Tema 4 LA ENERGÍA HIDRÁULICA

1. Tema 4LA ENERGÍA HIDRÁULICA Tecnología Industrial I Dpto. de TECNOLOGÍA/IES H. LANZ

2. 1. CENTRALES HIDROELÉCTRICAS 1. ¿QUÉ ES UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA? Una central hidroeléctrica es una instalación que permite aprovechar las masas de agua en movimiento que circulan por los ríos para transformarlas en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a los alternadores.

3. 2. HIDROELÉCTRICAS /TIPOS EN BASE A SU TAMAÑO Y A SU CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN MEDIA DE ENERGÍA (en megavatios, MW) LAS CENTRALES SE DIVIDEN EN:

4. 2. HIDROELÉCTRICAS /COMPONENTES • La presa, que se encarga de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse. • Rebosaderos, elementos que permiten liberar parte del agua que es retenida sin que pase por la sala de máquinas.

5. 2. HIDROELÉCTRICAS /COMPONENTES • Destructores de energía, que se utilizan para evitar que la energía que posee el agua que cae desde los salientes de una presa de gran altura produzcan, al chocar contra el suelo, grandes erosiones en el terreno. Básicamente encontramos dos tipos de destructores de energía: • Los dientes o prismas de cemento, que provocan un aumento de la turbulencia y de los remolinos. • Los deflectores de salto de esquí, que disipan la energía haciendo aumentar la fricción del agua con el aire y a través del choque con el colchón de agua que encuentra a su caída.

6. 2. HIDROELÉCTRICAS /COMPONENTES • Conducciones. La alimentación del agua a las turbinas se hace a través de un sistema complejo de canalizaciones. La parte final del recorrido del agua desde la cámara de carga hasta las turbinas se realiza a través de una tubería forzada. Para la construcción de estas tuberías se utiliza acero para saltos de agua de hasta 2000m y hormigón para saltos de agua de 500m.

7. 2. HIDROELÉCTRICAS /COMPONENTES • Sala de máquinas. Construcción donde se sitúan las máquinas (turbinas, alternadores…) y elementos de regulación y control de la central. • Turbina. Elementos que transforman en energía mecánica la energía cinética de una corriente de agua. • Alternador. Tipo de generador eléctrico destinado a transformar la energía mecánica en eléctrica.

8. 2. HIDROELÉCTRICAS /COMPONENTES • Válvulas, dispositivos que permiten controlar y regular la circulación del agua por las tuberías. • Chimeneas de equilibrio: son unos pozos de presión de las turbinas que se utilizan para evitar el llamado “ golpe de ariete”, que se produce cuando hay un cambio repentino de presión debido a la apertura o cierre rápido de las válvulas en una instalación hidráulica.

9. 2. HIDROELÉCTRICAS /COMPONENTES

10. 3. HIDROELÉCTRICAS /LA PRESA Con la construcción de una presa se consigue un determinado desnivel de agua, que es aprovechado para conseguir energía. La presa es un elemento esencial y su forma depende principalmente de la orografía del terreno y del curso del agua donde se tiene que situar. Las presas se pueden clasificar, según el material utilizado en su construcción en: Presas de materiales sueltos Presas de hormigón Presas de gravedad. Presa de arco o bóveda Presas de contrafuertes (de gravedad aligeradas).

11. 3. HIDROELÉCTRICAS /LA PRESA 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.

12. 3. HIDROELÉCTRICAS /LA PRESA P. CONTRAFUERTES P. DE ARCO P. DE GRAVEDAD P. MATERIALES SUELTOS

13. 4. HIDROELÉCTRICAS /TURBINAS Transforman en energía mecánica la energía cinética (fruto del movimiento) de una corriente de agua. Las más utilizadas son: • Turbina Pelton. Son adecuadas para los saltos de gran altura y para los caudales relativamente pequeños. La forma de instalación más habitual es la disposición horizontal del eje.

14. 4. HIDROELÉCTRICAS /TURBINAS • Turbina Francis. Las turbinas Francis se pueden usar en saltos de diferentes alturas dentro de un amplio margen de caudal, pero son de rendimiento óptimo cuando trabajan en un caudal entre el 60 y el 100% del caudal máximo. Puede n ser instaladas con el eje en posición horizontal o en posición vertical pero, en general, la disposición más habitual es la de eje vertical.

15. 4. HIDROELÉCTRICAS /TURBINAS • Turbina Kaplan. Se usan en saltos de pequeña altura con caudales medianos y grandes. Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, pero también se pueden instalar de forma horizontal o inclinada.

16. 5. HIDROELÉCTRICAS /TIPOS DE CENTRALES TIPOS DE AGUA FLUYENTE DE EMBALSE A pie de presa Por derivación de las aguas Centrales de bombeo o reversibles

17. 5. HIDROELÉCTRICAS /TIPOS DE CENTRALES DE AGUA FLUYENTE No existe embalse, el terreno no tiene mucho desnivel y es necesario que el caudal del río sea lo suficientemente constante como para asegurar una potencia determinada durante todo el año.

18. 5. HIDROELÉCTRICAS /TIPOS DE CENTRALES DE EMBALSE: a pie de presa La sala de turbinas está situada después de la presa.

19. 5. HIDROELÉCTRICAS /TIPOS DE CENTRALES DE EMBALSE: por derivación de las aguas Las aguas del río son desviadas mediante una pequeña presa y son conducidas mediante un canal con una pérdida de desnivel tan pequeña como sea posible, hasta 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 a pie de presa.

20. 5. HIDROELÉCTRICAS /TIPOS DE CENTRALES DE EMBALSE: por bombeo Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda diaria de energía eléctrica es máxima, estas centrales trabajan como una central hidroeléctrica convencional: el agua cae desde el embalse superior haciendo girar las turbinas y después queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del día de menor demanda, el agua es bombeada al embalse superior para que vuelva a hacer el ciclo productivo.

21. 6. HIDROELÉCTRICAS /FUNCIONAMIENTO Al llegar a la sala de máquinas el agua actúa sobre los álabes de la turbina hidráulica, transformando su energía cinética en energía mecánica de rotación La presa, situada en el curso de un río, acumula artificialmente un volumen de agua para formar un embalse. Eso permite que el agua adquiera una energía potencialque después se transformará en electricidad. El agua a presión de la tubería forzada va transformando su energía potencial en cinética(es decir, va perdiendo fuerza y adquiere velocidad) El agua, una vez ha cedido su energía, es restituida al río aguas abajo de la central a través de un canal de desagüe. El eje de la turbina está unido al del generador eléctrico, que al girar convierte la energía rotatoria en corriente alterna de media tensión Para esto, la presa se sitúa aguas arriba, con una válvula que permite controlar la entrada de agua a la galería de presión; previa a una tubería forzada que conduce el agua hasta la turbina de la sala de máquinas de la central.

22. 6. HIDROELÉCTRICAS /FUNCIONAMIENTO ENERGÍA CINÉTICA ROTACIÓN ENERGÍA CINÉTICA DEL AGUA Alternador Turbinas Tuberías ENERGÍA DE ELÉCTRICA ENERGÍA POTENCIAL

23. 7. HIDRÁULICA EN ESPAÑA

24. 7. HIDRÁULICA EN ESPAÑA Se estima que para el año 2010, la potencia hidráulica obtenida en las minicentrales, alcance en Asia los 25000 MW, que la sitúan como líder mundial, con una producción de 100000 GWh/año. Europa Occidental tendría una producción de 50000 GWh/año. En España se esperan alcanzar para el año 2010, unos 2200MW, tal y cómo se aprecia en el gráfico.

25. 7. HIDRÁULICA EN ESPAÑA Hidráulica en el mundo y en Europa

26. 8. HIDRÁULICA. VENTAJAS E INCONVENIENTES VENTAJAS INCONVENIENTES El tiempo de construcción es, en general, más largo que el de otros tipos de centrales eléctricas. No necesitan combustibles y son limpias. Muchas veces los embalses de las centrales tienen otras utilidades importantes: el regadío, como protección contra las inundaciones o para suministrar agua a las poblaciones próximas. La generación de energía eléctrica está influenciada por las condiciones meteorológicas y puede variar de estación a estación. Los costes de inversión por kilovatio instalado son elevados. Tienen costes de explotación y mantenimientos bajos. En general, están situadas en lugares lejanos del punto de consumo y, por lo tanto, los costes de inversión en infraestructuras de transporte pueden ser elevados. Las turbinas hidráulicas son de fácil control y tienen unos costes de mantenimiento reducido. 

27. 8. HIDRÁULICA. IMPACTO AMBIENTAL La construcción de presas y, por extensión, la formación de embalses, provocan un impacto ambiental que se extiende desde los límites superiores del embalse hasta la costa. Este impacto tiene las siguientes consecuencias, muchas de ellas irreversibles: • Sumerge tierras, alterando el territorio. • Modifica el ciclo de vida de la fauna. • Dificulta la navegación fluvial y el transporte de materiales aguas abajo (nutrientes y sedimentos, como limos y arcillas). • Disminuye el caudal de los ríos, modificando el nivel de las capas freáticas, la composición del agua embalsada y el microclima.

28. CONCLUSIONES