Energías Renovables: Hidráulica, Solar, Eólica y Geotérmica

Energía Hidráulica

La energía hidráulica es la energía potencial que tiene el agua al estar retenida en un embalse a cierta altura. Esta energía se transforma en energía cinética para su aprovechamiento, principalmente para obtener energía eléctrica. El proceso se realiza en tres fases:

1. Energía potencial a cinética (tubería)
2. Energía cinética de traslación a rotación (turbina)
3. Energía cinética a eléctrica (alternador)

Elementos de una central hidroeléctrica

• Presa: Muro, generalmente de hormigón, que retiene el agua formando un embalse (natural o artificial). Hay dos tipos principales:
  • De gravedad: Tiene sección triangular y soporta todo el empuje del agua, por lo que necesita buenos materiales para evitar grietas.
  • De bóveda: Tiene sección convexa y transmite el empuje del agua hacia los lados. Necesita un terreno sólido y su construcción es más barata.
• Conductos de agua: Tuberías que regulan el caudal que llega a la sala de máquinas. Se protege la instalación por medio de compuertas y rejillas.
• Sala de máquinas: Donde se encuentra el grupo turbina-alternador. Tipos de turbinas:
  • Kaplan: Turbina de eje vertical que se usa en saltos pequeños de agua con mucho caudal. Gira rápido (rendimiento ≈ 95%).
  • Pelton: Turbina de eje horizontal para saltos grandes de agua con poco caudal. Gira más lento (rendimiento ≈ 90%).
• Transformadores: Aumentan la tensión de salida para disminuir la intensidad que circula por el cable de alta tensión.

Clasificación de centrales hidroeléctricas

• Según su producción: Minicentrales (potencia < 10 MW) y macrocentrales (potencia > 10 MW).
• Según el funcionamiento:
  • Bombeo puro: Dispone de un embalse superior artificial y necesita bombas de agua.
  • Bombeo mixto: El embalse superior es natural y solo cuando hay poca agua se bombea.

Impacto ambiental

• Impacto paisajístico generado por la presa.
• Inundación de grandes extensiones de terreno fértil y pueblos.
• Alteración del ecosistema acuático y vegetación (mayor humedad).

Ventajas

• Energía limpia, no contamina (CO2, efecto invernadero).
• Producción regular de energía.
• Almacenamiento y regulación del caudal de los ríos.

Energía Solar

Limitada por tres factores: horas de sol al año, inclinación de los rayos (latitud) y contaminación atmosférica.

Aprovechamiento del calor

• Baja temperatura (80ºC): Colectores planos que absorben el calor del sol y lo transmiten a un fluido para subir su temperatura (agua caliente, calefacción, piscinas).
• Media temperatura (300ºC): Concentradores parabólicos que concentran el calor en tuberías por las que pasa un fluido (aceite) y se puede emplear para obtener energía eléctrica.
• Alta temperatura (2000ºC): Heliostatos, un campo de espejos que reflejan la luz del sol hacia una torre central, concentrando los rayos en una caldera donde se transforma el agua en vapor y se dirige a mucha presión hacia la turbina.

Aprovechamiento de la luz

• Conversión fotovoltaica: Placas solares fabricadas con material semiconductor (silicio) que al incidir la luz del sol generan una corriente eléctrica que se transforma en corriente alterna y se acumula o se inyecta a la red eléctrica.

Energía Eólica

Es la energía del viento, que es aire en movimiento, por lo tanto, está formada por energía cinética. Se usa desde los barcos de vela y molinos de viento hasta los aerogeneradores.

Máquinas eólicas

• Eje horizontal:
  • Baja potencia: Generan potencia de hasta 50 kW. Palas con 12 a 24 aspas y diámetro de 6 m. Arrancan con una velocidad de 2 m/s y funcionan a máximo rendimiento con 5 m/s.
  • Alta potencia: Generan potencia de más de 50 kW. Palas con 3 aspas. Arrancan con vientos de 4-12 m/s y el máximo rendimiento es por encima de 15 m/s.
• Eje vertical: En investigación. Ventaja de no necesitar dispositivos orientadores, sin problemas de vibración ni de resistencia, pero produce poca potencia. Ejemplo: Savonius (dos semicilindros iguales enfrentados).

Central eólica (parque eólico)

• Palas: Suelen ser 3, de acero o fibra de vidrio, miden 4 m y pesan 8 toneladas. Tienen sistema antirayos.
• Torre: De forma cilíndrica, fabricadas en secciones de acero laminadas. Miden entre 60-100 m y pesan entre 40-80 toneladas. Mantienen elevado el grupo turbina-alternador y absorben vibraciones.
• Grupo turbina-alternador: Turbinas de eje horizontal que contienen un equipo de transmisión que aumenta la velocidad de rotación del eje para que el alternador gire a más velocidad.

Funcionamiento

El viento incide sobre las palas, haciendo girar el eje de la turbina, que mueve el generador y produce la corriente eléctrica. Esta se transporta por cables a un centro de control o se distribuye directamente a la red.

Energía Geotérmica

Es el calor almacenado en el interior de la Tierra que se transmite por conducción hasta la superficie y otra parte se almacena en el interior.

Tipos de yacimientos

• Hidrotermales: Agua en forma de líquido o vapor a temperaturas entre 40-200ºC. Se extrae en forma de vapor para obtener energía eléctrica.
• Geopresurizados: Similares a los hidrotermales, pero el agua está junto a bolsas de gas natural.
• Roca caliente (85%): Rocas impermeables a temperaturas de hasta 300ºC. No existe líquido para extraer el calor, por lo que se necesita bombear agua para extraerlo. Son los más comunes.

Aprovechamiento

• Geotérmico (alta temperatura): 150-500ºC. Perforaciones de 1000-5000 m. Se localizan en zonas volcánicas o sísmicas (Cinturón de Fuego del Pacífico, Islandia). Se usa para producir energía eléctrica: el vapor se extrae del interior y se conduce hacia la turbina y alternador.
• Geotérmico (baja temperatura): <150ºC. Se localiza lejos de zonas volcánicas o sísmicas. El agua caliente extraída se usa para calefacción, agua caliente sanitaria, invernaderos, etc.