Una central hidroelectrica (tambien, estacion hidroelectrica ) es una instalacion que utiliza energia hidraulica para la generacion de energia electrica . Es el resultado de la evolucion de los antiguos molinos hidraulicos , que aprovechaban la corriente de los rios para generar energia . En general, estas centrales aprovechan la energia potencial gravitatoria que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, tambien conocido como salto geodesico . En su caida entre dos niveles del cauce, se hace pasar el agua por una turbina hidraulica que transmite energia a un generador electrico , donde se transformara en energia electrica.

Consideraciones generales [ editar ]

A finales del siglo XIX, la energia hidroelectrica se convirtio en una de las fuentes para generar electricidad. La primera central hidroelectrica se construyo en las cataratas del Niagara en 1879. En 1881, las farolas de la ciudad de Niagara Falls funcionaban mediante energia hidroelectrica.

Una central hidroelectrica clasica es un sistema que consiste en tres partes: una central electrica en la que se produce la electricidad; una presa que puede abrirse y cerrarse para controlar el paso del agua; y un deposito en que se puede almacenar agua. El agua de detras de la presa fluye a traves de una entrada y hace presion contra las palas de una turbina , lo que hace que estas se muevan. La turbina hace girar un generador para producir la electricidad. La cantidad de electricidad que se puede generar depende de hasta donde llega el agua y de la cantidad de esta que se mueve a traves del sistema. La electricidad puede transportarse mediante cables electricos de gran longitud hasta casas, fabricas y negocios.

La energia hidroelectrica proporciona casi un quinto de la electricidad de todo el mundo. China , Canada , Brasil , Paraguay , Estados Unidos y Rusia fueron los cinco mayores productores de este tipo de energia en 2004. Una de las centrales hidroelectricas de mayor tamano del mundo se encuentra en los Tres Canones en el rio Yangtse de China. El deposito de estas instalaciones empezo a llenarse en 2003, pero no se espera que la central este en pleno funcionamiento hasta 2009. La presa mide 2,3 kilometros de ancho y 185 metros de alto.

La central hidroelectrica de mayor tamano de los Estados Unidos se encuentra junto a la presa Grand Coulee , en el rio Columbia , en la zona norte del estado de Washington . Mas del 70 por ciento de la electricidad producida en este estado proviene de centrales hidroelectricas.

La energia hidroelectrica es la que genera electricidad de forma mas barata en la actualidad. Esto se debe a que, una vez que la presa se ha construido y se ha instalado el material tecnico, la fuente de energia (agua en movimiento) es gratuita. Esta fuente de energia es limpia y se renueva cada ano a traves del deshielo y las precipitaciones.

Ademas, este tipo de energia es facilmente accesible, ya que los ingenieros pueden controlar la cantidad de agua que pasa a traves de las turbinas para producir electricidad segun sea necesario. Ademas, los depositos pueden ofrecer oportunidades recreativas, tales como zonas de bano y de paseo en barca.

Sin embargo, la construccion de presas en los rios puede destruir o afectar a la flora y la fauna y otros recursos naturales. Algunos peces , como el salmon , podrian encontrarse con la imposibilidad de nadar rio arriba para desovar. Las ultimas tecnologias, como las escaleras de peces, ayudan a los salmones a pasar por encima de las presas y a entrar en zonas de desove a contracorriente, pero la presencia de las presas hidroelectricas cambia sus patrones migratorios y perjudica a las poblaciones de peces. Las centrales hidroelectricas tambien pueden provocar la disminucion de los niveles de oxigeno disuelto en el agua, lo que resulta danino para los habitats fluviales.

Caracteristicas de una central hidroelectrica [ editar ]

Las dos caracteristicas principales de una central hidroelectrica, desde el punto de vista de su capacidad de generacion de electricidad, son:

• La potencia , que esta en funcion del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal maximo turbinable, ademas de las caracteristicas de las turbinas y de los generadores usados en la transformacion.
• La energia garantizada en un lapso de tiempo determinado, generalmente un ano, que esta en funcion del volumen util del embalse, y de la potencia instalada.

La potencia de una central puede variar desde unos pocos megavatios , como en el caso de las centrales minihidraulicas , hasta decenas de miles, como en los casos de la represa de Itaipu , entre Brasil y Paraguay , que tiene una potencia de 14 000 MW, o la presa de las Tres Gargantas , en China , con una potencia de 22 500 MW.

Las centrales hidroelectricas y las centrales termicas ?que usan combustibles fosiles ? producen la energia electrica de una manera muy similar. En ambos casos la fuente de energia es usada para impulsar una turbina que hace girar un generador electrico , que es el que produce la electricidad. Una central termica usa calor para, a partir de agua, producir el vapor que acciona las paletas de la turbina, en contraste con la planta hidroelectrica, que usa directamente la fuerza del agua para accionar la turbina.

Las centrales hidroelectricas permiten, ademas, disminuir los gastos de los paises en combustibles fosiles. Por ejemplo, el Proyecto Hidroelectrico Palomino , ^{[ 1 ]} ​ ^{[ 2 ]} ​ ubicado en la Republica Dominicana , le ahorrara al pais alrededor de 400 000 barriles de petroleo al ano.

Los tipos de turbinas que hay para la transformacion de energia mecanica en energia electrica son Francis , Turgo , Kaplan y Pelton .

Potencia de una central hidroelectrica [ editar ]

La potencia de una central hidroelectrica se mide generalmente en megavatios (MW) y se calcula mediante la formula siguiente:

${\displaystyle P_{e}=\rho \cdot g\cdot \eta _{t}\cdot \eta _{g}\cdot \eta _{m}\cdot Q\cdot H}$

donde:

• P _e = potencia en vatios (W)
• ρ = densidad del fluido en kg/m³
• g = aceleracion de la gravedad (m/s²)
• η _t = rendimiento de la turbina hidraulica (entre 0.75 y 0.94)
• η _g = rendimiento del generador electrico (entre 0.92 y 0.97)
• η _m = rendimiento mecanico del acoplamiento turbina alternador (0.95/0.99)
• Q = caudal turbinable en m³/s
• H = desnivel disponible en la presa entre aguas arriba y aguas abajo, en metros

En una central hidroelectrica se define:

• Potencia media : potencia calculada mediante la formula de arriba considerando el caudal medio disponible y el desnivel medio disponible.
• Potencia instalada : potencia nominal de los grupos generadores instalados en la central.

Tipos de centrales hidroelectricas [ editar ]

Segun su ubicacion respecta a la rasante [ editar ]

• Centrales al aire libre, al pie de la presa, o relativamente alejadas de esta. Estan conectadas por medio de una tuberia a presion.
• Centrales en caverna, generalmente conectadas al embalse por medio de tuneles, tuberias a presion, o por la combinacion de ambas.

Represa de Itaipu , Brasil y Paraguay . La segunda central hidroelectrica por potencia instalada, despues de la Presa de las Tres Gargantas , en China. ^{[ 3 ]} ​

Segun su regimen de flujos [ editar ]

• Centrales de agua fluyente :

Tambien denominadas ≪centrales de filo de agua≫ o ≪de pasada≫, utilizan parte del flujo de un rio para generar energia electrica. Operan de forma continua porque no tienen capacidad para almacenar agua al no disponer de embalse. Turbinan el agua disponible en el momento limitadas por la capacidad instalada. En estos casos las turbinas pueden ser de eje vertical, cuando el rio tiene una pendiente fuerte, u horizontal, cuando la pendiente del rio es baja.

• Centrales de embalse :

Es el tipo mas frecuente de central hidroelectrica. Utilizan un embalse para almacenar agua e ir graduando el caudal que pasa por la turbina. Es posible generar energia durante todo el ano si se dispone de reservas suficientes. Requieren una inversion mayor.

• Centrales de regulacion :

Almacenan el agua que fluye por el rio capaz de cubrir horas de consumo.

• Centrales de bombeo o reversibles :

Una central hidroelectrica reversible es una central hidroelectrica que, ademas de poder transformar la energia potencial del agua en electricidad, tiene la capacidad de hacerlo a la inversa, es decir, aumentar la energia potencial del agua (por ejemplo subiendola a un embalse) consumiendo para ello energia electrica. De esta manera puede utilizarse como un metodo de almacenamiento de energia (una especie de bateria gigante). Estan concebidas para satisfacer la demanda energetica en horas pico y almacenar energia en horas valle .

Aunque lo habitual es que estas centrales turbinen/bombeen el agua entre dos embalses a distinta altura, existe un caso particular llamado centrales de bombeo puro , en las que el embalse superior se sustituye por un gran deposito cuya unica aportacion de agua es la que se bombea del embalse inferior.

Segun su altura de caida del agua [ editar ]

• Centrales de alta presion

Que corresponden con el high head , y que son las centrales de mas de 200 m de desnivel, por lo que solian equiparse con turbinas Pelton .

• Centrales de media presion

Son las centrales con un desnivel de 20 a 200 m, siendo dominante el uso de turbinas Francis , aunque tambien se pueden usar turbinas Kaplan .

• Centrales de baja presion

Que corresponden con el low head , son centrales con desniveles de agua de menos de 20 m; habitualmente utilizan turbinas Kaplan.

• Centrales de muy baja presion

Son centrales correspondientes equipadas con nuevas tecnologias, pues a partir de un cierto desnivel, las turbinas Kaplan no son aptas para generar energia. Serian en ingles las very low head , y suelen situarse por debajo de los 4 m.

Otros tipos de centrales hidroelectricas [ editar ]

• Centrales mareomotrices

Utilizan el flujo y reflujo de las mareas . Pueden ser ventajosas en zonas costeras donde las diferencias entre las mareas son amplias y las condiciones morfologicas de la costa permiten la construccion de una presa que corta la entrada y salida de la marea en una bahia . Se genera energia tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la bahia.

• Centrales mareomotrices sumergidas

Utilizan la energia de las corrientes submarinas . En 2002, en Gran Bretana se implemento la primera de estas centrales a nivel experimental.

• Centrales que aprovechan el movimiento de las olas

Este tipo de central es objeto de investigacion desde la decada de 1980. A inicios de agosto de 1995, el Ocean Swell Powered Renewable Energy (OSPREY) construyo la primera central que utiliza la energia de las olas en el norte de Escocia . La potencia de esta central era de 2 MW, pero fue destruida un mes mas tarde por un temporal.

Partes de una central hidroelectrica [ editar ]

• Tuberia forzada
• Presa
• Turbina hidraulica
• Generador electrico
• Transformador
• Lineas electricas
• Compuertas y valvulas hidraulicas
• Embalse
• Turbina
• Torre piezometrica

Funcionamiento [ editar ]

El tipo de funcionamiento de una central hidroelectrica puede variar a lo largo de su vida util . Las centrales pueden operar en regimen de:

• generacion de energia de base;
• generacion de energia en periodos de punta. Estas a su vez se pueden dividir en:
  • centrales tradicionales;
  • centrales reversibles o de bombeo.

La demanda de energia electrica de una ciudad, region, o pais, tiene una variacion a lo largo del dia. Esta variacion es funcion de muchos factores, entre los que se destacan:

• tipos de industrias existentes en la zona y turnos que estas realizan en su produccion;
• tipo de cocina domestica que se utiliza mas frecuentemente;
• tipo de calentador de agua que se permite utilizar;
• la estacion del ano;
• la hora del dia en que se considera la demanda.

La generacion de energia electrica debe seguir la curva de demanda; asi, a medida que aumenta la potencia demandada debera incrementarse el caudal turbinado, o iniciar la generacion con unidades adicionales en la misma central, e incluso iniciando la generacion en centrales reservadas para estos periodos.

Impacto ambiental [ editar ]

Los potenciales impactos ambientales de los proyectos hidroelectricos son siempre significativos. Sin embargo, existen muchos factores que influyen en la necesidad de aplicar medidas de prevencion en todo. Las represas y reservorios pueden ser multiproposito: si las caracteristicas de lluvia en la cuenca hidrografica y el caudal del rio, y los modelos de uso del agua y la energia lo permiten, los reservorios hidroelectricos pueden proporcionar uno o mas de los siguientes servicios: riego , control de inundaciones, fuente de agua, recreacion, pesca, navegacion, control de sedimento , control de los atascamientos de hielo y control de las roturas de los lagos glaciales. Cada uno de estos componentes por si mismos tienen impactos ambientales, positivos y negativos que deben ser analizados y evaluados para proponer medidas de mitigacion, si fuera el caso.

La construccion y operacion de la represa y el embalse constituyen la fuente principal de impactos del proyecto hidroelectrico. ^{[ 4 ]} ​ Los proyectos de las represas de gran alcance pueden causar cambios ambientales irreversibles en una area geografica muy extensa. Durante la ultima decada han aumentado las criticas a estos proyectos. Los criticos mas severos sostienen que los costos sociales, ambientales y economicos de estas represas pesan mas que sus beneficios y que, por lo tanto, no se justifica la construccion de las represas grandes. Otros mencionan que, en algunos casos, los costos ambientales y sociales puede ser evitados o reducidos a un nivel aceptable si se evaluan cuidadosamente los problemas potenciales y se implantan medidas correctivas, que son costosas.

Algunas presas presentan fallos o errores de construccion como es el caso de la presa de Sabaneta , ^{[ 5 ]} ​ ubicada en la provincia de San Juan , Republica Dominicana . Esta presa ha presentado grandes inconvenientes en las temporadas de huracanes pasadas, producto de su poca capacidad de desague y tambien a que su dos vertederos comienzan a operar despues que el embalse esta lleno.

El area de influencia de una represa se extiende desde los limites superiores del embalse hasta los estuarios, las zonas costeras y costa afuera, e incluyen el embalse, la represa y la cuenca del rio aguas abajo. Hay impactos ambientales directos asociados con la construccion de la represa (por ejemplo, el polvo, la erosion , problemas con el material de prestamo y con los desechos), pero los impactos mas importantes son la inundacion de la cuenca para formar el embalse, y la alteracion del caudal de agua aguas abajo. Estos efectos ejercen impactos directos en los suelos, la vegetacion, la fauna, la pesca, el clima y la poblacion humana del area.

Los efectos indirectos de la represa incluyen los que se asocian con la construccion, el mantenimiento y el funcionamiento de la represa (por ejemplo, los caminos de acceso, los campamentos de construccion o las lineas de transmision de energia) y el desarrollo de las actividades agricolas, industriales o municipales que posibilita la represa.

Ademas de los efectos directos e indirectos de la construccion de la represa sobre el medio ambiente, se deberan considerar los efectos del medio ambiente sobre la represa. Los principales factores ambientales que afectan el funcionamiento y la vida de la represa son aquellos que se relacionan con el uso de la tierra, el agua y los otros recursos en las areas de captacion aguas arriba del reservorio (por ejemplo, la agricultura, la colonizacion o la deforestacion ) que pueden causar una mayor acumulacion de limos, y cambios en la cantidad y calidad del agua del reservorio y del rio.

La produccion de energia electrica mediante hidroelectricas se ha denominado como energia limpia y renovable ^{[ 6 ]} ​. No obstante, los impactos sociales y ambientales de la construccion de presas, asi como los efectos en la salud de la poblacion han sido reconocidos desde hace mucho tiempo ^{[ 7 ]} ​ ^{[ 8 ]} ​.

La retencion de agua debido a la formacion de los embalses trae consigo impactos ambientales, sociales y economicos. Estos impactos se manifiestan antes, durante y despues de la construccion de una represa ^{[ 9 ]} ​:

• Planeacion: Durante la preparacion de una mega construccion, los encargados del proyecto avisan al publico sobre lo que se establecera sobre el cuerpo del agua donde se llevara a cabo, es aqui donde se abordan los temas politicos, sociales, ambientales y economico.

• Construccion: Una vez aprobado el proyecto, la utilizacion de maquinaria sobre el paisaje es lo primero. La modificacion y compactacion del suelo es uno de los grandes impactos ambientales, ya que no solo cambia la estructura geologica de la corteza terrestre, sino que trae consigo, fragmentacion de los ecosistemas y deforestacion.

• Operacion: Una vez en funcionamiento, La retencion de agua en los reservorios modifica el regimen hidrologico e hidraulico de las corrientes de agua, de lotico (aguas fluviales) a lentico (aguas superficiales de muy bajo flujo como los lagos), afectando los procesos de escorrentia, de transporte de sedimentos y cambiando la geomorfologia de los rios antes y despues de las estructuras.

Los impactos ambientales traen consecuencias en dos divisiones, aguas arriba y aguas abajo, esto quiere decir que existen diferentes problemas que se forman debido a la construccion de la represa.

- Aguas arriba: Los problemas que se generan aqui son debido al embalsamiento lo que interrumpe el regimen hidrologico, causando acumulacion de sedimentos anoxicos, eutroficacion en el embalsamiento, generacion de gases de efecto invernadero por la descomposicion de materia organica, brotes de sancudos, transformacion de los ecosistemas loticos a lenticos.

- Aguas abajo: Las consecuencias que se generan aguas arriba tienen repercusion en esta parte del rio, ya que toda la composicion del agua transformada y modificada por las actividades humanas perjudica todo que este relacionado con el cuerpo de agua, a tal grado de que estas aguas llegan a los ecosistemas marino-costeros donde perjudican de manera irreversibles. Los ejemplos son:

• Cambios en los patrones de sedimentacion.
• Obstaculizacion de especies migratorias descendentes y ascendentes.
• Aumento en la mortalidad de especies de importancia.
• Aumento de nitrogeno disuelto.
• Cambios en la temperatura y calidad del agua.
• Disminucion del nivel del agua.

La importancia de las areas costeras

Los beneficios que brindan los ecosistemicos de las areas costeras son muy extensos. Son una barrera efectiva de defensa natural que previene diversas alteraciones ambientales, inundaciones, marejadas, tormentas, huracanes y elevacion del nivel del mar. Ademas, proporcionan alimento,  refugio y proteccion para un gran numero de organismos y contribuyen a traves de sistemas naturales, a reducir contaminantes etc ^{[ 10 ]} ​.

Manejo de la cuenca hidrografica [ editar ]

Es un fenomeno comun ver el aumento en la presion sobre las areas altas encima de la represa, como resultado del reasentamiento de la gente de las areas inundadas y la afluencia incontrolada de los recien llegados al area. Se degrada el medio ambiente del sitio, la calidad del agua se deteriora, y las tasas de sedimentacion del reservorio aumentan, a raiz de la deforestacion para la agricultura, la presion sobre los pastos, el uso de quimicos agricolas, y la tala de los arboles para la obtencion de madera o lena. Asimismo, el uso del terreno de la cuenca alta afecta la calidad y cantidad del agua que ingresa al rio. Por eso, es esencial que los proyectos de las represas sean planificados y manejados considerando el contexto global de la cuenca del rio y los planes regionales de desarrollo, incluyendo tanto las areas superiores de captacion, aguas arriba de la represa y la planicie de inundacion, como las areas de la cuenca hidrografica, aguas abajo.

Otros impactos ambientales [ editar ]

Los proyectos hidroelectricos implican necesariamente la construccion de lineas de transmision para transportar la energia a los centros de consumo.

Beneficio [ editar ]

El beneficio obvio del proyecto hidroelectrico es la energia electrica, la misma que puede apoyar el desarrollo economico y mejorar la calidad de la vida en el area servida. Los proyectos hidroelectricos requieren mucha mano de obra y ofrecen oportunidades de empleo. Los caminos y otras infraestructuras pueden dar a los pobladores mayor acceso a los mercados para sus productos, escuelas para sus hijos, cuidados de salud y otros servicios sociales.

Ademas, la generacion de la energia hidroelectrica proporciona una alternativa a la quema de los combustibles fosiles , o la energia nuclear , que permite satisfacer la demanda de energia sin producir agua caliente, emisiones atmosfericas, ceniza, desechos radioactivos ni emisiones de CO ₂ .

Si el reservorio es realmente una instalacion de usos multiples ?es decir, si los diferentes propositos declarados en el analisis economico no son mutuamente inconsistentes?, los otros beneficios pueden incluir el control de las inundaciones y la provision de un suministro de agua mas confiable y de mas alta calidad para el riego y para su uso domestico e industrial.

La intensificacion de la agricultura localmente mediante el uso del riego puede, a su vez, reducir la presion que existe sobre los bosques primarios, los habitats intactos de la fauna, y las areas en otras partes que no sean adecuadas para la agricultura. Asimismo, las represas pueden crear pesca en el reservorio y posibilidades para produccion agricola en el area del reservorio que pueden mas que compensar las perdidas sufridas por estos sectores debido a su construccion.

Vease tambien [ editar ]

Referencias [ editar ]

Bibliografia [ editar ]

• MATAIX, Claudio. Turbomaquinas Hidraulicas .
• CAPUTO, Carmelo. Gli Impianti convertitori di Energia .
• Manuale dell'Ingegnere. Edicion 81. Editado por Ulrico Hoepli, Milano, 1987. ISBN 88-203-1430-4
• Handbook of Applied Hydraulics. Library of Congress Catalog Card Number 67-25809.
• Engenharia de Recursos Hidricos. Ray K.Linsley & Joseph B. Franzini. Editora da Universidade de Sao Paulo e Editora McGraw-Hill do Brasil, Ltda. 1978.
• Handbook of Applied Hydrology. A Compendium of Water-resources Technology. Ven Te Chow , Ph.D., Editor in Chief. Editora McGraw-Hill Book Company. ISBN 07-010774-2. 1964.
• Hidraulica de los Canales Abiertos. Ven Te Chow. Editorial Diana, Mexico, 1983. ISBN 968-13-1327-5

Enlaces externos [ editar ]

• Wikimedia Commons alberga una categoria multimedia sobre Central hidroelectrica .
• Wikilibros alberga un libro o manual sobre Impactos ambientales/Proyectos hidroelectricos .
• Endesa Educa: Central hidroelectrica.