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• Jeancarlos Zurita Fernandez

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CENTRAL HIDROELECTRICA 1. DEFINICION Una central hidroeléctrica es una instalación que permite aprovechar las masas de agua en movimiento que circulan por los ríos para transformarlas en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a los alternadores. Según la potencia instalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser:  Centrales hidráulicas de gran potencia: más de 10MW de potencia eléctrica.  Mini centrales hidráulicas: entre 1MW y 10MW.  Micro centrales hidroeléctricas: menos de 1MW de potencia. 2. COMPONENTES DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA  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 produzca, 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.  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 CHIMENEA DE EQUILIBRIO O POZO DE OSCILACIÓN Es una estructura complementaria en algunas centrales hidroeléctricas y estaciones de bombeo destinada a absorber las sobrepresiones y subpresiones causadas por el golpe de ariete en galerías o túneles. Golpe de ariete (Water Hammer). Es la variación pulsatoria de la presión encima y debajo de la presión normal, resultante de la rápida aceleración o desaceleración de la velocidad de flujo debido a la interrupción de la corriente por el cierre o apertura brusca de una válvula o por el arranque y parada de una bomba o por operaciones análogas. Cualquier variación en el caudal de una tubería producido por las acciones mencionadas u otras como la rotura intempestiva de una tubería, originan un cambio de la cantidad de movimiento del flujo, dando origen a una fuerza de impulso que se conoce comúnmente como golpe de Ariete. El cambio súbito del gasto en una tubería puede originar esfuerzos de suficiente magnitud, que podrían exceder las presiones normales de servicio contempladas en el diseño y resultar perjudicial al sistema.

CENTRALES SOLARES El Sol es una esfera gaseosa formada, fundamentalmente, por helio, hidrógeno y carbono. Su masa es 330.000 veces la masa de la Tierra y se estima que su edad es de unos 6.000 millones de años. El Sol se comporta como un reactor nuclear que transforma la energía nuclear en energía de radiación, energía que llega a la Tierra. Sin embargo, no toda la energía que se produce en el Sol llega a la superficie terrestre. Al atravesar la atmósfera, la radiación pierde intensidad a causa de la absorción, la difusión y la reflexión por acción de: gases, vapor de agua y partículas en suspensión de la atmósfera.

Así, la radiación que la tierra recibe del Sol se puede dividir en: Radiación directa: es la que atraviesa la atmósfera sin sufrir ningún cambio en su dirección. Radiación dispersa o difusa: es la que recibimos después de los fenómenos de reflexión y difusión.

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Podríamos decir que a la Tierra llega una gran cantidad de energía solar en forma de radiaciones. Por eso, la energía solar es un recurso energético importante a tener en cuenta.

¿QUÉ ES UNA CENTRAL SOLAR? Las centrales solares son instalaciones destinadas a aprovechar la radiación del Sol para generar energía eléctrica. Existen 2 tipos de instalaciones con las que se puede aprovechar la energía del Sol para producir electricidad: 

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En la central termosolar se consigue la generación eléctrica a partir del calentamiento de un fluido con el cual, mediante un ciclo termodinámico convencional, se consigue mover un alternador gracias al vapor generado de él. En la instalación fotovoltaica la obtención de energía eléctrica se produce a través de paneles fotovoltaicos que captan la energía luminosa del Sol para transformarla en energía eléctrica. Para conseguir la transformación se emplean células fotovoltaicas fabricadas con materiales semiconductores.

CENTRALES TERMOSOLARES Una central termosolar es una instalación que permite el aprovechamiento de la energía del Sol para producir electricidad utilizando un ciclo térmico parecido al de las centrales térmicas convencionales. Hay diferentes esquemas de centrales termosolares, aunque las más importantes son:  Centrales de torre central. Disponen de un conjunto de espejos direccionales de grandes dimensiones que concentran la radiación solar en un punto. El calor es transferido a un fluido que circula por el interior de la caldera y lo transforma en vapor, empezando así un ciclo convencional de agua-vapor.  Centrales de colectores distribuidos. Utilizan los llamados colectores de concentración, que concentran la radiación solar que reciben en la superficie, lo cual permite obtener, con buenos rendimientos, temperaturas de hasta 300ºC, suficientes para producir vapor a alta temperatura, que se usa para generar electricidad o también para otros procesos industriales.

LIMITACIONES DE LAS CENTRALES TERMOSOLARES El desarrollo de este tipo de centrales hace frente a varias limitaciones:  Económicas: sus costes de explotación son aún muy altos, por eso no son competitivas ante otro tipo de centrales.  Tecnológicas: aún se deben realizar muchas mejoras para aumentar la eficiencia de los sistemas de concentración y almacenaje.  Estacionalidad: hay que hacer frente a la variabilidad de la radiación solar y las incertidumbres meteorológicas.

IMPACTO SOBRE EL MEDIO AMBIENTE DE LAS CENTRALES SOLARES Desde el punto de vista medio ambiental, la producción de electricidad a partir de este tipo de sistemas tiene grandes ventajas:    

No genera ningún tipo de emisiones atmosféricas. No produce fluentes líquidos. Evita el uso de combustibles fósiles. A pesar de esto, las grandes centrales termosolares pueden generar un gran impacto sobre el paisaje y necesitan grandes superficies para colocar los espejos direccionales.

Cabe mencionar también que una vez han terminado su vida útil, las placas fotovoltaicas dejan residuos que deben ser tratados específicamente. CENTRAL EOLICA Definición: En las centrales eólicas o parques eólicos se aprovechan la energía cinética del viento para mover las palas de un rotor situado en lo alto de una torre, el aerogenerador. Objetivos: Elaboración del curses en el tema energías renovables, especialmente en el tema energía eólica para el nivel undergraduate y postgraduate. Y conseguir a través de energías inagotables como es el viento, conseguir electricidad. Funcionamiento: Las aspas van conectadas a un sistema multiplicador de la velocidad cuya salida esta fijada al eje del rotor. Habitualmente, se usan ruedas de friccion para aumentar la velocidads de giro de la entrada respecto al goro de salida. Ventajas(·) e inconvenientes(1):  Es un tipo de energía renovable ya que tiene su origen en procesos atmosféricos debidos a la energía que llega a la Tierra procedente del Sol.  Es una energía limpia ya que no produce emisiones atmosféricas ni residuos contaminantes.  Puede instalarse en espacios no aptos para otros fines, por ejemplo en zonas desérticas, próximas a la costa, en laderas áridas y muy empinadas para ser cultivables.  Crea un elevado número de puestos de trabajo en las plantas de ensamblaje y las zonas de instalación. 1. Debido a la falta de seguridad en la existencia de viento, la energía eólica no puede ser utilizada como única fuente de energía eléctrica. 2. Para evacuar la electricidad producida por cada parque eólico es necesario construir unas líneas de alta tensión que sean capaces de conducir el máximo de electricidad que sea capaz de producir la instalación.

3. Es necesario suplir las bajadas de tensión eólicas "instantáneamente", pues sino se hace así se producirían, y de hecho se producen apagones generalizados por bajada de tensión. Este problema podría solucionarse mediante dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica. Pero la energía eléctrica producida no es almacenable: es instantáneamente consumida o perdida. Impacto ambiental: Las instalaciones eólicas no son inocuas para el medio ambiente, en particular para el medio natural y el paisaje. En función del emplazamiento y de las características del proyecto, una instalación eólica puede generar significativos impactos ecológicos y también puede ocurrir lo mismo si hay una excesiva concentración de parques en un área ambientalmente sensible. Concentra numerosas afecciones en razón de las obras, movimiento de maquinaria, desmonte, aperturas de viales y pasos, etc., acciones de las que derivan efectos como destrucción de la cubierta vegetal, activación de procesos erosivos, compactación del terreno, emisión de gases, molestias a la fauna.

FENÓMENO GOLPE DE ARIETE El fenómeno del golpe de ariete, también denominado transitorio, consiste en la alternancia de depresiones y sobrepresiones debido al movimiento oscilatorio del agua en el interior de la tubería, es decir, básicamente es una variación de presión, y se puede producir tanto en impulsiones como en abastecimientos por gravedad. El valor de la sobrepresión debe tenerse en cuenta a la hora de dimensionar las tuberías, mientras que, en general, el peligro de rotura debido a la depresión no es importante, más aún si los diámetros son pequeños. No obstante, si el valor de la depresión iguala a la tensión de vapor del líquido se producirá cavitación, y al llegar la fase de sobrepresión estas cavidades de vapor se destruirán bruscamente, pudiendo darse el caso, no muy frecuente, de que el valor de la sobrepresión producida rebase a la de cálculo, con el consiguiente riesgo de rotura. Los principales elementos protectores en este caso serían las ventosas y los calderines, como estudiaremos posteriormente. Por lo tanto, el correcto estudio del golpe de ariete es fundamental en el dimensionamiento de las tuberías, ya que un cálculo erróneo puede conducir a: 1. Un sobredimensionamiento de las conducciones, con lo que la instalación se encarece de forma innecesaria.

Cálculo de la sobrepresión producida por el golpe de ariete. Fórmulas de Michaud y Allievi. Una vez conocido el valor del tiempo T y determinado el caso en el que nos encontramos (cierre lento o cierre rápido), el cálculo del golpe de ariete se realizará de la forma siguiente: a) Cierre lento. A finales del siglo XIX, Michaud propuso la primera fórmula para valorar el golpe de ariete: Representando gráficamente las ecuaciones de Allievi y de Michaud, se observa que, si la conducción es lo suficientemente larga, las dos rectas se cortan en un punto, denominado punto crítico. La longitud del tramo de tubería regido por la ecuación de Michaud se conoce como longitud crítica (Lc), y su valor se obtiene, lógicamente, igualando las fórmulas de Michaud y Allievi. Excepto en el caso de ser la pendiente hidráulica mayor del 50%, en que se recomienda considerar la sobrepresión de Allievi en toda la conducción, el valor así calculado lo soportará el tramo de tubería de longitud Lm, siendo Lm=L-Lc.