Fundamentos y Funcionamiento de las Centrales Hidroeléctricas

Esquema de un aprovechamiento hidroeléctrico

El sistema se compone de los siguientes elementos: cauce, azud, conducción, cámara de carga, central y canal de descarga (tramo cortocircuitado).

¿Qué es un azud?

Es una pequeña presa o barrera construida en ríos o canales para elevar y regular el nivel del agua, con el fin de derivar parte de su caudal hacia riego, abastecimiento o generación de energía.

Turbinas hidráulicas

Desde su invención en el siglo XIX, las turbinas han sido el corazón de la generación hidroeléctrica.

Definición: Elemento que aprovecha la energía cinética y potencial del agua y la transforma en energía eléctrica mediante su rotación (rendimiento entre el 85% y el 90%).

Tipos de turbinas

• Pelton: La más utilizada; ideal para mucho salto y pequeño caudal.
• De flujo cruzado: Diseñada para poco salto y gran caudal.
• Francis: Versátil, apta para una gran variedad de alturas de salto y caudal.
• Hélice y Kaplan: Similares entre sí, optimizadas para saltos medios y flujos constantes.

Centrales hidroeléctricas

Es una instalación que genera electricidad aprovechando la energía del agua, transformando su energía potencial en energía mecánica y, posteriormente, en energía eléctrica.

Clasificación según características orográficas

• Centrales fluyentes: Aprovechan el caudal natural del río sin necesidad de grandes embalses, utilizando directamente el flujo de agua.
• Centrales con regulación: Requieren la construcción de presas o embalses para almacenar agua y regular su flujo, permitiendo un control más eficiente de la generación.

Esquema de funcionamiento

Embalse, presa, galería de conducción, chimenea de equilibrio, tubería reforzada, central, turbinas y generadores, desagües, líneas de transporte de energía eléctrica y embalse inferior o río.

Clasificación según su estructura

• Central hidroeléctrica de pasada: No cuenta con un embalse significativo; utiliza directamente el caudal del río según sus variaciones naturales.
• Centrales por desviación de aguas: Se desvía parte del caudal del río mediante un azud o pequeña presa, conduciendo el agua hacia las turbinas.
• Centrales con embalse: Almacenan agua mediante la construcción de un embalse o utilizando uno ya existente para regular su uso.

Clasificación según su potencia

• Grandes centrales: Potencia superior a 5 MW.
• Pequeñas centrales: Potencia entre 1 MW y 5 MW.
• Minicentrales: Potencia entre 100 kW y 1 MW.
• Microcentrales: Potencia entre 1,5 kW y 100 kW.
• Hidrocargadores: Potencia menor a 1,5 kW; generan electricidad en corriente continua, utilizada principalmente para cargar baterías.

Cálculos técnicos y potencial

Potencial Hidrológico Teórico

P = 9.81 × Q × ΔH

• Q: Caudal promedio en el segmento del río (m³/seg).
• ΔH: Diferencia de altitud entre superficies en cada extremo del segmento de río (m).

Potencial hidroenergético

PH = Caudal × Altura de caída × Eficiencia

Variables fundamentales

• Caudal: Área de sección transversal × Velocidad de flujo.
• Área de sección transversal: Anchura × Profundidad.