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CIDEAD. Tecnología Industrial I. 1º Bachillerato.Tema 4.- Las Energías alternativas : Energía Hidráulica y Eólica

Desarrollo del Tema:

La energía Hidráulica:○ 1. Introducción.○ 2. Las centrales hidroeléctricas.○ 3. Los Tipos de centrales hidroeléctricas.○ 4. Ventajas e inconvenientes.○ 5. Las centrales hidroeléctricas en España.

La energía Eólica.

○ 1. Introducción.○ 2. Las máquinas eólicas.○ 3. Las centrales eólicas.○ 4. Las centrales eólicas en España..

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La energía Hidráulica:○ 1. Introducción.

La energía hidráulica se define como aquella que posee el agua que forma el cauce de losríos como consecuencia de ser embalsada convenientemente por una presa.

Se aprovecha la energía potencial que adquiere el nivel del agua como consecuencia deser embalsada mediante una presa. Las turbinas utilizadas son de tipo hidráulico que permite laconversión de la energía mecánica en energía eléctrica. Este proceso se realiza en las centraleshidroeléctricas, cuyo producto final es la corriente eléctrica de tipo alterna.

El origen de esta energía es la energía del sol, que permite al agua de nuestro planetadescribir un ciclo como consecuencia de los gradientes de temperatura.

Esquemáticamente el ciclo del agua se puede representar a través del siguiente dibujo:

○ 2. Las centrales hidroeléctricas.

La conversión energética que tiene lugar en una central hidroeléctrica se puede expresarmediante el siguiente diagrama:

Tuberías Turbinas Alternador

Las centrales hidroeléctricas son aquellas instalaciones que transforman la energía delagua embalsada en energía eléctrica.

Las centrales hidroeléctricas pueden ser: de agua embalsada o de acumulación. Si el caudal es variable, se acumula gran

cantidad de agua mediante un embalse, anegando grandes zonas de terreno y acumulando el

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EnergíaPotencial

EnergíaCinética

EnergíaCinetica de

rotación

EnergíaEléctrica


agua en periodos de alta pluviometria. Un ejemplo de estas centrales se encuentra en la presade las tres gargantas en el río Yangtze, que produce una potencia de 18200 MW y dispone de26 turbinas.

Centrales de agua efluyente o de derivación. Se construye una pequeña presa queprácticamente no modifica el caudal del río; el caudal es prácticamente constante en lasdistintas estaciones del año. La energía potencial del agua se aprovecha directamente omediante la construcción de una pequeña presa. La pendiente de la tubería de entrada delagua es elevada.

En los siguientes esquemas se pueden apreciar la diferencia entre los dos tipos decentrales:

Para embalsar el agua, se debe de construir una presa. Una presa es una estructurarealizada de hormigón armado; su diseño depende del tipo de presa que se intente construir pero lomás lógico que la parte inferior será mas ancha que la parte superior, ya que el centro de empuje seencuentra aproximadamente a la tercera parte del nivel, desde el fondo. Las presa pueden ser:

Presas de gravedad.- Contrarrestan el empuje del agua. Su sección es triangular.Pueden presentar grietas.

Presas de gravedad aligeradas.- son estructuras huecas, para disminuir su peso. Presas de arco o bóveda sencilla.- La presión de agua se transmite a los laterales,

por lo que son más ligeras que las anteriores . Se construyen cuando el terreno y los lateralesson suficientemente sólidos o estables.

El funcionamiento de una central hidroeléctrica es bastante sencilla. El agua embalsadapasa a través de una tubería o galería construida de hormigón o acero. El control del caudal serealiza regulando la compuerta de entrada y se filtra mediante tamices para eliminar las posiblesimpurezas sólidas.

Al llegar a la turbina, el agua se dirige mediante una serie de tuberías secundarias e

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Central de agua embalsada Central de agua efluyente


inyectores hacia los álabes de la turbina para provocar la rotación constante y rápida del rotor.El eje del rotor de la turbina se acopla al eje secundario del alternador, que al girar y

gracias al principio de autoinducción de Fareday se consigue generar una corriente alterna en elprimario del generador con tres desfases. A la salida de los generadores, se obtiene corriente alternatrifásica de algunos miles de voltios. Para subir hasta 220 o 380 KV es necesario subir la tensiónmediante unos transformadores. Desde estos se transporta en forma de Alta tensión por losconductores y sistema de transporte adecuados.

Hay varios tipos de turbina: Pelton, Francis o Kaplan.

Los generadores eléctricos están formados por varios devanados eléctricos que permitenproducir corriente eléctrica al producirse una variación en el campo magnético en el tiempo.

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Turbina


3. Los Tipos de centrales hidroeléctricas.

Además de clasificar las centrales hidroeléctricas de acuerdo al caudal, según la orografíadel terreno, se pueden clasificar las centrales de acuerdo a la potencia generada. Según esto, sedistinguen:

Minicentrales Hidráulicas. La potencia generada se encuentra entre los 250 kW ylos 5000 kW. Aprovechan el cauce de agua de pequeños ríos, utilizando antiguos molinospara mover las turbinas. En otros tiempos, suministraron corriente eléctrica a pequeñospueblos e industrias.

Macrocentrales . Generan una potencia superior a los 5000 kW. Se sitúan encuencas de ríos caudalosos.

Centrales de derivación de agua. Está formada por una pequeña presa que deriva elagua a un cauce auxiliar inclinado que conduce a un depósito que es la cámara de carga.Desde ahí se dirige el agua hasta la sala de máquinas.

Centrales de aprovechamiento por acumulación de agua. Se realiza un granembalse de agua y hacia la mitad del mismo, se abre la compuerta de toma de agua.

Centrales de bombeo. Se logra un mayor aprovechamiento de la energía del agua.Normalmente se compone de dos embalses. Trabaja en dos regímenes diferentes: si elconsumo de energía es elevada, los generadores del primer embalse actúan comoalternadores. En el caso de que el consumo disminuya, los generadores del segundoembalse, actúan como bombas de agua, en la estación de bombeo, subiendo el agua desde elsegundo embalse hasta el embalse primero, manteniendo el nivel de la presa superiorprácticamente constante. El esquema de una central de bombeo, se muestra a continuación:

Las centrales de bombeo pueden ser:1. Centrales de bombeo puro. Desde el embalse inferior, que se encuentra en el

cauce del río, se bombea agua al embalse superior que es artificial. El agua del embalse

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superior pasa por la sala de máquinas originando la corriente alterna.El esquema es el siguiente:

energía eléctrica

corriente alterna trifásica

energía energía

Río

1. Central mixta con bombeo.- Los dos embalses se sitúan en el cauce del río, demanera que la central puede actuar indistintamente con bombeo o sin él. No es necesariobombear agua al embalse superior ya que se alimenta del agua del río; no obstante, cuandoel consumo es pequeño, se bombea agua al embalse superior para aumentar el cauce del río.

El esquema es el siguiente:Río

corriente alterna trifásica

Río

4. Ventajas e inconvenientes.

Entre las ventajas que ofrece la utilización de este tipo de energía cabe citar lassiguientes:

El proceso de transformación es limpio, no dando lugar a la eliminación desustancias gaseosas tóxicas.

Las presa permiten regular los cauces de los ríos, evitando posibles inundaciones.El agua embalsada se puede utilizar para el abastecimiento de agua a las ciudades y

para el riego.Los embalses pueden generar zonas aledañas de esparcimiento, para practicar

deportes acuáticos, etc.

Entre los inconvenientes, se pueden destacar los siguientes: Los embalses anegan grandes zonas de terreno, en ocasiones fértiles y de gran

poder ecológico, incluso han llegado a inundar núcleos de población, haciendo que los sereshumanos se trasladen a otras zonas.

Las presas retienen arenas que arrastran las corrientes que con el tiempo

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Embalse superior

MotorTurbina Alternador Transformador

Embalse inferior

Embalse superior

Motor Turbina Transformador

Embalse inferior

Alternador


producirían deltas en las desembocaduras de los ríos. Los embalses producen alteración en los cursos de los ríos provocando una

alteración grave de la flora y la fauna. En el caso de que el río esté contaminado, en el embalse se producirán

acumulación de aguas insalubres.La posible rotura de la presa ocasiona grandes catástrofes naturales.La energía hidroeléctrica depende de una forma muy directa en el régimen de las

lluvias.

5. Las centrales hidroeléctricas en España.

Dada la orografía tan especial de la Península, hace que sea factible la utilización de laenergía hidráulica, sobre todo en los cauces de los ríos Duero y Ebro; todas las centraleshidroeléctricas proporcionan una potencia de 18400 MW.

En España existen 21 centrales de mas de 200 MW de potencia, siendo la mayor la quese encuentra en Aldeadávila de la Rivera (Salamanca) que genera una potencia de 1139 MW.

La energía Eólica.1. Introducción.

La energía eólica es la energía cinética del viento. La variación de la insolación debida a

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la diferencia de la latitud geográfica de la Tierra y la diferencia de capacidad de absorción de lasuperficie de la tierra producen una distribución desigual del calor de la atmósfera , produciéndoseun movimiento del aire, que es lo que denominamos el viento. El movimiento de la tierra, provocacambios en las direcciones en estas corrientes de aire. El viento es producido por el movimiento degrandes masas de aire como consecuencia de los gradientes de presiones entre diferentes puntos dela atmósfera.

La atmósfera es una mezcla de gases formada mayoritariamente por nitrógeno y oxígeno.El peso de esos gases por unidad de superficie es lo que se denomina presión atmosférica. Lapresión atmosférica se mide con un barómetro. Las fuerzas que producen el viento son lassiguientes:

1. La debida a los gradientes de presión.2. La gravitacional, debida al campo gravitatorio terrestre.3. La de fricción, o la capa límite de la atmósfera con el suelo.4. La de Coriolís, debida al movimiento relativo de rotación de la tierra.

Para medir la velocidad del viento, se utilizan los anemómetros. Cuando la velocidad esde 30 a 60 Km/h, el viento es moderado. Si la velocidad es de 70 a 80 Km /h, el viento es fuerte. Unviento huracanado puede oscilar entre los 130 a 200 Km/h.

2. Las máquinas eólicas.

Las máquina eólicas son aquellas destinadas al aprovechamiento de la energía cinéticasdel viento, para transformarla en energía mecánica o energía eléctrica.

Los aerogeneradores, provistos de hélice, se sitúan en zonas geográficas favorables,donde los vientos soplan fuertes o bien en ráfagas; no se situarán en terrenos muy abruptos. En elsiguiente esquema se puede apreciar el lugar de mejor ubicación de estas centrales:

Los tipos de máquinas eólicas son los siguientes:

Máquinas eólicas de eje vertical. Son las mas comunes y las más desarrolladas. Eleje del rotor se coloca en la dirección del viento, incidiendo sobre las palas y le hace girar.

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Entre estas se destacan:1. Molinos de viento clásicos. Utilizados desde el siglo XII y que servían paratransformar la energía del viento en energía mecánica2. Maquinas eólicas de eje horizontal lento; generan potencias de o,5 a 50 kW. Poseen de12 a 14 aspas uniformemente repartidas. Se utilizan para bombear agua de los pozos.3. Máquinas eólicas de eje horizontal rápidas. Producen potencias superiores a los 100kW . Sus hélices constan de dos a tres palas de perfil aerodinámico, fabricadas demadera, de aluminio o de fibra de vidrio. La de dos palas posee una potencia similar, porlo que se tiende a construirlas de dos palas. Se usan para la producción de energíaeléctrica.

Las máquinas eólicas de eje horizontal. Se adaptan a cualquier dirección delviento, sin necesidad de dispositivos de orientación. Son máquinas penémonas (todos losvientos)

El teorema de Betz, nos indica que la potencia útil de captación es proporcional a lavelocidad al cubo:

Pu = 0,37 s v3 , siendo s, la superficie de la máquina y v la velocidad del viento.

Para regular el funcionamiento de las máquinas eólicas hay que tener en cuenta: Sistema de orientación, que puede ser manual, con cola de orientación, con

servomotor o con hélices auxiliares.Sistema de regulación y frenado. Para ello se utiliza la cola de orientación, el freno

centrífugo o los contrapesos o las placas auxiliares curvadas.

3. Las centrales eólicas.

Las centrales eólicas transforman la energía eólica en energía eléctrica. En la actualidadlos aerogeneradores poseen dos o tres palas. Al hacer incidir el viento sobre la hélice delaerogenerador, éste gira y mediante un generador eléctrico, transforma la energía de rotación enenergía eléctrica como corriente continua. Esta corriente eléctrica se acumula y posteriormente esutilizada, convirtiéndola en corriente alterna mediante un oscilador. La corriente alterna producidase puede enviar por la línea de distribución. El esquema de una central eólica es el siguiente:

Energía viento corriente continua AC.

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aerogeneradorGenerador corrienteeléctrica

Acumulador Oscilador Distrobución

Fuente deenergíaauxiliar


La energía eólica es inagotable, limpia y gratuita. Los inconvenientes se pueden plasmaren los siguientes apartados:

El aire es un fluido que posee una densidad muy baja por lo que se han de utilizaraerogeneradores muy grandes y caros.

La producción de energía es discontinua, pues depende del viento y de suvelocidad.

Existen dificultades en el almacenamiento y transporte e esta energía que esfluctuante.

El viento transporta sustancias abrasivas que dañan los álabes del rotor.

4. Las centrales eólicas en España.

En España las grandes centrales eólicas se encuentran en Cádiz (Tarifa), Galicia y en elvalle del Ebro. Un día determinado aportan una potencia de 8375 MW. , mientras que otro díaquedó reducida a 27 MW. España ocupa el segundo lugar del mundo, en cuanto producción deenergía eléctrica procedente de la eólica, junto con los EUA, siendo superada por Alemania.

Como ejemplo de las centrales eólicas más importantes instaladas son las de 160 KW,cuyo esquema aparece en la página siguiente.

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Tipos de turbinas hidráulicas:

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