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Mecánica y Ondas

¿Qué son las Turbinas hidroeléctricas?

Los hidrogeneradores son dispositivos que convierten la energía mecánica del agua en movimiento en energía eléctrica.

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Qué son las Turbinas hidroeléctricas
Imagen por Pixabay

Los generadores de turbina hidráulica pueden ser eficaces utilizando una amplia gama de fuentes de agua: un pequeño arroyo, un río de corriente rápida, una cascada, un pequeño lago, e incluso de los océanos.

Hay muchos tamaños y estilos diferentes de turbinas hidráulicas, cada una de ellas desarrollada a partir de estrategias probadas de forma diferente para recoger la energía mecánica de una fuente de agua. Si se dan las condiciones adecuadas para construir y utilizar un generador de turbina hidráulica, se puede obtener energía eléctrica de forma eficiente, limpia y a bajo coste.

Haga clic en los enlaces que aparecen a continuación o en el lateral de la página para descubrir más sobre los generadores de turbina hidráulica y la energía hidroeléctrica.

Los generadores de turbina hidráulica pueden construirse de diversas maneras. Sin embargo, como todas las turbinas, siguen las mismas leyes fundamentales de la física para generar electricidad. Para descubrir más sobre cómo un generador de turbina genérico produce electricidad, con la ayuda de diagramas y guías sencillas, puede visitar nuestra página que describe cómo funciona un generador de turbina.

Compara y aplica la información que has aprendido sobre los generadores de turbina básicos con tus descubrimientos sobre el funcionamiento de una turbina hidráulica. No te olvides de explorar los enlaces anteriores para saber más sobre el intrincado funcionamiento de los generadores de turbina hidráulica y por qué son la principal fuente de electricidad renovable y seguirán siéndolo en el futuro.

Energía hidroeléctrica – Cómo funciona la hidroelectricidad

La energía hidroeléctrica se produce cuando la energía cinética del agua se convierte en electricidad mediante un generador de turbina hidráulica.

Existen varios métodos para utilizar el agua para alimentar un generador de turbina hidráulica, pero cada uno de ellos suele funcionar de manera relativamente similar, utilizando todos las mismas leyes fundamentales de la física.

Y aunque hay numerosas variables que pueden influir en el diseño de cada sistema, por ejemplo la altura de la cabeza, la presión del agua, el caudal y el diseño de la turbina, la regla fundamental sigue siendo que el generador de turbina hidráulica es el dispositivo que convierte la energía mecánica en energía eléctrica.

Una vez que se entienden los fundamentos del funcionamiento de la hidroelectricidad, ese conocimiento puede trasladarse a las muchas variedades de sistemas de energía hidroeléctrica.

Ejemplo de cómo funciona la hidroelectricidad:

De nuevo, éste es un ejemplo del funcionamiento de una turbina hidroeléctrica. El dispositivo de arriba ilustra un sistema con una gran altura de elevación, ya que el agua comienza en el punto (1) y cae una gran distancia hacia el centro del sistema. Estos sistemas de gran altura suelen encontrarse en lugares geográficos con frecuentes cambios de elevación, como una zona montañosa o de colinas, y requieren menos volumen de agua porque la elevada caída vertical del agua proporciona la fuerza suficiente para hacer girar la turbina.

Veamos paso a paso lo que ocurre en este sistema hidroeléctrico para crear electricidad.

  • La válvula de toma, a veces llamada tubería forzada, es la parte del dispositivo que capta el flujo de agua y lo dirige hacia la turbina hidráulica. La fuente de agua puede variar según el sistema, por ejemplo, un embalse artificial o una fuente natural como un río o un lago.
  • A continuación, el agua se dirige hacia una serie de palas curvadas que captan la fuerza del agua a su paso, lo que hace que la turbina gire. La fuerza de la gravedad es la que suministra energía mecánica al agua que cae, y los álabes de la turbina son los que absorben la energía cuando el agua choca contra ellos.
  • La turbina está unida a un generador de turbina que también gira porque está unido por un eje giratorio a la turbina de agua que gira. Al girar el generador, se crea una corriente eléctrica que puede convertirse en electricidad utilizable.
  • A medida que el agua pasa por la turbina giratoria, se ve obligada a salir por la válvula de salida, ya que el agua nueva cae continuamente a través de la máquina para mantener un flujo continuo de agua.
  • De nuevo, este es un ejemplo de cómo funciona una turbina de energía hidroeléctrica de gran altura, y los componentes y la física general de cada uno de los otros tipos es muy similar. Todos los sistemas de energía hidroeléctrica funcionan haciendo que el agua que fluye se mueva a través de un sistema de palas de turbina que está unido a un generador de turbina.

Cálculo de la producción de energía hidroeléctrica

La producción de energía hidroeléctrica representa casi una cuarta parte de la electricidad utilizada en el mundo, lo que es suficiente para abastecer de energía eléctrica a unos mil millones de personas.

La hidroelectricidad es el principal recurso energético renovable actualmente en Estados Unidos, ya que representa alrededor del 6% de toda la electricidad producida, es decir, cerca del 70% de toda la electricidad producida a partir de fuentes de energía renovables.

La presa Hoover, una presa hidroeléctrica muy conocida y de gran tamaño en Estados Unidos, soporta 17 generadores de turbinas principales y podría producir más de 2000 megavatios de electricidad.

La presa Hoover ha generado, por término medio, unos 4.000 millones de kilovatios-hora de electricidad al año, lo que supone energía suficiente para abastecer a casi 1,5 millones de personas.

Los pequeños generadores de turbinas hidroeléctricas suelen producir hasta 10 megavatios de energía. Las microturbinas hidroeléctricas suelen producir 100 kilovatios de energía eléctrica.

Dos factores muy importantes necesarios para calcular la producción potencial de energía de un sistema hidroeléctrico son el caudal de agua y la altura de la cabeza hidráulica.

El flujo de agua es el volumen de agua que pasa por la turbina en un tiempo determinado, y la altura de la cabeza es la distancia que el agua cae antes de llegar a la turbina.

Cuanto mayor sea el caudal o la altura de elevación, mayor será la producción potencial de energía hidroeléctrica.

La gravedad es el otro componente necesario para completar la ecuación de producción de energía, pero la gravedad es una constante (9,8), por lo que no cambia. Con la gravedad y las dos variables, la ecuación para calcular la producción de energía hidroeléctrica es

Potencia = GravedadCaudal de agua*Altura de la cabeza

Para recibir la potencia en vatios, la gravedad se mide en metros por segundo al cuadrado, el caudal de agua se mide en litros por segundo y la altura de la cabeza se mide en metros.

Ahora es importante entender que la respuesta que se obtiene será la potencia en vatios de una máquina que Ahora es importante entender que la respuesta que obtenga será la potencia en vatios de una máquina que convierta el 100% de la energía mecánica del agua en hidroelectricidad. Esto, por desgracia, nunca es así. La producción de hidroelectricidad suele funcionar en un rango de eficiencia del 50% al 70%. Así que, multiplicando tu respuesta por el índice de eficiencia de la máquina, obtendrás la potencia real calculada de tu máquina hidroeléctrica.

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