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CENTRALES HIDROELECTRICAS

en marzo 3, 2012

PARTES DE UNA HIDROELECTRICA

Los elementos más característicos de una central son la presa, los conductos de agua, la sala de máquinas, los transformadores y el parque de distribución.

ESQUEMA BÁSICO DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

Presas

Su mision es crear una obstruccion casi invariable en el rio, una presa consta de: Dique o muro de contencion, coronacion del dique donde suele construirse un camino, base del cimiento del dique, parametros o superficie anterior y posterior del dique, alviadero de crecidas, organos de evacuación. A estos elementos se le añaden componentes que permiten a los peces franquear la presa.

Hay 4 tipos diferentes de presas, y son los siguientes:

  • De gravedad, que retienen el agua gracias al tipo de materiales empleados, como mampostería u hormigones.
  • De contrafuerte, formadas por una pared impermeable situada aguas arriba, y contrafuertes resistentes para su estabilidad, situados aguas abajo.
  • De arco-bóveda, que aprovechan el efecto transmisor del arco para transferir los empujes del agua al terreno.
  • De tierra o escollera, con un núcleo de material arcilloso, que a veces es tratado químicamente o con inyecciones de cemento.

Los conductos de agua y aliviaderos

Las presas tienen unas compuertas que permiten regular el caudal y están protegidas por un enrejado metálico para evitar la entrada de elementos sólidos. Pero las presas, también cumplen la función de regular el caudal de los ríos, por tanto, deben ser capaces de permitir la evacuación del agua sin necesidad de que pase por las turbinas. Para esto utiliza unos rebosadores equipados con compuertas, y a pie de presa se construyen unos elementos amortiguadores de la energía adquirida por el agua cuando cae. En la parte más honda de la presa, están los desagües, que permiten el vaciado de todo el embalse a fin de realizar diferentes tareas.

ALIVIADERO DE POZO

ALIVIADERO SIFÓNICO

Compuertas

  • Compuertas tipo sector

Una Compuerta tipo sector es una compuerta utilizada en vertederos de presas, es manipulada utilizando el desnivel de agua creado por estas, no requiere de equipo mecánico para su operación.

La necesidad de contar con una cámara donde se abate la compuerta hace que el vertedero no pueda tener la forma óptima, lo que incrementa el volumen dehormigón del mismo.

Su utilización y carácteristicas son semejantes a la compuerta tipo tambor.

Archivo:09 Compuerta Sector.jpg

  • Compuerta tipo tambor

La compuerta tipo tambor es un tipo de compuerta hidráulica utilizada en vertederos de presas. Es manipulada utilizando el desnivel de agua creado por estas y no requiere de equipo mecánico para su operación.

La necesidad de contar con una cámara donde se abate la compuerta hace que el vertedero no pueda tener la forma óptima, lo que incrementa el volumen dehormigón del mismo.

Archivo:10 Compuerta Tambor.jpg

La sala de máquinas

Es donde están situadas las máquinas motrices de la central. En función de la altura del salto y del caudal de agua se utilizan diferentes tipos de turbinas. Las más importantes son las: Pelton, Francis Kaplan.

Parque de distribución.

La tensión obtenida es igual o inferior a 20kV. Con los transformadores se eleva a la tensión adecuada para su transporte. En el parque de distribución, la central se conecta a la red de transporte. Este transporte se realiza mediante las líneas de alta tensión.

La mayoría de las centrales están interconectadas a través de la red de transporte, por tanto, han de estar sincronizadas para tal que sus aportaciones de energía sean compatibles.

TIPOS DE CENTRALES HIDROELECTRICAS Y SUS PARTES

SEGUN SU CONCEPCION ARQUITECTONICA

  • Centrales al aire libre, al pie de la presa, o relativamente alejadas de esta. Están conectadas por medio de una tubería en presión.
  • Centrales en caverna, generalmente conectadas al embalse por medio de túneles, tuberías en presión, o por la combinación de ambas.

SÉGUN SU RÉGIMEN DE FLUJO

  • Centrales de agua fluyente.

También denominadas centrales de filo de agua o de pasada, utilizan parte del flujo de un río para generar energía eléctrica. Operan en forma continua porque no tienen capacidad para almacenar agua, no disponen de embalse. Turbinan el agua disponible en el momento, limitadamente a la capacidad instalada. En estos casos las turbinas pueden ser de eje vertical, cuando el río tiene una pendiente fuerte u horizontal cuando la pendiente del río es baja.

  • Centrales de embalse (regulacion).

Es el tipo más frecuente de central hidroeléctrica. Utilizan un embalse para reservar agua e ir graduando el agua que pasa por la turbina. Es posible generar energía durante todo el año si se dispone de reservas suficientes. Requieren una inversión mayor.

Hay dos variantes de estas centrales hidroeléctricas:

- Centrales de Derivación

Aprovechamiento por derivación del agua con tuberías (canal de derivación o galería de conducción). La central está más o menos alejada de la presa.

Las aguas del río son desviadas mediante una pequeña presa y son conducidas a través de un canal o tubería de presión a poca velocidad, gracias a un ligero desnivel en ambos extremos, hasta llegar a un pequeño depósito llamado cámara de carga o de presión.

De esta sala arranca una tubería forzada que va a parar a la sala de turbinas. Posteriormente, el agua es devuelta río abajo, mediante un canal de descarga. Se consiguen desniveles más grandes que en las centrales anteriores.

Cuentan con una chimenea de equilibrio o cámara de presión, a partir de la cual la conducción tiene un declive más pronunciado, para ingresar finalmente a la casa de máquinas. Esta chimenea de equilibrio es un simple conducto vertical que evita que se pierda energía durante la conducción y amortigua el golpe de ariete.

Almacenan agua en el embalse por periodos más o menos prolongados, con aportes de caudales medios anuales. Prestan un gran servicio en situaciones de bajos caudales, regulando de modo conveniente la producción de electricidad, adaptándose bien a la hora de cubrir horas punta de consumo.

Los desniveles en este tipo de central suelen ser mayores comparados con los que se encuentran en los tipos anteriores de centrales.

La Central Hidroeléctrica de Irugurutzeta, en Irún, Guipuzcoa, es una Central de Derivación con embalse.

-Centrales a pie de presa

Aprovechamiento por acumulación de agua y con la casa de máquinas a pie de presa. Son las más comunes y se situan en tramos de ríos con un marcado desnivel, debajo de los embalses destinados a usos hidroeléctricos o a otros fines como el riego o abastecimiento de agua.

La toma de agua se realiza en un punto situado a media altura de la presa, lo que permite aprovechar el peso del agua situada por encima, pero además posibilita el disponer de agua incluso en épocas en las que su nivel se encuentra muy bajo. Al mismo tiempo, compensa la pérdida de energía potencial que supone no tomar las aguas en la parte superior del embalse, construyendo la central en las inmediaciones de la presa, pero aguas abajo de la misma.

Cuentan con la capacidad de regulación de los caudales de salida del agua, que será turbinada en los momentos que se precise. Esta capacidad de controlar el volumen de producción se emplea en general para proporcionar energía durante las horas punta de consumo.

Si la regulación es semanal, se garantiza la producción de electricidad durante el fin de semana, llenándose de nuevo el embalse durante el resto de la semana.

Este tipo de centrales tienen un salto variable -que suele ser elevado-, y suelen turbinar caudales importantes. Normalmente son las que regulan la capacidad del sistema eléctrico y con las que se logra de mejor forma el balance consumo/producción. Las presas de Bengéber y Loriguilla, ambas en Valencia, son ejemplos de Centrales a Pie de Presa.

  • Centrales de bombeo o reversibles

Una central hidroeléctrica reversible es una central hidroeléctrica que además de poder transformar la energía potencial del agua en electricidad, tiene la capacidad de hacerlo a la inversa, es decir, aumentar la energía potencial del agua (por ejemplo subiéndola a un embalse) consumiendo para ello energía eléctrica. De esta manera puede utilizarse como un método de almacenamiento de energía (una especie de batería gigante). Están concebidas para satisfacer la demanda energética en horas pico y almacenar energía en horas valle.

Aunque lo habitual es que esta centrales turbinen/bombeen el agua entre dos embalse a distinta altura, existe un caso particular llamado centrales de bombeo puro donde el embalse superior se sustituye por un gran depósito cuya única aportación de agua es la que se bombea del embalse inferior.

SEGUN SU ALTURA DE CAIDA DE AGUA

  • Centrales de alta presión

Que corresponden con el high head, y que son las centrales de más de 200 m de caída del agua, por lo que solía corresponder con centrales con turbinas Pelton.

1- Conducto forzado desde la chimenea de equilibrio

      2- Válvula de regulación y cierre

      3- Puente grúa de sala de válvulas

      4- Turbina

      5- Alternador

      6- Puente grúa de la sala de máquinas

      7- Compuertas de salida, en posición “izadas”

      8- Puente grúa para las compuertas de salida

      9- Conducto de salida (tubo de aspiración)

 

  •  Centrales de media presión

Son las centrales con caída del agua de 20 a 200 m, siendo dominante el uso de turbinas Francis, aunque también se puedan usar Kaplan.

1- Embalse

       2- Toma de agua

       3- Conducto metálico embutido en la presa

       4- Compuertas de entrada, en posición “izadas”

       5- Válvulas de entrada de agua a turbinas

       6- Turbina

       7- Alternador

       8- Puente grúa de la central

       9- Compuertas de salida, en posición “izadas”

      10- Puente grúa para izado de compuertas de salida

      11- Conducto de salida (tubo de aspiración)

  • Centrales de baja presión

Que corresponden con el low head, son centrales con desniveles de agua de menos de 20 m, siendo usadas las turbinas Kaplan de bulbo.

 1- Embalse

      2- Conducto de entrada de agua

      3- Compuertas de entrada, en posición “izadas”

      4- Conjunto de bulbo con la turbina y el alternador

      5- Puente grúa de la sala de máquinas

      6- Mecanismo de izaje de las compuertas de salida

7- Compuertas de salida, en posición izadas

      8- Conducto de salida

Otros tipos de centrales hidroeléctricas

  • Centrales mareomotrices

Utilizan el flujo y reflujo de las mareas. Pueden ser ventajosas en zonas costeras donde la amplitud de la marea es amplia, y las condiciones morfológicas de la costa permiten la construcción de una presa que corta 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.

  • Centrales mareomotrices sumergidas.

Utilizan la energía de las corrientes submarinas. En 2002, en Gran Bretaña se implementó la primera de estas centrales a nivel experimental.

FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

La misión de la presa es acumular una cantidad grande de agua formando un embalse. Con el fin de generar un salto, se realizan aguas arriba y a cierta profundidad unas tomas de agua protegidas por una rejilla metálica, para evitar la entrada de cuerpos extraños que pudieran dañar las turbinas. Unas compuertas regulan el caudal de agua en la tubería forzada, que lleva el agua desde la toma hasta la casa de máquinas donde hacen girar las turbinas produciendo energía eléctrica.

            Soldado al eje, y para que pueda girar con él, el grupo turbina-alternador dispone de un generador de corriente continua que tiene como fin producir una corriente eléctrica continua suficiente para excitar los electroimanes del rotor del alternador, quienes, a su vez inducen en su giro una corriente eléctrica en el estátor; en los terminales de éste aparece entonces una corriente eléctrica alterna de media tensión y alta intensidad.

            Mediante transformadores, la corriente pasa a ser de baja intensidad y alta tensión, de forma que pueda transportarse, con las menores pérdida posibles, a los centros de distribución y de consumo

¿Cuál es el objetivo de una central hidroeléctrica?. Las centrales hidroeléctricas tiene por fin aprovechar, mediante un desnivel, la energía potencial contenida en la masa de agua que transportan los ríos para convertirla en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a alternadores. En algunos casos muy localizados, en los que el caudal del río asegura una aportación regular de agua, la energía potencial de ésta puede ser aprovechada directamente sin necesidad de embalsar previamente el agua o bien utilizando un embalse muy reducido. Este tipo de centrales recibe el nombre de centrales fluyentes. En los casos más habituales, por el contrario, una cantidad apreciable de agua es retenida mediante una presa, formando así un embalse o lago artificial del que se puede generar un salto de agua, para liberar eficazmente la energía eléctrica. Son las centrales con regulación.

Almacenamiento de agua para regadíos:

  • Permite realizar actividades de recreo (remo, bañarse, etc.)
  • Evita inundaciones por regular el caudal
  • Sin embargo, también tiene una serie de inconvenientes:
  • Las presas: obstáculos insalvables: Salmones y otras especies que tienen que remontar los ríos para desovar se encuentran con murallas que no pueden traspasar.
  • Contaminación del agua. El agua embalsada no tiene las condiciones de salinidad, gases disueltos, temperatura, nutrientes, y demás propiedades del agua que fluye por el río. Privación de sedimentos al curso bajo: Los sedimentos se acumulan en el embalse empobreciéndose de nutrientes el resto de río hasta la desembocadura.

Alrededor del 20% de la electricidad usada en el mundo procede de esta fuente. Es, por tanto, una energía renovable pero no alternativa, estrictamente hablando, porque se viene usando desde hace muchos años como una de las fuentes principales de electricidad. 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%.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA TURBINA FRANCIS

Considerando los aspectos constructivos de los componentes de las turbinas Francis, se comprende con facilidad el funcionamiento de las mismas.

En la mayoría de los casos, la instalación de este tipo de turbinas, se realiza en centrales para cuya alimentación de agua se requiere la existencia de un embalse. Otra particularidad en la ubicación de estas turbinas, radica en que el conjunto esencial de las mismas, es decir, cámara espiral – distribuidor – rodete – tubo de aspiración, se encuentra, generalmente, a un nivel inferior respecto al nivel alcanzado por el agua en su salida hacia el cauce del río en dirección aguas abajo

Podemos considerar, por lo tanto, la presencia de una columna de agua continua, entre los distintos niveles de los extremos mencionados, embalse y salida de agua, deduciendo que la turbina está totalmente llena de agua. Según otras disposiciones de instalación, especialmente en saltos de muy poca altura, podríamos interpretar que se halla sumergida, tal es el caso de no disponer de cámara espiral, encontrándose instalado el rodete en el interior de una cámara abierta, normalmente de hormigón, enlazada directamente con la zona de toma de agua o embalse

 Turbina Francis de eje vertical en cámara abierta. Turbina Francis en eje horizontal en cámara abierta.

La energía potencial gravitatoria del agua embalsada, se convierte en energía cinética en su recorrido hacia el distribuidor, donde, a la salida de éste, se dispone de energía en forma cinética y de presión, siendo, la velocidad de entrada del agua en el rodete, inferior a la que correspondería por altura de salto, debido a los cambios bruscos de dirección en su recorrido.

Centrándonos en la zona del distribuidor, podemos añadir que el agua, a su paso por las palas fijas de la cámara espiral y las palas directrices del distribuidor, disminuye su presión, adquiriendo velocidad y, en tales condiciones, provoca el giro del rodete, al discurrir a través de los álabes de éste, sobre los cuales actúa el resto de la presión existente en las masas de agua dotadas, a su vez, de energía cinética.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA TURBINA PELTON

Una vez identificados los elementos componentes de las turbinas Pelton, y conocidas las funciones respectivas, se comprende fácilmente el funcionamiento de las mismas.

La sucesiva transformación de la energía se efectúa del modo siguiente. La energía potencial gravitatoria del agua embalsada, o energía de presión hasta los orificios de las toberas, se convierte, prácticamente sin pérdidas, en energía cinética, al salir el agua a través de dichos orificios en forma de chorros libres, a una velocidad que corresponde a toda la altura del salto útil, estando referida ésta, para el caso concreto de las turbinas Pelton, al centro de los chorros considerados.

Se dispone de la máxima energía cinética en el momento en que el agua incide tangencialmente sobre el rodete, empujando a los cangilones que lo forman, obteniéndose el trabajo mecánico deseado.

Las formas cóncavas de los cangilones hacen cambiar la dirección del chorro de agua, saliendo éste, ya sin energía apreciable, por los bordes laterales, sin ninguna incidencia posterior sobre los cangilones sucesivos. De este modo, el chorro de agua transmite su energía cinética al rodete, donde queda transformada instantáneamente en energía mecánica.

La válvula de aguja, gobernada por el regulador de velocidad, cierra más o menos el orificio de salida de la tobera, consiguiendo modificar el caudal de agua que fluye por ésta, al objeto de mantener constante la velocidad del rodete, evitándose embalamiento o reducción del número de revoluciones del mismo, por disminución o aumento respectivamente de la carga solicitada al generador.

La arista que divide a cada cangilón en dos partes simétricas, corta al chorro de agua, seccionándolo en dos láminas de fluido, teóricamente del mismo caudal, precipitándose cada una hacia la concavidad correspondiente. Tal disposición permite contrarrestar mutuamente los empujes axiales que se originan en el rodete, equilibrando presiones sobre el mismo, al conseguir cambiar, simétrica y opuestamente, los sentidos de ambas láminas de agua

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA TURBINA KAPLAN

Son turbinas de admisión total, incluidas así mismo en la clasificación de turbinas de reacción. Las características constructivas y de funcionamiento, son muy similares entre ambos tipos. Se emplean en saltos de pequeña altura (alrededor de 60 m. y menores), con caudales medios y grandes (aproximadamente de 15 m3/s en adelante). Debido a su singular diseño, permiten desarrollar elevadas velocidades específicas, obteniéndose buenos rendimientos, incluso dentro de extensos límites de variación de caudal. A igualdad de potencia, las turbinas Kaplan son menos voluminosas que las turbinas Francis. Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, si bien se prestan para ser colocadas de forma horizontal o inclinada.

La Turbina Kaplan es una turbina de hélice con álabes ajustables, de forma que la incidencia del agua en el borde de ataque del álabe pueda producirse en las condiciones de máxima acción, cualesquiera que sean los requisitos de caudal o de carga. Esta turbina debe su nombre al ingeniero Víctor Kaplan (1876-1934) quien concibió la idea corregir el paso de los álabes automáticamente con las variaciones de la potencia.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS TURBINAS TIPO BULBO

Son un modelo especial de las Kaplan. Son aptas para aprovechar saltos de muy poca altura y gran caudal. El alternador queda dentro de la envolvente. El agua que circula entre esta y la otra pared concéntrica de mayor diámetro, pasa en primer lugar por los canales que forman unas aletas guía fijas, que sirven de soporte estructural, a continuación por el canal de las aletas guía pivotadas para la regulación, y por último atraviesan un rodete tipo Kaplan. El conjunto queda sumergido como si fuera un submarino. Se accede a él a través de un pozo con diseño exterior aerodinámico para evitar obstaculizar el paso el agua.

La velocidad especifica de una turbina bulbo es muy alta de entre 600 y 1150, solapándose parcialmente con las turbinas tipo Kaplan. Su número de revoluciones es pequeño, por lo que obliga a tener un alternador con un gran número de polos, y en consecuencia un gran diámetro.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA TURBINA HELICOIDAL

Es una turbina de agua evolucionaron a partir de la turbina de Darrieus de diseño mediante la alteración que han helicoidal hojas / láminas. Fue patentado el 3 de julio de 2001 y ganó 2.001 ASME Thomas A. EdisonPremio de Patentes GHT fue inventado por el profesor Alexander M. Gorlov de la Northeastern University .

Son turbinas, desarrolladas para generar energía eléctrica a través del caudal del río sin necesidad de construcción de represas o de conductos forzados y esta compuesta a penas por un grupo generador instalado en el lecho del río

Estas asumen una forma helicoidal y tienen un mayor rendimiento y menor vibración, estando siempre una paleta en posición de recibir el flujo del agua.

Las primeras pruebas fueron realizadas en 1996, en el Laboratorio de Turbinas Helicoidales de Massachusetts, Cambridge, USA. A partir de estas pruebas se verificó que esta es una máquina que ocupa poco espacio, es leve y fácil de manejar, presenta un costo bajo de fabricación y una pequeña vibración mecánica.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Las ventajas de las centrales hidroeléctrica:

1. No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía.

2. Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua.

3. A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego, protección contra las inundaciones, suministro de agua, caminos,etc.

4. Los precios de mantenimiento y explotación son bajos.

5. Las obras de ingenieria necesarias para aprovechar la energía hidraúlica tienen una duración buena.

6. La turbina hidraúlica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia.

Las desventajas de las centrales hidroeléctricas:

1. Los costos de capital por kilovatio son muy altos.

2. El emplazamiento, es lo que significa un aumento de la inversión y en los precios de mantenimiento y pérdida de energía.

3. La construcción lleva largo tiempo.

4. La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en año.

TURBINAS FRANCIS

Ventajas de la turbina Francis o también llamada VGR

  • Su diseño hidrodinámico permite bajas perdidas hidráulicas, por lo cual se garantiza un alto rendimiento.
  • Su diseño es robusto, de tal modo se obtienen décadas de uso bajo un costo de mantenimiento menor con respecto a otras turbinas.
  • Junto a sus pequeñas dimensiones, con lo cual la turbina puede ser instalada en espacios con limitaciones física también permiten altas velocidades de giro.
  • Junto a la tecnología y a nuevos materiales, las nuevas turbinas requieren cada vez menos mantenimiento.
  • - Es renovable.
  • - No se consume. Se toma el agua en un punto y se devuelve a otro a una cota inferior.
  • - Es autóctona y, por consiguiente, evita importaciones del exterior.
  • - Es completamente segura para personas, animales o bienes.
  • - No genera calor ni emisiones contaminantes (lluvia ácida, efecto invernadero…)
  • - Genera puestos de trabajo en su construcción, mantenimiento y explotación.
  • - Requiere inversiones muy cuantiosas que se realizan normalmente en comarcas de montaña muy deprimidas económicamente.
  • - Genera experiencia y tecnología fácilmente exportables a países en vías de desarrollo.

 

Desventajas

  • No es recomendado para alturas mayores de 800 m, por las presiones existentes en los sellos de la turbina.
  • Hay que controlar el comportamiento de la cavitación.
  • No es la mejor opción para utilizar frente a grandes variaciones de caudal, por lo que se debe tratar de mantener un flujo de caudal constante previsto, antes de la instalación.

TURBINAS PELTON

VENTAJAS

  • Mas robustas.
  • Menos peligro de erosión de los alabes.
  • Reparaciones mas sencillas.
  • Regulación de presión y velocidad mas fácil.
  • Mejores rendimientos a cargas parciales.
  • Infraestructura mas sencilla.
  • Gira con alta velocidad, entonces se puede conectar el generador en forma directa, sin pérdidas de transmisión mecánica.
  • Con el eje horizontal se es posible instalar turbinas gemelas para un solo generador colocado entre ambas, contrarrestando empujes axiales.
  • Con el eje vertical se permite aumentar el numero de chorros por rueda (4 a 6); con esto se puede incrementar el caudal y tener mayor potencia por unidad

DESVENTAJAS

  • Altura mínima para su funcionamiento: 20 Metros.
  • Costo de instalación inicial.
  • El impacto ambiental es grande en caso de grandes centrales hidroeléctricas.
  • Requiere de múltiples inyectores para grandes caudales.

TURBINAS KAPLAN

VENTAJAS

  • El aumento de los costos de los combustibles fósiles ha hecho volver la mirada hacia este tipo de sistemas de poca caída. Con el desarrollo de turbinas de hélice normalizadas con ejes casi horizontales, las instalaciones pequeñas han recuperado su atractivo original.
  • Dimensiones reducidas.
  • Velocidades relativamente altas.
  • Rendimiento elevado con carga variable.
  • Notable capacidad para sobrecargas.
  • 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.

TURBINA DE BULBO

  • La ventaja de estos grupos, en los que el agua desliza axialmente, es muy superior a los tradicionales  de eje vertical.
  • se  produce una mejor  distribución de velocidades  del agua  sobre  las palas,  lo que permite disminuir el diámetro de las mismas.
  • constituye la disminución de  las pérdidas de carga, tanto a la entrada como a la salida de  la turbina lo que implica una mejora del rendimiento.

TURBINAS HELICOIDALES

VENTAJAS

  • Estas asumen una forma helicoidal y tienen un mayor rendimiento  estando siempre una paleta en posición de recibir el flujo del agua.
  • Esta es una máquina que ocupa poco espacio, es  fácil de manejar, presenta un costo bajo de fabricación y una pequeña vibración mecánica.
  • Puede ser usada en posición vertical u horizontal
  • La turbina Gorlov también puede ser denominada de turbina “ecológica” en función de su aspecto constructivo, o sea, dimensión, ángulo y distancia entre sus paletas, que permiten el paso de peces, no afectando el medio ambiente
  • Gira al doble de la velocidad del flujo de la corriente.
  • Gira en la misma dirección independientemente de la dirección del flujo de la corriente.
  • Esto es especialmente ventajoso para los sistemas de energía de las mareas y las olas.

DESVENTAJAS

  • Contaminación del aire y del agua como resultado de la construcción y de la eliminación de los desperdicios,  erosión del suelo, destrucción de la vegetación,  destrucción de saneamiento y salud en los campamentos de salud.
  • Dislocación de la gente que vive en la zona.
  • Pérdida de terreno (agrícola, bosques, pastos, humedales). Degradación ecológica debido al aumento de presión sobre la tierra.
  • Perdidas de tierras silvestres y hábitats de la fauna.
  • Lavado del lecho del río, aguas abajo de la represa.

ESTADISTICAS

Centrales Hidroeléctricas en el mundo 

Centrales hidroeléctricas de más de 1.000 MW (actualizado, enero 2012)
         
Fotografía   Nombre País Río Año terminación Capacidad total
(MW)
Producción anual máxima
(TWh)
Área inundada
(km²)
  001 Presa de las Tres Gargantas1  República Popular China Río Yangtsé 2011 22.5001 80,8 1.045
  002 Represa de Itaipú  Brasil
Paraguay
Río Paraná 1984/91/2003 14.000 94,7 1.350
  003 Central Hidroeléctrica Simón Bolívar  Venezuela Río Caroni 1986 10.200 46 4.250
  004 Presa de Tucurui  Brasil Río Tocantins 1984 8.370 41 3.014
  005 Presa Grand Coulee (lago Franklin D. Roosevelt  Estados Unidos Río Columbia 1942/80 6.809 202  
  006 Central hidroeléctrica Sayano–Shúshenskaya3  Rusia Río Yeniséi 1985/89 6.400 26,8 621
  007 Presa hidroeléctrica de Krasnoyarsk  Rusia Río Yeniséi 1972 6.000 20,4 2.130
  008 Robert-Bourassa  Canadá Río La Grande 1981 5.6164 5   320
  009 Churchill Falls  Canadá Río Churchill 1971 5.429 35 6.988
  010 Presa de Longtan  República Popular China Río Hongshui 2009 6.300 18,76  
  011 Central hidroeléctrica de Bratsk  Rusia Río Angara 1967 4.500 22,6 5.470
  012 Embalse de Ust-Ilimsk  Rusia Río Angara 1980 4.320 21,7 1.873
  013 Complejo hidroeléctrico Paulo Afonso  Brasil Río São Francisco 1979 4.279    
  014 Presa de Laxiwa 7  República Popular China Río Amarillo 2010 4.200    
  015 Presa de Xiaowan 8  República Popular China Río Mekong 2010 4.200   190
  016 Presa de Yaciretá  Argentina
Paraguay
Río Paraná 1998 4.050 19,2 1.600
  017 Presa de Pubugou  República Popular China Río Dadu 2010 3.600    
  018 Presa de Tarbela  Pakistán Río Indo 1976 3.478 13 250
  019 Presa de Ertan  República Popular China Río Yalong 1999 3.300
(550×6)
17 101
  020 Represa de Ilha Solteira  Brasil Río Paraná 1974 3.200    
  021 Presa de Xingó  Brasil Río São Francisco 1994/97 3.162   60
  022 Presa de Gezhouba  República Popular China Río Yangtsé 1988 3.115 17,01  
  023 Central hidroeléctrica de Boguchany  Rusia Río Angará 2012/13 3.000   2.326
  024 Presa de Nurek  Tayikistán Río Vajsh 1979/88 3.000 11,2  
  025 Presa de Goupitan  República Popular China Río Wu 2009 3.000 9,667  
  025* Central hidroeléctrica de Kannagawa  Japón Río Minamiaiki (bombeo)9 2005
(2020)
2.832    
  026 La Grande-4  Canadá Río La Grande 1986 2.7794    
  027 Presa W. A. C. Bennett  Canadá Río de la Paz 1968 2.730 13 1,761
  028 Presa de Chief Joseph  Estados Unidos Río Columbia 1958/73/79 2.620    
  029 Presa de Daniel-Johnson (embalse Manicouagan, que alimenta las centrales Manic-5, 1592 MW, y Manic-5-PA,1064 MW)4  Canadá Río Manicouagan 1968, 1989 2.592   1.950
  030 Central hidroeléctrica de Volgogrado  Rusia Río Volga 1961 2.572 12,3 3.117

Centrales Hidroeléctricas en México

En México hay 64 Centrales Hidroeléctricas, de las cuales 20 son de gran importancia y 44 son centrales pequeñas. Suman un total de 181 unidades generadoras de este tipo. Las 20 centrales mas grandes se ubican de la siguiente manera: 5 en la Gerencia Regional de Producción Noroeste, 2 en la Gerencia Regional de Producción Norte, 5 en la Gerencia Regional de Producción Occidente, 2 en la Gerencia Regional de Producción Central y 6 en la Gerencia Regional de Producción Sureste.

Actualmente 57 plantas hidroeléctricas están produciendo energía eléctrica y 7 centrales hidroeléctricas están fuera de servicio. Esta información esta actualizada hasta el 29 de mayo de 2009.

A continuación reproducimos el listado presentado por CFE (Comisión Federal de Electricidad, empresa estatal mexicana responsable de la producción, trasmisión y distribución de la energía eléctrica):

Nombre de la central Número de unidades Fecha de entrada en operación Capacidad efectiva instalada (MW) Ubicación
Aguamilpa Solidaridad 3 15-Sep-1994 960 Tepic, Nayarit
Ambrosio Figueroa
(La Venta)
5 31-May-1965 30 La Venta, Guerrero
Ángel Albino Corzo
(Peñitas)
4 15-Sep-1987 420 Ostuacán, Chiapas
Bacurato 2 16-Jul-1987 92 Sinaloa de Leyva, Sinaloa
Bartolinas 2 20-Nov-1940 1 Tacámbaro, Michoacán
Belisario Domínguez (Angostura) 5 14-Jul-1976 900 Venustiano Carranza, Chiapas
Bombaná 4 20-Mar-1961 5 Soyaló, Chiapas
Boquilla 4 01-Ene-1915 25 San Francisco Conchos, Chihuahua
Botello 2 01-Ene-1910 13 Panindícuaro, Michoacán
Camilo Arriaga
(El Salto)
2 26-Jul-1966 18 El Naranjo, San Luis Potosí
Carlos Ramírez Ulloa
(El Caracol)
3 16-Dic-1986 600 Apaxtla, Guerrero
Chilapan 4 01-Sep-1960 26 Catemaco, Veracruz
Cóbano 2 25-Abr-1955 52 Gabriel Zamora, Michoacán
Colimilla 4 01-Ene-1950 51 Tonalá, Jalisco
Colina 1 01-Sep-1996 3 San Francisco Conchos, Chihuahua
Colotlipa 4 01-Ene-1910 8 Quechultenango, Guerrero
Cupatitzio 2 14-Ago-1962 72 Uruapan, Michoacán
Electroquímica 1 01-Oct-1952 1 Cd. Valles, San Luis Potosí
Encanto 2 19-Oct-1951 10 Tlapacoyan, Veracruz
Falcón 3 15-Nov-1954 32 Nueva Cd. Guerrero, Tamaulipas
Fernando Hiriart Balderrama
(Zimapán)
2 27-Sep-1996 292 Zimapán, Hidalgo
Humaya 2 27-Nov-1976 90 Badiraguato, Sinaloa
Infiernillo 6 28-Ene-1965 1,040 La Unión, Guerrero
Itzícuaro 2 01-Ene-1929 1 Peribán los Reyes, Michoacán
Ixtaczoquitlán 1 10-Sep-2005 2 Ixtaczoquitlán, Veracruz
José Cecilio del Valle 3 26-Abr-1967 21 Tapachula, Chiapas
Jumatán 4 17-Jul-1941 2 Tepic, Nayarit
La Amistad 2 01-May-1987 66 Acuña, Coahuila
Leonardo Rodríguez Alcaine (El Cajón) 2 01-Mar-2007 750 Santa María del Oro, Nayarit
Luis Donaldo Colosio
(Huites)
2 15-Sep-1996 422 Choix, Sinaloa
Luis M. Rojas
(Intermedia)
1 01-Ene-1963 5 Tonalá, Jalisco
Malpaso 6 29-Ene-1969 1,080 Tecpatán, Chiapas
Manuel M. Diéguez
(Santa Rosa)
2 02-Sep-1964 61 Amatitlán, Jalisco
Manuel Moreno Torres
(Chicoasén)
8 29-May-1981 2,400 Chicoasén, Chiapas
Mazatepec 4 06-Jul-1962 220 Tlatlauquitepec, Puebla
Micos 2 01-May-1945 1 Cd. Valles, San Luis Potosí
Minas 3 10-Mar-1951 15 Las Minas, Veracruz
Mocúzari 1 03-Mar-1959 10 Álamos, Sonora
Oviáchic 2 28-Ago-1957 19 Cajeme, Sonora
Platanal 2 21-Oct-1954 9 Jacona, Michoacán
Plutarco Elías Calles
(El Novillo)
3 12-Nov-1964 135 Soyopa, Sonora
Portezuelos I 4 01-Ene-1901 2 Atlixco, Puebla
Portezuelos II 2 01-Ene-1908 1 Atlixco, Puebla
Puente Grande 2 01-Ene-1912 12 Tonalá, Jalisco
Raúl J. Marsal
(Comedero)
2 13-Ago-1991 100 Cosalá, Sinaloa
Salvador Alvarado
(Sanalona)
2 08-May-1963 14 Culiacán, Sinaloa
San Pedro Porúas 2 01-Oct-1958 3 Villa Madero, Michoacán
Schpoiná 3 07-May-1953 2 Venustiano Carranza, Chiapas
Tamazulapan 2 12-Dic-1962 2 Tamazulapan, Oaxaca
Temascal 6 18-Jun-1959 354 San Miguel Soyaltepec, Oaxaca
Texolo 2 01-Nov-1951 2 Teocelo, Veracruz
Tirio 3 01-Ene-1905 1 Morelia, Michoacán
Tuxpango 4 01-Ene-1914 36 Ixtaczoquitlán, Veracruz
Valentín Gómez Farías
(Agua Prieta)
2 15-Sep-1993 240 Zapopan, Jalisco
Villita 4 01-Sep-1973 300 Lázaro Cárdenas, Michoacán
Zumpimito 4 01-Oct-1944 6 Uruapan, Michoacán
27 de Septiembre
(El Fuerte)
3 27-Ago-1960 59 El Fuerte, Sinaloa
Centrales fuera de servicio:
El Durazno (Sistema Hidroeléctrico Miguel Alemán) 2 01-Oct-1955 0 Valle de Bravo, México
Huazuntlán 1 01-Ago-1968 0 Zoteapan, Veracruz
Ixtapantongo (Sistema Hidroeléctrico Miguel Alemán) 3 29-Ago-1944 0 Valle de Bravo, México
Las Rosas 1 01-Ene-1949 0 Cadereyta, Querétaro
Santa Bárbara (Sistema Hidroeléctrico Miguel Alemán) 3 19-Oct-1950 0 Santo Tomás de los Plátanos, México
Tepazolco 2 16-Abr-1953 0 Xochitlán, Puebla
Tingambato (Sistema Hidroeléctrico Miguel Alemán) 3 24-Sep-1957 0 Otzoloapan, México

La Central Hidroeléctrica “Chicoasén” está ubicada sobe el río Grijalva en el municipio de Chicoasén, Chiapas. Esta central cuenta con ocho unidades turbogeneradoras de 300 MW cada una, para una capacidad instalada total de 2,400 MW. Estas unidades entraron en operación comercial en 1980. La energía generada es transportada a través de diez líneas de transmisión a Veracruz y Chiapas.

La decima planta de generación de energía hidroeléctrica más productiva de Latino américa.

Centrales Hidroeléctricas en chihuahua

La Boquilla

En 1909 la compañía Agrícola de Fuerza Eléctrica del Río Conchos S.A. obtuvo la concesión de usar las aguas de este río para la generación de energía eléctrica.

1910 la construcción de la presa La Boquilla. (A consecuencia de la Revolución Mexicana se suspendieron los trabajos de construcción)

1916 cuando se concluyó la obra.

La cortina es de tipo gravedad, de concreto ciclópeo, con una altura máxima de 74 metros. La corona tiene 259 metros de longitud, con un ancho de 6 metros.

El vaso de esta presa se conoce con el nombre de “Lago Toronto”, con una capacidad total de 2982Millones de Metros cúbicos, siendo su capacidad disponible de 2893Millones de metros cúbicos. El área de embalse es de 17500 hectáreas.

La cuenca de captación de la presa, se extiende hasta los límites del estado de Durango con una superficie de 21003km cuadrados.

La planta hidroeléctrica está situada al pie de la cortina y la toma alta se encuentra a 1293m.s.n.m. La planta está provista de 4 turbinas de eje horizontal de 10000 H con gasto máximo de 44 metros cúbicos por segundo y cuatro generadores de corriente alterna trifásica de 6250KwH, 60 ciclos, 130 amperes y 4000 voltios.

ENERGÍAS RENOVABLES EN EL ESTADO DE CHIHUAHUA

POTENCIAL DE ENERGÍA MINIHIDROELETCRICA

En el Estado de Chihuahua, existen estudios que demuestran la posibilidad de aprovechar la infraestructura hidráulica para generación de energía eléctrica clasificada como mini y micro plantas de 2 a 6 MW y casos especiales como es la presa el granero y el río papigochi en Madera, con capacidades de 300 y 276 MW de capacidad, respectivamente. Mediante el esquema de AUTOABASTECIMIENTO de energía eléctrica autorizado por la Secretaría de Energía y la Comisión Reguladora de Energía, es posible aprovechar el potencial hidráulico, para que se genere energía eléctrica con participación de inversionistas privados, para utilizar este recurso limpio y renovable en el servicio público de alumbrado municipal o servicios privados.

 

NUEVAS TECNOLOGÍAS

AK-1000, la mayor turbina submarina del mundo

La mayor turbina del mundo capaz de extraer energía de las profundidades de los océanos acaba de ser presentada en Escocia antes de ser instalada en las aguas cercanas a Orkney. La AK-1000, construida por Atlantis Resources Corporation tiene una altura superior a un edificio de 5 plantas, 22,5 m de altura, un diámetro de rotación de 18 metros  y pesa 130 toneladas.

Producirá 1 MW de energía a partir de una corriente submarina de 2,65 metros por segundo, superior a la aprovechada por turbinas fluviales en distintas localizaciones.

“La gigantesca turbina se espera que sea muy respetuosa con el fondo marino debido a su baja velocidad de rotación y que suministre de forma predecible energía renovable a la red eléctrica local de Orkney.” Las aspas giran a una velocidad de solo 6 a 8 revoluciones por minuto.

Este proyecto enlaza con la construcción de un data center localizado en el norte de Escocia y que se pretende sea totalmente abastecido por esta energía oceánica. La energía de las mareas y de las corrientes submarinas se convierten de esta manera en una fuente renovable y predecible de suministro eléctrico. El agua tiene 832 veces más densidad que el aire, por lo que es posible producir cantidades similares de energía con turbinas mucho más pequeñas.

Son los inconvenientes de trabajar en el fondo marino -recientemente puestos de manifiesto en el vertido del Golfo de México- lo que está haciendo que esta forma de aprovechamiento de la energía se desarrolle más lentamente.

Cometas submarinas para producir electricidad

Minesto, una spin-off del fabricante sueco de automóviles Saab, está desarrollando una tecnología denominada “Deep Green“, que consiste en unas cometas submarinas ancladas en el fondo del océano que producirían electricidad de manera continua aprovechando el flujo de las mareas. Una sola turbina Deep Green podría producir hasta 500 kW·h de electricidad. Como las mareas son mucho más regulares que los vientos resultaría una forma menos errática y variable de generar electricidad.

Las cometas tienen 12 m de envergadura y permanecen unos 20 metros por debajo de la superficie con lo que se evitan conflictos con la navegación y minimizan el impacto visual. Flujos de marea tan leves como de 1,6 metros/segundo pueden aprovecharse para producir el empuje necesario para hacerlas funcionar.

Al estar ancladas en el fondo, pueden aprovechar velocidades mayores mientras se desplazan de un lado para otro y generar electricidad de forma más efectiva. A diferencia de las turbinas eólicas marinas, las cometas pueden instalarse y funcionar con facilidad en aguas profundas. Son más ligeras y sencillas de instalar que otros sistemas de generación submarinos. Tienen el inconveniente, como el resto de dispositivos marinos, de resultar costosa la transmisión de la electricidad a grandes distancias, aunque la mayor eficiencia y la generación más estable podría contrarrestar esta desventaja.

La empresa asegura que los sistemas Deep Green costarán de 0,06-0,14 euros/kWh, un precio menor comparado con los 0,15-0,30 euros/kWh de otros sistemas para producir electricidad con las mareas o los 0,10-0,12 euros/kWh que cuesta producirla con los aerogeneradores eólicos marinos.

El próximo año se probará un modelo a escala en el norte de Irlanda, como siguiente fase del desarrollo del sistema.

Oyster, el secreto para obtener la energía del océano

Ha aparecido un nuevo aliado en la lucha para capturar la energía de las olas. Se llama Oyster (Ostra) y su debut -para el otoño de este año-, si tiene éxito, podría cambiar para siempre la cara de este tipo de energía. Como verás en esta entrada, esta gigantesca máquina de producción de electricidad es bastante diferente de las máquinas convencionales utilizadas para extraer energía de las olas. Y esas diferencias pueden convertirla en algo muy comercial.

Oyster se distingue del resto de dispositivos en que usa tecnologías hidráulicas para transferir la energía de las olas hasta la costa, donde puede convertirse en electricidad. La máquina tiene un oscilador de 18 m de ancho del que el Dr. Ronan Doherty, Jefe de la oficina técnica de Aquamarine Power (Edimburgo) y desarrollador del primer Oyster, dice que es la pieza clave de todo el diseño.

El oscilador se combina con la acción de un pistón que se mueve con el movimiento de las olas. Los pistones pueden bombean agua a presión a la costa a través de tuberías submarinas, una vez en tierra firme generadores hidroeléctricos tradicionales producen la electricidad.

“La tecnología de Oyster es altamente innovadora debido a su simplicidad”, dice el Dr. Doherty. Su componente marino, con pocos elementos móviles sumergidos, es clave para resolver dificultades cuando el mar está revuelto o el mantenimiento se convierte en una tarea difícil. “No hay generadores submarinos, ni elementos eléctricos, ni motores debajo del agua que puedan averiarse. Toda la complejidad para producir la electricidad tiene lugar en tierra firme.

El innovador dispositivo ha sido diseñado para ser instalado en aguas cercanas a la costa a una profundidad entre 12 y 16 metros, lo que proporciona una uniformidad en la dirección y en la fuerza con que se producen las olas. La menor altura del oleaje y su carga moderada consiguen promedios de producción anual de electricidad óptimos.

Otra de las ventajas de Oyster es que, en lugar de usar aceites u otros fluidos hidráulicos, usa únicamente agua de mar y la máquina no contiene ninguna sustancia tóxica. Además, no sólo es limpia y respetuosa con el medio ambiente, también es silenciosa.

Con un ahorro estimado de 500 toneladas de carbón/año, podría ser la gran esperanza blanca de la energía de las olas.

wave-energy

El primer parque mareomotriz del mundo

Aunque la mayoría de nosotros estamos acostumbrados a la imagen de los aerogeneradores o la de los parques eólicos, nos resultan, sin embargo, chocantes las distintas técnicas que permiten extraer energía de las mareas o de las corrientes oceánicas.

Scottish Power ha anunciado su intención de desarrollar la mayor planta mareomotriz del mundo usando la turbina más avanzada, el denominado ‘dispositivo Lànstrøm’. Cada turbina es de 30 metros de alto y sus palas tienen una longitud de 20 metros. Pueden funcionar hasta en profundidades de 100 metros. Y lo más importante, las mareas proporcionan un flujo constante y predecible de energía, sin las intermitencias de la energía solar o la eólica.

Las turbinas Lànstrøm han sido probadas en Noruega, donde fueron desarrolladas por la empresa Hammerfest Strøm. En Escocia se barajan dos emplazamientos para las futuras instalaciones, en Pentland Firth y en Sound of Islay, y en Irlanda un tercero, en la costa de North Antrim.

Si se conceden los permisos necesarios, para el verano de 2009, las instalaciones de Scottish Power serán las primeras del mundo. Si el tiempo lo permite, los tres emplazamientos, con más de 20 turbinas cada uno, podrían estar funcionando para 2011. Cada turbina producirá 1 MW con lo que la potencia total instalada será de 60 MW, o lo que es lo mismo, energía suficiente para abastecer 40.000 hogares.

Turbina Hammerfest Strøm

SeaGen: turbinas para el fondo marino

Cerca de la costa de Strangford Lough, en la orilla más oriental de Irlanda del Norte, la empresa Marine Current Turbines está finalizando la última fase de la instalación de la primera turbina comercial que aprovechará la energía mareomotriz. SeaGen, que es el nombre del coloso de 43 metros de punta a punta y 1.000 toneladas de peso, dispone de dos rotores de 16 metros de diámetro y generará una potencia de 1.2 MW, suficiente para abastecer 1000 hogares.

La ventaja más importante, según los ingenieros de la compañía, es que la energía de las mareas, a diferencia de la del viento, es predecible lo que permite calcular y obtener todo el rendimiento que generan. Sin embargo el problema puede ser el mismo, bajo el agua, el SeaGen todavía tiene que demostrar que es compatible con la preservación de la vida marina de la zona. Si el SeaGen da buenos resultados, Marine Current Turbines piensa instalar una ‘granja’ de turbinas en la costa de Anglesey (Gales), con una capacidad de 10,5 MW, que esperan comience a funcionar hacia 2011, y otras empresas han anunciado planes similares.




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