Trabajo practico de ingenieria y sociedad. energía hidráulica.

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Trabajo practico de ingenieria y sociedad. energía hidráulica.

  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MISIONES FACULTAD DE INGENIERÍA Carrera: INGENIERÍA Asignatura: INGENIERÍA Y SOCIEDAD INFORME TRABAJO PACTICO NO 2 Tema: ENERGÍA HIDRÁULICA Autor: HECK, Pedro Guillermo SANABRIA, Valeria Viviana Docentes responsables: Ing. HEDMAN, Juan Carlos Fecha de realización: 25/06/13 Fecha de presentación: 02/07/13 Fecha de aprobación: Oberá-Misiones 2013
  2. 2. ÍNDICE GENERAL: 1) Prologo………………………………………………………………………….. 3 2) Introducción…………………………………………………………………….. 4 3) i. Historia de la energía hidráulica……………………………………...…… 5 ii El desarrollo de este sistema a través de la historia de la energía hidráulica………………………………………………………………… 6 4) i. Obtención …………………………………………………………………..6 ii. Las centrales hidroeléctricas………………………………………………..7 5) i. Clasificación según el caudal..…………………………………………….. 8 5) ii. Tipos de centrales según su potencia ………………………….…………. 9 6) Elementos que la componen…………………………………………..…………10 7) Ventajas………………………………………………………………………….11 8) Desventajas………………………………………………………………………12 9) i. Utilización de la energía hidráulica……………………………………...... 13 ii. Usos de la energía hidráulica que podemos aprovechar………………...... 14 10) Producción por países………………………………………………...………….15 11) Costos…………………………………………………………………...…….... 18 12) Reflexiones del grupo acerca del tema…………………………………………. 20 13) Conclusión………………………………………………………..…………..… 21 14) Bibliografía……………………………………………………….…………..…..22 Página 2
  3. 3. 1) Prólogo Éste trabajo está hecho con el fin y el propósito de cumplir con uno de los trabajos solicitados en la cátedra de Ingeniería y Sociedad de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Misiones, extensión áulica Puerto Rico. La consigna era elegir una fuente de energía, renovable o no, por grupo y realizar una monografía con dicha elección; nosotros elegimos la Energía hidráulica ya que una energía renovable, no produce gran impacto ambiental, también por ser muy eficiente y además por ser la tercera energía más utilizada en el mundo después de la energía nuclear y los combustibles fósiles. Cabe añadir que en comparación con las demás energías renovables, ésta tiene un mayor porcentaje de producción a un menor costo ya que convierte la energía potencial del agua a cierta altura en energía eléctrica. Se permite la caída del fluido y la energía potencial se convierte en cinética alcanzando gran velocidad en el punto más bajo; en este punto se le hace pasar por una turbina y provoca un movimiento rotatorio en un generador que a su vez se convierte en energía eléctrica de tensión y frecuencia desordenadas. Una vez extraída la energía eléctrica el agua se devuelve al río para su curso normal, pudiéndose aprovechar de nuevo para obtener energía eléctrica aguas abajo o para el consumo humano. Además de todas aquellas ventajas mencionadas, también veremos su lado malo, por llamarlo de alguna manera, sus desventajas por las cuales algunas personas están en contra de las represas hidroeléctricas. Página 3
  4. 4. 2) Introducción Se denomina energía hidráulica, energía hídrica o hidroenergía, a aquella que se obtiene del aprovechamiento de la energía cinética y potencial de la corriente del agua, saltos de agua o mareas; es un tipo de energía verde cuando su impacto ambiental es mínimo y usa la fuerza hídrica sin represarla, en caso contrario es considerada sólo una forma de energía renovable. Se puede transformar a muy diferentes escalas, existen desde hace siglos pequeñas explotaciones en las que la corriente de un río mueve un rotor de palas y genera un movimiento aplicado, por ejemplo, en molinos rurales. Sin embargo, la utilización más significativa la constituyen las centrales hidroeléctricas de presas, aunque estas últimas no son consideradas formas de energía verde por el alto impacto ambiental que producen. Cuando el Sol calienta la Tierra, además de generar corrientes de aire, hace que el agua del mar, principalmente, se evapore y ascienda por el aire y se mueva hacia las regiones montañosas, para luego caer en forma de lluvia. Esta agua se puede colectar y retener mediante presas. Parte del agua almacenada se deja salir para que se mueva los álabes de una turbina engranada con un generador de energía eléctrica. En ésta monografía, se van a tratar diferentes ítems como ser su historia, sus ventajas, desventajas, su obtención, utilización, producción por países y costos; además de otros detalles mas. Página 4
  5. 5. 3) i. Historia de la energía hidráulica Para comenzar a hablar acerca de la historia de la energía hidráulica, diremos que data de muchísimos siglos atrás. Los griegos, fueron unos de los primeros que comenzaron a utilizar y aprovechar la energía proveniente del agua, para así utilizarla en diferentes actividades, como por ejemplo agrícolas. Pero fue en la edad media recién cuando comenzaron a desarrollarse las maquinarias hidráulicas; al principio éstas no eran de materiales fuertes, la madera se gastaba mucho con la corrosión que le provocaba el agua, así que conforme pasaron los años, los materiales fueron reemplazándose por otros más fuertes y más resistentes, tales como el hierro. Una de las partes más importantes de la historia de la energía hidráulica ocurre durante la Revolución Industrial, dónde la energía hidráulica fue de gran importancia para el desarrollo económico y social. Se crearon empresas textiles y de construcción de distintos tipos de maquinarias, brindando así muchísimo trabajo a la población. Aunque durante los primeros años las máquinas funcionaban a vapor y muy bien, en esos momentos el carbón escaseaba y por lo tanto se complicaba, hasta que en el continente americano y Europa las ciudades industriales continuaron creciendo y desarrollándose cada vez más, por ello se construyeron canales que brindaban del carbón a bajos costos. Uno de los grandes problemas que se presentaban a la hora de la construcción de presas de contención era el bajísimo caudal de agua durante algunas épocas del año, por ello, obligadamente se tuvieron que reemplazar las ruedas hidráulicas por maquinaria a vapor cuando la disposición de carbón era posible. Ahora bien, un dato sumamente importante a la hora de hablar de la historia de la energía hidráulica, es la construcción de la primera presa hidroeléctrica. Fue en el siglo XIX, aproximadamente entre los años 1880 y 1885, en Gran Bretaña. Continuaron haciéndose trabajos e investigaciones para crear un generador eléctrico y lo consiguieron, además de perfeccionar cada detalle del generador hidráulico y ya para el siglo siguiente, las centrales hidráulicas producían grandes cantidades de energía eléctrica. A partir del siglo XX, aproximadamente en los años noventa, los países mayores productores de energía eléctrica eran Estados Unidos y Canadá y donde se encuentran las presas hidráulicas más importantes del mundo es en Brasil, Paraguay y Noruega. Actualmente se están construyendo cada vez más presas hidráulicas pequeñas capaces de abastecer a poblaciones enteras. En algunos países pequeños, estas presas hidroeléctricas, son la fuente de electricidad principal. Página 5
  6. 6. 3) ii. El desarrollo de este sistema a través de la historia de la energía hidráulica Ahora bien, tengamos en cuenta que cuando hablamos de la historia de la energía hidráulica, nos estamos refiriendo al desarrollo de la misma durante siglos. Como ya hemos dicho la primera central hidráulica fue contraída en el año 1880 aproximadamente, luego se desarrolló el primer generador eléctrico, luego se perfeccionaron los generadores hidráulicos aumentando notablemente así la demanda de electricidad durante esos años y cada vez más. Los diseños de las turbinas hidráulicas dependían del caudal de agua. Las centrales hidráulicas contienen una especie de embalse dónde el agua se almacena, allí el caudal se controla y se mantiene constante. Las turbinas hidráulicas contienen además una especie de tubos conductores, que contienen válvulas que se encargan del control del caudal cuando se requiere de electricidad. El agua de los ríos, lagos, lagunas, pantanos, etcétera, ingresan por estos tubos y salen por lo que se llama “descarga”. Esto también es una parte sumamente importante del desarrollo de la historia de la energía hidráulica, ya que como bien dijimos antes, los primeros generadores no eran los mismos, funcionaban mediante otro tipo de fuente, tenían otras formas y dependían exclusivamente de un mineral esencial para su funcionamiento, el carbón, no tan fácil de conseguir durante esas épocas. Ahora bien, no solo es importante la historia de la energía hidráulica en tiempos pasados. Cada desarrollo, cada perfeccionamiento fue elaborando lo que son ahora las turbinas generadoras de energía hidráulica y hoy en día, gracias al trabajo de muchas personas dedicadas a este tipo de proyectos, la energía hidráulica abastece a muchas actividades productivas, tan importantes para el desarrollo de una sociedad. Se utilizan tanto en forma combustible, como en forma eléctrica. Los combustibles son los que provienen del petróleo y son de utilización directa, se pueden utilizar como forma de calefacción del hogar y lugares cerrados, como edificios, escuelas, hospitales, etcétera. La electricidad, proviene del mineral llamado carbón, y de la energía nuclear e hidráulica y se utiliza fundamentalmente para iluminación en general, y para el accionamiento de electrodomésticos, por ejemplo el lavarropas, televisores, equipos de música, en fin. 4) i. Obtención La obtención de la energía hidroeléctrica La energía hidroeléctrica aprovecha el movimiento del agua para convertirlo en corriente eléctrica comercial. La primera vez que esto se hizo fue en Northumberland (Gran Bretaña) en 1880 y es una tecnología que se sigue aprovechando en la actualidad con pocas modificaciones. El funcionamiento es sencillo, convierte la energía potencial del agua a cierta altura en energía eléctrica. Se permite la caída del fluido y la energía potencial se convierte en cinética alcanzando gran velocidad en el punto más bajo; en este punto se le hace pasar por una turbina y provoca un movimiento rotatorio en un generador que a su vez se convierte en energía eléctrica de tensión y frecuencia desordenadas. Página 6
  7. 7. Una vez extraída la energía eléctrica el agua se devuelve al río para su curso normal, pudiéndose aprovechar de nuevo para obtener energía eléctrica aguas abajo o para el consumo humano. Denominamos turbina a la máquina que se emplea para transformar energía mecánica en energía eléctrica, aunque inicialmente esta será desordenada, no comercial. Hay dos tipos fundamentales de turbinas para aprovechar la energía hidráulica, turbina Pelton y Francis-Kaplan; la primera se utiliza en el caso de saltos superiores a 200 metros y pequeños caudales, normalmente para presas situadas en zonas de alta montaña; las segundas son más indicadas en el caso de saltos menores Esta energía eléctrica se va a convertir en energía eléctrica comercial utilizando primero un transistor y posteriormente un alternador. La energía eléctrica así obtenida está en alta tensión, varios miles de voltios, y a frecuencia comercial, en España a 50 Hz. Los cables de alta tensión van a trasladar a la energía eléctrica por el país llegando a nuestras viviendas a tensión comercial, 230 V en corriente monofásica y 400 V en trifásica. El cambio de alta a baja tensión se realiza en transformadores. Para aprovechar la energía hidroeléctrica necesitamos agua estancada en un embalse o presa situada a una altura por encima del cauce habitual del río; se llama salto de agua a la diferencia de altura entre el nivel superior e inferior. La ventaja principal respecto a otras renovables es que el caudal de agua puede ser controlado, de forma que en el momento de demanda eléctrica dejaremos fluir el líquido generando energía; en el caso que no exista esta demanda mantendremos cerradas las compuertas hasta que vuelva a existir demanda; este es una ventaja respecto a la energía eólica ya que de momento en ésta no se resuelve el problema del almacenamiento. La energía hidroeléctrica es un recurso natural especialmente indicado para zonas lluviosas o por las que circulan ríos caudalosos; es recomendable que estos ríos tengan cauces poco variables aunque en el caso de ríos con caudales oscilantes se pueden usar los embalses para el almacenamiento de agua en tiempos de sequía. El principal problema que presentan es que la generación de energía hidroeléctrica necesita invertir grandes sumas de dinero por lo que en regiones donde abundan petróleo o carbón no suele ser competitiva; otro inconveniente es que la construcción implica un gran impacto ambiental al ser necesaria la inundación de valles y desplazamiento de población; también debemos señalar que se modifican las condiciones físicas y químicas del río como salinidad, temperatura, nutrientes... ya que el agua embalsamada altera las condiciones naturales del río. Algunas especies como salmones necesitan desovar aguas arriba de la presa; para facilitar esto se construyen canales biológicos. 4) ii. Las centrales hidroeléctricas La mayoría de las centrales tienen agua embalsamada para la regulación de energía. De todas formas algunas apenas tienen reserva de agua, se denominan centrales de agua efluente. En este tipo de centrales la energía producida depende de las precipitaciones de esa estación; en las épocas más lluviosas desarrollan la potencia máxima, mientras que en el verano apenas producen energía. Las centrales de agua embalsada pueden ser de dos tipos, de regulación o de bombeo. Necesitan de un embalse o pantano artificial que retiene el agua gracias a las presas, como se ha indicado antes. Las centrales de regulación son aquellas que tienen la posibilidad de almacenar agua que fluye en el río, siendo especialmente interesante para cubrir horas punta de consumo. Página 7
  8. 8. Las centrales de bombeo se utilizan para acumular caudal, llegando a éstas mediante bombeo desde aguas abajo en el momento que existe exceso de energía; también se llaman centrales de acumulación. 5) Clasificación: 5) i. Según el caudal del río, las centrales hidroeléctricas se pueden clasificar en dos grandes grupos: • Centrales de agua embalsada: Si el caudal del río es variable, se acumula el agua mediante un embalse de grandes dimensiones para conseguir una producción regular. La presas pueden ser de diferente tipo: - de gravedad: su propio peso sirve para contrarrestar el empuje del agua. Suele ser recta o cóncava. Es el tipo más caro. - De bóveda: la presión del agua se transmite a las laderas de la montaña. Suele ser convexa, de modo que, cuanto más empuja el agua del embalse, más se clavan los lados de la presa en las laderas de la montaña. Son presas más pequeñas, y baratas. Es una fuente de energía limpia, muy importante y muy utilizada en el mundo, pero como todo tiene sus ventajas y desventajas. Aquí se presentan las más destacadas. Página 8
  9. 9. Centrales de agua fluyente o derivación: Si el caudal es prácticamente constante en las diferentes estaciones, la energía potencial del agua se aprovecha directamente o con embalses de “pequeñas dimensiones”. La presa, prácticamente, no hace crecer el nivel del río. De esta presa sale, en derivación, un canal que lleva el agua hasta un depósito a partir del cual, mediante una tubería se hace llegar el agua hasta la central. 5) ii. Tipos de centrales según su potencia a) Minicentrales: Su potencia está entre los 250 y 5000 kW. Aprovechan el agua de pequeños ríos y fueron en otro tiempo muy utilizados en Canarias. Pueden tener un pequeño embalse. b) Grandes centrales hidroeléctricas: Su potencia supera los 5000 kW. Pueden ser: 1. Centrales de bombeo: Dispone de dos embalses: Durante las horas de máxima demanda de energía eléctrica funcionan como cualquier central. Es decir, el agua del embalse superior pasa por las tuberías, desde la presa hasta la turbina, haciéndola girar y generando corriente que se envía a las líneas eléctricas. Luego el agua pasa al embalse inferior. Cuando la demanda de energía es baja, se aprovecha la energía eléctrica sobrante para bombear agua del embalse inferior al superior. Por ello, este tipo de centrales se combina con otra para obtener la energía de bombeo. 2. Central mixta con bombeo: en este caso, para funcionar no necesita bombear agua al embalse superior, pues éste se alimenta del río. Pero si el embalse superior dispone de poco agua, se bombea. Página 9
  10. 10. 6) Elementos que la componen 1) Embalse Un embalse es el lugar donde se almacena el agua, y consta de la presa y los desagües. a) Presa. Es una barrera interpuesta en el cauce de un río para retener y almacenar su agua, elevando el nivel considerablemente y regulando e l caudal de salida. Atendiendo a la forma de resistir el empuje de la corriente hay dos tipos de presa: presas de gravedad, en las que el empuje del agua se contrarresta con el peso del muro que forma la presa, y presas de bóveda, en forma de arco, con lo que se consigue soportar mejor la presión del agua. b) Desagües. Son aperturas dispuestas en la pared principal de la presa a través de las cuales se controla la salida del agua. Existen tres tipos de desagües: de superficie, de medio fondo y de fondo. - Desagües de superficie o aliviaderos. Se encuentran en la parte superior de la presa y tienen la función de regular el nivel del agua para evitar el desbordamiento. Pueden ser de Página 10
  11. 11. tres clases en función del tipo de compuerta utilizada: de compuerta vertical, construida con materiales que resisten la presión del agua (como la chapa reforzada) que se desliza sobre raíles; de compuertas de segmento, que están formadas por una estructura metálica sujeta a un eje de giro cuyo extremo tiene forma de superficie cilíndrica, se utilizan en caudales no muy elevados; y clapetas, compuestas de una báscula unida por uno de sus extremos a la parte superior de la compuerta de tal forma que cuando la compuerta desciende se abre y fluye el agua. - Desagües de medio fondo. Son desagües que se alimentan a media altura de la presa. - Desagües de fondo. Son desagües situados en la parte inferior de la presa. 2) Tuberías de conexión Desde las tomas de agua se conduce el agua de la presa hasta estas tuberías de conexión que se encargan de llevar el agua hacia las turbinas. Están construidas con materiales de gran resistencia como acero, fundición, fibrocemento o plástico reforzado con fibra de vidrio. El diámetro y grosor de las tuberías dependen del caudal de la presa, y se sostienen en el suelo mediante apoyos y con anclajes de hormigón en los cambios de dirección; pueden ser aéreas o subterráneas. 3) Planta transformadora Son las instalaciones donde se transforma la energía cinética del agua en energía eléctrica. Las partes que componen una planta transformadora son los elementos de cierre y reguladores y las turbinas.  Elementos de cierre y reguladores. Son los encargados de impedir o regular la entrada del agua en la planta.  Turbinas. Los dos tipos más habituales de turbinas hidráulicas son las de acción y las de reacción. - Turbinas de acción. Para hacer girar las aspas se aprovecha sólo la velocidad del agua. Estas turbinas pueden ser de flujo cruzado, de tipo Pelton y otras. La más usada es la turbina Pelton, en la que el agua que empuja los álabes es impulsada por inyectores que regulan el caudal, y se emplea para centrales de pequeño caudal y con un gran salto de agua. Tiene la característica de que admite una amplia variación de caudal, y, en caso de parada, cuenta con un deflector de chorro, mecanismo que dirige el agua directamente al desagüe evitando una sobrepresión en la tubería. Página 11
  12. 12. Turbinas de reacción. En estas turbinas el movimiento de los álabes es provocado tanto por la velocidad como por la presión del agua. Hay varios tipos de turbina de reacción: turbina Francis de hélice, Kaplan, etc. 4) Generador y elementos anexos. Los elementos anexos o complementarios son los elementos necesarios para controlar el proceso de generación de corriente eléctrica y regularlo. 7) Ventajas  Debido al ciclo del agua su disponibilidad es inagotable.  Es una energía totalmente limpia, no emite gases, no produce emisiones toxicas, y no causa ningún tipo de lluvia acida.  Es una energía barata, los costes de operación son muy bajos, existen mejoras tecnológicas constantemente que ayudan a explotar de manera más eficiente los recursos.  Permite el almacenamiento de agua para abastecer fácilmente a actividades recreativas o sistemas de riego.  Se pueden regular los controles de flujo en caso de que haya riesgo de una inundación.  Ventajas económicas La gran ventaja de la energía hidráulica o hidroeléctrica es la eliminación parcial de los costes de combustible. El coste de operar una planta hidráulica es casi inmune a la volatilidad de los combustibles fósiles como la gasolina, el carbón o el gas natural. Además, no hay necesidad de importar combustibles de otros países. Las plantas hidráulicas también tienden a tener vidas económicas más largas que las plantas eléctricas que utilizan combustibles. Hay plantas hidráulicas que siguen operando después de 50 a 99 años. Los costos de operación son bajos porque las plantas están automatizadas y tienen pocas personas durante su operación normal. Como las plantas hidráulicas no queman combustibles, no producen directamente dióxido de carbono. Muy poco dióxido de carbono es producido durante el período de construcción de las plantas, pero es poco, especialmente en comparación a las emisiones de una planta equivalente que quema combustibles. 8) Desventajas  La construcción de las platas requiere una gran inversión, por otra parte, los sitios donde se pueden construir centrales en condiciones económicas son muy limitadas.  Las presas se convierten en obstáculos para las especies como el salmón Página 12
  13. 13.  Por otra parte, las represas afectan al lecho de los ríos, causando erosión y afectar el ecosistema del lugar.  Las presas tienden a estar lejos de las grandes poblaciones, entonces es necesario transportar la electricidad producida a través de redes costosas.  La construcción de grandes embalses puede inundar importantes extensiones de terreno, obviamente en función de la topografía del terreno aguas arriba de la presa, lo que podría significar pérdida de tierras fértiles, dependiendo del lugar donde se construyan;  En el pasado se han construido embalses que han inundado pueblos enteros. Con el crecimiento de la conciencia ambiental, estos hechos son actualmente menos frecuentes, pero aun persisten;  Destrucción de la naturaleza. Presas y embalses pueden ser disruptivas a los ecosistemas acuáticos. Por ejemplo, estudios han mostrado que las presas en las costas de Norteamérica han reducido las poblaciones de trucha septentrional común que necesitan migrar a ciertos locales para reproducirse. Hay bastantes estudios buscando soluciones a este tipo de problema. Un ejemplo es la invención de un tipo de escalera para los peces; 9) i. Utilización de la energía hidráulica La generación de electricidad a partir de la fuerza hidráulica es un fenómeno relativamente reciente, aunque hoy día constituye su principal aplicación. Dejando a un lado por el momento las grandes instalaciones hidroeléctricas, en los últimos años se ha mejorado mucho el diseño de las turbinas (principalmente las de tipo Kaplan) para poder utilizarlas con pequeñas caídas de agua (menores de 5 m) para generar energía eléctrica (hasta 150 kW), por lo que se suele hablar en este ámbito de "microcentrales hidroeléctricas". Al mismo tiempo, crece la necesidad de dispositivos más baratos y asequibles; las bombas centrífugas, funcionando en marcha invertida, haciendo las veces de turbinas, son una alternativa excelente y ofrecen bastantes ventajas. Respecto a las grandes centrales, su principal problema no es técnico, sino de adecuación a la demanda de consumo. Por ello, los estudios han estado dirigidos en los últimos años hacia el desarrollo de centrales hidroeléctricas reversibles, basadas en el concepto del almacenamiento de agua por bombeo. Página 13
  14. 14. El almacenamiento por bombeo consiste en que la potencia eléctrica excedente en períodos de poco consumo se utiliza para mover bombas que toman agua de un embalse construido en la parte inferior de la central hidroeléctrica y la elevan al embalse propio de la central, a un nivel superior. Al cesar los excedentes, cesa inmediatamente el bombeo y se invierten los términos; el déficit de potencia se resuelve haciendo bajar el agua acumulada previamente a través de las turbinas, con lo que se completa el ciclo. La doble operación de bombeo y turbinado se puede realizar con grupos reversibles binarios, compuestos por una turbina y un alternador, susceptibles ambos de girar en sentido inverso, absorbiendo energía en vez de producirla. Evidentemente, la reversibilidad consume energía, debido a las pérdidas por rozamiento: por cada kW.h hidráulico se consumen hasta 1,5 kW.h para el bombeo, pero el uso de las centrales de este tipo se justifica por las razones siguientes: • Son las únicas que permiten absorber energía sobrante • Convierten energía sobrante de horas valle en energía de horas punta, con el consiguiente aumento en la calidad de la energía • Permiten garantizar la potencia, independientemente de los caudales naturales Por todo ello estas centrales son muy aptas no sólo para almacenar energía sino para proporcionarla de manera casi instantánea, supliendo imprevistos, de la forma más económica que se conoce. La energía hidráulica es una energía renovable, inagotable, que se vale de las fuentes naturales como el sol y el agua, las ventajas que ofrece son muchas, desde el aprovechamiento de la energía hidráulica para le generación de energía eléctrica, hasta el cambio de calidad de vida de los pobladores de la zona en donde es instalada la central. Se considera la energía hidráulica una de las energías más rentables, después de la energía solar y la energía eólica. Si bien el costo de la instalación es muy caro, el mantenimiento y la explotación no lo son. Para su aprovechamiento se instalan las centrales hidroeléctrica, que la primera que fue construida en Gran Bretaña, en el año 1880, pero recién cuando se conoció el generador eléctrico esta energía se puede decir que fue su renacimiento, en 1920 ya se hacia uso de la energía hidráulica en varias partes del mundo y en el siglo XIX, la demanda de electricidad fue creciendo, hasta llegar a nuestros días, que las represas poseen tecnología aplicada. Además de aprovechar la energía hidráulica natural, existen usos de la energía hidráulica, en aplicaciones especiales, en la que la industria también utiliza artificialmente. La más común, se relaciona con el uso de la energía hidráulica, la utilización de los chorros de agua a alta presión para la aplicación de una gran concentración de energía cinética, en un área muy reducida, por ejemplo en la industria siderurgia que eliminan de esta manera las láminas de acero. En los aserraderos los grandes troncos de madera los descortezan haciéndolos girar sobre un torno y dirigiéndoles un chorro de agua que sale por una boquilla. Página 14
  15. 15. Desde hace muchos años, en la industria minera se han usado los chorros de agua para fragmentar filones o betas de minerales y separar las partes útiles de la tierra circundante. Para clasificar las represas diremos que las principales clases son; las represas de embalse y las represas de nivelación, la represa de embalse, cierra el cauce del río formando un lago artificial, o embalse que permite la regulación de los cauces naturales del río. La capacidad del embalse puede llegar a ser tal que se pueda llegar a una regulación anual, si el volumen de agua retenido es aproximadamente igual al volumen de agua que anualmente transporta el río, o plurianual si el volumen de agua que es capaz de acumular es superior al volumen de agua que anualmente transporta el río. 9) ii. Usos de la energía hidráulica que podemos aprovechar Las finalidades de las represas de embalse son; la provisión de agua y para usos de energia hidraulica domésticos y sanitarios. Otros de los usos de la energía hidráulica muy importante para la vida en una comunidad es el riego, la navegación, el uso industrial, obviamente el uso de la energía eléctrica, la recreación, la atenuación de crecidas. Una de las cosas de mucha importancia en cuanto al uso de la energia hidraulica, es indudablemente que para adecuar el escurrimiento de agua modificado por el funcionamiento de una central ubicada aguas arriba, se construye una represa llamada represa de compensación. La represa de nivelación, no permite la nivelación del caudal del río porque no forma un embalse, sino que asegura un nivel de agua tal que permite su descarga desde la represa por un canal o por un conducto, cerrado hacia el lugar de la utilización Página 15
  16. 16. Si se tiene en cuenta el punto de vista de su sostenibilidad y el factor medioambiental, la energía hidráulica sigue teniendo un enorme potencial, se puede obtener y transformar a muy diferentes escalas, y para una infinidad de usos. El uso de la energía hidráulica a pequeña escala, resulta idóneo, existiendo desde hace siglos pequeñas explotaciones en las que la corriente de un río mueve una rueda de palas y genera un movimiento aplicado, como por ejemplo para el accionar de las bombas, sierras, martillos, fuelles, molinos de harina, generadores eléctricos, etc. 10) Producción por países Hoy en día la energía hidráulica es la primera de las renovables a la hora de producir energía eléctrica en el mundo. Si analizamos los datos de los países pertenecientes a la OCDE, entre los que se encuentran los más industrializados del mundo (EE.UU, Japón, Alemania, Canadá, Francia, Japón o Reino Unido). En el gráfico 1 vemos que la energía hidroeléctrica es la tercera fuente de energía primaria tras los combustibles fósiles (carbón, gas natural y petróleo) y la energía nuclear. Se puede ver que la producción de energía hidroeléctrica supera de largo a la eólica y al resto de energías renovables. País Nuclear Hidroeléctrica Geotérmica, solar y eólica Combustibles fósiles Biomasa y residuos OCDE 2230 1377 64 5753 151 Canadá 73 356 0 146 9 EEUU 800 272 20 2810 69 España 62 30 3 125 3 Francia 415 72 1 49 3 Japón 309 97 3 639 16 Noruega 0 142 1 0 0 Reino Unido 86 8 1 270 8 Italia 0 51 6 217 2 Corea del Sur 109 6 0 176 0 Otros países OCDE 376 343 29 1321 41 Tabla 1: Producción de electricidad en algunos países de la OCDE en 2000 (TWh) Fuente: IEA/OECD Página 16
  17. 17. Los principales productores de energía hidroeléctrica en el mundo son, en este orden, Canadá, Brasil, EEUU y China. Si estudiamos la cuota en la producción eléctrica los primeros países en el mundo son Noruega (99%), Zaire (97%) y Brasil (96%). En la actualidad las centrales eléctricas de mayor tamaño del mundo se encuentran en Itaipu (Brasil) y Gran Coulee (EEUU); otras grandes presas se encuentran en Syansk (Rusia), Krasnoyarsk (Rusia), Bratsk (Rusia), Sukhovo (Rusia) y Churchill (Canadá). Se está construyendo en China la Presa de las Tres Gargantas para la producción de energía eléctrica, que será la más grande del mundo cuando entre en funcionamiento, para lo que es necesario desplazar a más de un millón de personas de sus domicilios e inundar miles de hectáreas. Gráfico 1: producción de electricidad en la OCDE en 2000 (TWh) Fuente: IEA/OCDE Página 17
  18. 18. En esta grafica se pueden observar los recursos hidroeléctricos mundiales, asi se puede observar que los mayores recursos de energía hidráulica están en Asia. Se puede observar que la mayoría de las centrales hidroeléctricas del mundo están en Rusia. Página 18
  19. 19. Y en esta ultima grafica se observa que la mayor generación de ener4gia hidroeléctrica está en Norteamérica (36%) 11) Costos La energía hidroeléctrica constituye una tecnología muy conocida. Los sistemas de control del agua y los turbogeneradores para extraer la potencia constituyen tecnologías estándar. Las instalaciones existentes cubren un rango de potencia que abarca desde cientos de vatios a miles de megavatios. Sin embargo, a pesar de los datos disponibles, es muy difícil si no imposible generalizar todos los costes de las centrales hidroeléctricas. El coste de cada kilovatio-hora obtenido mediante un sistema hidroeléctrico depende del coste de la instalación, la cual debe amortizarse a lo largo de la vida; del coste de explotación; y de la energía producida, que depende en gran medida del caudal de agua en el emplazamiento (para una altura dada) El coste de la instalación depende fundamentalmente del coste de los siguientes elementos: Maquinaria (turbinas, generadores, multiplicadores, etc.), obra civil (accesos, embalses, canales, tuberías, edificaciones, etc.), sistema eléctrico (líneas eléctricas, transformadores, sistema de control, regulación y protección), e ingeniería y dirección. El coste dominante lo constituye la instalación, y una gran parte de Página 19
  20. 20. este coste lo genera los costes de la obra civil los cuales varían notablemente de un lugar a otro. De media, la obra civil puede significar quizás dos tercios del coste de la instalación. Pero podría alcanzar el 80%, o solo el 25%, si la central puede hacer uso de presas existentes y embalses. Si se consideran los costes de la maquinaria como una cantidad fija para una capacidad de central dada, el costo de la instalación puede variar entre menos de la mitad y más del doble de la media. Este margen puede establecer la diferencia entre viabilidad o no viabilidad del proyecto. Los costos específicos de la instalación dependen de la capacidad instalada de la central. En la figura 17.12 se muestra una estimación de los costes específicos de la instalación para el caso de minicentrales hasta 8MW de potencia instalada. La inversión necesaria para llevar a cabo la instalación de una minicentral hidráulica puede estimarse descompuesta en cuatro grandes partidas, cuyos porcentajes medios estimativos se reflejan en el siguiente grafico. Los costes de explotación se desglosan en costes por alquiler de terrenos, costes de operación y mantenimiento (personal, repuesto y consumible), costes de gestión y administración y costes de seguros e impuestos. Estos representan una muy pequeña cantidad comparados con los costes de inversión de la instalación. Página 20
  21. 21. Un factor determinante cuando se pretende calcular el coste del kWh producido es el denominado factor de capacidad anual de la central, es decir, el porcentaje respecto de la potencia instalada en que opera la central. Ya que puede existir una gran diferencia, en cuanto a producción se refiere, entre la generación de la central funcionando constantemente a plena capacidad, y funcionando intermitentemente, usando una fracción de la capacidad instalada. Las centrales hidroeléctricas suelen operar con un factor de capacidad medio algo bajo (40%), si se compara con el de las centrales convenciones que utilizan combustibles fósiles o energía nuclear (60%- 80%). En general, las centrales adecuadamente instaladas están sin duda produciendo la energía más barata de muchos países. En Escocia, por ejemplo, con una gran proporción de centrales hidroeléctricas, el coste medio del kWh producido es más o menos dos tercios del coste de todas las energías generadas en el Reino Unido. También ocurre algo similar en la mayoría de las centrales hidroeléctricas instalados en Estados Unidos Página 21
  22. 22. 12) Reflexiones del grupo acerca del tema: Por todo lo dicho en esta monografía, estamos de acuerdo con las represas debido a que es muy económica (ya que solo cuesta la construcción de la misma y su posterior mantenimiento), es un recurso fácilmente accesible y gracias a los ingenieros, es fácil de controlar según sea necesario. Pero como todo tiene su contradicción, por desgracia, también posee una serie de desventajas que muchos no lo aceptan como ser que las represas se convierten en obstáculos para las especies como el salmón u otros animales, se destruyen ecosistemas y demás. Pero dentro de todo, es una de las energías renovables más económicas y de mayor rendimiento, sin producir mucho daño ambiental y son posibles de ser instaladas en casi cualquier lugar donde halla corriente de agua y sea posible construir una presa No cabe duda que las energías renovables son el futuro de nuestro planeta. Los recursos fósiles se están acabando y aunque todavía se utilizan masivamente, es necesario un cambio hacia la energía limpia. Dentro de estas destaca enormemente ésta energía, que utiliza el agua como principal recurso. Debido a sus especiales características, estamos ante una energía verdaderamente limpia y renovable, ya que no influye para nada en el ciclo natural del agua; de este modo, las reservas siempre serán estables. La construcción de las centrales hidroeléctricas está siendo un denominador común en todo el mundo, siendo algunas verdaderamente impresionantes, como las que encontramos en China o en Brasil. En nuestro país también se aprecia un aumento de la producción. Página 22
  23. 23. 13) Conclusión: Como hemos visto, la historia de la energía hidráulica es muy interesante, y el desarrollo de la misma desde hace muchísimos años, nos brinda a nosotros la posibilidad de poder tener otra forma de utilización de electricidad en forma natural, no sólo para preservar nuestro medioambiente, sino también para el propio cuidado y ahorro de nuestra economía. Por todo lo expuesto anteriormente se puede considerar a la energía hidráulica como una de las mejores energías renovables disponibles, por eso vale la pena recopilar todos esos tipos de explotaciones o usos de la energía hidráulica, que logran ser muy útiles y sostenibles para la vida humana del pasado, del presente y del futuro. Ya conocemos algo más de las grandes plantas generadoras de energía eléctrica con la energía hidráulica, las desventajas todavía desvelan a más de un ingeniero en ecología, que las preocupaciones pasan por la fauna y la flora fluvial, el impacto ambiental que provocan estas centrales al ser instaladas en zonas de alto contenido natural, entonces hay que recorrer mucho camino para llegar al día en que el aprovechamiento del hombre para tener una mejor calidad de vida y la naturaleza se den la mano. Página 23
  24. 24. 14) Bibliografía: http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2008/10/energia-hidraulica.pdf http://tecnologiafuentenueva.wikispaces.com/file/view/hidraulica.pdf http://www.energiasolar.ws/informacion/historia-energia-hidraulica.html https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_hidr%C3%A1ulica http://comunidad.eduambiental.org/file.php/1/curso/contenidos/docpdf/capitulo17.pdf Página 24

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