
Debido a las variaciones de carga del alternador o a condiciones imprevistas se utilizan las chimeneas de equilibrio que evitan las sobrepresiones en las tuberías forzadas y álabes de turbinas. A estas sobrepresiones se las denomina golpe de ariete .
Cuando la carga de trabajo de la turbina disminuye bruscamente se produce una sobrepresión positiva , ya que el regulador automático de la turbina cierra la admisión de agua.
La chimenea de equilibrio consiste en un pozo vertical situado lo más cerca posible de las turbinas. Cuando existe una sobre presión de agua encuentra menos resistencia para penetrar al pozo que a la cámara de presión de las turbinas haciendo que suba el nivel de la chimenea de equilibrio. En el caso de depresión ocurrirá lo contrario y el nivel bajará. Con ésto se consigue evitar el golpe de ariete.
Actúa de este modo la chimenea de equilibrio como un muelle hidráulico o un condensador eléctrico, es decir, absorbiendo y devolviendo energía.
Las estructuras forzadas o de presión, suelen ser de acero con refuerzos regulares a lo largo de su longitud, o de cemento armado, reforzado con espiras de hierro que deben estar ancladas al terreno mediante soleras adecuadas.
CAMARA DE TURBINA
En la cámara de turbinas se encuentran los elementos auxiliares de control, y la propia turbina. Según las características de los saltos de agua, de la altura del caudal, estas se pueden clasificar en tres tipos; de PELTON; de KAPLAN o de FRANCIS.
Las primeras se utilizan en grandes saltos y caudales regulares, las de Francis en centrales de saltos intermedios y caudales variables, y las Kaplan en sitios de poca altura y caudales variables.
El eje de la turbina en todos los casos es solidario con el del generador, de tal manera que al presionar el agua sobre los alabes de la turbina este girará induciendo una alta corriente y una baja tensión en el generador.
Los canales de desagüe están encargados de recoger el agua a la salida de la turbina, teniendo que devolverla al cauce del río, pero debido a que la velocidad del agua es importante, resulta peligroso su poder de erosión, por lo que hay que revestir adecuadamente las paredes parar su protección.
En la sala de máquinas se encuentran los grupos generadores de energía eléctrica, así como también los elementos auxiliares, pudiendo ser éstos exteriores o subterráneos.
TURBINAS Y ALTERNADORES
Las turbinas del tipo de acción, como la Pelton, constan de un inyector que transforma la energía de presión del agua en energía cinética. La velocidad de salida del chorro del fluído llega en ocasiones a 150 metros por segundo, de tal manera que es necesario que estén fabricados en acero muy duro para lograr una duración satisfactoria. A pesar de ello y a causa de las ocasiones en que el agua llega mezclada con impurezas hace que se limite su vida útil a 4.000 horas tanto en los elementos móviles de inyector como para la válvula de aguja.
Precisamente esta válvula de aguja del inyector es la encargada de variar el flujo del agua que llega a los álabes o cucharas de la turbina de una manera automática para conseguir que la velocidad de giro sea constante. El elemento sensor suele ser el conocido como de bolas, que se mueve en sincronismos con la turbina. A girar el eje, la fuerza centrífuga hace subir las bolas, actuando sobre el circuito de presión de aceite de la válvula del inyector.
En las turbinas de tipo de reacción de álabes fijos Francis, la regulación de velocidad se consigue de la misma forma que en la anteriormente descrita, pero la actuación del elemento de control se realiza sobre el distribuidor, variando el flujo de agua del rodete, consiguiéndose de esta manera que la velocidad se estabilice independientemente de las variaciones de la carga.
Las turbinas de tipo Kaplan tienen los álabes móviles, estando el sistema de servocontrol en el mismo cuerpo de la turbina. El rendimiento de estas turbinas es óptimo, aunque su costo es superior al de los otros por la complejidad de su construcción.
El alternador, o grupo de alternadores acoplados al eje de la turbina genera una corriente alterna de alta intensidad y baja tensión, esta corriente posteriormente pasa a un transformador que la convierte en alta tensión y baja corriente, apta para su transporte a grande distancias con un mínimo de pérdidas. Más tarde, en los centros de consumo, un nuevo transformador la transforma en una corriente de baja tensión para su aplicación directa a los receptores domésticos e industriales.
Solidario con el eje de la turbina y del alternador, gira un generador de corriente contínua llamado excitatriz, que se utiliza para excitar magnéticamente los polos del estator del generador, creando un campo magnético que posibilita la generación de corriente alterna en el rotor.
LAS CENTRALES HIDROELECTRICAS DE BOMBEO
Las centrales de bombeo son un tipo especial de centrales hidroeléctricas que posibilitan un empleo más racional de los recursos hidráulicas de un país.
Disponen de dos embalases situados a diferente nivel con lo que se compensan las diferencias ocasionadas , debido a que la demanda de energía a lo largo del día es muy variable .Al alcanzar esta su máximo requerimiento, 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 (horas de valle) el agua es bombeada al embalse superior para que pueda hacer el ciclo productivo nuevamente. Por 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.
Estas centrales mejoran el factor de potencia del sistema, trabajando como cargas en las horas de escasa demanda.
Historia
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El agua es elemento central de la naturaleza, de nuestra vida. El agua que, dentro del círculo hidrológico, fluye por los ríos al descender de un nivel superior a un nivel inferior genera una energía cinética que el hombre lleva siglos aprovechando. Hace más de cien años, esa energía, que hasta entonces se
usaba fundamentalmente para moler el trigo, comenzó
a emplearse en la generación de electricidad. De hecho, fue hasta mitad del siglo XX la
principal fuente de que se sirvió el hombre para producirla a gran
escala. |
Funcionamiento
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Turbina Pelton
Esquema de una Turbina Pelton
Turbina Francis
Turbina Francis
Esquema de una Turbina Francis
Turbina Kaplan
Esquema de una Turbina Kaplan |
Las centrales hidroeléctricas funcionan convirtiendo la energía cinética y potencial de una masa de agua al pasar por un salto en energía eléctrica. El agua mueve una turbina cuyo movimiento de rotación es transferido mediante un eje a un generador de electricidad. Se consideran centrales minihidráulicas aquellas con una potencia instalada de 10 MW o menos, una frontera que hasta hace poco se situaba en los 5 MW. Existen fundamentalmente dos tipos de centrales hidroeléctricas: · Centrales de agua fluyente, son aquellos aprovechamientos que mediante una obra de toma , captan una parte del caudal circulante por el río y lo conducen hacia la central para ser turbinado. Después, este caudal es devuelto al cauce del río. Estas centrales se caracterizan por tener un salto útil prácticamente constante, y un caudal turbinado muy variable, dependiendo de la hidrología. Por tanto, en este tipo de aprovechamiento, la potencia instalada está directamente relacionada con el caudal que pasa por el río. · Centrales de pie de presa, son aquellas situadas aguas abajo de los embalses destinados a usos hidroeléctricos o a otros fines como abastecimiento de agua a poblaciones o riegos, susceptibles de producir energía eléctrica, ya que no consumen volumen de agua. Tienen la ventaja de almacenar la energía (el agua) y poder emplearla en los momentos en que mas se necesiten. Normalmente son las que regulan la capacidad del sistema eléctrico y con las que se logra de mejor forma el balance consumo/producción. En las centrales de agua fluyente el esquema básico de las mismas suele contar con todos o algunos de los siguientes elementos: un azud o presa de derivación, que desvía parte del caudal a través de un canal o tubería hacia una cámara de carga; desde ésta parte una tubería forzada que conduce el agua hasta la turbina. Ésta se encuentra en el edificio de la central junto con el generador eléctrico y los elementos auxiliares. Por último, un canal de descarga devuelve el agua al cauce del río. La potencia de una central hidroeléctrica depende del caudal que pueda turbinar y del salto, es decir, de la diferencia de cotas del agua a la entrada y la salida de la central. En función de dichos parámetros (salto y caudal) se elegirá el tipo de turbina más adecuada. Para conocer correctamente las características de determinado aprovechamiento, es necesario disponer de datos de al menos veinte años hidrológicos. Las turbinas empleadas en las centrales minihidráulicas se dividen en dos tipos: Turbinas de acción Turbinas de reacción La turbina de acción es aquella que aprovecha únicamente la velocidad del agua, es decir su energía cinética. El modelo más habitual es la Pelton, que consta de un disco circular o rodete que tiene montados unos álabes o cucharas de doble cuenca. También existen otros modelos como la Turgo de inyección lateral y la de Ossberger o Banki Michell de doble impulsión. Este tipo de turbina se emplea fundamentalmente para el aprovechamiento hidroeléctrico de salto elevado y pequeño caudal. La turbina de reacción aprovecha tanto la velocidad del agua como la presión que le resta a la corriente en el momento de contacto. Las
más utilizadas entre las de reacción son la turbina Francis
y la turbina Kaplan. Estas suelen tener
cuatro elementos fundamentales: carcasa o caracol, distribuidor, rodete y
tubo de aspiración. |
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Potencial
En España existen más de mil instalaciones de minihidráulica con una potencia total instalada de algo más de 1.500 MW. Según los diversos estudios realizados
hasta ahora las posibilidades técnicas de aprovechamiento minihidráulico
de nuestros ríos permitirían la instalación de otros 1.000 MW. En España más de 400 minicentrales esperan
ser autorizadas. De no recuperarse la confianza
de los promotores seriamente dañada por una
actitud poco clara de la Administración durante los últimos años, será
imposible que se instalen los 700 MW de nueva potencia que el Plan Energético
Nacional (PEN) preveía para final del 2000 y de los que se han instalado
menos del 80 por ciento. Por su parte el Plan
de Fomento de las Energías Renovables tiene previsto aumentar la potencia
instalada de aquí al 2010 en 720 MW, mientras que la producción que en
1998 fue de 5.607 GWk sería en el 2010 de 6.912 MWh. Potencia Instalada por Comunidades Autónomas
Fuente
CNE. Fecha
actualización: 02-octubre-2001 |
La energía hidroeléctrica que se puede obtener en una zona depende de los cauces de agua y desniveles que tenga, y existe, por tanto, una cantidad máxima de energía que podemos obtener por este procedimiento. Se calcula que si se explotara toda la energía hidroeléctrica que el mundo entero puede dar, sólo se cubriría el 15% de la energía total que consumimos. En realidad se está utilizando alrededor del 20% de este potencial, aunque en España y en general en los países desarrollados, el porcentaje de explotación llega a ser de más del 50%.
Desde el punto de vista ambiental la energía hidroeléctrica es una de las más limpias, aunque esto no quiere decir que sea totalmente inocua, porque los pantanos que hay que construir suponen un impacto importante. El pantano altera gravemente el ecosistema fluvial. Se destruyen habitats, se modifica el caudal del río y cambian las características del agua como su temperatura, grado de oxigenación y otras. También los pantanos producen un importante impacto paisajístico y humano, porque con frecuencia su construcción exige trasladar a pueblos enteros y sepultar bajo las aguas tierras de cultivo, bosques y otras zonas silvestres.
Los pantanos también tienen algunos impactos ambientales positivos. Así, por ejemplo, han sido muy útiles para algunas aves acuáticas que han sustituido los humedales costeros que usaban para alimentarse o criar, muchos de los cuales han desaparecido, por estos nuevos habitats. Algunas de estas aves han variado incluso sus hábitos migratorios, buscando nuevas rutas de paso por la Península a través de determinados pantanos.
La construcción de pantanos es cara, pero su costo de explotación es bajo y
es una forma de energía rentable económicamente. Al plantearse la conveniencia
de construir un pantano no hay que olvidar que su vida es de unos 50 a 200 años,
porque con los sedimentos que el río arrastra se va llenando poco a poco hasta
inutilizarse.
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Las plantas hidroeléctricas aprovechan los caudales y caídas de agua. Todo comienza cuando el sol calienta las masas de agua, de su evaporación se forman nubes y eventualmente lluvia que fluye a través de caudalosos ríos. El agua en estos ríos tiene una enorme cantidad de energía mecánica potencial. Los
trabajadores del ICE seleccionan causes de ríos que tienen algunas
características importantes que incluyen amplio caudal de agua y
diferencias importantes de altura en corta distancia. Mediante embalses se acumulan volúmenes importantes de agua. |
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El agua es conducida por túneles y tuberías de alta presión hacia terrenos más bajos. A
lo largo de esta tubería se encuentran torres de oscilación que alivian
la presión del agua ya que en algunos casos podría dañar la tubería. Al
llegar a la planta generadora, el agua lleva ya una enorme cantidad de
energía, esta energía se aprovecha para hacer girar turbinas.
Dependiendo de las condiciones el ICE utiliza distintos tipos de turbinas.
Si la caída de agua es importante se utilizan turbinas Pelton. Si las caídas
son medianas turbinas Francis y si son pequeñas turbinas Kaplan. Las
turbinas a su vez hacen girar un generador que produce la electricidad. Las ventajas de las plantas hidroeléctricas es que no contaminan el medio ambiente, además Costa Rica cuenta con muchos ríos que son aptos para la generación hidroeléctrica. |
Historia
Los antiguos
romanos y griegos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban ruedas hidráulicas
para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de
carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII. Durante la edad
media, las grandes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima
de cincuenta caballos. La energía hidroeléctrica debe su mayor desarrollo al
ingeniero civil británico John Smeaton, que construyó por vez primera grandes
ruedas hidráulicas de hierro colado.
La
hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolución Industrial.
Impulsó las industrias textil y del cuero y los talleres de construcción de máquinas
a principios del siglo XIX. Aunque las máquinas de vapor ya estaban
perfeccionadas, el carbón era escaso y la madera poco satisfactoria como
combustible. La energía hidráulica ayudó al crecimiento de las nuevas
ciudades industriales que se crearon en Europa y América hasta la construcción
de canales a mediados del siglo XIX, que proporcionaron carbón a bajo precio.
Las presas y los
canales eran necesarios para la instalación de ruedas hidráulicas sucesivas
cuando el desnivel era mayor de cinco metros. La construcción de grandes presas
de contención todavía no era posible; el bajo caudal de agua durante el verano
y el otoño, unido a las heladas en invierno, obligaron a sustituir las ruedas
hidráulicas por máquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbón.
Desarrollo de la energía hidroeléctrica
La primera
central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña.
El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del
generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y
debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En
1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la
producción total de electricidad.
La tecnología
de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX. Las
centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal
de agua se controla y se puede mantener casi constante. El agua se transporta
por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas y turbinas
para adecuar el flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad. El agua
que entra en la turbina sale por los canales de descarga. Los generadores están
situados justo encima de las turbinas y conectados con árboles verticales. El
diseño de las turbinas depende del caudal de agua; las turbinas Francis se
utilizan para caudales grandes y saltos medios y bajos, y las turninas Pelton
para grandes saltos y pequeños caudales.
Además de las
centrales situadas en presas de contención, que dependen del embalse de grandes
cantidades de agua, existen algunas centrales que se basan en la caída natural
del agua, cuando el caudal es uniforme. Estas instalaciones se llaman de agua
fluente. Una de ellas es la de las Cataratas del Niágara, situada en la
frontera entre Estados Unidos y Canadá.
A principios de
la década de los noventa, las primeras potencias productoras de
hidroelectricidad eran Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60% de su
electricidad de centrales hidráulicas. En todo el mundo, la hidroelectricidad
representa aproximadamente la cuarta parte de la producción total de
electricidad, y su importancia sigue en aumento. Los países en los que
constituye fuente de electricidad más importante son Noruega (99%), Zaire (97%)
y Brasil (96%). La central de Itaipú, en el río Paraná, está situada entre
Brasil y Paraguay; se inauguró en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora
del mundo. Como referencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera
unos 6.500 Mw y es una de las más grandes.
En algunos países se han instalado centrales pequeñas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeñas presas son la principal fuente de electricidad. Otras naciones en vías de desarrollo están utilizando este sistema con buenos resultados.
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Puesta
en Marcha de la Central Hidroeléctrica |
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El
Gobierno del Dr. Alfredo Avelín obtuvo los fondos necesarios para
terminar la obra de la Central Hidroeléctrica. |
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Corte
transversal de la Central |
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1-
Turbina Kaplan |
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Características |
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Central Hidráulica Sala de Comandos Obra de toma y
derivación para riego y central La Presa El Aliviadero |
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