ENERGIA HIDRAULICA Energía hidráulica, energía hídrica o hidroenergía es aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinéticas y potenciales de la corriente del agua, saltos de agua o mareas. Se puede transformar a diferentes escalas. Existen, desde hace siglos, pequeñas explotaciones en las que la corriente de un río, con una pequeña represa, mueve una rueda de palas y genera un movimiento aplicado generalmente a molinos o batanes. Generalmente se consideraba como un tipo de energía renovable puesto que no emite productos contaminantes. Otros consideran que produce un gran impacto ambiental debido a la construcción de las presas, que inundan grandes superficies de terreno y modifican el caudal del río y la calidad del agua.1 Partes principales de una central hidroeléctrica Cuando nos referimos a las partes principales, estamos hablando de aquellos componentes que cumplen una función indispensable para la generación de electricidad. 1. Toma de agua La toma de agua es una parte de la central hidroeléctrica, en este contexto es el punto donde el agua ingresa al conducto (generalmente tuberías forzadas) y posteriormente será dirigida a la casa de máquinas, otro componente que veremos más adelante. La toma de agua es un punto que todas las centrales hidroeléctricas poseen, sea del tipo que sea, pues todas necesitan agua para cumplir con su objetivo. Hay que aclarar que no debemos confundir el embalse o represa con la toma de agua, ya que estos (Embalses) son componentes que se presentan en centrales de embalse. 2. Tubería forzada La tubería forzada o de presión en una central hidroeléctrica, es la tubería que conduce el agua por donde sea necesario hasta la casa de máquinas, específicamente para impulsar las turbinas hidráulicas. Las tuberías forzadas están diseñadas para soportar grandes cargas de presión y reducir al mínimo las pérdidas de energía durante el trayecto, de esta manera la turbina aprovechará la energía del agua para girar a elevadas velocidades. Estas tuberías dependiendo del contexto, pueden ser subterráneas o externas. La construcción de las tuberías forzadas para centrales hidroeléctricas generalmente son en materiales metálicos de acero, concreto armado y otros componentes. 3. La casa de máquinas La casa de máquinas es donde realmente se transforma la energía del agua en electricidad, en ese proceso participan otros elementos muy importantes, tales como la turbina, el multiplicador de velocidad, el generador, transformador y otros. 4. Turbina hidráulica La turbinas hidráulicas son máquinas compuestas básicamente en este caso de un conjunto de alabes, llamadas también cucharas o palas que están unidas al eje giratorio de la turbina, estas palas son las encargadas de recibir sobre ellas, la fuerte presión del agua, de esta manera hacen girar al eje de la turbina; este movimiento de rotación será posteriormente transmitida al generador eléctrico. Las turbinas hidráulicas que no alteran la presión del agua, cuando esta pasa por sus alabes, es un tipo de turbina de acción, en caso cambie la presión del agua, será una turbina de reacción. Las principales partes de una turbina hidráulica son el rodete y las palas; el rodete es el componente donde van unidas las palas en forma muy ordenada y cumpliendo las mejores prácticas de ingeniera. Por otro lado, existen varios tipos de turbinas que pueden ser implementadas en una central hidroeléctrica, esto dependerá de las características de salto de agua, las presiones a soportar y entre otros paramentos. Los tipos de turbinas hidráulicas más conocidos son: Pelton, Francis y Kaplan. 5. Generador eléctrico El generador eléctrico es un componente indispensable para el funcionamiento de una central hidroeléctrica, por una sencilla razón: sin el generador eléctrico no es posible generar energía eléctrica dentro de una central hidroeléctrica; ¡Venga ya! es posible que exista un método que no necesite generador eléctrico, pero en el contexto actual, las centrales hidroeléctricas emplean al generador para transformar la energía mecánica de rotación de la turbina en generar energía eléctrica. El generador eléctrico posee componentes como el rotor y estator, mediante la rotación son capaces de producir fuerza electromotriz, es así como se genera energía eléctrica que puede ser transmitida y distribuida. 6. Transformadores en centrales hidroeléctricas Los transformadores son equipos que transforman la electricidad producida por el generador; un transformador puede elevar o disminuir la fuerza electromotriz que recibe, en el caso de que eleve se tratará de un transformador amplificador y en caso de que reduzca se denominará como transformador reductor. En una central hidroeléctrica es utilizado generalmente para ampliar el voltaje o fuerza electromotriz que se genera en el generador eléctrico; pero ¿Por qué amplifica? Desde el simple hecho de obtener mayor fuerza eléctrica, hasta compensar las pérdidas de fuerza durante la transición a largas distancias, un transformador eléctrico es imprescindible para poder llevar energía eléctrica desde las centrales hasta sus respectivos objetivos, ciudades, viviendas e industrias. El transformador es un equipo compuesto por bobinas devanadas sobre un núcleo en forma cerrada, además de material ferromagnético como por ejemplo el hierro. 7.Líneas eléctricas Se refiere a las líneas de transmisión eléctrica que hacen posible la transición de energía eléctrica. Los cables de alta tensión, las torres, la red y otros equipos forman parte de alguna manera en la tarea de transmisión y distribución eléctrica. Cómo funciona la energía hidráulica El mecanismo es muy sencillo. La corriente de agua, que puede ser modulada por las compuertas de una presa situada en un río, empuja las cuchillas de una turbina y la hace girar. Ese movimiento hace que un generador produzca electricidad. La cantidad de energía que produce puede ser regulada según la altura desde la que caiga el agua o el caudal de la misma. Aprovechar los recursos naturales para producir energía limpia es clave en la lucha contra el cambio climático, como es el caso de la energía solar fotovoltaica y la energía eólica. Otro tipo de energía renovable muy extendido es la energía hidráulica, que aprovecha la fuerza del agua para generar energía eléctrica. La energía hidráulica existe desde hace siglos. En entornos rurales, era habitual aprovechar el paso de un río para, con una pequeña represa, mover una rueda que generaba a su vez un movimiento aplicado, por ejemplo, a un molino. Con el paso del tiempo, el curso de los ríos fue aprovechado para la generación de energía limpia mediante la construcción de presas hidráulicas. ¿Quieres saber cuántos tipos existen y cómo funcionan? Hemos preparado la siguiente infografía animada en la explicamos de qué manera trabajan. Evaluación de máxima eficiencia hidráulica en canales trapezoidales y rectangulares revestidos de concreto mediante el desarrollo de un programa en Matlab Uno de los factores más importantes cuando se diseña un canal es la eficiencia hidráulica. Se dice que un canal es hidráulicamente eficiente cuando este es capaz de transportar la máxima cantidad de agua con el menor perímetro posible, esto depende directamente de la disposición geométrica de la sección. El tema de la máxima eficiencia en proyectos que involucran canales hidráulicos, se torna cada vez más importante en proporción a la envergadura y el tamaño que tenga. Entendiendo esto, al optar por un diseño eficiente se puede reducir significativamente los recursos a utilizar en la construcción del proyecto. En el siguiente artículo se realiza un análisis comparativo de la máxima eficiencia entre dos disposiciones geométricas para las secciones: rectangulares y trapezoidales, para una pendiente “suave” y una “fuerte” usando 4 caudales diferentes para cada caso. Se eligieron dichas secciones por ser las más comunes y dado que su análisis eficiente se rige por la misma ecuación. Es importante mencionar que se analizaron canales revestidos de concreto, esto para mitigar la filtración y solo centrarnos en nuestro tema. Para obtener los resultados se programó un pequeño algoritmo, usando las ecuaciones de máxima eficiencia hidráulica en canales. en el software MATLAB, que en presentación de programa se le nombró “MEC” (Máxima Eficiencia en Canales). Realizando el análisis comparativo correspondiente, la sección trapezoidal resultó ser más eficiente hidráulicamente que la sección rectangular, esto, por tener menor perímetro mojado, lo que involucraría menos recubrimiento en concreto.
