Operacin y mantenimiento de turbinas

Entre los equipos ms complejos y costosos que se utilizan en la generacin de energa se encuentran las turbomquinas, particularmente las turbinas. Su operacin debe vigilarse de manera continua tanto para detectar fallas potenciales o incipientes como para programar su mantenimiento, a fin de aumentar su confiabilidad, disponibilidad y vida til. Tambin resulta crucial que las tares de mantenimiento de este tipo de equipos se efecten con rapidezpara reanudar lo antes posibles la generacin de energa.El sistema de elctrico de un pas cuanto con varias plantas de generacin de generacin de energa de diferentes tipos y capacidades. Cada una de ellas incluye una gran cantidad de equipos rotatorios, que enfrentan diversos problemas que hacen necesario mejorar las prcticas de operacin y mantenimiento. Algunos problemas que se pueden mencionar son la reduccin de los recursos necesarios para el mantenimiento de las plantas existentes y para la construccin de nuevas, la vida til de diseo de los equipos principales, deterioro de las turbinas debido al fenmeno de cavitaciny la demanda de energa.Estudios realizados en Estados Unidos indican que el costo de mantenimiento representan entre un 15% y 40% de los costos totales de la produccin de las centrales de generacin tpicas. Otras estadsticas revelan que de 10% a 300% de todo el tiempo perdido en las plantas de generacin se debe a fallas en los equipos rotatorios. Son estas algunas razn por las que es de suma importancia conocer los mecanismos de deterioro que sufre un generador para tomar medidas correctivas que detengan el proceso, con el fin de evitar daos catastrficos que impliquen salidas no programadas para dar mantenimiento, que finalmente reducen la eficiencia y afecta la disponibilidad de energa. En este articulo se discuten algunos mecanismos de deterioro que se han encontrado en el estator (devanado y ncleo) y el rotor de generadores por el proceso natural de envejecimiento y por operacin anormal.

Rendimiento de una turbinaEl rendimiento o eficiencia de una turbina se define como el cociente entre la energa producida por la misma y la energa disponible. Bsicamente consiste en la medida de los diferentes parmetros que definen el rendimiento de una turbina, esto es: caudal, potencia en el eje y salto neto. De estos el ms importante puede decirse es el caudal, el cual puede determinarse utilizando diferentes mtodos entre los que se pueden mencionar los absolutos del diagrama de tiempo presin (mtodo de Gibson) y de ultrasonido, y el relativo de Winter Kennedy. La eleccin del mtodo de medida depender de las caractersticas de la instalacin, de los pasajes hidrulicos de la turbina, del salto, etc.

Mltiples son las razones que hacen necesario la realizacin de ensayos de rendimiento, la importancia relativa de la misma depender de las condiciones especificas de la maquina, de las peculiaridades de la instalacin, del tipo de explotacin, etc. No obstante se pueden resumir a grandes rasgos:Verificar que se cumplen las garantas contractuales ofrecidas por el fabricante, comprobando que la potencia garantizada se consigue sin penalizar el rendimiento, esto es, mediante un caudal turbinado no mayor que el especificado.Valorar la posibilidad de un incremento de la energa producible acometiendo el cambio de rodete de la turbina.Controlar la perdida de rendimiento de la instalacin a lo largo de los aos.Determinar las perdidas de salto que se producen en los diferentes elementos de la instalacin (conduccin forzada, vlvulas, desage, etc.).Es aconsejable que los ensayos de rendimiento los realice una compaa independiente, la cual garantice los resultados obtenidos, acabando as con la practica de que sea el propio fabricante de la turbina el que lo realice. El personal que realice tanto los ensayos como el informe final debe tener la preparacin y experiencia suficiente.Recepcin de la mquinaLos ensayos de recepcin de la maquina tiene como finverificar el cumplimiento de las condiciones contractuales que ataen a los equipos, turbina alternador en este caso, as como determinar la presencia de daos, defectos o vicios ocultos que puedan afectar la unidad desde el momento de su puesta en servicio. Consiste bsicamente en verificar el comportamiento dinmico de una serie de parmetros, ligados al funcionamiento de la unidad y que definen las condiciones del conjunto turbina alternador.Las pruebas de vibraciones a realizar dentro de los ensayos de comportamiento dinmico son conformes a la norma IEC 994 Guide for field measurement of vibratrions and pulsations in hydraulic machines (turbines, storage pumps and pump turbines). El ensayo comprende una serie de pruebas en rgimen estabilizado con porcentajes de carga de 25%, 50%, 75% y 100%, adicionalmente pruebas de la maquina girando en vaci y excitada sin acoplar. Tambinrgimen transitorio donde se incluyen disparo con los porcentajes citados y los transitorios de arranque, parada y cambios de carga.Equilibrado de generadoresEl desequilibrio de un rotor es el resultado de una distribucin msica desigual en el mismo, lo cual produce vibraciones. Estas vibraciones, que se deben a la interaccin entre la componente msica desequilibrada y la aceleracin radial debida al giro, las cuales conjuntamente generan una fuerza centrpeta, se transmiten a los cojinetes del rotor, de tal forma que cualquier punto de los mismos experimenta una fuerza radial por revolucin.En un grupo hidroelctrico los componentes susceptibles de presentar desequilibrio msico son: el rodete de la turbina hidrulica, el rotor del alternador y el cuerpo de la excitatriz. El desequilibrio puede deberse a posibles defectos en la construccin, fabricacin, montaje y operacin del grupo hidroelctrico.El equilibrado es de aplicacin tanto en turbinas de accin como de reaccin, as como en turbinas-bombas y bombas acopladas a un generador o motor elctrico. Se basa en los criterios que permiten la realizacin del equilibrado dinmico in situ del rotor de un grupo turbina-generador por el mtodo de los coeficientes de influencia.Plan de mantenimientoEl plan de mantenimiento est previsto para conocer el estado actual y la evolucin futura de los equipos principales de la central, obteniendo la mxima informacin de cmo el funcionamiento afecta a la vida de la turbina, del generador y del transformador, con el objetivo de detectar cualquier anomala antes de que origine un grave dao y una parada no programada. Este plan de mantenimiento, complementado con el ordinario, se ha convertido en una herramienta fiable para asegurar la disponibilidad de los grupos. Bsicamente consiste en la aplicacin de las tcnicas siguientes:Vibraciones y pulsaciones:Durante el funcionamiento de una central elctrica el grupo turbina - generador est sometido a la accin de diferentes fuerzas perturbadoras; el identificar y evaluar las vibraciones y pulsaciones presentes en la unidad, separando aquellas que son propias del funcionamiento de la misma, de aquellas otras que tienen su origen en el funcionamiento anmalo de alguno de sus elementos se realiza mediante el estudio y el anlisis de dichas vibraciones y pulsaciones. El proceso de seguimiento y diagnstico se realiza en las fases siguientes:Documentacin:Se incluye el espectro base como punto de partida para determinar la aparicin de problemas en el grupo, as como los planos y una hoja con los datos ms significativos de la unidad.Conocimiento de la mquina:Las caractersticas constructivas y de funcionamiento determinan el tipo de posibles defectos y la vibracin resultante de los mismos, lo cual hace necesario el conocimiento profundo de la mquina, de sus condiciones de funcionamiento y de los fenmenos asociados al mismo.Criterios de valoracin:Una vez que un defecto ha sido localizado e identificado, se determina su grado de importancia; para la valoracin se considera tanto el nivel como las caractersticas del mismo. El criterio para la evaluacin se basa en la existencia de un banco de datos representativo as como en las medidas histricas de la unidad.Anlisis de aceites:El anlisis del aceite lubricante o del aceite de regulacin complementa el diagnstico mecnico del estado de la unidad, los anlisis que se realizan sobre la muestra del aceite incluyen las determinaciones de viscosidad cinemtica, oxidacin, acidez, contenido en agua, aditivos y contenido en metales de desgaste y de contaminacin.El anlisis de los resultados obtenidos de los ensayos realizados sobre una muestra del aceite, tomada segn un procedimiento adecuado, sobre la base de la experiencia y la existencia de un banco de datos amplio y representativo,conduce al diagnstico del estado del mismo, detectando la existencia o no de un defecto, identificando el mismo y evaluando su importancia.Descripcin del funcionamientoLa operacin y control de una turbina se realiza por medio de un control electrnico que se divide en las siguientes partes: abastecimiento de energa (protecciones de sobrecarga y distribucin), controles y seales de supervisin de la bomba de aceite, botones de modo operacional, controles de apagado de emergencia y vlvulas de seguridad, controles manuales y conexiones de seguridad para la vlvula esfrica y vlvulas principales, as como para freno de emergencia y apagado del generador, y comandos y seales del generador de las bombas de aceite.

Vista Tableros de Control Sala de MquinasDesde el panel se realiza toda la operacin comenzando por el control de las bombas de aceite indispensables para el correcto funcionamiento de la turbina, esta siempre debe estar encendida as como la bomba de aceite auxiliar mientras el modo operacional se encuentre en supervisin remota, en este caso la bomba auxiliar se encuentra conectada a un medidor de presin de respuesta.El modo operacional en que se encuentre todo el sistema se puede determinar al seleccionar mediante un interruptor una de las tres posiciones: manual, local o supervisin remota.Cuando de encuentra en manual se pueden operar desde el cubculo de control de la turbina los siguientes interruptores: control de bombas de aceite I y II, vlvulas de paso, vlvula esfrica, boquillas de frenado y generador. En modo operacional local todos los circuitos mencionados reciben las ordenes de un ordenador; mientras que en modo remoto los comandos solo se aceptan desde una terminal remota.El sistema al detectar cualquier anomala puede causar un apagado de emergencia ya sea total o parcial, las condiciones son: nivel bajo de aceite en cualquier bomba, velocidad alta en la turbina, fallas en los controles electrnicos o falta de energa en el sistema de medicin de velocidad. En estos casos se dan ordenas automticas que cierran las vlvulas de paso, la esfrica, la de cierre hidrulico y los cierres de emergencia, resetea la velocidad ylos limitantes de aperturas; tambin es posible realizar un apagado rpido mediante un botn manual que imparte similares ordenes.Antes de reiniciar la operacin de la turbina despus de un apagado de emergencia la vlvula de emergenciase debe resetear. As mismo para abrir la vlvula de paso el sello aguas arriba en la esfrica no debe tener presin y el procedimiento de emergencia debe ser cancelado.Las condiciones para abrir la vlvula esfrica las agujas deben estar cerradas, las presiones tienen que ser iguales y la orden de cerrado cancelada.En caso de que una de las condiciones falla las vlvulas se volvern a cerrar.Para prevenir una mala operacin el freno hidrulico se encuentra bloqueado por varios circuitos de seguridad hasta que varias condiciones se cumplen y las seales indicanOK" para continuar.La operacin normal de la turbina se realiza siguiendo paso a paso las secuencias de operacin de la maquina segn lo indica el fabricante.Algunas posibles perturbaciones que se pueden presentar durante el servicio son:La vlvula esfrica no abre:Motivo: No se obtiene equilibrio de presin entre la extensin de tubera anterior yposterior.Causa:las vlvulas de llenado no estn abiertas, las agujas de la tobera no cierranbien (perdida de presin) o las vlvulas de la tubera de vaciado estnabiertas.Motivo: La seal bloqueo de la vlvula esfrica abierto falta estndolo.Causa:La alimentacin de corriente a los interruptores esta interrumpida.Motivo: Falta agua a presin para accionar la vlvula.Causa:Las vlvulas estn cerradas, el filtro esta sucio o la vlvula de mando estadescompuesta.La tobera tiene fuga:Causa:Cuerpo ajeno atascado.Remedio:Abrir completamente y volver a cerrar la tobera completamente variasveces.Causas:Punta de aguja y asiento estn gastados.Remedio:Montar pieza de repuesto.Disminucin de potencia:Causa:Cuerpo ajeno atascado.Remedio:Abrir completamente y volver a cerrar la tobera completamente variasveces.Causas:Punta de aguja y asiento estn gastados.Remedio:Montar pieza de repuesto.Causas:Elevacin de nivel de agua en la fosa de la turbina.Remedio:Controlar el sistema de aireacin del foso y del canal de descarga.Causas:El deflector sigue al chorro y lo interfiere.Remedio:Verificar la Posicin del varillaje de regulacin, comprobar y corregir si esnecesario el sincronismo electrnico de las agujas.Causas:Desgaste en los cangilones del rodete.Remedio:agua de servicio muy sucia o desgaste de las puntas de las agujas y losasientos e interferencia del deflector en el chorro, el chorro de deshace yprovoca un desgaste del rodete. Montar un rodete de reserva.

Mantenimiento de la turbinaTrabajos de lubricacinLas partes mviles de una turbina son muchas y por eso algunas necesitan lubricacin para disminuir su desgaste, entre ellas estn las toberas y la vlvula de tobera de freno son lubricados por la operacin y no requieren lubricacin adicional, los cojinetes articulados del varillaje de regulacin y el pistn de gua del servomotor del deflector deben engrasarse una ves por mes, y los rganos de cierre si es necesario deben engrasare trimestralmente. Los deflectores estn guiados en cojinetes de tefln reforzados con fibra de vidrio exentosde mantenimiento y no requieren lubricacin.Controles funcionalesMensualmente deben controlarse el funcionamiento de los sistemas de seguridad, como interruptores limites, presostatos, medicin de velocidad, etc.Trimestralmente se debe controlar el funcionamiento de los empaques por medio del caudal de aceite y de agua de fuga. Anualmente debe controlarse el funcionamiento y el hermetismo de todas las vlvulas y grifos.Trabajo de mantenimiento resultante del servicioCon el fin de eliminar sedimentos de arena en la tubera anular se debe lavar la tubera abriendo la vlvula de vaciado. La limpieza de cilindro de agua del servomotor del deflector de cuerposextraos se realiza cerrando la alimentacin de agua, retirar el tornillo de vaciado del cilindro de agua y lavar la tubera y el cilindro abriendo la vlvula.La manutencin de los filtros de los filtros de aceite y de agua debe hacerse de acuerdo a las instrucciones del fabricante, la frecuencia de estos trabajos de mantenimiento se rige de acuerdo al grado de ensuciamiento de cada componente.Controles peridicos en el rodeteDesde el momento de la puesta en servicio de un rodete debe controlarse a fisuras y desgastes en los periodos indicados a continuacin:24 horas de servicioControl visual450 horas de servicioControl visual900 horas de servicioControl a fisuras superficiales en loscangilones y en la raz de losmismos.1800 horas de servicioControl visual4000 horas de servicioControl a fisuras superficiales entodo el rodete. Este control deberepetirse cada 4000 horas.Estos intervalos de tiempo se repiten para rodetes en los que fueron efectuados soldaduras de reparacin.RevisionesCada 8000 horas de servicio hay que someter la turbina a una revisin completa. Para ello es necesario realizar los siguientes trabajos:-Control del rodete a fisuras y superficies desgastadas. Especial atencin hay que dedicar a los cangilones y el pasaje cangeln-cubo de rodete. Si se encuentran fisuras no se debe continuar usando el rodete. Montar un rodete de reserva y reparar el rodete defectuoso segn instrucciones para soldaduras de reparacin.-Controlar a desgaste las puntas de aguja, asientos y cuchillas de deflector de las toberas. Si se encuentran fallas cambiar la pieza con una de repuesto.-Controlar el llenado y el estado del aceite, de ser necesario cambiarlo o filtrarlo. Antes de poner aceite nuevo es necesario filtrarlo. Fineza 5 m.-Controlar a asiento firme uniones de tornillos, pernos y seguros en toda la turbina.-Controlar si el pintado tiene fallas y/o corrosin en la superficie en contacto con agua en especial la superficie de la tubera anular y del foso de la turbina. Partes falladas hay que desoxidar y proteger con pintura de acuerdo a las instrucciones de conservacin.-Durante la revisin es necesario realizar todos los trabajos descritos anteriormente.

Instrucciones para soldadura de reparacin en el rodete1.Observacin previaLos fabricantes y proveedores de fundiciones toman las medidas convenientes de prueba y de control durante la fundicin y mecanizacin de un rodete, de manera que se entregan con formay propiedades superficiales optimas. No obstante que se descubra un defecto en la fundicin durante el servicio de la pieza. A fin de evitar averas ms grandes es imprescindibles atenerse al programa de revisin y control. Para la subsanacin de los defectos comprobados debe procederse conforme a las siguientes instrucciones de reparacin.2.Divisin en zonasCada pieza posee secciones criticas sometidas a grandes esfuerzos as como zonas menos solicitadas. En estas ltimas las magnitudes admisibles vlidas para defectos comprobados, as como las condiciones que se deben cumplir en las reparaciones necesarias, pueden ser adaptadas a la solicitacin menor. Motivos para ello son, en lo esencial, solamente econmicos.3.ControlesLos controles a realizar se pueden llevar a cabo visualmente, por lquidos penetrantes o magntico. En el primer caso el control consta de una revisin lo ms completa posible de todo el rodete, incluyendo los lados posteriores del cangiln y las superficies del cubo. El control mediante lquidos penetrantes revela fisuras o poros mediante marcas de color en la superficie. Utilizando un aparato magnetizante y una suspensin fluida de polvo (negra o fluorescente) se revelan las marcas lineares superiores a 2 mm de longitud.4.Limites de toleranciaZona A:Marcas lineares de 2 mm de longitudMarcas redondeadas de 6 mm de dimetroEfectos mates de cavitacin hasta una rugosidad considerable.Zona B:Marcas lineares de 3mm de longitudMarcas redondeadas de 10 mm de dimetroZona C:Marcas lineares de 5 mm de longitudMarcas redondeadas de 10 mm de dimetroEfectos de cavitacin hasta rugosidad considerable.5.Subsanacin de defectosTodos los defectos que sobrepasen los limites mencionados arriba deben ser rectificados. Defectos pequeosen la zona de flujo pueden ser rectificados plenamente para as evitar tener que soldar. Lugares mates se deben pulir, en estos hay que tener especial atencin que no se formen ondulaciones.6.SoldadoPreparacin del lugar a soldarLimpieza: todos los lugares a soldar, incluyendo los al redores deben estarlibres de xidos, corrosin, aceite y agua.-Definicin del tamao: pequea, mediana o grande-Procedimiento de soldado:Con cantidades mayores de material de soldadura, soldadura manual elctrica con alambre de soldar del mismo genero con revestimiento calcio bsico.Con ligares a soldar pequeos, en especial la boca de cangiln de pared delgada, soldadura con tungsteno y gas inerte, con alambre de soldar del mismo genero.-Calificacin del soldador: cada soldador tiene que comprobar su capacidad para soldar, en una soldadura de ensayo.-Precalentamiento: la zona a precalentar tiene que extenderse por lo menos sobre el ancho del cangiln, para que se pueda dilatar y luego contraerse, a una distancia omnilateral de300 mm como mnimo. Temperatura mxima 350C.-Capa de cubricin:terminado el soldado hasta llenar la costura totalmente, se rebaja el material sobrante dejando solo 1 mm.Luego se aplica una capa de cubricin (una capa de bonificacin sin tocar el material base circundante 2 3 mm de distancia), rebajndola nuevamente.

-Enfriamiento: debe ser controlado con cubierta de proteccin hasta por debajo de 80C.-Limpieza: rectificar el rea soldada a ras con la superficie circundante.-Controlar-Martillado: para la generacin de una pretensin por compresin en la superficie, la soldadura que no fue sometida aun tratamiento trmico, han de ser martillados cuidadosamente y uniformemente.-Tratamiento trmico posterior: consta de un recocido a 600C durante 30 minutos por capa de 25 mm de espesor con un enfriamiento controlado posterior.Instrucciones de conservacinAntes de la mecanizacin, todas las piezas de fundicin y construcciones soldadas son sometidas a una desoxidacin por chorro, metlicamente brillante. Atodas las superficies en contacto con el agua se le da una capa de pintura , la cual debe ser reparada y completada en la obra despus de concluidos los trabajos de montaje y soldadura, la capa solo debe aplicarse luego de comprobar las costuras de soldadura. Para la prueba a presin debe aplicarse una pintura de base completa, antes de aplicar cualquier capa la pintura anterior debe estar en estado impecabley/oreparada;las capas individuales deben diferenciarse claramente una de otra en el tono de color. Deben observarse los tiempos de espera entre dos pinturas.Las superficies pintadas estn exentas de huellas de pintura, gotas, protuberancias, poros y similares. Las pinturas son aplicadas de manera tal, que se produce una pelcula de un espesor de capa uniforme, cubriendo todos los rincones y bordes.Los grupos de construccin a los que ya no se tienen acceso o que no se desmontaran se les aplicara antes las capas de pintura definitivas. Deben quitarse y repararse las capas de pintura viejas, as como el oxido y restos de soldadura.RepuestosEs prudente contar con un mnimo de repuestos bsicos para atender las fallas que se puedan presentar y parar el menor tiempo posible la generacin de energa. As como tener a la mano un listado con todos los repuestos posibles, con sus especificaciones exactas y observaciones para poder hacer los pedidos correctos sin cometer errores.Si se decide mantener repuestos almacenados se debe hacer de tal manera que no se deterioren y evitar accidentes. En caso de almacenar servomotores cuidar que no haya fugas de aceite que produzcan daos al medio. Para el almacenamiento de disolventes y detergentesse deben cumplir las reglas al respecto, en lugares frescos, secos, libres de polvo y con ventilacin moderada. Verificar que los empaques cumplan su funcin despus de tres meses de almacenados.Los almacenes no deben contener instalaciones que produzcan ozono, pues es especialmente daoso, tampoco lmparas o motores elctricos que puedan producir chispas. Disolventes, combustibles, lubricantes, productos qumicos, cidos, desinfectantes, etc., no deben guardarse en el mismo almacn.Tambin es importante tener a mano todas las herramientas indispensables para realizar las reparaciones necesarias. Que sean de buena calidad y cumplan conlas necesidades de la planta de generacin.Theodor KurkPginas consultadashttp://www.asing.es/p3.htmhttp://www.turbinas3hc.com/Pagina2.htmlhttp://www.isagen.com.cohttp://www.redproteger.com.ar/Legal/decreto_351_79.htmhttp://www.irchile.com/spgener/annual/1997/acro/10.pdfhttp://www.asing.es/p2.htmhttp://www.iie.org.mx/publica/bolmaju99/dosde_mj.htmhttp://www.hidroagoyan.com/Pucara/Pucara_introduccion.htmhttp://www.eluniversal.com/2001/05/07/07201AA.shtmlhttp://www.megalink.com/ihh/programa.htmlhttp://www.reivax.com.br/proe0300.htmlhttp://www.todo-argentina.net/Geografia/provincias/Corrientes/yacireta.htmhttp://www.semapi.com.ar/productos/ultraprobe.htmhttp://moon.inf.uji.es/~gea/encsol4/lorenzo.htm

Turbina Kaplan?La turbina Kaplan es una turbina de agua de tipo hlice que tiene palas ajustables. Fue desarrollado en 1913 por el profesor austriaco Viktor Kaplan, quien combin palas de la hlice se ajusta automticamente con puertas peatonales incorporadas ajusta automticamente para lograr la eficiencia en un amplio rango de nivel de flujo y el agua.La turbina Kaplan fue una evolucin de la turbina de Francis. Su invencin permite la produccin eficiente de energa en aplicaciones de baja de la cabeza que no era posible con turbinas Francis. La cabeza va desde 10 hasta 70 metros y la salida de entre 5 y 120 MW. Dimetros Runner son entre 2 y 8 metros. La gama de la turbina es 79 a 429 rpm. Turbinas Kaplan son ampliamente utilizados en todo el mundo de alto flujo, la produccin de energa bajo la cabeza.DesarrolloViktor Kaplan vive en Brno, Moravia, hoy Repblica Checa, obtuvo su primera patente para un labe de turbina de hlice ajustable en 1912 -, pero el desarrollo de una mquina de xito comercial tardara otra dcada. Kaplan luch con problemas de cavitacin, y en 1922 abandon su investigacin por razones de salud.En 1919 Kaplan instalada una unidad de demostracin en Podebrady, Checoslovaquia. En 1922 Voith introdujo un 1100 HP turbina Kaplan para ser utilizados principalmente en los ros. En 1924, una unidad de 8 MW entr en lnea en Lilla Edet, Suecia. Esto marc el xito comercial y la aceptacin generalizada de las turbinas Kaplan.Teora de funcionamientoLa turbina Kaplan es una turbina de reaccin de flujo hacia el interior, lo que significa que la presin de los cambios fluido de trabajo a medida que avanza a travs de la turbina y cede su energa. De energa se recupera tanto de la cabeza hidrosttica y de la energa cintica del agua que fluye. El diseo combina las caractersticas de las turbinas radiales y axiales.La entrada es un tubo en forma de pergamino que se enrolla alrededor portillo de la turbina. El agua se dirige tangencialmente a travs de la puerta y espirales portillo a un corredor en forma de hlice, causando que gire.La salida es un tubo de aspiracin de forma especial que ayuda a desacelerar el agua y recuperar la energa cintica.La turbina no necesita estar en el punto ms bajo del flujo de agua, siempre y cuando el tubo de aspiracin se mantiene lleno de agua. Una turbina de ubicacin superior, sin embargo, aumenta la succin que se imparte en los labes de la turbina por el tubo de aspiracin. La cada de presin resultante puede conducir a la cavitacin.La geometra variable del portillo y labes de la turbina permitir el funcionamiento eficiente para una amplia gama de condiciones de flujo. Turbina Kaplan eficiencias son normalmente ms del 90%, pero pueden ser ms bajos en aplicaciones de muy baja la cabeza.Las reas actuales de investigacin incluyen CFD mejoras de eficiencia impulsadas y nuevos diseos que aumentan las tasas de supervivencia de los peces que pasan a travs.Debido a que las palas de la hlice se hacen girar por el aceite hidrulico de alta presin, un elemento crtico de Kaplan diseo es para mantener un sellado positivo para evitar la emisin de aceite en la va fluvial. No se permite el vertido de aceite en los ros.AplicacionesTurbinas Kaplan son ampliamente utilizados en todo el mundo para la produccin de energa elctrica. Cubren las tarifas ms Sede hidroelctricas y son especialmente adecuados para las condiciones de flujo alto.Barato microturbinas en el modelo de turbina Kaplan se fabrican para la produccin de energa persona con tan slo dos pies de altura.Grandes turbinas Kaplan estn diseados individualmente para cada sitio a operar a la mayor eficiencia posible, por lo general ms del 90%. Son muy caros para disear, fabricar e instalar, sino que operan desde hace dcadas.Ellos han descubierto recientemente un nuevo hogar en la generacin de Off Shore Energy Wave, consulte Wave Dragon Technologies.VariacionesLa turbina Kaplan es el ms ampliamente utilizado de las turbinas de tipo hlice, pero existen varias otras variaciones: Turbinas de hlice tienen aspas de hlice no ajustables. Se utilizan en donde el rango de cabeza no es grande. Existen productos comerciales para la produccin de varios cientos de vatios de slo unos pocos pies de altura. Grandes turbinas de hlice producen ms de 100 MW. En la estacin de generacin de La Grande-1 en el norte de Quebec, 12 turbinas de hlice generan 1.368 MW. Bulbo o tubular turbinas estn diseadas en el tubo de suministro de agua. Un gran foco se centra en la tubera de agua que contiene el generador, portillo y un corredor. Turbinas tubulares son un diseo totalmente axial, mientras que las turbinas Kaplan tienen un portillo radial. Turbinas pit son turbinas bulbo con una caja de cambios. Esto permite un generador ms pequeo y el bulbo. Straflo turbinas son turbinas axiales con el generador fuera del canal de agua, conectados a la periferia del corredor. S-turbinas eliminan la necesidad de una caja de la lmpara mediante la colocacin del generador de fuera del canal de agua. Esto se logra con un trote en el canal de agua y un eje de conexin del corredor y el generador. La turbina VLH un flujo abierto, muy bajo turbina de cabeza "Kaplan" inclinada en un ngulo al flujo de agua. Cuenta con un gran dimetro> 3,55 m, es de baja velocidad usando un eje conectado directamente montado alternador de imanes permanentes con la regulacin electrnica de potencia y es muy pescados amistosos. Turbinas de Tyson son una turbina de hlice fija diseado para ser sumergido en un ro que fluye rpido, de manera permanente anclada en el lecho del ro, o unido a un barco o barcaza.

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1. Qu es una central hidroelctrica?Unacentral hidroelctrica es una instalacin que permite aprovechar las masas de agua en movimiento que circulan por los ros para transformarlas en energa elctrica, utilizando turbinas acopladas a los alternadores.Segn la potencia instalada, las centrales hidroelctricas pueden ser: Centrales hidrulicas de gran potencia: ms de 10MW depotencia elctrica. Minicentrales hidrulicas: entre 1MW y 10MW. Microcentrales hidroelctricas: menos de 1MW de potencia.2. Componentes principales de una central hidroelctrica La presa, que se encarga de contener el agua de un ro y almacenarla en unembalse. Rebosaderos,elementos que permiten liberar parte del agua que es retenida sin que pase por la sala de mquinas. Destructores de energa, que se utilizan para evitar que la energa que posee el agua que cae desde los salientes de una presa de gran altura produzcan, al chocar contra el suelo, grandes erosiones en el terreno. Bsicamente encontramos dos tipos de destructores de energa: Los dientes o prismas de cemento, que provocan un aumento de la turbulencia y de los remolinos. Los deflectores de salto de esqu, que disipan la energa haciendo aumentar la friccin del agua con el aire y a travs del choque con el colchn de agua que encuentra a su cada. Sala de mquinas. Construccin donde se sitan las mquinas (turbinas, alternadores) y elementos de regulacin y control de la central. Turbina. Elementos que transforman en energa mecnica laenerga cinticade una corriente de agua. Alternador.Tipo degenerador elctricodestinado a transformar la energa mecnica en elctrica. Conducciones.La alimentacin del agua a las turbinas se hace a travs de un sistema complejo de canalizaciones.En el caso de loscanales, se pueden realizar excavando el terreno o de forma artificial mediante estructuras de hormign. Su construccin est siempre condicionada a las condiciones geogrficas. Por eso, la mejor solucin es construir untnel de carga, aunque el coste de inversin sea ms elevado.La parte final del recorrido del agua desde la cmara de carga hasta las turbinas se realiza a travs de unatubera forzada. Para la construccin de estas tuberas se utiliza acero para saltos de agua de hasta 2000my hormign para saltos de agua de 500m. Vlvulas,dispositivos que permitencontrolar y regular la circulacin del aguapor las tuberas. Chimeneas de equilibrio: son unos pozos de presin de las turbinas que se utilizan para evitar el llamado golpe de ariete,que se produce cuando hay un cambio repentino de presin debido a la apertura o cierre rpido de las vlvulas en una instalacin hidrulica.La presaLa presa es el primer elemento que encontramos en una central hidroelctrica. Se encarga de contener el agua de un ro y almacenarla en unembalse.Con la construccin de una presa se consigue un determinadodesnivel de agua, que es aprovechado para conseguir energa. La presa es un elemento esencial y su forma depende principalmente de la orografa del terreno y del curso del agua donde se tiene que situar.Las presas se pueden clasificar, segn el material utilizado en su construccin, en presas de tierray presas de hormign.Las presas de hormign son las ms resistentesy las ms utilizadas. Hay tres tipos de presas de hormign en funcin de su estructura: Presas de gravedad. Son presas de hormign triangularescon una base ancha que se va haciendo ms estrechaen la parte superior. Son construcciones de larga duracin y que no necesitan mantenimiento. La altura de este tipo de presas est limitada por la resistencia del terreno. Presa de vuelta.En este tipo de presasla pared es curva. La presin provocada por el agua se transmite ntegramente hacia las paredes del valle por el efecto del arco. Cuando las condiciones son favorables, la estructura necesita menos hormign que una presa de gravedad, pero es difcil encontrar lugares donde se puedan construir. Presas de contrafuertes. Tienen una pared que soporta el agua y una serie de contrafuertes o pilares de forma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base.En general, se utilizan en terrenos poco estables y no son muy econmicas.La turbina hidrulicaLas turbinas hidrulicas son el elemento fundamental para el aprovechamiento de la energa en las centrales hidrulicas. Transforman en energa mecnica la energa cintica (fruto del movimiento) de una corriente de agua.Su componente ms importante es elrotor, que tiene una serie de palas que son impulsadas por la fuerza producida por el agua en movimiento, hacindolo girar.Las turbinas hidrulicas las podemos clasificar en dos grupos: Turbinas de accin. Son aquellas en las que la energa de presin del agua se transforma completamente en energa cintica. Tienen como caracterstica principal que el agua tiene la mxima presin en la entraday la salida del rodillo.Un ejemplo de este tipo son lasturbinas Pelton. Turbinasde reaccin.Son las turbinas en que solamente una parte de la energa de presin del agua se transforma en energa cintica. En este tipo de turbinas, el agua tiene una presin ms pequea en la salida que en laentrada.Un ejemplo de este tipo son lasturbinas Kaplan.Las turbinas que se utilizan actualmente con mejores resultados son lasturbinasPelton, Francis y Kaplan. A continuacin se enumeran sus caractersticas tcnicas y sus aplicaciones ms destacadas: Turbina Pelton. Tambin se conoce con el nombre deturbina de presin. Son adecuadas para lossaltos de gran altura y para los caudales relativamente pequeos. La forma de instalacin ms habitual es ladisposicin horizontal del eje.

Turbina Francis. Es conocida comoturbina de sobrepresin, porque la presin es variable en las zonas del rodillo. Las turbinas Francis se pueden usar ensaltos de diferentes alturas dentro de un amplio margen de caudal, pero son de rendimiento ptimo cuando trabajan en un caudal entre el 60 y el 100% del caudal mximo.Pueden ser instaladas con el eje en posicin horizontal o en posicin vertical pero, en general, la disposicin ms habitual es la deeje vertical.

Turbina Kaplan. Son turbinas de admisin total y de reaccin. Se usan ensaltos de pequea altura con caudales medianos y grandes. Normalmente se instalan con el eje en posicin vertical, pero tambin se pueden instalar de forma horizontal o inclinada.

En el siguiente juego interactivo puedes comprender mejorla relacin entre el caudal y la altura en las centrales hidroelctricas.3. Tipos de centrales hidroelctricasHay muchos tipos de centrales hidroelctricas, ya que las caractersticas del terreno donde se sita la central condicionan en gran parte su diseo.Se podra hacer una clasificacin en tres modelos bsicos: Centrales de agua fluyente. En este caso no existe embalse, el terreno no tiene mucho desnivel y es necesario que el caudal del ro sea lo suficientemente constante como para asegurar una potencia determinada durante todo el ao. Durante la temporada de precipitaciones abundantes, desarrollan su mxima potencia y dejan pasar agua excedente. En cambio, durante la poca seca, lapotenciadisminuye en funcin del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ros en verano. Centrales de embalses. Mediante la construccin de una o ms presas que forman lagos artificiales donde se almacena un volumen considerable de agua por encima de las turbinas.El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Con el embalse puede producirse energa elctrica durante todo el ao aunque el ro se seque completamente durante algunos meses, cosa que sera imposible con una central de agua fluyente.Estas centrales exigen, generalmente, una inversin de capital ms grande que la de agua fluyente. Dentro de estos tipos existen dos variantes de centrales: Centrales a pie de presa: en un tramo de ro con un desnivel apreciable se construye una presa de una altura determinada. La sala de turbinas est situada despus de la presa. Centrales por derivacin de las aguas: las aguas del ro son desviadas mediante una pequea presa y son conducidas mediante un canal con una prdida de desnivel tan pequea como sea posible, hasta un pequeo depsito llamadocmara de carga o de presin. De esta sala arranca una tubera forzada que va a parar a la sala de turbinas. Posteriormente, el agua es devuelta ro abajo, mediante un canal de descarga. Se consiguen desniveles ms grandes que en las centrales a pie de presa. Centrales de bombeo o reversibles. Son un tipo especial de centrales que hacen posible un uso ms racional de los recursos hidrulicos.Disponen dedos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda diaria de energa elctrica es mxima, estas centrales trabajan como una central hidroelctrica convencional: el agua cae desde el embalse superior haciendo girar las turbinas y despus queda almacenada en el embalse inferior.Durante las horas del da de menor demanda,el agua es bombeada al embalse superiorpara que vuelva a hacer el ciclo productivo.4. Funcionamiento de una central hidroelctricaLapresa, situada en el curso de un ro, acumula artificialmente un volumen de agua para formar un embalse. Eso permite que el agua adquiera unaenerga potencialque despus se transformar en electricidad.Para esto, la presa se sita aguas arriba, con unavlvulaque permite controlar la entrada de agua a la galera de presin; previa a una tubera forzada que conduce el agua hasta la turbina de la sala de mquinas de la central.El agua a presin de la tubera forzada vatransformando su energa potencial en cintica(es decir, va perdiendo fuerza y adquiere velocidad). Al llegar a la sala de mquinas el agua acta sobre los labes de la turbina hidrulica, transformando su energa cintica en energa mecnica de rotacin.El eje de la turbina est unido al delgenerador elctrico, que al girar convierte la energa rotatoria en corriente alterna de media tensin.El agua, una vez ha cedido su energa, es restituida al ro aguas abajo de la central a travs de un canal de desage.5. Ventajas e inconvenientes de las centrales hidroelctricasLasventajas de las centrales hidroelctricas son: No necesitan combustibles y sonlimpias. Muchas veces los embalses de las centrales tienen otras utilidades importantes: el regado, como proteccin contra las inundaciones o para suministrar agua a las poblaciones prximas. Tienen costes de explotacin y mantenimientos bajos. Las turbinas hidrulicas son de fcil control y tienen unos costes de mantenimiento reducido.En contra de estas ventajas podemos enumerar losinconvenientes siguientes: El tiempo de construccin es, en general, ms largo que el deotros tipos de centrales elctricas. La generacin de energa elctrica est influenciada por las condiciones meteorolgicas y puede variar de estacin a estacin. Los costes de inversin por kilovatio instalado son elevados. En general, estn situadas en lugares lejanos del punto de consumo y, por lo tanto, los costes de inversin en infraestructuras de transporte pueden ser elevados.

6. Impacto ambiental de las centrales hidroelctricasSiempre se ha considerado que la electricidad de origen hidrulico es unaalternativa energtica limpia. Aun as, existen determinados efectos ambientales debido a la construccin de centrales hidroelctricas y su infraestructura.La construccin de presas y, por extensin, la formacin de embalses, provocan un impacto ambiental que se extiende desde los lmites superiores del embalse hasta la costa. Este impacto tiene las siguientes consecuencias, muchas de ellas irreversibles: Sumerge tierras, alterando el territorio. Modifica el ciclo de vida de la fauna. Dificulta la navegacin fluvial y el transporte de materiales aguas abajo (nutrientes y sedimentos, como limos y arcillas). Disminuye el caudal de los ros, modificando el nivel de las capas freticas, la composicin del agua embalsada y el microclima.Los costes ambientales y sociales pueden ser evitados o reducidos a un nivel aceptable si se evalan cuidadosamente y se implantan medidas correctivas. Por todo esto, es importante que en el momento de construir una nueva presa se analicen muy bien los posibles impactos ambientales en frente de la necesidad de crear un nuevo embalse.

Primeros pasos y desarrolloYa desde la antigedad la fuerza del agua fue aprovechada para diversos usos, como moler grano o triturar materiales con alto contenido en celulosa para la produccin de papel, hecho que atestiguan los numerosos molinos de agua conservados en diferenes partes del mundo.Pero no sera hasta los inicios de la Revolucin Industrial cuando se aprovecha la energa del agua para la produccin elctrica. La creciente industrializacin del norte de Europa provoca una gran demanda de energa que vino a ser suplida, en buena parte, gracias a la hidroelectricidad, ya que la extraccin de carbn todava no era lo suficientemente fuerte como para cubrir las necesidades industriales.Se suele considerar que la primera central hidroelctrica fue la construida en Northumberland (Reino Unido), en 1880. Un ao depus comenz a utilizarse la energa procedente de las cataratas del Nigara para alimentar el alumbrado pblico, y a finales de la dcada ya existan ms de 200 centrales tan solo en Estados Unidos y Canad.Esta fuente de energa tuvo un rpido crecimiento debido al desarrollo tcnico experimentado a finales del siglo XIX y principios del XX, especialmente en lo que se refiere a la invencin del generador elctrico y al perfeccionamiento de las turbinas hidrulicas.A pesar de que las tecnologas de produccin no han experimentado grandes revoluciones desde principios del siglo XX, s se han desarrollado nuevos mecanismos para optimizar el rendimiento, existiendo, hoy en da, diferentes tipo de turbinas que son utilizadas de acuerdo a la altura del salto de agua, como se muestra en el siguiente cuadro:Altura del saltoTurbina

Ms de 100 metrosPelton, Turgo, Francis

Entre 20 y 100 metrosFrancis, Crossflow

De 5 a 20 metrosCrossflow, Propeller, Kaplan

Menos de 5 metrosPropeller, Kaplan

Su uso no se ha limitado a la produccin de electricidad para redes pblicas de distribucin, sino que tambin se ha aplicado, de manera exclusiva, para la industria privada, como es el caso de las plantas transformadoras de aluminio en Escocia o Surinam.La energa hidrulica en la actualidadLa energa hidroelctrica sigue siendo la energa renovable ms utilizada en todo el mundo. Se estima que un 20% de la energa consumida en el mundo tiene origen hidroelctrico, mientras que en los pases en desarrollo este porcentaje se eleva hasta el 33%. Si se compara con otras energas renovables los datos son contundentes: del total de la produccin renovable mundial, un 90% tiene su origen en la hidrogeneracin.Se trata, adems de una energa en crecimiento especialmente en las reas menos desarrolladas. Segn laUNESCO, entre 1995 y 2010 la produccin de energa hidroelctrica habr crecido en un 65% en todo el mundo, siendo este aumento especialmente agudo en los pases del Amrica Latina, Asia y frica. Mientras que en estas regiones tan solo se aprovecha el 7% de su potencial hidroelctrica, en reas ms desarrolladas, como Europa, este porcentaje asciende al 75%, por lo que el crecimiento esperado en los pases en vas de desarrollo es elevado.Se trata, por tanto, de un sistema de generacin de energa extendido en todo el mundo, incluso en pases que no cuentan con desniveles orogrficos significativos, como es el caso de Holanda. En la actualidad, Canad, Estados Unidos y China son los mayores productores del mundo.El futuroLa energa hidrulica seguir siendo la principal fuente renovables generadora de electricidad durante los prximos aos. De acuerdo con las previsiones presentadas por la Comisin Europea en 2005, no ser hasta 2030 cuando la energa elica, que es la renovable que presenta mayores ratios de crecimiento, supere los niveles de produccin de electricidad de la hidrulica en la UE. En los pases en vas de desarrollo, donde la energa elica no presenta un crecimiento semejante, esta situacin se alargar en el tiempo.El escenario futuro de la hidrulica, por tanto, es el de una forma de generacin madura, estable y eficaz, que tendr un crecimiento moderado y sostenido. A pesar de que, en muchos pases, no cuenta con ayudas pblicas que sufraguen los gastos de instalacin, la generacin de hidroelectricidad s se beneficia de los incentivos econmicos asignados a las renovables. En Europa, el mayor desarrollo vendr en el rea de la minihidrulica (centrales con potencia instalada inferior a 10 MW), especialmente fomentada por las autoridades energticas y medioambientales debido a su escaso impacto ambiental.En nuestro pas, el desarrollo a corto plazo se encuentra definido en elPlan de Energas Renovables 2005-2010, que propone algunas medidas para solucionar los problemas derivados de la instalacin y aprovechamiento de las centrales: coordinar y racionalizar los criterios de impacto ambiental entre las organizaciones, actulizar la normativa de conexin a la red o la realizacin de campaas de informacin sobre las bondades de la hidroelectricidad.IntroduccinLaenerga hidrulicase basa en aprovechar la cada del agua desde cierta altura. La energa potencial, durante la cada, se convierte en cintica. El agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotacin que finalmente, se transforma en energa elctrica por medio de los generadores. Es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua, y una vez utilizada, es devuelta ro abajo. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivacin, y la instalacin de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversin de grandes sumas de dinero, por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbn o el petrleo son baratos. Sin embargo, el peso de las consideraciones medioambientales y el bajo mantenimiento que precisan una vez estn en funcionamiento centran la atencin en esta fuente de energa.La fuerza del agua ha sido utilizada durante mucho tiempo para moler trigo, pero fue con la Revolucin Industrial, y especialmente a partir del siglo XIX, cuando comenz a tener gran importancia con la aparicin de las ruedas hidrulicas para la produccin de energa elctrica. Poco a poco la demanda de electricidad fue en aumento. El bajo caudal del verano y otoo, unido a los hielos del invierno hacan necesaria la construccin de grandes presas de contencin, por lo que las ruedas hidrulicas fueron sustituidas por mquinas de vapor con en cuanto se pudo disponer de carbn.La primera central hidroelctrica moderna se construy en 1880 en Northumberland, Gran Bretaa. El renacimiento de la energa hidrulica se produjo por el desarrollo del generador elctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidrulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales hidroelctricas generaban ya una parte importante de la produccin total de electricidad.

Toma para el canal de riego en AllozA principios de la dcada de los noventa, las primeras potencias productoras de energa hidroelctrica eran Canad y Estados Unidos. Canad obtiene un 60% de su electricidad de centrales hidrulicas. En todo el mundo, este tipo de energa representa aproximadamente la cuarta parte de la produccin total de electricidad, y su importancia sigue en aumento. Los pases en los que constituye fuente de electricidad ms importante son Noruega (99%), Zaire (97%) y Brasil (96%). La central de Itaip, en el ro Paran, est situada entre Brasil y Paraguay; se inaugur en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora del mundo. Como referencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6500 Mw y es una de las ms grandes.En algunos pases se han instalado centrales pequeas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeas presas son la principal fuente de electricidad. Otras naciones en vas de desarrollo estn utilizando este sistema con buenos resultados. En Euskadi, debido a que los ros son de curso corto y no conducen caudales importantes, existen bastantes minicentrales hidrulicas. En el resto de Espaa hay problemas de escasez de agua y se han construido presas para riego. Posteriormente han sido aprovechadas para generar energa, y actualmente tenemos una fraccin importante de energa hidroelctrica instalada.

Presa de bveda de AllozHistoriaLos antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energa del agua; utilizaban ruedas hidrulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retras su aplicacin generalizada hasta el siglo XII. Durante la edad media, las grandes ruedas hidrulicas de madera desarrollaban una potencia mxima de cincuenta caballos. La energa hidroelctrica debe su mayor desarrollo al ingeniero civil britnico John Smeaton, que construy por vez primera grandes ruedas hidrulicas dehierro colado.

Antigua rueda hidrulicaLa hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolucin Industrial. Impuls las industrias textil y del cuero y los talleres de construccin de mquinas a principios del siglo XIX. Aunque las mquinas de vapor ya estaban perfeccionadas, el carbn era escaso y la madera poco satisfactoria como combustible. La energa hidrulica ayud al crecimiento de las nuevas ciudades industriales que se crearon en Europa y Amrica hasta la construccin de canales a mediados del siglo XIX, que proporcionaron carbn a bajo precio.Las presas y los canales eran necesarios para la instalacin de ruedas hidrulicas sucesivas cuando el desnivel era mayor de cinco metros. La construccin de grandes presas de contencin todava no era posible; el bajo caudal de agua durante el verano y el otoo, unido a las heladas en invierno, obligaron a sustituir las ruedas hidrulicas por mquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbn.La primera central hidroelctrica se construy en 1880 en Northumberland, Gran Bretaa. El renacimiento de la energa hidrulica se produjo por el desarrollo del generador elctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidrulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales hidroelctricas generaban ya una parte importante de la produccin total de electricidad. La tecnologa de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX.A principios de la dcada de los noventa, las primeras potencias productoras de hidroelectricidad eran Canad y Estados Unidos. Canad obtiene un 60% de su electricidad de centrales hidrulicas. En todo el mundo, la hidroelectricidad representa aproximadamente la cuarta parte de la produccin total de electricidad, y su importancia sigue en aumento. Los pases en los que constituye fuente de electricidad ms importante son Noruega (99%), Repblica Democrtica del Congo (97%) y Brasil (96%). La central de Itaip, en el ro Paran, est situada entre Brasil y Paraguay; se inaugur en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora del mundo. Como referencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6.500 MW y es una de las ms grandes.En algunos pases se han instalado centrales pequeas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeas presas son la principal fuente de electricidad. Otras naciones en vas de desarrollo estn utilizando este sistema con buenos resultados.Desarrollo de la energa hidroelctricaLa primera central hidroelctrica se construy en 1880 en Northumberland, Gran Bretaa. El renacimiento de la energa hidrulica se produjo por el desarrollo del generador elctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidrulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales hidroelctricas generaban ya una parte importante de la produccin total de electricidad.La tecnologa de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX. Las centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se controla y se puede mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o tuberas forzadas, controlados con vlvulas y turbinas para adecuar el flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad. El agua que entra en la turbina sale por los canales de descarga. Los generadores estn situados justo encima de las turbinas y conectados con rboles verticales. El diseo de las turbinas depende del caudal de agua; las turbinas Francis se utilizan para caudales grandes y saltos medios y bajos, y las turninas Pelton para grandes saltos y pequeos caudales.Adems de las centrales situadas en presas de contencin, que dependen del embalse de grandes cantidades de agua, existen algunas centrales que se basan en la cada natural del agua, cuando el caudal es uniforme. Estas instalaciones se llaman de agua fluente. Una de ellas es la de las Cataratas del Nigara, situada en la frontera entre Estados Unidos y Canad.A principios de la dcada de los noventa, las primeras potencias productoras de hidroelectricidad eran Canad y Estados Unidos. Canad obtiene un 60% de su electricidad de centrales hidrulicas. En todo el mundo, la hidroelectricidad representa aproximadamente la cuarta parte de la produccin total de electricidad, y su importancia sigue en aumento. Los pases en los que constituye fuente de electricidad ms importante son Noruega (99%), Zaire (97%) y Brasil (96%). La central de Itaip, en el ro Paran, est situada entre Brasil y Paraguay; se inaugur en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora del mundo. Como referencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6.500 Mw y es una de las ms grandes.En algunos pases se han instalado centrales pequeas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeas presas son la principal fuente de electricidad. Otras naciones en vas de desarrollo estn utilizando este sistema con buenos resultados.La energa hoyDesde hace aos, el desarrollo de nuestra sociedad se basa en la utilizacin de la energa, un amplio abanico de actividades productivas y recreativas. En un esquema simple sus aplicaciones se pueden dividir en dos grupos:Combustibles de uso directo, empleados bsicamente para la calefaccin domstica y de edificios de servicios, en diferentes procesos y equipos industriales y en automocin. Provienen en gran medida del petrleo, pero tambin del carbn y el gas natural. Suponen dos tercios del consumo de energa primaria en un pas industrializado medio.Electricidad, que se emplea en iluminacin y en accionamiento de equipos; electrodomsticos y maquinaria industrial, hornos y otros procesos industriales. Proviene de diferentes fuentes: carbn y otros combustibles fsiles, energa hidrulica y nuclear. Representa un tercio de la energa primaria que utiliza un pas industrializado medio.En ambos casos, la energa se recibe desde empresas de medio y gran tamao a travs de redes de transportes y distribucin complejas que suponen unas inversiones de fuerte magnitud. En la vuelta a las energas renovables, stas se utilizan en gran medida para la produccin de electricidad, pero tambin se obtienen de ellas combustibles de uso domstico e industrial, as comobiocombustibleslquidos para automocin.La insercin de las renovables en el esquema energtico se hace a travs de las redes ya existentes de suministro elctrico o de combustibles de uso directo, aunque tambin se plantea el uso de estas energas para satisfacer las demandas de comunidades aisladas de las redes de distribucin energtica convencionales.Definicin de energa hidrulicaEnerga que se obtiene de la cada del agua desde cierta altura a un nivel inferior lo que provoca el movimiento de ruedas hidrulicas o turbinas. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivacin, y la instalacin de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversin de grandes sumas de dinero, por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbn o el petrleo son baratos, aunque el coste de mantenimiento de una central trmica, debido al combustible, sea ms caro que el de una central hidroelctrica. Sin embargo, el peso de las consideraciones medioambientales centra la atencin en estas fuentes de energa renovables.

Presa de Itaip, ParaguayCentrales hidroelctricasTodas las centrales hidroelctricas aprovechan la corriente de agua que cae por un desnivel. Se utilizan desniveles naturales del terreno, o bien se hace que el agua caiga desde una presa o dique. Las centrales hidroelctricas se dividen a grandes rasgos en centrales de baja, mediana y alta presin. El criterio para su clasificacin es la altura de embalse o la altura de remanso de agua.Se pueden distinguir dos tipos de centrales:Centrales de baja presin:Son centrales hidroelctricas situadas en corrientes de agua con desniveles de cada de 10 metros o superiores y se construyen intercalndolas en los cursos de los ros o de los canales. Por razones de ndole econmica y ecolgica el agua se utiliza en su curso natural, siendo embalsada mediante presas. Estas centrales hidroelctricas pequeas tienen la desventaja de proporcionar una corriente elctrica fluctuante, puesto que las variaciones estacionales de las precipitaciones pueden hacer variar el flujo de agua, y por tanto la cantidad de agua disponible.

Centrales de mediana o alta presin:Son centrales hidroelctricas de acumulacin o de bombeo (desniveles hasta 100 m.). Estas centrales disponen de zonas de embalse en forma de embalses de gran tamao o zonas enteras de ros en las que el agua se acumula durante perodos cortos (acumulacin diaria) o ms prolongados (acumulacin anual). Las centrales hidroelctricas de acumulacin se construyen casi siempre en presas de valles, y aprovechan el agua de cursos naturales renovables. Las centrales hidroelctricas de bombeo, por el contrario, son centrales que en las pocas de superproduccin de energa elctrica bombean el agua hasta un nivel ms elevado para volver a transformar la energa potencial generada, en energa elctrica enhoras de pico de carga. Por esta razn, las centrales hidroelctricas de bombeo no pueden clasificarse en la categora de plantas que aprovechan energas renovables.

Central de acumulacin

Central de bombeoCmo funciona una central hidroelctrica?Las centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se controla y se puede mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o tuberas, controlados con vlvulas y turbinas para adecuar el flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad. El agua que entra en la turbina sale por los canales de descarga. Los generadores estn situados justo encima de las turbinas y conectados con rboles verticales. El diseo de las turbinas depende del caudal de agua; las turbinas Francis y Kaplan se utilizan para caudales grandes y saltos medios y bajos, y las turbinas Pelton para grandes saltos y pequeos caudales.

Turbina Kaplan Turbina Francis Turbina PeltonLas turbinas hidrulicas se emplean para aprovechar la energa del agua en movimiento. La turbina Kaplan es semejante a una hlice de un barco. Las amplias palas olabesde la turbina son impulsadas por agua de alta presin liberada por una compuerta. La turbina Pelton es un modelo del siglo XIX cuyo funcionamiento es ms parecido al de un molino de agua tradicional. La rueda gira cuando el agua procedente del conducto forzado golpea sus paletas o labes.Para la formacin de un salto de agua es preciso elevar el nivel superficial de sta sobre el nivel normal de la corriente, atajando el agua con una presa para producir el salto total utilizable en la misma presa o contribuir a este salto, derivando a la vez las aguas por un canal de derivacin de menor pendiente que el cauce del ro. Las aguas del canal de derivacin hay que conducirlas a las turbinas y, para ello, en los saltos menores de unos 12 m, el agua desemboca directamente en la cmara de turbinas y, en los saltos superiores a 12 m, termina en un ensanchamiento llamado cmara de presin desde donde parte la tubera a presin que en conduccin forzada, lleva el agua a las turbinas. El agua sale a gran presin por latoberae impulsa los labes que hacen girar un eje y el generador. A la salida de las turbinas, el agua pasa a un canal de desage por el que desemboca nuevamente en el ro.El potencial hidrulico espaolEspaa no se puede considerar como un pas seco, lo que ocurre es que la distribucin de estos recursos es muy desigual en cuanto al tiempo y al espacio.La desigualdad en el tiempo es consecuencia del carcter torrencial de sus ros, con grandes fluctuaciones de sus caudales a lo largo de los diferentes pocas del ao. La irregularidad en el espacio resulta bien patente: las cuencas del Norte producen ms de la tercera parte de la aportacin de los ros en el 10% de la superficie del pas, mientras que el 90% restante no presenta una situacin tan favorable en cuanto a recursos hidrulicos y ya entra dentro de la categora de regin semirida.En la actualidad, el consumo elctrico total espaol es de unos 140.000 GW.h/ao, por lo que puede afirmarse que ms de un 25% del mismo es de origen hidroelctrico. A este respecto conviene recordar que, con anterioridad a 1960, la produccin hidroelctrica anual supona ms del 80% de la produccin elctrica total. En la dcada de los aos sesenta comenz a descender dicho porcentaje, llegando en la de los aos setenta a producirse por primera vez el hecho de que dicho porcentaje se mantuviese por debajo del 50%.La importante disminucin de la produccin hidroelctrica respecto de la total elctrica, no se debi, ni se debe, al agotamiento de los recursos hidrulicos disponibles en Espaa, sino a motivos econmicos, ya que para las empresas elctricas resultaban ms rentables las centrales trmicas convencionales que las hidroelctricas.Los recursos hidroelctricos an sin utilizar en Espaa son considerables, lo que no quiere decir que sea econmicamente conveniente el desarrollo de la totalidad de este potencial energtico.Evidentemente, como consecuencia de la intensa actividad en la poltica hidroelctrica de aos pasados, los mejores emplazamientos desde los puntos de vista tcnico y econmico ya han sido utilizados. El potencial an instalable presenta, en general, una gran dispersin de pequeas centrales que parece poco sugestiva.Respecto a las centrales de bombeo, en Espaa se han venido utilizando desde 1929, tanto en forma de bombeo puro (dos embalses sin aporte exterior de agua) como las centrales mixtas con bombeo (con aportaciones fluviales).En resumen, los recursos hidroelctricos an sin utilizar, aunque considerables, no pueden resolver por s solos el abastecimiento energtico de Espaa, pero pueden contribuir a reducir la importacin de combustibles y especialmente a proporcionar la potencia necesaria para asegurar la cobertura de las variaciones de la demanda.

Potencia instalada por comunidades autnomasRazones del uso de energas renovablesQue el planeta Tierra sea finito, no es un problema, es una realidad; esto lo podemos comparar con una caja llena de petrleo, carbn, rboles, gas, minerales diversos, en definitiva, recursos que el hombre necesita para obtener energa y construir su mundo. El planeta Tierra es finito y por lo tanto sus recursos son finitos.El uso de las energas renovables se potenci a partir de las crisis de los precios del petrleo de los aos setenta. El temor a un hipottico desabastecimiento o a que los precios energticos creciesen de forma excesiva motiv la puesta en marcha de programas nacionales e internacionales de investigacin y desarrollo de tecnologas de estas energas, as como del fomento de su aplicacin.En el mbito internacional fue la Agencia Internacional de la Energa, IEA, quien hizo realidad ese primer impulso. En Espaa se cre el Centro de Estudios de la Energa, posteriormente transformado en Instituto de Diversificacin y Ahorro Energtico, IDAE, quien se responsabiliz de las tareas de promocin. A lo largo de la dcada de los noventa han sido criterios ambientales los que han impulsado el desarrollo de las energas renovables.El aumento de la concentracin de gases de efecto invernadero en capas altas de la atmsfera, en especial CO2 proveniente del uso de combustibles fsiles, que son causa del cambio climtico es hoy la primera razn para impulsar estas energas. As lo propugnan diferentes organizaciones ecologistas.

Otra razn para la extensin de las energas renovables es la necesidad de encontrar fuentes autctonas de energa para muchos de los pases que importan combustibles fsiles y gastan en ello una parte importante del resultado de sus exportaciones o de sus recursos econmicos.Esto es as fundamentalmente en los pases del Tercer Mundo, que no disponen de yacimientos propios de hidrocarburos. Las energas renovables son adems una importante fuente de empleo, en gran medida distribuido en el mundo rural. As lo valora la Comisin Europea y las organizaciones sindicales de los pases miembros.Ventajas e inconvenientes medioambientalesVentajas- Es renovable. - No se consume. Se toma el agua en un punto y se devuelve a otro a una cota inferior.- Es autctona y, por consiguiente, evita importaciones del exterior. - Es completamente segura para personas, animales o bienes. - No genera calor ni emisiones contaminantes (lluvia cida, efecto invernadero...) - Genera puestos de trabajo en su construccin, mantenimiento y explotacin. - Requiere inversiones muy cuantiosas que se realizan normalmente en comarcas de montaa muy deprimidas econmicamente. - Genera experiencia y tecnologa fcilmente exportables a pases en vas de desarrollo.Inconvenientes- Altera el normal desenvolvimiento en la vida biolgica (animal y vegetal) del ro.- Las centrales de embalse tienen el problema de la evaporacin de agua: En la zona donde se construye aumenta la humedad relativa del ambiente como consecuencia de la evaporacin del agua contenida en el embalse.- En el caso de las centrales de embalse construidas en regiones tropicales, estudios realizados han demostrado que generan, como consecuencia del estancamiento de las aguas, grandes focos infecciosos de bacterias y enfermedades. En Brasil el brote dedenguefue asociado con las represas construidas a lo largo del ro Paran.GlosarioNivel:horizontalidad constante de la superficie de un terreno, o de la superficie libre de los lquidos.Cota:valor de la altura a la que se encuentra una superficie respecto del nivel del mar.Embalse:resulta de almacenar todas las aguas que afluyen del territorio sobre el que est enclavado y, identificado como cuenca vertiente, que es la superficie de las aguas que lo alimentan. Las dimensiones del embalse dependen de los caudales aportados por el ro. Su capacidad til es todo aquel agua embalsada por encima de la toma de la central. La capacidad total incluye el agua no utilizable. Se mide en metros o hectmetros cbicos. Los embalses tienen prdidas debidas a causas naturales como evaporacin o filtraciones.Caudal:cantidad de lquido, expresada en metros cbicos o en litros, que circula a travs de cada una de las secciones de una conduccin, abierta o cerrada en la unidad de tiempo.Salto de agua:paso brusco o cada de masas de agua desde un nivel a otro inferior. Numricamente se identifica por la diferencia de cota que se da en metros.Bibliografa- Buscadorwww.yahoo.com> ciencia y tecnologa > energa.- Buscadorwww.google.com> bsqueda (energa hidrulica y de la biomasa).- Buscadorwww.eresmas.com> ciencias > tecnologa > energa- Buscadorwww.terra.es> ciencia- Buscadorwww.pregunta.com> bsqueda (energas renovables).- Microsoft Encarta 2001.- Enciclopedia Salvat Universal. Tomo 4.- Enciclopedia: El Mundo de la ciencia (Editorial Salvat). Tomo 9

Energas renovables

1. Energa hidrulica Es la energa del agua debida bien a su movimiento (energa cintica) o bien a su altura cuando est embalsada (energa potencial). Esta energa se puede aprovechar para producir corriente elctrica. En las centrales hidrulicas el agua se acumula en embalses formados por un muro de hormign llamado presa. Estas presas pueden ser de varios tipos: De gravedad: es recta y con una seccin transversal triangulas formando ngulo recto en el lado del agua. Son muy caras. De bveda: es convexa por lo que transmite el empuje del agua a la montaa. Son de menor tamao y ms baratas.

El agua se conduce hasta la sala de mquinas a travs de unas tuberas. La toma del agua suelen estar colocadas a un tercio de la altura de la presa para evitar el fango y tiene una rejilla para que no pase suciedad a la turbina. Adems la presa tiene unas compuertas para dar salida al agua sin que pase por la turbinas (cuando el nivel de agua es muy elevado). En la sala de mquinas estn las turbinas que pueden ser de varios tipos, pero las ms utilizadas son: la turbina kaplan y la turbina pelton. La potencia y energa obtenida depende de la altura del salto de agua y del caudal que incide en las turbinas. El eje de la turbina est acoplado a un alternador, que es lo que produce la energa elctrica. Los transformadores se encargan de elevar la tensin de salida de los alternadores que suele ser de 20000 voltios hasta 400000 voltios y se transporta a los puntos de consumo. Turbina -> Alternador -> Transformador

Kaplan Pelton 1.2. Tipos de centrales Existen dos tipos de centrales hidrulicas: De bombeo puro: constan de dos embalses, el inferior es natural y pequeo actuando como una central normal. Cuando la demanda de corriente elctrica es menor, aprovecha la corriente elctrica sobrante para bombear agua al embalse superior que acta de depsito. De bombeo mixto: el embalse superior no necesita ser bombeado porque recibe el agua de forma natural por del cauce de un ro. El sistema de produccin de energa hidrulica es de los ms limpios ya que no emite residuos, adems los embalses regulan el cauce de los ros evitando inundaciones en caso de lluvias torrenciales. Otro aspecto positivo es que acumula agua que es aprovechada para consumo y riego. El problema es que se inundan zonas frtiles y se altera la vegetacin y la fauna.

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