ENERGÍAS RENOVABLES ENERGÍA HIDRAÚLICA

ENERGÍA HIDRÁULICA Hulla blanca. Primeras aplicaciones. Hoy en día la turbina acciona un alternador.

ENERGÍA HIDRÁULICA La energía hidráulica es la que tiene el agua cuando se mueve a través de un cauce (energía cinética) o cuando se encuentra embalsada a cierta altura (energía potencial).

ENERGÍA HIDRÁULICA Cuando se deja caer el agua, la energía potencial se transforma en energía cinética (velocidad), que puede ser aprovechada para diversos fines.

ENERGÍA HIDRÁULICA Se trata de una energía renovable (no alternativa).

APLICACIONES DE LA ENERGÍA HIDRÁULICA Desde aprox. 100 a.C., hasta casi finales del siglo XIX, toda la energía hidráulica se transformaba en energía mecánica que, posteriormente, tenía aplicaciones específica en norias, molinos de grano, fraguas y forjas, industrias textiles, etc.. A partir del siglo XX se empleó también para la obtención de electricidad. (Marco Vitruvio, eje vertical, eje horizontal, primera central en EEUU en 1882, para alimentar 250 lámparas eléctricas Thomas Edison)

TURBINAS Molino Griego, turbina de eje vertical

TURBINAS Turbina Fourneyron, turbina de eje horizontal, eficiencia 80 al 85 %

TURBINAS Turbina Pelton, turbina de eje horizontal, eficiencia 90%, 1870

TURBINAS Turbina Pelton, turbina de eje horizontal, eficiencia 90%, 1870

TURBINAS PELTON -Se trata de una rueda hidráulica muy perfeccionada, en la que en la periferia de una circunferencia se ha colocado una serie de “cucharas” que pueden soportar el choque de un potentísimo chorro de agua. Las cucharas reciben el agua en un sentido y la expulsan casi en el sentido contrario (150 º). En instalaciones muy grandes alcanzan empujes de hasta 50 toneladas. Se usa cuando se dispone de un gran salto de agua, pero no de mucho caudal. Su rendimiento puede llegar al 90 %. Gira más lentamente que la Kaplan (entre 300 a 1800 rpm). Para aumentar la potencia basta con aumentar el número de chorros.

TURBINAS FRANCIS La turbina Francis fue desarrollada por James B. Francis. Se trata de una turbomáquina motora a reacción y de flujo mixto. Se emplea para caudales y alturas medias. Rendimiento máximo próximo al 90 %.

TURBINA KAPLAN Turbina Kaplan, eficiencia 93 al 95%, 1910

TURBINA KAPLAN Se trata de una turbina de eje vertical y un rotor en forma de hélice, con aspas (generalmente 4 o 5), que va encerada en una cámara por cuya parte superior llega el agua. Se emplea para saltos de agua inferiores a 25 metros y mucho caudal. Es una de las turbinas que más se emplea en la actualidad. Aprovecha mejor las diferencias de caudal que la turbina Francis. Video sobre turbinas Calculadora de turbinas

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS: Energía potencial Energía cinética del agua Energía cinética del eje o energía de rotación Energía eléctrica En las tuberías, la energía potencial del agua se convierte en energía cinética. En las turbinas, la energía cinética del agua se transforma en energía de rotación del eje de las turbinas. En el aternador, la energía cinética de rotación del eje se convierte en energía eléctrica.

TIPOS DE PRESAS La presa es una estructura (generalmente de hormigón) destinada a retener el agua de un río, formando un embalse. Los tipos de presas más importantes son los siguientes. DE GRAVEDAD DE GRAVEDAD ALIGERADAS. PRESAS DE ARCO O DE BÓVEDA SENCILLA.

PRESAS DE GRAVEDAD Contrarestan con su peso el empuje del agua. Su sección suele ser triangular o trapezoidal. Son inensibles a los cambios atmosféricos y al desbordamiento por la cresta. Inconvenientes: gran cantidad de materiales, lentitud de construcción, peligro de formación de grietas.

PRESAS DE GRAVEDAD

PRESAS DE GRAVEDAD Embalse de Porma, cuenca del Duero.

PRESAS DE GRAVEDAD ALIGERADAS Poseen una estructura hueca, que sirve para disminuir su peso. Su seguridad es mayor que la anterior, y es muy elástica a las dilataciones.

PRESAS DE GRAVEDAD ALIGERADAS PRESA ALMENDRA.

PRESAS DE ARCO O DE BÓVEDA SENCILLA Tienen su parte convexa aguas arriba. Son por lo general de sección triangular. Se construyen cuando las condiciones del terreno lo permiten, puesto que el empuje del agua se transmite a los laterales donde se apoyan en las laderas del valle. Son más económicas, ya que necesitan menos materiales que las de gravedad.

PRESAS DE ARCO O DE BÓVEDA SENCILLA Presa de Atazar, comunidad de Madrid, río Lozoya.

PRESAS DE ARCO O DE BÓVEDA SENCILLA

PRESAS DE REBOSE O VERTEDERO

ALIVIADEROS Son elementos de seguridad que protegen la presa y sus cimientos de la erosión del agua cuando ésta sobrepasa la capacidad máxima del embalse.

ALIVIADEROS

ALIVIADEROS

ALIVIADEROS

ALIVIADEROS

COMPUERTAS Se utilizan para regular los aliviaderos y controlar el caudal descargado. Riada en el Miño

CENTRAL HIDROELÉCTRICA La presa sirve para la contención del agua del embalse. El agua fluye a través de la tubería forzada hasta llegar a la sala de máquinas. A la entrada de la tubería, una serie de compuertas y rejillas actúan como filtro, impidiendo que lleguen a las turbinas elementos extraños que podrían deteriorarlas.

CENTRAL HIDROELÉCTRICA Al llegar a los grupos turbina-alternador el agua hace girar a la turbina cuyo eje es solidario al del alternador, produciéndose en los terminales de éste una corriente alterna de alta intensidad y de tensión relativamente baja que, mediante transformadores, se convierte en corriente de alta tensión e intensidad baja, que se envía a las líneas de transporte. Funcionamiento de la central hidroeléctrica Animación flash sobre func. de central hidroeléctrica.

CENTRAL HIDROELÉCTRICA

RENDIMIENTO DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA Para que el rendimiento de la transformación energía potencial del agua a energía eléctrica sea elevado, conviene aprovechar al máximo la energía del agua de manera que la velocidad de ésta se reduzca lo más posible.

RENDIMIENTO DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA La potencia, número y tipo de turbinas y alternadores dependen de las características del salto de agua, del caudal y del desnivel. A medida que disminuye la altura del salto, el caudal de agua debe ser cada vez mayor para que la instalación resulte rentable, pues la potencia es proporcional al producto del desnivel por el caudal.

POTENCIA Y ENERGÍA TEÓRICAS DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA E= P*t; P= potencia en watios, t=tiempo en segundos.

EJEMPLO Calcula la potencia de una central hidroeléctrica, en Kw y CV, sabiendo que el salto de agua es de 15 metros y el caudal de 18 m3/sg. SOLUCIÓN: P= 1000 kg/m3 *9.8 m/s2*1*18 m3/sg*15 m=2646000 Kg m/s^2* m* 1/sg= 2646000 Julios/sg= = 2646000 watios= 2646 Kw P=3600 CV Hemos supuesto que el rendimiento es del 100 %. Si tomamos un rendimiento para la turbina del 94%, habría que calcular la potencia real= rendimiento* potencia según la fórmula.

TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Centrales de agua embalsada: si el caudal del río es variable se acumula el agua mediante un embalse para conseguir una produción de enegía regular. Centrales de agua fluyente: si el caudal es prácticamente constante en todas las estaciones, la energía potencial del agua se aprovecha directamente o por medio de un embalse de reducidas dimensiones.

Central de agua embalsada Presa de belesar Presa de los peares Presa Hoover en Colorado(1934) Presa de Assuan

Central de agua fluyente

Central de agua fluyente

CLASIFICACIÓN SEGÚN LA POTENCIA GENERADA Minicentrales hidráulicas: entre 250 Kw y 5000 Kw. Aprovechan el agua de pequeños ríos y fueron muy utilizadas en otro tiempo para abastecer de energía eléctrica a pequeños pueblos y fábricas situadas en sus cercanías. Macrocentrales o centrales hidroeléctricas: son aquellas que generan una potencia superior a los 5000 Kw. Se sitúan en cuencas de ríos caudalosos, que se aprovechan para la producción de energía a gran escala.

CLASIFICACIÓN SEGÚN LA ESTRUCTURA DE LA CENTRAL Central de aprovechamiento por derivación de las aguas. Central de aprovechamiento por acumulación de las aguas. Centrales de bombeo: Bombeo puro Central mixta con bombeo

CENTRAL DE APROVECHAMIENTO POR DERIVACIÓN DE LAS AGUAS Por medio de una pequeña presa, el agua es desviada del cauce del río en una zona alta hacia un canal ligeramente inclinado que la conduce hasta un depósito llamado cámara de carga. Desde la cámara de carga el agua se dirige a través de una tubería forzada hacia la sala de máquinas, donde se obtiene la energía eléctrica. Al final, tras mover la turbina, el agua se conduce de nuevo al río por medio de un canal de descarga.

CENTRAL DE APROVECHAMIENTO POR DERIVACIÓN DE LAS AGUAS

CENTRAL DE APROVECHAMIENTO POR DERIVACIÓN DE LAS AGUAS

CENTRAL DE APROVECHAMIENTO POR ACUMULACIÓN DE LAS AGUAS En una zona apropiada del río se construye una presa, en la que el agua se acumula. A mital de altura, aproximadamente, se encuentra la toma de agua. En la parte inferior el agua se devuelve al curso del río, una vez haya hecho girar la turbina.

CENTRAL DE APROVECHAMIENTO POR ACUMULACIÓN DE LAS AGUAS

CENTRALES DE BOMBEO 1- Embalse superior. 2- Presa 3- Tubería forzada 4- Chimenea de equilibrio. 5- Tubería reforzada 6- Central 7- Turbinas y generadores. 8- Desagües 9- Líneas de transporte de energía eléctrica. 10- embalse inferior.

CENTRALES DE BOMBEO Cuando la demanda de energía es alta, la central funciona como una central hidroeléctrica cualquiera. Cuando la demanda de energía es baja, la energía sobrante se aprovecha para bombear el agua, a través de las tuberías 3 y 5, desde el embalse inferior (10) hasta el embalse superior (1). El bombeo del agua se puede realizar bien por los poropios grupos turbina-alternador de la central, si están diseñados para funcionar reversiblemente, o bien por medio de un grupo motor-bomba adicional. De esta forma se logra el máximo aprovechamiento del agua, cuya energía puede ser utilizada en los períodos de mayor demanda.

TIPOS DE CENTRALES DE BOMBEO BOMBEO PURO: Desde el embalse inferior, situado en el cauce del río, se bombea agua hasta el embase superior, que es artificial, pues a él no afluye río alguno. CENTRAL MIXTA CON BOMBEO: los dos embalses se sitúan en el cauce del río, de manera que la central puede funcionar indistintamente con bombeo previo y sin él. Se diferencia de la central de bombeo puro en que para producir energía no es preciso bombear agua al emablse superior, pues éste se alimenta con la corriente del río. Y por otro lado se diferencia de una central hidroeléctrica normal en que existe un embalse inferior y un grupo de bombeo.

CENTRAL DE BOMBEO PURO

CENTRAL MIXTA CON BOMBEO

VENTAJAS DE LA ENERGÍA HIDRÁULICA Los embalses permiten regular el caudal de los ríos, evitando inundaciones. Contribuyen a almacenar agua, que puede ser utilizada posteriormente para uso humano o riego. Proceso relativamente limpio, sin emisión de gases. Los embalses se pueden usar como zonas de recreo.

INCONVENIENTES DE LA ENERGÍA HIDRÁULICA Se anegan grandes extensiones fértiles de terreno, incluso pueblos enteros. Se trastoca la fauna y flora autóctona. Las presas retienen las arenas que arrastra la corriente y que son la causa, a lo largo del tiempo, de la formación de deltas en la desembocadura de los ríos. También retiene nutrientes (caso del Nilo).

ENERGÍA HIDRÁULICA EN ESPAÑA Tenemos casi un millar de centrales, 22 de ellas de más de 200 Mw. Con fecha de 2001, la potencia hidroeléctrica instalada en España era de 16524 Mw, equivalente al 37’5 % de la potencia bruta total. Como el régimen de precipitaciones varía mucho de un año a otro, la energía producida también varía. Los planes de futuro pasan por : modernización y ampliación de las centrales hidráulicas existentes. Construcción de nuevas centrales de bombeo y minicentrales, así como recuperación de algunas de estas últimas que se encuentran en desuso.

CLASIFICACIÓN DE SALTOS DE AGUA Saltos de gran altura, mayores de 400 metros. Saltos de media altura, entre 15 y 400 metros. Saltos de baja altura, menos de 15 metros.