De la energía hidráulica a la hidroeléctrica
El paso de la energía hidráulica a la hidroeléctrica ha tenido un gran impacto debido a la facilidad de implementación de este sistema en grandes industrias.
facultad de ingeniería · energías renovables
mié. 29 de sep. 2021
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El paso de la energía hidráulica a la hidroeléctrica ha sido uno de los más grandes por parte de la humanidad en las energías renovables. Esto permitió que se optimizara esta fuente energética de manera que incluso una gran industria pudiera utilizarla. Todos los ciclos naturales que se dan sobre la tierra toman su energía, a través de un camino más o menos largo, de la energía solar.

El águila que se lanza a cazar una presa cae desde cierta altura transformando su energía potencial gravitatoria en energía cinética con la que da caza a su presa, energía potencial que alcanzó a través de la energía mecánica de sus alas, accionadas gracias a la energía química de los nutrientes obtenidos de sus alimentos, que son adquiridos posiblemente de algún animal herbívoro, que a su vez, se alimentó de algún vegetal que fijó la energía solar en forma de enlaces en la materia orgánica que conformó a través de la fotosíntesis.

Podrían imaginar infinidad de caminos de este tipo mientras se relajan frente a una chimenea con la que se calientan. Esto del mismo modo como el sol nos calienta, emitiendo radiación en forma de luz; producto de un proceso cíclico de fusión de átomos de hidrógeno que se genera en el núcleo del mismo sol. El hombre forma parte de este ciclo y también depende del aprovechamiento de esta energía, que llega a la tierra en forma de radiación. El problema actual es que se quiere utilizar aún más energía de la que somos capaces de tomar y aprovechar del sol en un día. “El ser humano ha hecho trampas con la naturaleza en el siglo XX” (Sanz Ossorio, 2016).

Origen del aprovechamiento hidroeléctrico

Del núcleo del sol a la energía hidráulica

El sol es una estrella que se encuentra en el centro del sistema solar, al que da nombre. Constituye la mayor fuente de radiación electromagnética de este sistema planetario. Como en cualquier cuerpo masivo, toda la masa es atraída hacia el centro por la fuerza gravitatoria. El núcleo del sol está sometido a enormes presiones y temperaturas, tanto que da lugar a la reacción de fusión de átomos de hidrógeno.

La temperatura alcanza un valor de 15,5 millones de grados centígrados. En el núcleo del sol se origina el camino de la energía que llega a la cocina, teléfono o industria tras haber recorrido una larga senda. El núcleo radia esta energía hasta la superficie del astro. Esto en un camino que puede durar millones de años que alcanza una temperatura de unos 6000 °C.

Esta energía llega a la tierra a través de radiación electromagnética de distintas longitudes de onda, entre las que se encuentra la de la luz visible. La atmósfera constituye un importante filtro en el camino de esta radiación, especialmente de la radiación ultravioleta. No obstante parte de esta radiación incidirá en las masas de agua de la superficie de la tierra. Así pues, provocando un aumento en su energía térmica o incluso, su vaporización, accionando de esta forma del ciclo del agua.

El motor del ciclo de agua es la energía solar, y en concreto la que se emitió de la fusión de átomos de hidrógeno en su núcleo. El vapor de agua asciende, se desplaza, y vuelve a estado líquido terminando por caer en forma de precipitación. La energía recibida del sol queda de esta forma almacenada en el agua, en este caso en cotas de la tierra superiores a las de origen, por tanto, en forma de energía potencial gravitatoria terrestre.

De la energía potencial hidráulica a la energía eléctrica

Como se mencionó en el tema anterior, el hombre es indiferente al aprovechamiento de esta energía hidráulica, mediante norias, molinos, etc. Con la disposición de la máquina adecuada, la energía potencial del agua es transformada en energía mecánica. Esta es asociada al movimiento de una noria, una piedra de un molino o un fuelle en el mismo lugar. Un salto fundamental que permite el alejamiento del punto de aprovechamiento de la energía potencial hidráulica fue en 1831; el físico británico Michael Faraday, descubre el fenómeno de la inducción electromagnética.

De la misma forma que una carga eléctrica en movimiento genera un campo magnético, Faraday encuentra que una espira conductora, girando en el seno de un campo electromagnético, provoca la aparición de una corriente eléctrica inducida en la misma. Para la aplicación de este fenómeno se desarrollan los generadores eléctricos. Disponiendo de una fuente de energía mecánica que accione el giro de la espira, de esta manera se dispone de energía eléctrica. Este principio se utiliza en las centrales hidroeléctricas que se expone.

Basta aprovechar y mejorar el accionamiento provocado por la corriente hidráulica para poner en marcha la espira de un generador, y con ello, lograr una corriente eléctrica inducida. Las antiguas ruedas son mejoradas y sustituidas por turbinas hidráulicas que mejoran el rendimiento del aprovechamiento energético. Se considera que la primera central hidroeléctrica fue la construida en Northumberland (Reino Unido), en 1880. Un año después comenzó a utilizarse la energía procedente de las cataratas del Niágara para alimentar el alumbrado público.

Las primeras centrales hidroeléctricas toparon con la dificultad de la imposibilidad de transporte a grandes distancias, por tratarse de corriente continua, el centro de consumo debía estar ligado al lugar de producción. Con la aparición de la corriente alterna a principios del siglo XX, cambió el panorama.

La central hidroeléctrica

Estructura de una central hidroeléctrica

Una central hidroeléctrica es una instalación en la que convierte la energía potencial gravitatorio o cinética del agua, en energía eléctrica, que puede ser transportar a otros lugares distintos del punto de generación. De esta manera, se requerirá de diversos elementos que permitan el objetivo que se pretende. Se desarrolla a continuación, la estructura general de una central hidroeléctrica, objeto del desarrollo de los temas que siguen.

  • Captación o almacén de agua. En primer lugar, es necesario elegir un lugar en el que se encuentre agua en condiciones de aprovechamiento de su energía potencial, asociada a una altura, o cinética, asociada a una velocidad de circulación. Con base en ello, se dispondrá una obra de toma o captación, y/o una instalación de almacenamiento como presa, embalse o balsa.
  • Conducción y regulación del paso de agua. El volumen de agua a utilizar, será conducido de forma regulada a la instalación de generación de energía eléctrica. Según el caso, se dispondrán instalaciones en lámina libre o instalación mediante tubería forzada. La instalación estará regulada y protegida por elementos hidráulicos como compuertas, válvulas, ataguías o ventosas.
  • Instalación para aprovechamiento hidráulico El agua almacenada a cotas elevadas o reconducida desde un cauce, se conduce a alta velocidad, transformándose su energía potencial en energía cinética, hasta el elemento fundamental de la instalación: la turbina hidráulica. La turbina hidráulica consta de unas palas que son accionadas por el agua, transformando la energía cinética hidráulica en energía mecánica de rotación.
  • Equipamiento de transformación eléctrica. La energía mecánica de rotación se transmite a través de un eje hasta otro elemento clave de la instalación; el generador eléctrico. Por Inducción electromagnética, la energía mecánica es transformada en energía eléctrica, generalmente de media tensión y alta intensidad.

Utilización responsable de recursos

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