Como funciona una central hidroelectrica

Una central hidroeléctrica se encarga de generar energía eléctrica a través del movimiento de agua. Explicamos qué es una central hidroeléctrica, para qué sirve, cómo funciona y más.

¿Qué es una central hidroeléctrica?

Una central hidroeléctrica tiene por función la generación de energía eléctrica gracias al movimiento del agua, en donde en la mayoría de los casos se opta por aplicar este procedimiento en los ríos. Esta la razón por la que se suelen instalar a orillas de un río. Por sus características las centrales hidroeléctricas son un método sustentable de producción de energía renovable, ya que el agua se puede reutilizar una infinita cantidad de veces.

Como funciona una central hidroelectrica

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¿Para qué sirve una central hidroeléctrica?

Una central hidroeléctrica logra reunir dos energías renovables, aprovechando en primer lugar la fuerza del agua que es energía hidráulica, para después obtener energía eléctrica. En la actualidad son las centrales más extendidas en el planeta.

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¿Cómo funciona una central hidroeléctrica?

El funcionamiento de una central hidroeléctrica empieza al conducir el agua por un sistema de tuberías que va desde una represa hacia un lugar que tiene una altura considerablemente alta, direccionado a la casa de máquinas, lugar en el que hay instaladas máquinas para la generación de electricidad y que está a una altura considerable respecto al punto de caída del agua, para así aprovechar al máximo toda la energía potencial gravitatoria, sin olvidar su energía cinética, que en otras palabras no es más que la fuerza y velocidad del agua al caer. Por supuesto, entre mayor sea la altura, más es la fuerza del agua al caer, y por ende esto es positivo para la generación de electricidad.

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Es en la casa de máquinas donde hay unas instalaciones montadas, destacando aquí la presencia de una turbina o de una máquina que cuenta con unas cucharas en las que el agua impacta, aprovechando su fuerza impacto y moviendo la turbina a una gran velocidad. De este modo la energía que el agua posee se va a convertir en energía mecánica. En este punto ya se cuenta con energía mecánica que se transforma en energía eléctrica. Respecto al agua que impacta las cucharas de la turbina, se conduce para ser liberada al exterior.

¿Cómo se transforma la energía mecánica en eléctrica en una central hidroeléctrica?

Gracias a la energía mecánica que proviene de la rotación de la turbina se activa otro mecanismo para que se regule la velocidad, bien sea para aumentarla o disminuirla en su rotación. Después la velocidad ya controlada y regulada por el generador eléctrico, va a aprovechar esa misma rotación para que se genere electricidad.

Para ser más claros, el generador eléctrico es una máquina con la que se aprovecha el movimiento de rotación para que se genere electricidad, porque su tecnología y arquitectura así lo van a permitir.

Finalmente, la energía eléctrica se puede transmitir al utilizar conductores eléctricos como cables, aunque aquí no para el proceso porque es necesario asegurarse de la fuerza y cantidad de la energía eléctrica que se transmite.

Transformación de los niveles energía eléctrica en una central hidroeléctrica

Ya se dispone de energía eléctrica que se puede transmitir, pero es necesario que se disminuyan o eleven los niveles de corriente, voltaje, entre otras variables. Por lo general se usan transformadores que amplifican la fuerza electromotriz, buscando que se transmita la energía eléctrica por distancias grandes para que lleguen a sus objetivos.

En ese orden de ideas, los transformadores son fundamentales para que existan transmisión y distribución de la energía eléctrica, porque el voltaje se va a ir perdiendo según se recorran grandes distancias.

¿Cómo es la distribución de la energía eléctrica de una central hidroeléctrica?

Una vez la energía eléctrica llega a una ciudad, casi siempre lo hace con cables y torres de alta tensión, por ende, se necesita de una disminución en la fuerza de la energía eléctrica, para lo cual se emplean transformadores reductores que van a adaptar la energía eléctrica para un uso cotidiano o industrial.

Lo cierto es que sin la utilización de transformadores es complejo que la fuerza eléctrica se mantenga o que se transmita la electricidad a distancias grandes.

Estructura o partes de una central hidroeléctrica

Estructura de una central hidroeléctrica

Las secciones más relevantes de estas centrales son:

  1. Embalse – Sitio en el que el agua se retiene a través de una presa.
  2. Una Presa.
  3. Tubería forzada – Para conducir el agua para que se dirija a la sala de máquinas.
  4. Turbina – Se ubica en la sala de máquinas.
  5. Generador eléctrico – Clave para el proceso de obtención de energía. Hay un transformador que es fundamental para que la fuerza hidráulica se transforme en energía que se utiliza posteriormente.
  6. Red eléctrica – Usada para el transporte a través de la red eléctrica.

Tipos de centrales hidroeléctricas

De agua fluyente – Son las que se sirven de la fuerza natural del agua para así generar energía eléctrica.

De embalse – Requieren de tuberías de alta presión, buscando así que se obtenga energía hidráulica del agua que está en reposo. Son más costosas, pero de mayor utilidad porque con estas se logra generar energía durante todo el año. Son las más utilizadas.

De altura de caída del agua – Es otro tipo de distinción que se puede plantear, en donde si se superan los 200 metros de caída clasifica para esta categoría.

Centrales mareomotrices – No son muy investigadas hasta la fecha, pero se valen de la fuerza de las olas y mareas para la generación de energía. Son muy costosas en su construcción y mantenimiento respecto a la energía que se obtiene con ellas, por ese motivo no son tan populares.

Características de una central hidroeléctrica

Los dos elementos principales por destacar de ellas respecto a la generación de electricidad son:

  • Potencia – Se da en función del nivel que existe entre el nivel medio de embalse y el nivel medio de las aguas que están por debajo de la central, al igual que el caudal máximo turbinable. Así mismo hay que incluir las turbinas y los generadores que se emplean para la transformación.
  • Energía – En cuanto a lo que se garantiza para un lapso de tiempo determinado, que casi siempre es de un año. Va a depender según sea el volumen útil del embalse y la potencia.

Potencia de una central hidroeléctrica

Son muchos los factores que van a influenciar la potencia de una central hidroeléctrica. Así mismo, hay potencias calculadas teóricas, pero la potencia real no va a coincidir con estas estimaciones. De este modo, la potencia de una hidroeléctrica es un tema complejo.

Más allá de lo anterior, siempre se van a utilizar variables como el caudal del agua, gravedad, altura de caída o densidad. Respecto a la potencia instalada, es una referencia a la potencia que tienen las máquinas generadoras de electricidad.

Una ecuación sencilla para conocer la potencia de una central hidroeléctrica es la siguiente:

Pe = ρ . g . ηt . ηg . ηm . C . H

Considerando que:

  • Pe = potencia en kilovatios (kW)
  • ρ = densidad del fluido en kg/m³, en este caso el agua.
  • g = aceleración de la gravedad (m/s^2)
  • ηt = rendimiento de la turbina hidráulica (entre 0.75 y 0.94)
  • ηg = rendimiento del generador eléctrico (entre 0.92 y 0.97)
  • ηm = rendimiento mecánico del acoplamiento turbina alternador (0.95/0.99)
  • C = caudal turbinable en m³/s
  • H =se refiere al desnivel disponible en la presa entre aguas arriba y aguas abajo, en metros

Impactos ambientales potenciales de una central hidroeléctrica

Sus impactos a nivel ambiental son significativos y principalmente son:

  • La construcción y operación del embalse y represa, porque suelen generar cambios irreversibles en los ambientes, además de hacerlo en zonas geográficas extensas.
  • Hay casos en los que se dan fallos o equivocaciones en la construcción.
  • El área de influencia suele extenderse por límites superiores a los del embalse.
  • Se generan inconvenientes relacionados con el polvo, erosión, desechos.
  • Un impacto clave es la inundación de la cuenca con la que se forma el embalse, así que se alteran los caudales.

Los efectos indirectos de una central hidroeléctrica son:

  • Los caminos de acceso afectan zonas aledañas.
  • Las líneas de transmisión de energía acarrean cambios.
  • Afectan el desarrollo de actividades industriales, agrícolas.
  • El uso de la tierra, agua y otros recursos se ve afectado por las aguas arriba del reservorio.

Las centrales hidroeléctricas con más energía del mundo

Este es el listado de las hidroeléctricas con más capacidad del planeta:

  • Tres Gargantas. 22500 MW. China.
  • Itaipú. 14000 MW. Paraguay – Brasil.
  • 13860 MW. China.
  • 10235 MW. Venezuela.
  • 8370 MW. Brasil.
  • Grand Coulee. 6809 MW. Estados Unidos.
  • 6448 MW. China.
  • 6426 MW. China.
  • Sayano-shushenskaya. 6400 MW. Rusia
  • 6000MW. Rusia

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