Podemos generar energía eléctrica con el agua mediante turbinas.
La energía del agua la aprovechan las turbinas
hidráulicas, activadas por la masa de agua que pasa por su interior, y que
transforman la energía potencial del agua en energía mecánica.
Ésta se utiliza para producir energía eléctrica, conectando el eje de la turbina con un generador de electricidad (alternador), que transforma la energía mecánica en energía eléctrica.
Ésta se utiliza para producir energía eléctrica, conectando el eje de la turbina con un generador de electricidad (alternador), que transforma la energía mecánica en energía eléctrica.
La potencia eléctrica que se puede obtener depende de la cantidad de
agua canalizada a la turbina, de la presión y del rendimiento eléctrico del
generador. El agua que
sale de la turbina es devuelta a su curso original a un nivel más bajo respecto
al que fue recogida. La propiedad más relevante de la energía hidráulica es que
permite utilizarse a pequeña escala, de forma muy económica, con la aplicación
de microturbinas y picoturbinas hidráulicas.
Microturbinas: Con potencias inferiores a 100 Kw, son muy adecuadas para
suministrar electricidad a pequeñas granjas o explotaciones agrícolas. Para su
funcionamiento necesitan una altura de 5 a 30 m.c.a. y un caudal que varía en
función de la potencia a generar de 35 a 500 l/s.
Picoturbinas: Constructivamente iguales que las microturbinas sólo que con menor
potencia, permiten utilizar la energía hidráulica de torrentes, canales o
conducciones y suministrar electricidad a aplicaciones autónomas de pequeña
potencia, inferiores a 5.000 W. Esta potencia permite electrificar una cabaña o
granja, generando los vatios necesarios para iluminación, automatismos,
pequeños motores o electrodomésticos, etc. Pueden funcionar con muy poca altura
o con muy poco caudal. La altura mínima que necesitan para generar electricidad
es de 1,5 m.c.a. y el caudal varía de 35 a 130 l/s. Si se dispone de más
altura, de 3 a 15 m.c.a. el caudal necesario disminuye a 5 l/s.
Tanto las picoturbinas como
las microturbinas, pueden generar corriente alterna a 220 V o
corriente continua a 12 o 24 V. Este hecho es muy atractivo ya que pueden
integrarse a un sistema híbrido autónomo, con paneles solares, aerogeneradores,
diésel … y utilizar los mismos acumuladores de corriente continua.
También permiten trabajar, si el caudal de agua es siempre
constante, como generadores a 220 V. ininterrumpidamente, prescindiendo de
acumuladores y consumiendo la energía eléctrica que se está produciendo en el
mismo momento.
Micro turbina Pelton:
De fácil y sólida construcción, puede ser de eje horizontal o vertical, ocupa
poco espacio y tiene un rendimiento óptimo, funciona a la presión atmosférica y
no genera problemas de estanqueidad. Tiene palas de doble cuchara, con un
número de chorros hasta 6. Las principales partes mecánicas están hechas de
acero inoxidable y son las más adecuadas para aprovechar el potencial de
caudales reducidos.
Mini turbina Francis:
Es una turbina de reacción, con potencia aproximada de 100 Kw de máximo
aprovechamiento y mínimo costo de mantenimiento, ideal para espacios con
limitaciones, el concepto constructivo es muy parecido al de las turbinas para
centrales más grandes.
Los sistemas micro hidráulicos encuentran su aplicación allá donde
haya un suministro de energía que satisfacer y esté disponible un curso de
agua, aunque limitado. Cuando hacen falta sólo algunos Kw para las necesidades
mínimas de una granja, se puede insertar directamente en el cauce de un pequeño
curso de agua una turbina y un alternador estancos, con el cable de la energía
eléctrica que llega directamente a la explotación.
Las
dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto
de vista de su capacidad de generación de electricidad son:• La Potencia: Función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de la turbina y del generador.
• La Energía: Esta debe estar garantizada en un lapso determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, de la pluviometría anual y de la potencia instalada.
Esta forma de energía posee problemas medioambientales al necesitar la construcción de grandes embalses en los que acumular el agua, que es sustraída de otros usos, incluso urbanos en algunas ocasiones.
Actualmente se encuentra en desarrollo la explotación comercial de la conversión en electricidad del potencial energético que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centrales mareomotrices. Estas utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general pueden ser útiles en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia, y las condiciones morfológicas de la costa permitan la construcción de una presa que corte la entrada y salida de la marea en una bahía. Se genera energía tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la bahía.
Tipos de centrales
1 Según utilización del agua, es decir si utilizan el agua como discurre normalmente por el cauce de un río o a las que ésta llega, convenientemente regulada, desde un lago o pantano.
· Centrales de Agua
Fluente:
Llamadas
también de agua corriente, o de agua fluyente. Se construyen en los lugares en
que la energía hidráulica debe ser utilizada en el instante en que se dispone
de ella, para accionar las turbinas hidráulicas. No cuentan con reserva de
agua, por lo que el caudal suministrado oscila según las estaciones del año.
En la
temporada de precipitaciones abundantes (de aguas altas), desarrollan su
potencia máxima, y dejan pasar el agua excedente. Durante la época seca (aguas
bajas), la potencia disminuye en función del caudal, llegando a ser casi nulo
en algunos ríos en la época del estío.
Su
construcción se realiza mediante presas sobre el cauce de los ríos, para
mantener un desnivel constante en la corriente de agua.
· Centrales de Agua Embalsada:
Se alimenta
del agua de grandes lagos o de pantanos artificiales (embalses), conseguidos
mediante la construcción de presas. El embalse es capaz de almacenar los
caudales de los ríos afluentes, llegando a elevados porcentajes de captación de
agua en ocasiones. Este agua es utilizada según la demanda, a través de
conductos que la encauzan hacia las turbinas.
· Centrales de Regulación:
Tienen la
posibilidad de almacenar volúmenes de agua en el embalse, que representan
periodos más o menos prolongados de aportes de caudales medios anuales.
Prestan un
gran servicio en situaciones de bajos caudales, ya que el almacenamiento es
continuo, regulando de modo conveniente para la producción. Se adaptan bien
para cubrir horas punta de consumo.
· Centrales de Bombeo:
Se denominan
'de acumulación'. Acumulan caudal mediante bombeo, con lo que su actuación
consiste en acumular energía potencial. Pueden ser de dos tipos, de turbina y
bomba, o de turbina reversible.
La
alimentación del generador que realiza el bombeo desde aguas abajo, se puede
realizar desde otra central hidráulica, térmica o nuclear.
No es una
solución de alto rendimiento, pero se puede admitir como suficientemente
rentable, ya que se compensan las pérdidas de agua o combustible.
2. Según la altura del salto de agua o desnivel
existente:
· Centrales de Alta Presión:
Aquí se
incluyen aquellas centrales en las que el salto hidráulico es superior a los
200 metros de altura. Los caudales desalojados son relativamente pequeños, 20 m3/s
por máquina.
Situadas en
zonas de alta montaña, y aprovechan el agua de torrentes, por medio de
conducciones de gran longitud. Utilizan turbinas Pelton y Francis.
· Centrales de Media Presión:
Aquellas que
poseen saltos hidráulicos de entre 200 - 20 metros aproximadamente. Utilizan
caudales de 200 m3/s por turbina.
En valles de
media montaña, dependen de embalses. Las turbinas son Francis y Kaplan, y en
ocasiones Pelton para saltos grandes.
· Centrales de Baja Presión:
Sus saltos
hidráulicos son inferiores a 20 metros. Cada máquina se alimenta de un caudal
que puede superar los 300 m3/s. Las turbinas utilizadas son de
tipo Francis y especialmente Kaplan
Clasificación
de turbinas hidráulicas
Por ser
turbomáquinas siguen la misma clasificación de estas, y pertenecen,
obviamente, al subgrupo de las turbomáquinas hidráulicas y al subgrupo de las
turbomáquinas motoras. En el lenguaje común de las turbinas hidráulicas se
suele hablar en función de las siguientes clasificaciones:
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 si sufre un cambio de presión
importante en su paso a través de rodete.
Para clasificar a una turbina dentro de
esta categoría se requiere calcular el grado de reacción de la misma. 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.
De acuerdo al
diseño del rodete Esta
clasificación es la más determinista, ya que entre las distintas de cada género
las diferencias sólo pueden ser de tamaño, ángulo de los àlabes o cangilones, o
de otras partes de la turbomáquina distinta al rodete. Los tipos más
importantes son:
Turbina
Kaplan: son turbinas
axiales, que tienen la particularidad de poder variar el ángulo de sus palas
durante su funcionamiento. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua
pequeños y con grandes caudales.(Turbina de reacción)
Turbina
Hélice: son
exactamente iguales a las turbinas kaplan, pero a diferencia de estas, no son
capaces de variar el ángulo de sus palas.
Turbina
Pelton: Son turbinas
de flujo transversal, y de admisión parcial. Directamente de la
evolución de los antiguos molinos de agua, y en vez de contar con álabes o
palas se dice que tiene cucharas. Están diseñadas para trabajar con saltos
de agua muy grandes, pero con caudales pequeños. (Turbina de acción)
Análisis interno de turbinas de acción y de reacción.
De
acuerdo al cambio de presión en el rodete o al grado de reacción.
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 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 si 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.
Alumno: Miguel M. Medina G.
V-24399160
Tutor: Dr. Douglas Barraez
