Cómo funciona una central hidroeléctrica paso a paso

Si quieres conocer el funcionamiento una central hidroeléctrica desde el cero; estás en el mejor lugar, aquí te explicaré paso a paso cómo es que la energía del agua se puede transformar en energía eléctrica; desde su captación, pasando por la transformación, generación y hasta la respectiva distribución de energía eléctrica generada en las centrales hidroeléctricas.

Introducción al funcionamiento de una central hidroeléctrica

La energía se encuentra en el medio que nos rodea, aunque muchas veces no somos conscientes de ello. Se encuentra en el sol, el viento, la tierra, etc; es más todo lo que nos rodea tiene un grado de energía.

Según la ley de la conservación de la energía: “la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma”; esto significa que la energía que existe en nuestro entorno puede ser transformada en otros tipos de energía. Existen varios tipos de energía, entre las más conocidas están la energía potencial, cinética, mecánica, química, eléctrica y entre otras.

En fin, lo que aquí nos interesa es la energía hídrica de las centrales hidroeléctricas o proveniente del agua y cómo esta se transforma en otro tipo de energía, en este caso en energía mecánica a través de diferentes máquinas y componentes, para finalmente transformar la energía mecánica en energía eléctrica.

A continuación veamos los procesos por los que el agua tiene que pasar para conseguir finalmente la energía eléctrica que será transformada y transmitida a los lugares donde se necesiten.

Cómo funciona una central hidroeléctrica paso a paso

Una vez se cuente con el suficiente potencial de agua, las máquinas e instalaciones correctamente instaladas la central hidroeléctrica está listo para generar energía eléctrica.

Todo empieza cuando el agua es conducido mediante un sistema de tuberías desde la represa, un punto a una altura considerablemente alta, hacia la casa de máquinas, en ella se encuentran instaladas las máquinas de generación eléctrica y está ubicada a una altura considerable debajo del punto de caída del agua; esto con el objetivo de aprovechar la energía potencial gravitatoria, además su energía cinética (en palabras sencillas para aprovechar la fuerza y velocidad de caída del agua), naturalmente a mayor altura, el agua caerá con mayor fuerza, esto es positivo para aprovechar esa fuerza de caída.

En la casa de máquinas se encuentran las instalaciones montadas, entre ellas la turbina, se trata de la máquina en cuyas cucharas impactará el agua, esta fuerza de impacto hace posible que la turbina pueda girar (movimiento de rotación) a grandes velocidades, dependiendo de la fuerza con la que sea impactada. Es así como la energía que posee el agua es convertida en energía mecánica (la energía que proviene de la rotación de la turbina). Hasta este punto ya se ha conseguido obtener la energía mecánica que será transformada en energía eléctrica posteriormente.

Por su parte el agua que impactó las cucharas de la turbina (agua turbinada) es conducida y liberada mediante conductos hacia el exterior.

Proceso de transformación de energía mecánica en eléctrica

Es momento de transformar esa energía mecánica que proviene de la rotación de la turbina en energía eléctrica; esto se consigue comunicando dicho movimiento de rotación al generador eléctrico. La transmisión de rotación se da mediante otro mecanismo que funcionará como regulador de velocidad, ¡Sí! Un mecanismo que pueda aumentar o disminuir la velocidad de rotación (para que te hagas una idea, esto funciona básicamente como el cambio de velocidades que tienes en tu bicicleta).

Finalmente se transmite la velocidad regulada y controlada al generador eléctrico; por su lado el generador eléctrico aprovecha dicha rotación para generar energía eléctrica. Pero muchos se preguntaran ¿Cómo puede generar energía eléctrica el generador eléctrico? Pues eso es tema de otro capítulo entero y más, independientemente de ello, el generador eléctrico es una máquina que está diseñado para aprovechar movimiento de rotación y generar electricidad, pues su arquitectura y tecnología lo permiten.

Es de esa forma que se obtiene energía eléctrica, la cual podrá ser transmitida ahora mediante conductores eléctricos como los cables; sin embargo ahí no queda el asunto, antes se debe asegurar la fuerza y cantidad de energía eléctrica que será transmitida. Así que continuamos.

Transformación de niveles de energía eléctrica

Ahora que ya tenemos energía eléctrica transmisible, es momento de elevar o disminuir los niveles de corriente, voltaje y entre otros parámetros de acuerdo a las necesidades y objetivos; generalmente se emplean transformadores amplificadores de fuerza electromotriz, esto con el objetivo de transmitir energía eléctrica por grandes distancias hasta llegar a sus objetivos, como por ejemplo a las ciudades.

Los transformadores y otros dispositivos juegan un papel importante en la transmisión y distribución de energía eléctrica, ya que la fuerza eléctrica (voltaje) se pierde en el proceso de transmisión a grandes distancias, es ahí donde actúa un transformador, el cual puede ampliar la fuerza en un punto determinado, recuperando así la fuerza que se perdió durante su larga transmisión.

Distribución de energía eléctrica generada

Cuando la energía eléctrica llega a las ciudades generalmente mediante cables y torres de alta tensión, será necesario disminuir la fuerza de energía eléctrica utilizando transformadores reductores y adaptando la energía eléctrica para el uso doméstico, industrial, etc.

Sin los transformadores sería difícil mantener la fuerza eléctrica, por lo tanto difícil de trasmitir electricidad a grandes distancias.

De esta manera el proceso de generación eléctrica llega a concretar el objetivo de proveer energía para el desarrollo.

Las centrales hidroeléctricas con más energía del mundo

Ya que estamos desarrollando el tema de centrales hidroeléctricas, aprovecharemos la ocasión para mencionar las centrales con mayor capacidad del mundo:

• Tres Gargantas. 22500 MW. China.
• Itaipú. 14000 MW. Paraguay – Brasil.
• Xiluodu. 13860 MW. China.
• Guri. 10235 MW. Venezuela.
• Tucurui. 8370 MW. Brasil.
• Grand Coulee. 6809 MW. Estados Unidos.
• Xiangjiaba. 6448 MW. China.
• Longtan. 6426 MW. China.
• Sayano-shushenskaya. 6400 MW. Rusia
• Krasnoyarsk. 6000MW. Rusia

Potencia de una central hidroeléctrica

En cuanto a ingeniería, la potencia de una central hidroeléctrica está influenciada por una variedad de factores, además puede existir una potencia teórica calculada y una potencia real que de alguna manera será aproximada a la teórica. Por otro lado la potencia es un tema bastante amplio y seguro que necesitarías conocimientos de ciencias exactas para entenderlos a profundidad, ya que se pueden expresar en función de diversos factores, parámetros, variables y constantes.

Tenemos que tomar en cuenta que existe una potencia media en la que influye el caudal del agua, la altura de caída, la gravedad, densidad y entre otros factores, por otro lado está la potencia instalada que hace referencia a la potencia de las maquinas generadoras de electricidad (el generador eléctrico).

Para no complicarnos en este aspecto aquí podemos ver una sencilla ecuación que sirve para calcular la potencia media de una central; veamos.

Pe = ρ . g . ηt . ηg . ηm . C . H

Donde:

• Pe = potencia en kilovatios (kW)
• ρ = densidad del fluido en kg/m³, en este caso el agua.
• g = aceleración de la gravedad (m/s^2)
• ηt = rendimiento de la turbina hidráulica (entre 0.75 y 0.94)
• ηg = rendimiento del generador eléctrico (entre 0.92 y 0.97)
• ηm = rendimiento mecánico del acoplamiento turbina alternador (0.95/0.99)
• C = caudal turbinable en m³/s
• H =se refiere al desnivel disponible en la presa entre aguas arriba y aguas abajo, en metros

Conclusión de energía hidroeléctrica

En resumen, para generar energía eléctrica a partir del agua, se utiliza una turbina que recibe el impacto del agua sobre sus paletas o cucharas, esto hará que la turbina gire a grandes velocidades, esta rotación será transmitida mediante mecanismos al generador eléctrico; finalmente el generador eléctrico es una máquina que produce energía eléctrica aprovechando la energía mecánica de rotación que recibe.

Es así como se produce energía y esta puede ser transmitida por largas distancias, empleando transformadores para regular la fuerza eléctrica.

¡Perfecto! si has llegado hasta aquí, entonces ahora entiendes perfectamente cómo funciona una central hidroeléctrica ¡Felicidades!