Aitor Chico SordoCurso: 1ºAC

¿Qué es una central hidroeléctrica?.............................................................Página.1.Ventajas de las centrales hidroeléctricas………………………………….Página.1.Inconvenientes de las centrales hidroeléctricas…………………………...Página.1.Tipos de centrales hidroeléctricas………………………………………... Página.2.Elementos de las centrales hidroeléctricas………………………..Página.2,3,4,5,6.Consecuencias de la rotura de una presa………………………………….Página.6.Presas mas importantes…………………………………………………... Página.6.

Una central hidroeléctrica es aquella que utiliza energía hidráulica para la generación de energía eléctrica. Son el resultado actual de la evolución de los antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para mover una rueda.

En general aprovechan la energía potencial que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel también conocido como salto geodésico. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una o varias turbinas hidráulicas las cuales trasmiten la energía a un alternador en cual la convierte en energía eléctrica.

No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía, constantemente repuesta por la naturaleza de manera gratuita.

Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua. A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego, protección

contra las inundaciones, suministro de agua, caminos, navegación y aún ornamentación del terreno y turismo.

Los costos de mantenimiento y explotación son bajos. Las obras de ingeniería necesarias para aprovechar la energía hidráulica tienen

una duración considerable. La turbina hidráulica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede

ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia siendo sus costes de mantenimiento, por lo general, reducidos.

Los costos de capital por kilovatio instalado son con frecuencia muy altos. El emplazamiento, determinado por características naturales, puede estar lejos

del centro o centros de consumo y exigir la construcción de un sistema de transmisión de electricidad, lo que significa un aumento de la inversión y en los costos de mantenimiento y pérdida de energía.

La construcción lleva, por lo común, largo tiempo en comparación con la de las centrales termoeléctricas.

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

Central hidroeléctrica de pasada. Una central de pasada es aquella en que no existe una acumulación apreciable de agua "corriente arriba" de las turbinas. En una central de este tipo las turbinas deben aceptar el caudal disponible del río "como viene", con sus variaciones de estación en estación, o si ello es imposible el agua sobrante se pierde por rebosamiento.En ocasiones un embalse relativamente pequeño bastará para impedir esa pérdida por rebosamiento.

Central Hidroeléctrica con embalse de reserva. En este tipo de proyecto se embalsa un volumen considerable de líquido "aguas arriba" de las turbinas mediante la construcción de una o más presas que forman lagos artificiales.El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Del volumen embalsado depende la cantidad que puede hacerse pasar por las turbinas.Con embalse de reserva puede producirse energía eléctrica durante todo el año aunque el río se seque por completo durante algunos meses , cosa que sería imposible en un proyecto de pasada.

Las centrales con almacenamiento de reserva exigen por lo general una inversión de capital mayor que las de pasada, pero en la mayoría de los casos permiten usar toda la energía posible y producir kilovatios-hora más baratos.

Centrales hidroeléctricas de bombeo. Las centrales de bombeo son un tipo especial de centrales hidroeléctricas que posibilitan un empleo más racional de los recursos hidráulicos de un país.

Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda de energía eléctrica alcanza su máximo nivel a lo largo del día, las centrales de bombeo funcionan como una central convencional generando energía.Al caer el agua, almacenada en el embalse superior, hace girar el rodete de la turbina asociada a un alternador.Después el agua queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del día en la que la demanda de energía es menor el agua es bombeada al embalse superior para que pueda hace el ciclo productivo nuevamente.Para ello la central dispone de grupos de motores-bomba o, alternativamente, sus turbinas son reversibles de manera que puedan funcionar como bombas y los alternadores como motores.

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.

La estructura de la central puede ser muy diversa según le afecten los condicionantes medioambientales de su ubicación, sin embargo se pueden reducir a dos tipos pero con variantes particulares.

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.

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 constituidas 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 esto 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 es uno de los tipos más eficientes de turbina hidráulica. Es una turbomáquina motora, de flujo trasversal, admisión parcial y de acción. Consiste en una rueda (rodete o rotor) dotada de cucharas en su periferia, las cuales están especialmente realizadas para convertir la energía de un chorro de agua que incide sobre las cucharas.

Las turbinas Pelton están diseñadas para explotar grandes saltos hidráulicos de bajo caudal, constan de un inyector que transforma la energía de presión del agua en energía cinética. La velocidad de salida del chorro del fluido 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.

La turbina Francis se trata de una turbomáquina motora a reacción y de flujo mixto.

Las turbinas Francis son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de

los diez metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más ampliamente usado en el mundo, principalmente para la producción de energía eléctrica mediante centrales hidroeléctricas.

Las turbinas 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 continua 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.

Que se rompa una presa hoy día es algo "muy improbable", pero si ocurre las consecuencias serían "muy graves".La rotura de una presa puede causar grandes catástrofes aguas abajo, produciendo grandes pérdidas, tanto en vidas humanas como en infraestructuras y propiedades.

PRESA DE LAS TRES GARGANTAS.

La presa de las Tres Gargantas está situada en el curso del río Yangtsé en China y es la planta hidroeléctrica y de control de inundaciones más grande del mundo.

Se calculó que la construcción de la represa tardaría 17 años en terminarse, y comenzó en 1994. El 21 de mayo de 2000 terminó de construirse el muro de la presa. El 6 de noviembre de 2002 se logró cerrar el curso del río y en 2003 comenzó a operar el primer grupo de generadores. A partir de 2004 se instalarán un total de 4 grupos de generadores por año, hasta completar la obra.

El 6 de junio de 2006 fue demolido el último muro de contención de la presa, con explosivos suficientes para derribar 800 edificios de 10 plantas. Cayó en 12 segundos.1 2 Esta prevista su finalización para el año 2009. Casi 1.900.000 personas fueron realojadas principalmente en nuevos barrios construidos en la ciudad de Chongqing.

Características

La presa se levanta a orillas de la ciudad Yichang, en la provincia de Hubei, en el centro de China. El futuro embalse llevará el nombre de Sandouping, y podrá almacenar 39,3 millones de hm³.  Contará con 32 turbinas de 700 MW cada una, 14 instaladas en el lado norte de la presa, 12 en el lado sur de la presa y seis más subterráneas totalizando una potencia de 22,5 gigavatios (GW), generando en conjunto una energía eléctrica de unos 100 TWh al año.La presa tiene como finalidad, además, mejorar las condiciones en el curso medio e inferior de río, permitiendo controlar las inundaciones y mejorar la navegación fluvial. Tendrá dos centrales hidroeléctricas que contendrán un total de 26 turbinas. La represa tendrá 2.309 metros de largo y 185 metros de alto.

En los planes originales esta sola presa tendría la capacidad de proveer el 10% de la demanda de energía eléctrica China. Sin embargo el crecimiento de la demanda ha sido mayor del esperado y aun si estuviera completamente operativa hoy solo sería capaz de proveer de energía al 3% del consumo interno chino.3

Esta monumental obra -la mayor presa del mundo- dejará bajo el nivel de las aguas a 19 ciudades y 326 pueblos, afectando a más de 1.900.000 personas y sumergiendo unos 630 km². De superficie de territorio chino.

PRESA DE ASUÁN

Asuán es una ciudad enclavada en la margen derecha del Nilo, junto a la primera catarata. Se han construido en esta zona dos presas: la nueva Presa Alta de Asuán y la menor y más antigua, Presa de Asuán o Presa Baja de Asuán.

Presa baja de Asuán. La construcción fue iniciada por los británicos en 1899 y se concluyó en 1902. El diseño inicial tenía 1.900 m de largo por 54 m de alto y pronto se descubrió que era inadecuado, por lo que se procedió a aumentar su altura en dos fases: de 1907 a 1912 y de 1929 a 1933.

Cuando la presa estuvo a punto de desbordarse en 1946 se decidió que, en lugar de aumentar su altura por tercera vez, se construyera una segunda presa ocho kilómetros río arriba.

Presa alta de Asuán. La construcción comenzó en 1960. La Presa Alta, El saad al Aali, fue concluida en su totalidad el 21 de julio de 1970; en la primera etapa, el embalse, que se concluía en 1964, se comenzaba a llenar con la presa aún en construcción, alcanzando su capacidad total en 1976. Este embalse causó inquietud entre los arqueólogos debido a que el complejo de Abu Simbel, así como otras decenas de templos, quedaría sumergido bajo las aguas. En 1960 una operación de rescate patrocinada por la UNESCO localizó, excavó y trasladó veinticuatro de estos monumentos a ubicaciones más seguras o fueron donados a los países que colaboraron en el rescate, como el templo de Debod, actualmente en Madrid

Con una producción hidroeléctrica de 2,1 gigavatios, la presa alberga 12 generadores de 175 megavatios cada uno. El suministro eléctrico comenzó en 1967, cuando la presa alcanzó su cenit de producción, generando aproximadamente la mitad de la electricidad necesaria para el consumo de todo Egipto (alrededor del 15% en 1998) y permitiendo, por primera vez, la conexión eléctrica en la mayoría de los pueblos egipcios.