22/06/2024
potencia de agua

Consideraciones básicas de las plantas hidroeléctricas

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Las plantas hidroeléctricas son aquellas que generan energía eléctrica a partir del movimiento del agua, se trata de uno de los primeros sistemas de generación de energía que se desarrollaron y hoy en día continúan teniendo una gran presencia.

La energía que provee este sistema es equivalente a la energía potencial que posee el agua. Si recordamos la fórmula de la energía potencial, esta se determina como E=m*g*h en donde E es la energía total, m es la masa del objeto, g es la constante gravitatoria y h es la altura a la que se encuentra.

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potencia de agua

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Dicho esto queda claro que la energía potencial que se puede aprovechar varía de acuerdo a tres factores: el volumen de agua que fluye (m), una mayor altura de caída (h) y también es mayor en puntos más altos del planeta (g varía ligeramente por la columna del aire).

Sin embargo, como en todos los sistemas existen pérdidas y en ningún caso se puede tener una eficiencia del 100%. En el caso de las plantas hidroeléctricas la pérdida por la conducción del agua a través de la turbina y otros componentes varía de 0.1 a 0.5% en los canales de entrada y salida, de un 0.5% a un 2% en los tubos a presión, y de un 7% a un 25% en la turbina misma.

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Además existen pérdidas adicionales por los sistemas mecánicos, desgastes de instalaciones, calentamiento del agua; y eléctricos, transporte de energía y su transformación.  Dependiendo del tipo y tamaño de generador, además de la carga de funcionamiento, el rendimiento ronda entre un 80 y un 95%.

Al final de todo el proceso la eficiencia de una planta hidroeléctrica va desde un 40% para plantas pequeñas hasta poco más del 90% para plantas de gran tamaño.

Calculando la eficiencia de una planta hidroeléctrica

Para conocer la eficiencia con la que opera una planta es indispensable hacer ciertos cálculos, que partiendo de la ecuación de la energía potencial y considerando los principios de conservación de la energía se pueden determinar.

Lo primero que se debe de determinar es la altura de la caída, que se determina como el punto desde el que cae el agua, y hasta donde llega. H= ha-hb.

Después se debe de determinar el flujo de agua, Q (en m3/s), el cual dependerá del área transversal de los ductos de transporte y sus características.

Después se obtiene que la potencia teórica es P=Q*9.81*(ha-hb) killowats, o bien P=13.33*Q*(Ha-Hb) caballos de fuerza.

Finalmente uno puede contrastar el valor teórico con el valor obtenido al final del proceso y así determinar la eficiencia del sistema.

Central de embalse

¿Plantas altas o de gran flujo?

Si uno observa el desarrollo de las plantas hidroeléctricas en el mundo se dará cuenta que las primeras plantas se desarrollaron en las caídas de agua más grandes. Debido a su gran transferencia de energía, estas plantas son capaces de proveer energía eléctrica a muy bajo costo.

Con el incremento de la demanda de energía y los puntos limitados para ampliar la red de plantas hidroeléctricas, se comenzaron a desarrollar plantas con caídas de agua más bajos, por lo que para compensar el sistema es necesario que manejen flujos de agua más gran.

Finalmente el flujo de agua es limitado por estaciones, por lo que las plantas de menor altura tienen a tener mayores costos. Es importante señalar que esto no es una cuestión de eficiencia, sino de capacidad energética que pueden suministrar.

Hoy en día la mayor parte de los desarrollos son de la segunda categoría: plantas con caídas bajas y grandes flujos de agua.

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