Sistemas Eléctricos en Instalaciones Hídricas: Componentes y Funcionamiento

Sistemas Eléctricos en Redes e Instalaciones de Agua

1. Centrales Hidroeléctricas

Definición

Una central hidroeléctrica aprovecha la energía potencial y cinética del agua para generar electricidad.

Componentes Principales

• Presa: Estructura que retiene el agua para crear un embalse. Existen diversos tipos, como presas de gravedad, de bóveda o de arco.
• Aliviaderos: Canales o compuertas que permiten liberar agua de forma controlada para evitar daños en la presa por exceso de caudal.
• Toma de agua: Estructura que capta el agua del embalse. Incluye rejillas para filtrar sólidos y un sistema de compuertas de servicio, servomotores y válvulas (o bypass) para regular el flujo hacia la tubería.
• Canal de derivación: Conduce el agua desde la toma hasta la cámara de presión. Si la distancia es superior a 15 metros, se suelen emplear tuberías.
• Cámara de presión: Depósito intermedio entre la toma de agua y la tubería forzada, cuya función es asegurar el correcto arranque de la turbina y absorber las variaciones de presión.
• Tubería forzada: Conduce el agua a alta presión desde la cámara de presión hasta la turbina.
• Turbina hidráulica: Máquina que convierte la energía hidráulica (cinética y potencial) del agua en energía mecánica de rotación. Sus componentes clave son la caja espiral o caracola, el rodete (rueda con paletas fijas o móviles), el eje y el tubo de succión.
• Generador eléctrico: Dispositivo que transforma la energía mecánica de la turbina en energía eléctrica, basándose en la Ley de Faraday. El eje de la turbina transmite la rotación al rotor del generador.

Tipos de Turbinas

Según la dirección del flujo:

• Radiales-axiales: El agua entra en el rodete de forma radial y cambia de dirección para salir de forma axial (ej. turbina Francis).
• Axiales: El agua entra y sale del rodete en dirección paralela al eje de rotación (ej. turbina Kaplan).
• Tangenciales: El agua incide tangencialmente sobre la periferia del rodete (ej. turbina Pelton).

Según el grado de reacción:

• De acción: Aprovechan únicamente la velocidad del agua. El chorro de agua trabaja a presión atmosférica. Son ideales para grandes saltos de agua y bajo caudal (ej. turbina Pelton).
• De reacción: Aprovechan tanto la velocidad como la presión del agua. El rodete está completamente sumergido. Son aptas para saltos medios/bajos y grandes caudales (ej. turbina Francis, turbina Kaplan).

2. Instalaciones de Saneamiento (EDAR)

Una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) realiza un tratamiento físico-químico y biológico para depurar las aguas residuales antes de devolverlas al medio natural.

Componentes y Equipos

• Equipos generales: Tuberías, válvulas, bombas, depósitos y rejillas para el filtrado inicial.
• Estación de bombeo: Generalmente equipada con múltiples bombas para gestionar caudales variables y elevar el agua a las diferentes etapas del tratamiento.

3. Instalaciones de Tratamiento de Agua Potable (ETAP)

Una Estación de Tratamiento de Agua Potable (ETAP) tiene un propósito similar a la EDAR, pero su objetivo es potabilizar el agua para que sea apta para el consumo humano.

Procesos Clave

• Incluye procesos de filtrado avanzado, decantación, coagulación-floculación, desinfección (generalmente con cloro) y un riguroso control de calidad.

4. Control y Automatización de Operaciones

La gestión moderna de estas instalaciones se basa en sistemas automatizados para garantizar la eficiencia y seguridad.

• PLC (Controlador Lógico Programable): Es el cerebro de la operación, un autómata que gestiona procesos secuenciales como la apertura de compuertas, el arranque de bombas o la dosificación de químicos.
• SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos): Es un sistema de software que permite la supervisión y visualización en tiempo real de toda la planta desde una sala de control, mostrando alarmas y registrando datos históricos.
• Sensores y actuadores: Son los "sentidos y manos" del sistema. Los sensores miden variables como nivel, presión, caudal y calidad del agua, mientras que los actuadores (motores, válvulas) ejecutan las órdenes del PLC.