” Última actualización 16/10/2017 a las 2:49 pm.
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Tecnologías existentes

La tecnología actual permite aprovechar la energía del agua para generar electricidad tanto en cursos de agua naturales (ríos,..) como artificiales (canales, tuberías,…).

Se debe tener presente que una central minihidráulica no es una gran central hidráulica a escala reducida. Una instalación de unos cientos de kW tiene un diseño completamente distinto del de otra de unos cientos de MW y los equipos utilizados en ambos casos son diferentes.

Toda central minihidráulica consta de los siguientes componentes:

1. Instalaciones de obra civil

2. Equipamiento electromecánico 

Grafico tecnologia

Esquema con instalaciones de obra civil (Central de agua fluyente).

Grafico 2 tecnologias

Detalle del equipamiento electromecánico (Central a pie de presa).

La obra civil engloba las infraestructuras e instalaciones necesarias para derivar, conducir y restituir el agua turbinada así como para albergar los equipos electromecánicos y el sistema eléctrico general y de control. Entre estas infraestructuras se encuentran:

  • Azud o presa. Obra que se lleva a cabo para provocar una retención en el cauce y desviar parte del caudal del río hacia la toma de la central. En el caso del azud, se trata de un muro trasversal al curso del río, de poca altura, que provoca un remanso de agua. En el caso de la presa el muro que retiene el agua tiene una altura considerable y provoca una elevación notoria del nivel del río mediante la creación de un embalse.
  • Aliviaderos. Dispositivos que permiten la devolución del agua del embalse al cauce del río.
  • Toma de agua. Estructura que se realiza para facilitar la entrada del agua desde el azud o la presa a las red de canalización. La toma normalmente dispone de una rejilla que evita la entrada de elementos sólidos al canal y una compuerta de seguridad.
  • Canales y tuberías. Elementos destinados al transporte del agua desde la toma hasta la central. El primer tramo, entre toma de agua y cámara de carga se realiza a través de canales o tuberías. En el segundo, entre cámara de carga y turbina, se utilizan siempre tuberías.
  • Cámara de carga. Depósito localizado al final del canal. En algunos casos se utiliza como depósito final de regulación, aunque normalmente tiene solo capacidad para suministrar el volumen necesario para el arranque de la turbina sin intermitencias.
  • Tubería forzada. Es la tubería que se encarga de llevar el agua desde la cámara de carga hasta la turbina, es decir, la conducción de alimentación de la turbina. Debe estar preparada para soportar las altas presiones a las que está sometida.
  • Edificio de la central. Es el local donde se sitúa el equipamiento de la minicentral: turbinas, generadores, alternadores, cuadros eléctricos, cuadros de control, etc. El edificio puede estar junto al azud o presa, situarse al pie de ésta ó estar separado aguas abajo.

Elementos de cierre y regulación. En caso de parada de la central es imprescindible la existencia de dispositivos que aíslen la turbina u otros órganos de funcionamiento. Se trata de compuertas y válvulas.

El equipamiento electromecánico lo componen la turbina, el generador y el resto de equipamiento eléctrico necesario para la conversión de la energía hidráulica en eléctrica y su vertido a la red.

  • Turbina. Elemento que se encarga de aprovechar la energía cinética y potencial que contiene el agua, transformándola en un movimiento de rotación, que transferido mediante un eje al generador produce energía eléctrica.
  • Generador. Máquina que transforma la energía mecánica de rotación de la turbina en energía eléctrica.
  • Equipamiento eléctrico general y líneas eléctricas. Infraestructura encargada de la transformación de la tensión de la electricidad generada a la de la red de distribución, de la medición de los diferentes parámetros de la corriente eléctrica y de la conexión de la central a la red de distribución.
  • Elementos de regulación, control y protección. La instalación de estos elementos es necesaria para regular y controlar el buen funcionamiento de la central, incluyendo dispositivos de protección que deben colocarse en la central y la línea eléctrica, y que actúan cuando se produce algún fallo. Los elementos de protección incluyen protecciones mecánicas, protecciones eléctricas del generador y del transformador y protecciones de la línea.

 

El elemento clave en cualquier central hidroeléctrica es la turbina. Las turbinas hidráulicas se clasifican en dos grupos: turbinas de acción y turbinas de reacción.

Las turbinas de acción son aquellas que aprovechan únicamente la velocidad del flujo de agua para hacerlas girar. El tipo más utilizado es la denominada turbina Pelton. Básicamente consiste en una rueda (o rodete) dotada de cucharas en su periferia. Esta turbina se emplea en saltos elevados que tienen poco caudal. Otro tipos de turbina de acción menos utilizados son la turbina Turgo y la turbina de flujo cruzado, también conocida como de doble impulsión, Ossberger o Banki-Michell. La primera de ellas ha sido desarrollada a partir de una modificación de la turbina Pelton, asemejándose su rodete al de una Pelton partido por la mitad.  Esta turbina se emplea en saltos de desnivel medio y bajo caudal. El rodete de una turbina Ossberger tiene forma cilíndrica, con múltiples palas dispuestas como generatrices. Esta turbina se adapta muy bien a todo tipo de saltos y caudales.

turbina pelton

Turbina Pelton. Compañía ECOFER

turbina ossberger

Turbina Ossberger

Las turbinas de reacción cuentan con un diseño de rotor que permite aprovechar la presión que aún le queda al agua a su entrada para convertirla en energía cinética. Las turbinas de reacción más utilizadas son la Francis y la Kaplan. La turbina Francis se adapta muy bien a todo tipo de saltos y caudales. Es la turbina hidráulica más ampliamente usado en el mundo. La turbina Kaplan se emplea generalmente para saltos pequeños y caudales variables o grandes. Su apariencia es semejante a la hélice de un barco.

turbina francis

Turbina Francis. Compañía Hydrotu

turbina kaplan

Turbina Kaplan. Fuente: Atmosferis.com

La innovación tecnológica ha permitido que aparezcan en el mercado componentes sustitutivos de las clásicas turbinas, con geometrías muy variadas. Se han desarrollado nuevas patentes para centrales hidroeléctricas de muy bajo salto con el fin de hacer viables económicamente su aprovechamiento energético. Tal es el caso del tornillo de Arquímedes o tornillo sin-fin. Este tornillo es una máquina gravimétrica helicoidal utilizada tradicionalmente para elevaciones de agua, harina, cereales o materiales excavados. En esta nueva aplicación se utiliza en pequeños saltos con bajos caudales de agua que actualmente no pueden ser explotados con la tecnología de las turbinas.

tornillo hidrodinamico

Tornillo hidrodinámico. Compañía Andritz