Energía Hidráulica: Funcionamiento, Componentes y Tipos de Centrales

Energía Hidráulica: Fundamentos y Aplicaciones

La energía hidráulica es aquella que se obtiene del agua de los ríos, adecuadamente encauzada en embalses. Inicialmente, se aprovechaba el caudal y el desnivel de los saltos de agua para accionar directamente las turbinas hidráulicas, que transmitían la energía mecánica a la maquinaria de una fábrica mediante un sistema de correas y poleas.

Centrales Hidroeléctricas: Transformación de Energía

Las centrales hidroeléctricas son instalaciones que transforman la energía potencial del agua de los ríos en energía eléctrica. El proceso de transformación energética se lleva a cabo de la siguiente manera:

• 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 cinética de rotación del eje de las turbinas.
• En el alternador, la energía cinética de rotación del eje se convierte en energía eléctrica.

Componentes Clave de una Central Hidroeléctrica

Presas: Retención y Control del Agua

La presa es una estructura destinada a retener el agua de un río, formando un embalse. Los tipos de presas más comunes son:

• Presa de gravedad: Estas presas contrarrestan el empuje del agua con su propio peso. Su sección suele ser triangular o trapezoidal. Son resistentes a los agentes atmosféricos y al desbordamiento, pero su construcción es lenta y requieren grandes cantidades de materiales. Además, pueden ser susceptibles a la formación de grietas.
• Presas de gravedad aligeradas: Poseen una estructura hueca para disminuir su peso. Ofrecen mayor seguridad y elasticidad a las dilataciones.
• Presas de arco o de bóveda sencilla: Con su parte convexa dirigida aguas arriba, tienen una sección triangular estilizada. Se construyen en terrenos sólidos, ya que transmiten el empuje del agua a los laterales del valle. Son una alternativa económica a las presas de gravedad, ya que requieren menos materiales.

Todas las presas están diseñadas para retener la máxima cantidad de agua posible. Una vez alcanzada la cota máxima, el agua en exceso debe poder salir libremente a través de aliviaderos o mediante un conducto que comunique el interior del embalse con el exterior, desembocando aguas abajo de la presa.

Los 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. Para regular los aliviaderos y controlar el caudal descargado, se pueden incorporar compuertas.

Funcionamiento Detallado de una Central Hidroeléctrica

La presa sirve de contención al agua del embalse, que 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 regulan el caudal de agua y actúan como filtro, impidiendo que lleguen a las turbinas elementos extraños que podrían deteriorarlas.

Al llegar a los grupos turbina-alternador, el agua hace girar la turbina, cuyo eje está conectado al alternador, produciendo una corriente alterna de alta intensidad y baja tensión. Mediante transformadores, esta corriente se convierte en corriente de alta tensión e intensidad baja, que se envía a las líneas de transporte.

Para maximizar el rendimiento de la transformación de energía potencial del agua en energía eléctrica, es crucial aprovechar al máximo la energía del agua, reduciendo su velocidad lo más posible. La potencia, número y tipo de turbinas y alternadores dependen de las características del salto de agua, del caudal y del desnivel.

Los saltos de agua se clasifican en saltos de gran altura, de media altura y de baja altura. A medida que disminuye la altura del salto, el caudal debe ser mayor para que la instalación sea rentable, ya que la potencia es proporcional al producto del desnivel por el caudal.

En las centrales hidroeléctricas, la potencia instalada se refiere a la potencia máxima que se puede obtener en las condiciones más favorables de caudal y desnivel.

Tipos de Centrales Hidroeléctricas

Según la potencia generada, las centrales hidroeléctricas pueden ser:

• Minicentrales