”Instituto Politécnico Nacional”

“Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Unidad Zacatenco”

Introducción y justificación.

Alumnos: Díaz Cortés Alexis.

Gaytán Quijano Rodrigo Alberto.

Rivera Uribe José de Jesús Diòdoro.

Sagrero Pérez Alan.

Profesora: Frías Ruiz Araceli.

Materia: Metodología de la investigación.

Grupo: 5EV2.

Fecha: 18/Febrero/2015.

Índice.

Marco teórico 1

Central hidroeléctrica 2

Componentes principales de una central hidroeléctrica 3

Tipos de turbinas 5

Unidad de generación 7

Unidad de transformación 9

Clasificación de centrales hidroeléctricas 13

Ventajas e inconvenientes de centrales hidroeléctricas 18

Impacto ambiental de las centrales hidroeléctricas 18

Hidroeléctrica planificación 19

Estudios de planificación a largo plazo 19

Conclusión 20

Bibliografía 21

1

Generación de energía eléctrica en México; central hidroeléctrica.

Marco teórico.

La generación de energía eléctrica, en nuestro país, México, empieza a finales del siglo XIX, cuando la primera planta generadora se instaló, en el año de 1879, en León, Guanajuato , principalmente empleada por una fábrica textil llamada “La americana”. De esta forma empieza un nuevo paso científico-tecnológico para nuestro país que se extiende de manera exponencial empezando por los sectores de minería y posteriormente para la iluminación pública.

Para 1889, se había creado y puesto en operación la primera planta hidroeléctrica en Batopilas (Chihuahua) y se empieza a extender para distribuir sus redes en el mercado donde la población tenía la posibilidad económica de hacer uso de ella. De aquí empieza a conocerse una de las primeras energías renovables más viables para nuestro país, más prometedoras en el aspecto económico y energético.

Durante el régimen de Porfirio Díaz se otorgó al sector eléctrico el carácter de servicio público, al instalarse las primeras 40 lámparas "de arco" en la Plaza de la Constitución, 100 más en la Alameda Central y comenzó la iluminación de la entonces calle de Reforma y de algunas otras vías de la Ciudad de México.  Algunas compañías internacionales con gran capacidad vinieron a crear filiales, como “The Mexican Light and Power Company”, de origen canadiense, en el centro del país; el consorcio “The American and Foreign Power Company”, con tres sistemas interconectados en el norte de México, y la Compañía Eléctrica de Chapala, en el occidente. A inicios del siglo XX México contaba con una capacidad de 31 MW, propiedad de empresas privadas. Para 1910 eran 50 MW, de los cuales 80% los generaba The Mexican Light and Power Company, con el primer gran proyecto hidroeléctrico: la planta Necaxa, en Puebla. Las tres compañías eléctricas tenían las concesiones e instalaciones de la mayor parte de las pequeñas plantas que sólo funcionaban en sus regiones

Fue el 2 de diciembre de 1933 cuando se decretó que la generación y distribución de electricidad son actividades de utilidad pública.

En esos años las interrupciones de luz eran constantes, debido a que el sistema eléctrico era relativamente nuevo y apenas empezaba a expandirse, y el costo para los usuarios era muy alto , debido a que esas empresas se enfocaban a los mercados urbanos más redituables, sin contemplar a las poblaciones rurales, donde habitaba más de 62% de la población. La capacidad instalada de generación eléctrica en el país era de 629.0 MW. Como respuesta a las fallas, se crea la Comisión Federal de Electricidad (CFE), que tendría por objeto organizar y dirigir un sistema nacional de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica. La CFE inicio con la edificación e instalación de plantas generadoras y amplió las redes de transmisión y distribución, beneficiando a la población al posibilitar el bombeo de agua de riego y la molienda, así como mayor alumbrado público y electrificación de comunidades.

2

El primer gran proyecto hidroeléctrico, que se inició en 1938 con la CFE fue la construcción de los canales, caminos y carreteras de lo que después se convirtió en el Sistema Hidroeléctrico Ixtapantongo, en el Estado de México, que posteriormente fue nombrado Sistema Hidroeléctrico Miguel Alemán.

Central Hidroeléctrica.

Una central hidroeléctrica se define principalmente por 2 características, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son:

La potencia ,que está en función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de las turbinas y de los generadores usados en la transformación.

La energía garantizada en un lapso de tiempo determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, y de la potencia instalada.

La fuerza del agua en movimiento es uno de los recursos energéticos renovables más empleados. Más del 20 por ciento de la electricidad del mundo se origina en las centrales hidroeléctricas. La energía hidroeléctrica que se puede obtener en una zona depende de los cauces de agua y desniveles de la misma, y existe por lo tanto, una cantidad máxima de energía que puede obtenerse por este medio.

El principio es sencillo: la energía cinética1 del agua se convierte en eléctrica mediante sucesivas transformaciones de energía. Para lograrlo se aprovecha un desnivel para conducir el fluido hacia una instalación situada más abajo.

En ella se hace pasar el agua a gran presión por una turbina, provocando un movimiento rotatorio. A partir de la rotación de un rotor electromagnético impulsado por la turbina, se induce la tensión en los paquetes de bobinas del estator, que es una pieza que contiene un electroimán encargado de crear el campo magnético fijo y en la cual se produce la electricidad. Finalmente, de las terminales o bornes del estator es posible extraer energía eléctrica. Realizado este proceso, el agua se devuelve al río y se normaliza su curso.

1 Energía que un objeto posee debido a su movimiento

3

Figura 1. “Ciclo combinado de una central hidroeléctrica”

En la figura 1, se muestra el ciclo combinado de una central de energía eléctrica a través de una turbina, el cual solo se reduce a un generador de energía eléctrica.

Componentes principales de una central hidroeléctrica.

La presa, que se encarga de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse.

Rebosaderos, elementos que permiten liberar parte del agua que es retenida sin que pase por la sala de máquinas.

Destructores de energía, que se utilizan para evitar que la energía que posee el agua que cae desde los salientes de una presa de gran altura produzcan, al chocar contra el suelo, grandes erosiones en el terreno. Básicamente encontramos dos tipos de destructores de energía:

Los dientes o prismas de cemento, que provocan un aumento de la turbulencia y de los remolinos.

Los deflectores de salto de esquí, que disipan la energía haciendo aumentar la fricción del agua con el aire y a través del choque con el colchón de agua que encuentra a su caída.

Sala de máquinas. Construcción donde se sitúan las máquinas (turbinas, alternadores…) y elementos de regulación y control de la central.

Turbina. Elementos que transforman en energía mecánica la energía cinética de una corriente de agua.

Alternador. Tipo de generador eléctrico destinado a transformar la energía mecánica en eléctrica.

4

Conducciones. La alimentación del agua a las turbinas se hace a través de un sistema complejo de canalizaciones.

En el caso de los canales, se pueden realizar excavando el terreno o de forma artificial mediante estructuras de hormigón. Su construcción está siempre condicionada a las condiciones geográficas. Por eso, la mejor solución es construir un túnel de carga, aunque el coste de inversión sea más elevado.

La parte final del recorrido del agua desde la cámara de carga hasta las turbinas se realiza a través de una tubería forzada. Para la construcción de estas tuberías se utiliza acero para saltos de agua de hasta 2000m y hormigón para saltos de agua de 500m.

Válvulas. dispositivos que permiten controlar y regular la circulación del agua por las tuberías.

Chimeneas de equilibrio: son unos pozos de presión de las turbinas que se utilizan para evitar el llamado “golpe de ariete”, que se produce cuando hay un cambio repentino de presión debido a la apertura o cierre rápido de las válvulas en una instalación hidráulica.

La presa.

La presa es el primer elemento que encontramos en una central hidroeléctrica. Se encarga de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse.Con la construcción de una presa se consigue un determinado desnivel de agua, que es aprovechado para conseguir energía. La presa es un elemento esencial y su forma depende principalmente de la orografía del terreno y del curso del agua donde se tiene que situar.

Las presas se pueden clasificar, según el material utilizado en su construcción, en presas de tierra y presas de hormigón.Las presas de hormigón son las más resistentes y las más utilizadas. Hay tres tipos de presas de hormigón en función de su estructura: 

Presas de gravedad. Son presas de hormigón triangulares con una base ancha que se va haciendo más estrecha en la parte superior. Son construcciones de larga duración y que no necesitan mantenimiento. La altura de este tipo de presas está limitada por la resistencia del terreno.           

Presa de vuelta. En este tipo de presas la pared es curva. La presión provocada por el agua se transmite íntegramente hacia las paredes del valle por el efecto del arco. Cuando las condiciones son favorables, la estructura necesita menos hormigón que una presa de gravedad, pero es difícil encontrar lugares donde se puedan construir.

Presas de contrafuertes. Tienen una pared que soporta el agua y una serie de contrafuertes o pilares de forma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base.

5

Tipos de turbinas.

La turbina hidráulica.

Las turbinas hidráulicas son el elemento fundamental para el aprovechamiento de la energía en las centrales hidráulicas. Transforman en energía mecánica la energía cinética (fruto del movimiento) de una corriente de agua.

Su componente más importante es el rotor, que tiene una serie de palas que son impulsadas por la fuerza producida por el agua en movimiento, haciéndolo girar.Las turbinas hidráulicas las podemos clasificar en dos grupos:

Turbinas de acción. Son aquellas en las que la energía de presión del agua se transforma completamente en energía cinética. Tienen como característica principal que el agua tiene la máxima presión en la entrada y la salida del rodillo.

Un ejemplo de este tipo son las turbinas Pelton.

Turbinas de reacción. Son las turbinas en que solamente una parte de la energía de presión del agua se transforma en energía cinética. En este tipo de turbinas, el agua tiene una presión más pequeña en la salida que en la entrada.

Un ejemplo de este tipo son las turbinas Kaplan.Las turbinas que se utilizan actualmente con mejores resultados son las turbinas Pelton, Francis y Kaplan. A continuación se enumeran sus características técnicas y sus aplicaciones más destacadas:

Turbina Pelton. También se conoce con el nombre de turbina de presión. Son adecuadas para los saltos de gran altura y para los caudales relativamente pequeños. La forma de instalación más habitual es la disposición horizontal del eje.

Figura 2. “Turbina Pelton.”

6

Turbina Francis.

Es conocida como turbina de sobrepresión, porque la presión es variable en las zonas del rodillo. Las turbinas Francis se pueden usar en saltos de diferentes alturas dentro de un amplio margen de caudal, pero son de rendimiento óptimo cuando trabajan en un caudal entre el 60 y el 100% del caudal máximo.

Pueden ser instaladas con el eje en posición horizontal o en posición vertical pero, en general, la disposición más habitual es la de eje vertical.

Figura 3. “Turbina Francis.”

Turbina Kaplan.

Son turbinas de admisión total y de reacción. Se usan en saltos de pequeña altura con caudales medianos y grandes. Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, pero también se pueden instalar de forma horizontal o inclinada.

Figura 4. “Turbina Kaplan.”

7

Unidad de generación.

La unidad de generación está constituida de una tubería que transporta el agua hacia la turbina, en la cual se produce la primera transformación de la energía potencial del agua en energía mecánica. El elemento básico de la turbina es el rotor2, que cuenta con palas, hélices, o cuchillas colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido, en movimiento constante, provoca una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar.

Figura 5. “Partes de un generador de central hidroeléctrica”

La energía mecánica se transfiere a través de un eje para proporcionar el movimiento del rotor del generador que gira dentro de un estator fijo. El eje de la turbina en su parte superior, tiene instalado el rotor que gira en el interior del estator fijo, girando el rotor con los electroimanes se inducen corrientes en los circuitos del estator y con ello se efectúa una segunda transformación, de energía mecánica a energía eléctrica.

2 Pieza de una máquina electromagnética o de una turbina que gira dentro de un elemento fijo

8

Figura 6. “Transformación de la energía hidráulica a una central hidroeléctrica”Comparación entre centrales hidroeléctricas en el mundo.

Tabla 1. Centrales hidroeléctricas más grandes del mundo.

9

Tabla 2. Principales hidroeléctricas en México.

De la tabla anterior destacamos la central hidroeléctrica La Yesca ubicada en el estado de Jalisco que es la más reciente de estos proyectos, cuenta con la segunda cortina más grande del mundo (208.5 m de altura) y tiene una capacidad instalada de 750 MW.

Unidad de transformación.

La unidad de transformación son máquinas eléctricas estáticas, cuya función es la de cambiar los parámetros de la energía eléctrica. Es decir, permite transmitir energía eléctrica desde un sistema con una tensión dada a otro sistema con una determinada tensión deseada. Arrollamiento primario: Es al que se le aplicará la tensión que va a ser reducida o ampliada, dicho arrollamiento generará un campo magnético que inducirá una corriente eléctrica en el secundario. Arrollamiento secundario: Hace referencia al bobinado que se verá inducido por el campo magnético producido por el arrollamiento primario, pudiendo adoptar de esta forma una corriente eléctrica cuando se cierra el circuito a través de sus extremos.

Núcleo: Es un armazón hecho de un metal ferroso y es por donde circulan las líneas de flujo magnético que produce el bobinado primario.

Unidad de salida de línea: La potencia instalada Pinst (también denominada potencia útil nominal) de la central hidroeléctrica puede ser obtenida a partir de:

10

Energía producida y horas equivalentes he.

La energía producida se obtiene del producto de la potencia generada por el número de horas en las que el generador trabaja a esa potencia. Una central hidroeléctrica se puede caracterizar por el número de horas equivalentes he. Este número se obtiene del cociente entre la energía anual producida por la central y su potencia nominal.

Atendiendo al número de horas equivalentes, las centrales hidroeléctricas se pueden clasificar en: centrales base, con un número de horas equivalentes en torno a 5000 horas; centrales semipunta, con un número de horas equivalentes en torno a 3000 horas; y centrales punta, con un número de horas equivalentes en torno a 2000 horas o menos.

Otro concepto similar es el factor de carga f, que determina el porcentaje entre el número de horas equivalentes frente a las 8760 h que tiene un año de 365 días.

11

Otra posible definición para el factor de carga se deduce de la particularidad de las centrales hidroeléctricas estacionales. Estas instalaciones trabajan a prácticamente plena potencia durante unos meses al año, quedando paradas durante el resto del tiempo. En este caso el factor de carga se puede calcular en relación con las horas de funcionamiento hfun, menores de 8760 h. el diseño de las centrales depende principalmente en las capacidades que cada una va a poseer, dentro de la generación de energía eléctrica todas las generadoras de energía eléctrica, centrales eólicas, termoeléctricas, centrales solares, etc. Deben operar a una misma frecuencia y poseer una misma corriente nominal, así como el sentido de giro que debe tener la flecha del generador e corriente eléctrica.

Las horas equivalentes pueden servir de guía para saber si una central está bien dimensionada. Es necesario determinar lo más ajustadamente posible la energía anual generada, ya que esto permitirá conocer con mayor precisión la rentabilidad de la inversión.

Para conocer con exactitud la energía anual que se espera generar es necesario obtener, en primer lugar, la potencia de generación para cada caudal a turbinar. Aquí hay que tener en cuenta que el rendimiento del generador también varía con la potencia transmitida por la turbina. Multiplicando la potencia por el número de horas que corresponde a cada caudal se obtiene la energía generada por este caudal. Sumando las energías calculadas se obtienen la energía total generada a lo largo del año.

Se puede obtener con gran fiabilidad la energía que se va a producir si se conocen las potencias instantáneas correspondientes a los diferentes caudales. Además hay que saber el número de horas en las que la central trabaja con la potencia dada.

12

Altura del salto de agua H.

La potencia y la energía producida, son directamente proporcionales a la altura del salto de agua del aprovechamiento. Llamamos altura del salto de agua a la distancia vertical recorrida por una masa de agua desde un determinado nivel superior a otro inferior.Se distinguen cuatro tipos de saltos:

Salto bruto (Hh) Salto útil (Hu) Pérdidas de carga (Hp) Salto neto (Hn)

La canalización del agua hasta la turbina se hace por acequias o canales y tuberías. En ambas se producen pérdidas debidas al rozamiento, que se traducen en un salto real menor. Por esto, tanto canales como tuberías se deben dimensionar para que las pérdidas sean mínimas, siempre que no se encarezca mucho el precio de la instalación.Habitualmente, los canales o acequias se construyen de hormigón; en ellos la velocidad de circulación es del orden de 1,5 m/s y la pendiente del 0,5 al 1 por 1000. En el caso de utilizar tuberías, cuanto más lisa es la superficie interior del tubo, menores serán las pérdidas por rozamiento. Los tubos de canalización deben estar dimensionados para que las pérdidas de rozamiento sean inferiores al 4% del salto total disponible.

Caudal.

El caudal se define como el volumen de agua por unidad de tiempo que atraviesa una superficie. Sus unidades en el sistema internacional son [m3/s] En general, el caudal de un aprovechamiento sufre grandes variaciones tanto estacionales como anuales. Por este motivo es conveniente disponer del número de datos suficiente como para asegurar que se abarcan todos ellos. Debería disponerse de, al menos, un dato del caudal diario durante un periodo de 15 a 20 años, aunque esto dependerá de la cuenca concreta que se analice. A partir de todos estos datos se obtienen:

La curva de caudales medios diarios de un año tipo La curva de caudales medios clasificados, de esta curva se obtienen los

siguientes caudales:

13

Donde el factor K es un factor que depende del tipo de turbina utilizada.

Todas las máquinas de corriente continua y de corriente alterna funcionan bajo los mismos principios básicos y solo unas leyes gobiernan su comportamiento.

Ley de inducción de Faraday. Ley de Kirchhoff de circuito eléctrico. Ley del circuito del campo magnético (Ley de Ampere). Ley de la fuerza ejercida sobre un conductor en un campo magnético.

Cálculo de la energía anual en función de Qe.

El proceso es el siguiente:

1. En primer lugar debe hacerse el análisis de caudales con el cual se obtiene la curva de caudales medios clasificados.

2. A continuación se obtiene el salto neto.3. A partir de estos datos se calcula la potencia instalada.4. Con estos datos se puede elegir la o las turbinas adecuadas.5. Cálculo de la energía.

La potencia de la central y, por lo tanto, la energía anual generada dependerá del caudal de equipamiento seleccionado. La selección de este caudal se realiza atendiendo a razones de rentabilidad económica.

1) Para obtener la curva de caudales medios clasificados, se organizan los datos de caudales medios diarios de mayor a menor. Además de las curvas anteriores y para completar el informe de viabilidad, conviene identificar el año de menor caudal y el año de mayor caudal, y representarlo junto con el año medio.

2) Dado que tanto la potencia como la energía del aprovechamiento dependen directamente del salto neto Hn, es necesario realizar una estimación lo más precisa posible del mismo.

14

La pérdida de altura depende de los elementos utilizados en el transporte del agua, desde la obra de toma hasta la entrada a la turbina, y en los casos en que la turbina es de reacción deben tenerse en cuenta las pérdidas en el tubo de aspiración de la misma. La pérdida de altura dependerá, por tanto, del dimensionamiento de estos elementos y del caudal que en cada momento circule por ellos.

Se plantean dos opciones:

a) Considerar una pérdida de salto constante e independiente del caudal de equipamiento seleccionado.

b) Calcular las pérdidas para cada caudal analizado.

3) Para el cálculo de la energía anual es necesario conocer la potencia media diaria generada. Se calcula de manera análoga a la potencia instalada, pero en vez de Qe se aplica el caudal medio diario obtenido en la curva de caudales medios clasificados. Además deberán tenerse en cuenta los siguientes aspectos: El caudal mínimo técnico de la turbina Qmt: Por debajo de este caudal no se produce potencia.

4) Una vez conocida la potencia media diaria para cada uno de los días del año medio, el cálculo de la energía diaria se obtiene multiplicando dicha potencia por el número de horas durante las que se obtiene esta potencia, es decir, por 24 h. La energía anual será la suma de la energía producida durante los 365 días del año.

Clasificación de centrales hidroeléctricas.

Las centrales hidroeléctricas pueden clasificarse atendiendo a distintos criterios:

Clasificación administrativa.

Centrales de más de 50 MW. Centrales de entre 10 y 50 MW. Centrales de menos de 10 MW.

Clasificación según modo de operación.

Centrales de embalse. Centrales de agua fluyente. Centrales mixtas. Otras.

Centrales de embalse.

15

Estas centrales tienen como característica básica la existencia de un embalse en el que se almacena el agua y del que se realiza la toma de agua, con capacidad suficiente como para permitir una regulación del caudal superior a un día.

Su capacidad de regulación es utilizada para entregar la energía en los momentos de máxima demanda, con lo que se obtienen dos beneficios: por un lado, permite regular el mercado energético; por otro, la venta de energía puede realizarse cuando esta alcanza precios elevados. Generalmente, las presas de las que toman el agua tienen otras funciones prioritarias a la generación de energía, tales como regulación del caudal en el cauce para evitar avenidas o para el suministro de agua de boca, de agua de riego o con fines industriales. Al realizar el desembalse para las actividades anteriores, el agua es conducida a través de la turbina produciendo la energía eléctrica, que en la mayoría de los casos queda como una actividad de segundo orden.

No todas las centrales tienen exactamente la misma configuración: así, existen centrales de pie de presa (ubicadas en la misma presa), o centrales alejadas cierta distancia y que toman el agua llevándola hasta la central por medio de un canal y/o tubería. Un tipo específico de central dentro de las centrales de presa lo constituyen las centrales de bombeo o centrales reversibles. Estas centrales, además de disponer de una o varias turbinas, disponen de una o varias bombas, o bien de grupos de turbinas reversibles. También de dos embalses, uno aguas arriba de la central y otro aguas abajo. Su funcionamiento es muy simple. En momentos de alta demanda energética funcionan como centrales turbinando el agua. Sin embargo, en momentos de baja demanda energética, en la que el precio de la energía es muy bajo (y el nivel del embalse superior lo permite), funcionan bombeando agua del embalse inferior al embalse superior, asegurando de esta forma la posibilidad de turbinar cuando la demanda de energía lo requiere. Estas centrales actúan como almacenes energéticos. No solo hay centrales reversibles de gran potencia, también existen en el grupo de las mini centrales e incluso en el de las micro centrales. En estos casos, y para ahorrar costes, la turbina es reversible, haciendo las veces de turbina y de bomba.

Figura 7. Esquema de una central de embalse.

Centrales de agua fluyente.

16

Este es el tipo de central más habitual entre las mini centrales. Son centrales que no disponen de embalse de regulación y que deben turbinar el agua que circula por el cauce del río o del canal a medida que esta pasa. Si la central se para, el agua no puede ser almacenada, por lo que sigue circulando y, desde el punto de vista de la producción energética, se pierde. Generalmente, en estas centrales se dispone de un azud (pequeño muro transversal al cauce del río o canal) para elevar el nivel del agua, que permite tomar el caudal que va a ser turbinado. Existen dos configuraciones:

1. Central ubicada directamente en el azud3.

2. Central con canal de derivación.

Un tipo particular de centrales de agua fluyente lo forman las centrales situadas enCanales de riego: estas centrales presentan la característica básica de que el agua que turbinan se halla supeditada a las necesidades del riego a las que sirve el canal, lo que implica un funcionamiento estacional.

Figura 8. Esquema de central de agua fluyente.

Centrales mixtas.

En este grupo se encuentran las centrales que, disponiendo de un pequeño embalse de captación de agua, no tienen capacidad de regulación, o, en caso de tenerla, esta no es superior a un día. Por lo tanto, son centrales que pueden decidir en qué momento del día turbinan, pero que no pueden estar paradas más de un día sin perder agua.

Generalmente, se ubican en zonas montañosas, en las que el embalse capta el agua de las lluvias o procedentes del deshielo. Su configuración es similar a las de agua fluyente,

3 (árabe “as sad” = barrera), construcción que permite elevar el nivel de un caudal o río, con el fin de derivar parte de dicho caudal a las acequias (canales de riego)

17

sustituyendo el azud por un pequeño embalse, que en ocasiones no es más que un depósito de grandes proporciones.

Otras.

En este grupo se encuentran las centrales que presentan alguna característica específica que merece la pena ser resaltada. Existen dos subgrupos:

1. Micro centrales (< 100 kW)

Lo forman las centrales de menos de 100 kW. En el mercado pueden encontrarse soluciones para centrales desde 50 W. Generalmente, son instalaciones que deben satisfacer las necesidades de núcleos aislados tales como granjas, chalets o similares. Por lo tanto, tienen unas necesidades de regulación específicas. También existen múltiples instalaciones conectadas a la red. Suelen ser rehabilitaciones de pequeños saltos utilizados previamente como molinos ubicados en canales de riego.

2. Centrales en circuitos de agua potable.

En ciertos circuitos de agua potable, el desnivel existente entre los depósitos de agua y el núcleo urbano o industrial que lo aprovecha es muy elevado. En estas condiciones es necesario instalar válvulas de disipación energética cuya misión es reducir la presión existente en el circuito, para que el agua llegue al usuario final con la presión adecuada; si no se instalasen, el circuito experimentaría presiones excesivas que harían incluso imposible la instalación de los grifos. La solución propuesta en algunos casos es la de sustituir las válvulas por turbinas hidráulicas. Estas turbinas presentan una característica de funcionamiento que las diferencia del resto: así, mientras que en el resto de las centrales la turbina tiene la misión de extraer toda la energía del agua, en estas instalaciones debe dejar la presión suficiente como para que el agua llegue a los usuarios en las condiciones adecuadas, por lo que estas turbinas deben trabajar a contrapresión.

Centrales de bombeo.

Las compañías han de hacer frente a una demanda de electricidad muy irregular en el tiempo, lo que ha dado lugar a la aparición de las centrales de acumulación. El objetivo de estas centrales consiste en almacenar electricidad durante las horas de bajo consumo y devolvería a la red durante las horas punta. Las centrales eléctricas que mejor se adaptan para el almacenamiento de energía en gran escala son las centrales hidráulicas de bombeo. Sin embargo, este tipo de almacenamiento tiene la desventaja de estar ligado a las condiciones orográficas4 del terreno. La demanda de electricidad en una determinada red varía ostensiblemente a lo largo del día y según la época del año originando un funcionamiento muy irregular del sistema eléctrico, que tiene repercusiones de tipo económico y técnico.Económicamente las variaciones de potencia son la causa fundamental de un bajo aprovechamiento del conjunto de la instalación, puesto que las empresas generadoras de energía eléctrica deben mantener instalada una potencia suficiente para hacer frente

4 (Del griego poc=montaña, y grafia), rama de la geografía que describe las montañas o el relieve del terreno.

18

como mínimo a la máxima potencia de punta diaria prevista, más una cierta reserva para posibles variaciones de tipo estocástico de la demanda y posibles contingencias. Por tanto estas instalaciones originan unas inmovilizaciones de capital y unos costes fijos. Técnicamente la cobertura de las puntas de consumo exige que los reguladores de potencia de las turbinas modifiquen de una forma rápida la potencia generada por los diversos grupos, lo que obliga a disponer de instalaciones con gran facilidad de regulación, rápida y carente de limitaciones técnicas para este funcionamiento en régimen variable.

Para resolver este problema, las compañías eléctricas recurren a dos modos de actuación, con idéntica finalidad de nivelar la curva de carga evitando grandes variaciones de potencia, lo que a su vez se traduce en un aumento de las horas de utilización anual de las instalaciones generadoras. El primero consiste en modificar la curva de carga variando los hábitos de consumo de los abonados. A tal fin, se emplean medidas disuasorias, como puede ser un sistema de doble tarifa, para evitar la concentración de consumo en unas determinadas horas del día y fomentar así el desplazamiento de estos consumos hacia las horas de valle. Sin embargo, esta posibilidad es poco viable cuando se trata de consumos domésticos, pues en este caso los hábitos de consumo suelen ser muy rígidos por lo que presentan una gran inercia al cambio. Por el contrario, en el caso de consumidores industriales que trabajan por turnos los resultados obtenidos son mucho más satisfactorios.

El segundo modo de actuación consiste en una modificación de la curva de carga diaria introduciendo las propias compañías una demanda artificial durante las horas de valle utilizando centrales de acumulación por bombeo, que aprovechan este consumo de energía para almacenarla en forma de energía potencial o geodésica y devolverla posteriormente a la red en las horas punta. Las centrales de acumulación por bombeo se vienen empleando desde principios del siglo veinte.

En la Figura 9 se muestra el esquema básico de una central de bombeo hidráulico. La central está situada entre dos embalses y su maquinaria hidráulica permite el trasvase de agua del embalse inferior al superior durante el proceso de bombeo y viceversa durante el proceso de turbinado. En el primer caso la máquina eléctrica utilizada actúa como motor síncrono y en el segundo como generador.

Figura 9. Esquema de una instalación de bombeo.Ventajas e inconvenientes de las centrales hidroeléctricas.

19

Las ventajas de las centrales hidroeléctricas son:

No necesitan combustibles y son limpias. Muchas veces los embalses de las centrales tienen otras utilidades importantes: el

regadío, como protección contra las inundaciones o para suministrar agua a las poblaciones próximas.

Tienen costes de explotación y mantenimientos bajos. Las turbinas hidráulicas son de fácil control y tienen unos costes de mantenimiento

reducido.  

En contra de estas ventajas podemos enumerar los inconvenientes siguientes:

El tiempo de construcción es, en general, más largo que el de otros tipos de centrales eléctricas.

La generación de energía eléctrica está influenciada por las condiciones meteorológicas y puede variar de estación a estación.

Los costes de inversión por kilovatio instalado son elevados. En general, están situadas en lugares lejanos del punto de consumo y, por lo tanto, los

costes de inversión en infraestructuras de transporte pueden ser elevados.

Impacto ambiental de las centrales hidroeléctricas.

Siempre se ha considerado que la electricidad de origen hidráulico es una alternativa energética limpia. Aun así, existen determinados efectos ambientales debido a la construcción de centrales hidroeléctricas y su infraestructura.

La construcción de presas y, por extensión, la formación de embalses, provocan un impacto ambiental que se extiende desde los límites superiores del embalse hasta la costa. Este impacto tiene las siguientes consecuencias, muchas de ellas irreversibles:

Sumerge tierras, alterando el territorio. Modifica el ciclo de vida de la fauna. Dificulta la navegación fluvial y el transporte de materiales aguas abajo (nutrientes y

sedimentos, como limos y arcillas). Disminuye el caudal de los ríos, modificando el nivel de las capas freáticas, la

composición del agua embalsada y el microclima.

Los costes ambientales y sociales pueden ser evitados o reducidos a un nivel aceptable si se evalúan cuidadosamente y se implantan medidas correctivas. Por todo esto, es importante que en el momento de construir una nueva presa se analicen muy bien los posibles impactos ambientales en frente de la necesidad de crear un nuevo embalse.

Hidroeléctrica planificación.

20

Para la decisión de construir una nueva central hidroeléctrica existe una serie de etapas previas, que resumidamente se pueden agrupar en las siguientes:

1. Estudios de planificación de largo plazo.2. Estudios de viabilidad del proyecto.3. Definición del tipo de central.4. Obras Civiles asociadas.5. Equipos eléctricos, electrónicos y electromecánicos, equipos auxiliares;6. Forma de entrega de la energía al consumidor.

Las centrales hidroeléctricas más modernas, en especial las que poseen embalse de reserva, pueden tener servicios adicionales, que consisten en su aprovechamiento óptimo para incluir láser, irrigación, pesca, etc.

Estudios de planificación a largo plazo.

La energía tiene dimensiones técnicas, económicas, sociales y políticas, con múltiples facetas en el contexto nacional e internacional, ambiental, diplomático, comercial, financiero, de desarrollo y estratégico. Ningún país puede ignorarlas bajo pena de pagar un elevado precio.

El Sistema de Planificación Energética de Largo Plazo es una herramienta para modelar escenarios energéticos y ambientales. El análisis se basa en balances integrales sobre la forma en que se consume, convierte y produce energía en una determinada economía, considerando una gama de escenarios alternativos de población, desarrollo económico, tecnología, precios y otros parámetros. Se debe desarrollar dentro de un horizonte temporal que va de los 20 a 30 años de antecedencia, sea dentro de un plan de Estado para el sector energético, por las instituciones directamente responsables del sector, o por la propia concesionaria de energía.

Las decisiones que se tomen dentro de una planificación en materia de energía van a condicionar la competitividad, dependencia estratégica, relaciones exteriores y desarrollo durante décadas, no solo en lo relacionado directamente con ella, sino en sus impactos en otros sectores, igualmente importantes de la economía, tales como: construcción, ingeniería y servicios, sector financiero y tecnología.

Con una planificación de largo plazo se podrá definir un “mix” de energías primarias y de generación eléctrica que sea equilibrado y sienta las bases firmes para futuras inversiones a realizar.

Conclusión.

21

El tema de la generación de energía eléctrica en México a través de las plantas hidroeléctricas, es un tema muy extenso y complejo.

Por medio de este trabajo, se aprecia la complejidad de la elaboración y edificación de una central hidroeléctrica.

Como ya se mencionó en el trabajo hay diferentes factores a considerar para construir una central hidroeléctrica, en base a los estudios y análisis que se llevan a cabo para este.

Como lo es la planeación y en la ubicación de la planta hidroeléctrica. Y una vez con esto el tema técnico de qué tipo de generador y planta hidroeléctrica se pudiese construir y ocupar va a depender del tipo de terreno y condiciones con las que cuente determinada región.

Aunque este tipo de generación se considera limpia, trae consigo algunas consecuencias al ecosistema de la región donde se valla a localizar la central hidroeléctrica.

La producción y generación de energía eléctrica tiene que estar de acuerdo los rangos con la que se distribuye en el país. Principalmente va a depender de la frecuencia que en México es de 60 Hz, y que las fases no estén desbalanceadas a la hora de su producción.

Esto va a depender del tipo de generador y a la velocidad que valla a girar este para la producción de energía eléctrica, que debe ser constante para no tener alteraciones en la producción.

Este tema tiene diferentes factores a considerar, en su construcción, tipo de generador y equipo que nos ayudara a mantener una generación eficiente, para abastecer la demanda del país.

Bibliografía.

22

“La tecnología hidroeléctrica”(s.f), EPEC Recuperado de: http://www.epec.com.ar/docs/educativo/institucional/hidroelectricidad.pdf

Apuntes de la materia de “conversión de la energía 1” de la carrera de ingeniería eléctrica, ESIME unidad Zacatenco, IPN.

“Ley de Faraday” (s.f), Recuperado de: http://www.uclm.es/profesorado/ajbarbero/Practicas/Ley_Faraday.pdf

”, Inmaculada Fernández Diego & Arsenio Ramón Robles Díaz, “Centrales de generación de energía eléctrica”,(s.f) (Universidad de Cantabria) Recuperado de :http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/centrales-de-generacion-de-energia-electrica/materiales/bloque-energia-III.pdf

“Centrales hidroeléctricas”(s.f) Recuperado de:http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo3.html

“CFE y la electricidad en México”(s.f) Recuperado de:http://www.cfe.gob.mx/ConoceCFE/1_AcercadeCFE/CFE_y_la_electricidad_en_Mexico/Paginas/CFEylaelectricidadMexico.aspx

“Energía hidráulica” (s.f),Recuperado de: http://www.energiahidraulica.com/

Reve,“La energía termosolar evitó la emisión de más de un millón de toneladas de CO2”(31-mayo-2011) Recuperado de: http://www.evwind.com/2011/05/31/la-energia-termosolar-evito-la-emision-de-mas-de-un-millon-de-toneladas-de-co2/

“Centrales hidroeléctricas”,http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/xi.-las-centrales-hidroelectricas