¿Qué es la energía hidráulica?
La energía hidráulica se obtiene a partir de la energía cinética y potencial del agua. El origen de la energía hidráulica ocurre principalmente por el “ciclo hidrológico” que tiene su origen a partir de la radiación del sol que incide sobre la Tierra (Figura 14). A medida que se calienta el agua de los mares se forman las nubes. La mayoría de las nubes descargan en forma de lluvia en el mar mientras que el viento mueve el resto hacia los continentes. La lluvia, al caer, se infiltra parcialmente en el subsuelo, mientras que otra parte se evapora y el resto escurre formando arroyos en las montañas, para posteriormente formar ríos y seguir su curso hasta el mar.
Figura 14. Ciclo hidrológico.
Por lo tanto, la energía hidráulica se obtiene a partir de la energía cinética y potencial, de un río o arroyo, formado por el flujo de una masa de agua que escurre por su cauce, desde las partes altas o montañosas hasta las planicies costeras. Esta energía se transforma en electricidad al circular agua a presión a través de una turbina para producir energía mecánica. Las turbinas transmiten la energía mecánica de su rotación, mediante un eje, a un generador de electricidad [8].
La generación de energía a partir de una corriente de agua es la forma de energía renovable más usada en el mundo para generar electricidad. La mayoría es producida con centrales de gran escala que utilizan presas y embalses grandes los cuales pueden almacenar una gran cantidad de agua para regular la generación. Estas centrales tienen la capacidad de generar cantidades considerables de electricidad en forma constante durante ciertos períodos pero también causan impactos ambientales y sociales. Sin embargo también existen sistemas a pequeña escala, las cuales son conocidas como centrales “al hilo del agua” ya que no requieren de un embalse, por lo tanto no causan estos problemas y pueden contribuir a brindar el servicio de electricidad en zonas no electrificadas y fortalecer la red interconectada.
En la actualidad existen diversas clasificaciones para las hidroeléctricas en función de su uso y su capacidad instalada (Tabla 1), sin embargo la legislación en México a través de la Ley de Transición Energética solo considera como renovables aquellas centrales menores o iguales a 30 MW o aunque superen dicha capacidad pero que su densidad de potencia, definida como la relación entre capacidad de generación y superficie del embalse, sea superior a 10 Watts/m2.
Tabla 1. Clasificación de las centrales hidroeléctricas.
Fuente: Valdez Ingenieros [9]..
Existen tres principales tipos de turbinas para las diferentes características de los flujos hídricos[10]:
Turbina Pelton: Gran caída y bajo caudal.
Turbina Francis: Media caída y medio caudal.
Turbina Kaplan: Baja caída y gran caudal.
Grandes centrales hidroeléctricas
Las grandes centrales hidroeléctricas acumulan grandes cantidades agua por medio de presas. Éstas normalmente se utilizan para la generación en horas pico, debido a que pueden garantizar cantidades considerables de electricidad de forma constante durante ciertos periodos. La constitución típica de este tipo de centrales se muestra en la figura 15 y se compone de las siguientes partes:
Una presa, construida de diversos materiales, que puede tener una altura de 50 a 200 metros, y almacenar grandes volúmenes de agua.
Una casa de máquinas, ubicada al pie de la presa, en donde se localizan las turbinas y los generadores, controles y sistemas de protección.
Una subestación elevadora para alimentar una o varias líneas de transmisión de alta tensión.
Figura 15. Componentes de una central hidroeléctrica grande.
Fuente: Universidad de Oriente, Venezuela.
Pequeñas centrales hidroeléctricas
Las pequeñas centrales hidroeléctricas se localizan normalmente en lugares de caudales moderados y saltos pequeños. Estas centrales se pueden definir en base a criterios de funcionamiento, obra civil o de potencia y su diseño varía de acuerdo a la topografía de la cuenca (Figura 16). Estos proyectos generalmente desvían temporalmente una parte del caudal del río para la producción de energía hidroeléctrica [11].
Las partes principales de una central hidroeléctrica son (Figura 17) [10] :
La presa derivadora: Obra de ingeniería que sirve para desviar parte del flujo del río hacia la planta.
El canal y/o túnel: Se utiliza para conducir el flujo captado por la presa.
Un tanque de carga: Se utiliza para controlar el agua que llega del canal y permite operar satisfactoriamente la tubería a presión.
Tubería de presión: Este elemento se ubica entre el tanque de carga y la casa de máquinas, es decir a lo largo de la caída o desnivel del terreno.
La casa de máquinas: Es la construcción que sirve para instalar la(s) turbina(s) y generador(es) eléctricos. Incluye la subestación.
La línea de transmisión: La instalación que se utiliza para enviar la electricidad al centro de consumo.
La materia prima más utilizada para la producción de alcohol es la caña de azúcar, mandioca, sorgo dulce y maíz.
Figura 16. Esquemas de los diversos tipos de centrales hidroeléctricas renovables.
Fuente: Manual de Mini y Micro Centrales Hidráulicas [12]..
La principal ventaja de las pequeñas centrales es que no agotan la fuente primaria al ser explotadas, ya que el agua después de haber entregado su energía cinética regresa al río o arroyo por medio del canal de desfogue y además no implican la emisión de contaminantes o residuos.
Figura 17. Componentes importantes de una central hidroeléctrica pequeña “al hilo del agua”.
Fuente: Manual de Mini y Micro Centrales Hidráulicas [12].
Referencias Bibliográficas
[8] CONAE (2011), Guía de gestiones para implementar en México plantas de generación eléctrica que utilicen energías renovables, 149-156 pp.
[9] Valdez Ingenieros (2005), Anexo 8 – Estimación del Recurso para Pequeña, mini y micro hidroenergía, Aplicaciones en México.
[10] CONAE, minihidroeléctrica, 55 pp.
[11] Penche C. (1998), Manual de pequeña hidráulica: como llevar a buen fin un proyecto de minicentral hidroeléctrica, European Small Hydropower Association, 282 p.
[12] Coz F., Sánchez T., Viani B., Segura J., Rodríguez L., Miranda H., Castromonte E., Guerra J., Quiroz L., Gaitán J., Moreno L. y Muñoz I. (1995), Manual de mini y microcentrales hidráulicas, una guía para el desarrollo de proyectos, Intermediate Technology Development Group, ITDG-Perú, 284 p.
Información Obtenida de la Secretaría de Energía (SENER).
https://dgel.energia.gob.mx/inel/CleanEnergies.html#Energias
Área responsable:
Subsecretaría Gestión Ambiental
Coordinación de Cambio Climático, Gestión Integral de Calidad de Aire y RETC
Diciembre, 2019
