A nivel mundial, las centrales hidroeléctricas producen alrededor del 24 % de la electricidad mundial y abastecen a más de mil millones de personas. Las centrales hidroeléctricas del mundo generan un total combinado de 675 000 megavatios, el equivalente energético a 3600 millones de barriles de petróleo, según el Laboratorio Nacional de Energías Renovables. En Estados Unidos operan más de 2000 centrales hidroeléctricas, lo que convierte a la energía hidroeléctrica en la principal fuente de energía renovable del país.
En este artículo, analizaremos cómo la caída de agua genera energía y aprenderemos sobre el ciclo hidrológico que genera el flujo de agua esencial para la energía hidroeléctrica. También descubrirás una aplicación única de la energía hidroeléctrica que puede afectar tu vida diaria.
Al ver pasar un río, es difícil imaginar la fuerza que lleva. Si alguna vez has practicado rafting, has sentido una pequeña parte de su fuerza. Los rápidos se forman cuando un río, al transportar una gran cantidad de agua cuesta abajo, se atasca en un estrecho pasaje. Al forzar el río a atravesar esta abertura, su caudal se acelera. Las inundaciones son otro ejemplo de la fuerza que puede tener un enorme volumen de agua.
Las centrales hidroeléctricas aprovechan la energía del agua y utilizan mecanismos sencillos para convertirla en electricidad. En realidad, se basan en un concepto bastante simple: el agua que fluye por una presa hace girar una turbina, que a su vez acciona un generador.
Estos son los componentes básicos de una central hidroeléctrica convencional:
Presa: La mayoría de las centrales hidroeléctricas dependen de una presa que retiene el agua, creando un gran embalse. A menudo, este embalse se utiliza como lago recreativo, como el lago Roosevelt en la presa Grand Coulee, en el estado de Washington.
Toma: Las compuertas de la presa se abren y la gravedad impulsa el agua a través de la tubería forzada, una tubería que conduce a la turbina. El agua acumula presión al fluir por esta tubería.
Turbina: El agua golpea y hace girar las grandes palas de una turbina, la cual está unida a un generador situado encima mediante un eje. El tipo de turbina más común en las centrales hidroeléctricas es la turbina Francis, que parece un gran disco con palas curvas. Una turbina puede pesar hasta 172 toneladas y girar a una velocidad de 90 revoluciones por minuto (rpm), según la Fundación para la Educación del Agua y la Energía (FWEE).
Generadores: A medida que giran las palas de la turbina, también lo hacen una serie de imanes dentro del generador. Imanes gigantes giran alrededor de bobinas de cobre, produciendo corriente alterna (CA) mediante el movimiento de electrones. (Aprenderás más sobre el funcionamiento del generador más adelante).
Transformador: el transformador dentro de la central eléctrica toma la CA y la convierte en corriente de mayor voltaje.
Líneas eléctricas: De cada central eléctrica salen cuatro cables: las tres fases de la energía que se producen simultáneamente, más un neutro o tierra común a las tres. (Lea "Cómo funcionan las redes de distribución eléctrica" para obtener más información sobre la transmisión por líneas eléctricas).
Salida: El agua usada se transporta a través de tuberías, llamadas desagües, y vuelve a ingresar al río aguas abajo.
El agua del embalse se considera energía almacenada. Al abrirse las compuertas, el agua que fluye por la tubería forzada se convierte en energía cinética al estar en movimiento. La cantidad de electricidad generada depende de varios factores. Dos de ellos son el caudal y la carga hidráulica. La carga se refiere a la distancia entre la superficie del agua y las turbinas. A medida que aumentan la carga y el caudal, también aumenta la electricidad generada. La carga hidráulica suele depender de la cantidad de agua del embalse.
Existe otro tipo de central hidroeléctrica, llamada central de bombeo. En una central hidroeléctrica convencional, el agua del embalse fluye a través de la planta, sale y es transportada río abajo. Una central de bombeo tiene dos embalses:
Embalse superior: Al igual que una central hidroeléctrica convencional, una presa crea un embalse. El agua de este embalse fluye a través de la central hidroeléctrica para generar electricidad.
Embalse inferior: el agua que sale de la central hidroeléctrica fluye hacia un embalse inferior en lugar de volver a ingresar al río y fluir río abajo.
Mediante una turbina reversible, la planta puede bombear agua de vuelta al embalse superior. Esto se realiza en horas valle. En esencia, el segundo embalse rellena el embalse superior. Al bombear agua de vuelta al embalse superior, la planta dispone de más agua para generar electricidad durante los períodos de mayor consumo.
El generador
El corazón de una central hidroeléctrica es el generador. La mayoría de las centrales hidroeléctricas cuentan con varios de estos generadores.
El generador, como habrás adivinado, genera la electricidad. El proceso básico para generar electricidad de esta manera consiste en girar una serie de imanes dentro de bobinas de alambre. Este proceso mueve electrones, lo que produce corriente eléctrica.
La presa Hoover cuenta con un total de 17 generadores, cada uno de los cuales puede generar hasta 133 megavatios. La capacidad total de la central hidroeléctrica de la presa Hoover es de 2074 megavatios. Cada generador consta de los siguientes componentes básicos:
Eje
Excitador
Rotor
Estator
A medida que la turbina gira, el excitador envía una corriente eléctrica al rotor. El rotor está formado por una serie de grandes electroimanes que giran dentro de una bobina de alambre de cobre firmemente enrollada, llamada estator. El campo magnético entre la bobina y los imanes crea una corriente eléctrica.
En la presa Hoover, una corriente de 16.500 amperios pasa del generador al transformador, donde aumenta hasta 230.000 amperios antes de transmitirse.
Las centrales hidroeléctricas aprovechan un proceso natural y continuo: el que provoca la lluvia y la crecida de los ríos. Cada día, nuestro planeta pierde una pequeña cantidad de agua a través de la atmósfera, ya que los rayos ultravioleta descomponen las moléculas de agua. Pero, al mismo tiempo, se libera agua nueva desde el interior de la Tierra a través de la actividad volcánica. La cantidad de agua creada y la cantidad de agua perdida es prácticamente la misma.
En cualquier momento, el volumen total de agua del mundo se presenta en diversas formas. Puede ser líquida, como en los océanos, los ríos y la lluvia; sólida, como en los glaciares; o gaseosa, como el vapor de agua invisible en el aire. El agua cambia de estado al desplazarse por el planeta gracias a las corrientes de viento. Estas corrientes se generan por el calentamiento del sol. Los ciclos de corrientes de aire se crean cuando el sol brilla más en el ecuador que en otras zonas del planeta.
Los ciclos de las corrientes de aire impulsan el suministro de agua de la Tierra a través de un ciclo propio, llamado ciclo hidrológico. A medida que el sol calienta el agua líquida, esta se evapora en vapor en el aire. El sol calienta el aire, provocando su ascenso en la atmósfera. El aire es más frío en las zonas altas, por lo que, al ascender, el vapor de agua se enfría y se condensa en gotitas. Cuando se acumulan suficientes gotitas en una zona, estas pueden volverse lo suficientemente pesadas como para caer de nuevo a la Tierra en forma de precipitación.
El ciclo hidrológico es importante para las centrales hidroeléctricas porque dependen del caudal. Si no llueve cerca de la central, el agua no se acumulará río arriba. Al no acumularse, fluye menos agua por la central y se genera menos electricidad.
Hora de publicación: 07-jul-2021
