En todo el mundo, las centrales hidroeléctricas producen alrededor del 24 por ciento de la electricidad del mundo y suministran energía a más de mil millones de personas.Las centrales hidroeléctricas del mundo producen un total combinado de 675.000 megavatios, la energía equivalente a 3.600 millones de barriles de petróleo, según el Laboratorio Nacional de Energía Renovable.Hay más de 2000 plantas hidroeléctricas en funcionamiento en los Estados Unidos, lo que convierte a la energía hidroeléctrica en la fuente de energía renovable más grande del país.
En este artículo, veremos cómo el agua que cae crea energía y aprenderemos sobre el ciclo hidrológico que crea el flujo de agua esencial para la energía hidroeléctrica.También podrá echar un vistazo a una aplicación única de la energía hidroeléctrica que puede afectar su vida diaria.
Al ver pasar un río, es difícil imaginar la fuerza que lleva.Si alguna vez ha hecho rafting en aguas bravas, entonces ha sentido una pequeña parte del poder del río.Los rápidos de aguas bravas se crean como un río, que lleva una gran cantidad de agua cuesta abajo, cuellos de botella a través de un pasaje estrecho.A medida que el río es forzado a través de esta abertura, su flujo se acelera.Las inundaciones son otro ejemplo de cuánta fuerza puede tener un tremendo volumen de agua.
Las centrales hidroeléctricas aprovechan la energía del agua y utilizan mecanismos simples para convertir esa energía en electricidad.Las centrales hidroeléctricas en realidad se basan en un concepto bastante simple: el agua que fluye a través de una presa hace girar una turbina, que hace girar un generador.
Estos son los componentes básicos de una central hidroeléctrica convencional:
Represa: la mayoría de las plantas hidroeléctricas dependen de una represa que retiene el agua, creando un gran embalse.A menudo, este embalse se utiliza como lago recreativo, como el lago Roosevelt en la presa Grand Coulee en el estado de Washington.
Entrada: las compuertas de la presa se abren y la gravedad empuja el agua a través de la tubería forzada, una tubería que conduce a la turbina.El agua acumula presión a medida que fluye a través de esta tubería.
Turbina: el agua golpea y hace girar las aspas grandes de una turbina, que está unida a un generador por encima de ella por medio de un eje.El tipo de turbina más común para las centrales hidroeléctricas es la turbina Francis, que parece un gran disco con álabes curvos.Una turbina puede pesar hasta 172 toneladas y girar a una velocidad de 90 revoluciones por minuto (rpm), según la Fundación para la Educación sobre el Agua y la Energía (FWEE).
Generadores: a medida que giran las palas de la turbina, también lo hacen una serie de imanes dentro del generador.Los imanes gigantes giran más allá de las bobinas de cobre, produciendo corriente alterna (CA) al mover electrones.(Aprenderá más sobre cómo funciona el generador más adelante).
Transformador: el transformador dentro de la central eléctrica toma la CA y la convierte en corriente de mayor voltaje.
Líneas eléctricas: de cada planta de energía salen cuatro cables: las tres fases de energía se producen simultáneamente más un neutro o tierra común a las tres.(Lea Cómo funcionan las redes de distribución de energía para obtener más información sobre la transmisión por línea de energía).
Flujo de salida: el agua usada se transporta a través de tuberías, llamadas desagües, y vuelve a entrar al río río abajo.
El agua en el embalse se considera energía almacenada.Cuando se abren las compuertas, el agua que fluye por la tubería forzada se convierte en energía cinética porque está en movimiento.La cantidad de electricidad que se genera está determinada por varios factores.Dos de esos factores son el volumen del flujo de agua y la cantidad de carga hidráulica.La cabeza se refiere a la distancia entre la superficie del agua y las turbinas.A medida que aumentan la cabeza y el flujo, también lo hace la electricidad generada.La cabeza generalmente depende de la cantidad de agua en el depósito.
Hay otro tipo de planta hidroeléctrica, llamada planta de almacenamiento por bombeo.En una planta hidroeléctrica convencional, el agua del embalse fluye a través de la planta, sale y se lleva corriente abajo.Una planta de almacenamiento por bombeo tiene dos depósitos:
Embalse superior: al igual que una central hidroeléctrica convencional, una presa crea un embalse.El agua de este embalse fluye a través de la central hidroeléctrica para generar electricidad.
Reservorio inferior: el agua que sale de la planta hidroeléctrica fluye hacia un reservorio inferior en lugar de volver a ingresar al río y fluir río abajo.
Usando una turbina reversible, la planta puede bombear agua de regreso al depósito superior.Esto se hace en horas valle.Esencialmente, el segundo depósito rellena el depósito superior.Al bombear agua de regreso al depósito superior, la planta tiene más agua para generar electricidad durante los períodos de consumo máximo.
El generador
El corazón de la central hidroeléctrica es el generador.La mayoría de las centrales hidroeléctricas tienen varios de estos generadores.
El generador, como habrás adivinado, genera la electricidad.El proceso básico para generar electricidad de esta manera es hacer girar una serie de imanes dentro de bobinas de alambre.Este proceso mueve electrones, lo que produce corriente eléctrica.
La Presa Hoover tiene un total de 17 generadores, cada uno de los cuales puede generar hasta 133 megavatios.La capacidad total de la central hidroeléctrica Hoover Dam es de 2.074 megavatios.Cada generador está hecho de ciertas partes básicas:
Eje
excitador
Rotor
Estator
A medida que gira la turbina, el excitador envía una corriente eléctrica al rotor.El rotor es una serie de grandes electroimanes que giran dentro de una bobina de alambre de cobre bien enrollada, llamada estator.El campo magnético entre la bobina y los imanes crea una corriente eléctrica.
En la Presa Hoover, una corriente de 16 500 amperios se mueve desde el generador hasta el transformador, donde la corriente aumenta hasta 230 000 amperios antes de ser transmitida.
Las centrales hidroeléctricas aprovechan un proceso continuo que ocurre naturalmente: el proceso que hace que llueva y los ríos crezcan.Todos los días, nuestro planeta pierde una pequeña cantidad de agua a través de la atmósfera cuando los rayos ultravioleta rompen las moléculas de agua.Pero al mismo tiempo, se emite agua nueva desde el interior de la Tierra a través de la actividad volcánica.La cantidad de agua creada y la cantidad de agua perdida es aproximadamente la misma.
En cualquier momento, el volumen total de agua del mundo se encuentra en muchas formas diferentes.Puede ser líquido, como en océanos, ríos y lluvia;sólido, como en los glaciares;o gaseoso, como en el vapor de agua invisible en el aire.El agua cambia de estado a medida que se mueve alrededor del planeta por las corrientes de viento.Las corrientes de viento son generadas por la actividad de calentamiento del sol.Los ciclos de corrientes de aire son creados por el sol que brilla más en el ecuador que en otras áreas del planeta.
Los ciclos de las corrientes de aire impulsan el suministro de agua de la Tierra a través de un ciclo propio, llamado ciclo hidrológico.A medida que el sol calienta el agua líquida, el agua se evapora en forma de vapor en el aire.El sol calienta el aire, haciendo que el aire se eleve en la atmósfera.El aire es más frío en las alturas, por lo que a medida que el vapor de agua sube, se enfría y se condensa en gotitas.Cuando se acumulan suficientes gotas en un área, las gotas pueden volverse lo suficientemente pesadas como para volver a caer a la Tierra como precipitación.
El ciclo hidrológico es importante para las plantas hidroeléctricas porque dependen del flujo de agua.Si no llueve cerca de la planta, el agua no se acumulará río arriba.Sin agua acumulada río arriba, fluye menos agua a través de la planta hidroeléctrica y se genera menos electricidad.
Hora de publicación: 07-jul-2021
