MICRO HIDRAULICA |
Ya durante muchos años se ha venido desarrollando la energía hidráulica como fuente principal de potencia para permitir el funcionamiento de muchas ciudades en el mundo. Sin embargo las instalaciones para producción de energía hidroeléctrica constituyen instalaciones de gran envergadura cuyos costos de instalación y requerimientos hídricos limitan en muchos casos su implementación. Es por ello que se plantean las modalidades de energía "minihidráulica" y "microhidráulica", las cuales no son más que una manera de producir energía eléctrica con equipos e instalaciones de una envergadura mucho menor que las centrales hidráulicas convencionales, obviamente con una capacidad mucho más limitada de producción eléctrica. Las instalaciones conocidas como "minihidráulicas" Permiten obtener potencia por el orden de los Megavatios, cantidades suficientes para abastecer pequeñas poblaciones, pero al hablar de "microhidráulica" se abarcan pequeños dispositivos que al introducirlos en el cauce del los ríos, o que con pequeñas modificaciones del cauce de los mismos permiten obtener algunos cientos de vatios, quizás algunos miles de vatios que permitan suministrar energía para el consumo de un hogar. El aprovechamiento de la energía cinética y potencial que existe en las corrientes de los ríos data de la época de los griegos, quienes empleaban la rueda hidráulica para bombear agua, llamada noria, que inventó Filón de Bizancio en el siglo III a.C. Sin embargo, la descripción detallada de la rueda hidráulica, así como sus aplicaciones se debe al ingeniero y arquitecto romano Marco Vitrubio Polión . Tanto la rueda hidráulica vertical como la horizontal se usaron en la Edad Media y el Renacimiento, no sólo en la agricultura, sino en las minas, en la industria textil y maderera y en el transporte. Entre 1835 y 1837 se instaló la primera turbina hidráulica, construida por el ingeniero Bénoit Fourneyron. La palabra turbina la inventó el ingeniero francés Claude Burdin. En el año de 1881 se construyó en Godalming, Inglaterra, la primera planta hidroeléctrica y la producción de energía eléctrica a gran escala empezó en 1895, cuando se construyó la presa de 3.75 MW (megawatts) en las cataratas del Niágara Actualmente la fuerza hidráulica se utiliza sobre todo para la producción de energía eléctrica. Desde hace casi un siglo y medio las presas y las centrales hidroeléctricas son parte del paisaje de nuestras montañas, contribuyendo a consolidar en nuestra mente la idea de que el hidroeléctrico es un recurso energético limpio, disponible y renovable. Pero las instalaciones de grandes dimensiones con embalses para millones de metros cúbicos de agua, aunque utilicen una fuente de energía renovable, tienen también un efecto negativo sobre el medio ambiente. Pueden provocar trastornos en los ecosistemas preexistentes, modificando los flujos de los cursos de agua, dejando secos los ríos en largos tramos y por muchos meses al año, con graves daños para el patrimonio. Pueden modificar las capas acuíferas, empeorar la calidad de las aguas por el menor poder de dilución de los contaminantes y, a veces, pueden llegar a causar catástrofes geológicas. Las consideraciones medio ambientales sobre las grandes instalaciones hidroeléctricas cambian radicalmente para las instalaciones hidroeléctricas de tamaño pequeño ( micro-hidro ) , por debajo de los 100 Kw. de potencia. Los beneficios medioambientales derivados de las instalaciones micro-hidráulicas son considerables: pueden proporcionar energía eléctrica a zonas que de otra manera estarían aisladas o alcanzables solo con obras de mayor impacto medioambiental; permiten realizar una política de distribución sobre el territorio de la producción de energía eléctrica; utilizan el recurso agua de manera equilibrada y controlada por las comunidades interesadas; ayudan a reducir la dependencia energética de los combustibles fósiles y además no producen emisiones de gas con efecto invernadero, ni otras sustancias contaminantes. Las instalaciones hidroeléctricas de pequeño tamaño representan por lo tanto una importante fuente energética renovable y pueden contribuir activamente al desarrollo sostenible del territorio en el que se implantan.
TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGIA CINÉTICA Y POTENCIAL DEL AGUA EN ENERGÍA ELÉCTRICALa energía que desarrolla el agua en el momento del salto entre su nivel superior al inferior, la aprovechan las turbinas hidráulicas, activadas por la masa de agua que pasa en su interior, y que transforman la energía potencial del agua en energía mecánica. La potencia mecánica de la turbina normalmente se utiliza para producir energía eléctrica, conectando el eje de la turbina con un generador de electricidad (alternador), que transforma la energía mecánica en energía eléctrica.
En una central hidroeléctrica el agua se canaliza a la cámara de carga colocada en el nivel superior: desde este punto, a través de conductos forzados, el agua se canaliza a la turbina que se encuentra más abajo. La energía del agua, pasando a través de la turbina, determina la rotación del rotor de la turbina misma. El eje del rotor que gira está conectado al alternador que produce la energía eléctrica. La potencia eléctrica que se puede obtener de una central hidroeléctrica depende de la cantidad de agua canalizada en la turbina, de la altitud del salto, y además del rendimiento eléctrico del generador. El agua que sale de la turbina es devuelta a su curso original a un nivel más bajo respecto al que fue recogida.
Las instalaciones hidroeléctricas de pequeño tamaño.Antes de comenzar este sección se debe mencionar que se establecen tres tipos de centrales hidroeléctricas: La de mayor tamaño llamada simplemente Hidráulica las cuales producen mas de 5 MW de potencia; las de pequeño tamaño llamadas Mini Hidráulicas cuya generación eléctrica se encuentra entre los 100KW y los 5 MW, y aquellas de menor tamaño y por lo tanto potencia llamadas Micro Hidráulicas las cuales generan menos de 100 KW. Las instalaciones micro hidráulicas son más versátiles y no tienen efectos negativos sobre el medioambiente. Son numerosos los lugares aptos para el desarrollo de la energía hidráulica, teniendo también en cuenta que la tipología de los posibles usuarios es muy variada: entes locales, parques naturales, usuarios aislados, núcleos familiares, aldeas, empresas agrícolas y establecimientos de turismo rural, artesanos, empresas industriales, etc. Aunque sea difícil cuantificar el potencial micro hidráulico disponible (harían falta estudios muy detallados del territorio), se presume que debido a la hidrología y relieve de nuestra región, puedan instalarse centrales hidroeléctricas de pequeño tamaño. De todos modos la ventaja de las micro centrales hidroeléctricas distribuidas sobre el territorio no es tanto la aportación energética que puede darse a la necesidad eléctrica nacional, si no mas bien la utilización del recurso hídrico a nivel local. El hidroeléctrico en pequeña escala bien proporcionado y ubicado, resulta económicamente competitivo respecto a las otras fuentes energéticas renovables y, considerando los costes globales reales, también respecto a las fuentes energéticas tradicionales. Las instalaciones micro hidráulicas representan por lo tanto una forma de energía valiosa, porque con un impacto medioambiental muy bajo utilizan una fuente energética renovable, que de otra manera se perdería.
conjunto turbina-generador micro-hidro-eléctrico. Fuente www.microhydropower.com LAS VENTAJAS DE LAS MICRO-INSTALACIONES HIDROELÉCTRICAS
LAS MÁQUINAS MICRO HIDRÁULICASSegún la terminología utilizada en el ámbito internacional, se llaman micro centrales (micro-hidro) las centrales eléctricas de potencia inferior a 100 Kw., que normalmente utilizan caudales y saltos reducidos. Algunos tipos de turbinas adecuadas para las centrales micro hidráulicas Micro turbina Pelton o de flujo cruzado Muy parecida a las turbinas utilizadas en centrales más grandes, la Pelton puede ser de eje horizontal o vertical y, por el número de giros relativamente bajo, es adecuada para instalaciones con saltos de agua de unos centenares de metros. De fácil y sólida construcción, ocupa poco espacio y tiene un rendimiento óptimo, funciona a la presión atmosférica y no genera problemas de estanqueidad. Tiene palas de doble cuchara, con un numero de chorros hasta 6. Generalmente todas las principales partes mecánicas están hechas de acero inoxidable. Las turbinas Pelton son las más utilizadas en las micro centrales, porque son las más adecuadas para aprovechar el potencial de caudales reducidos.
esquema de una turbina pelton Micro turbina Turgo Es una turbina con una acción parecida a la Pelton y es apta para saltos de 30 a 300 m . Los constructores la aconsejan para enclaves con importantes variaciones de flujo de agua y aguas turbias.
esquema de una turbina turgo Micro turbina de flujo radial o cruzado Es una maquina utilizada exclusivamente para centrales de potencia pequeña; es apta para saltos de unos pocos metros hasta 100, y para caudales de 20 a 1000 litros / segundo. Se trata de una maquina de entrada radial del agua, caracterizada por una doble acción del fluido sobre las palas. La transmisión del movimiento al generador se debe a una correa dentada. Generalmente los componentes metálicos están hechos de acero inoxidable. El rendimiento de las turbinas de flujo cruzado es menor que el de las turbinas Pelton, pero tienen una mayor facilidad constructiva y una mejor adaptabilidad a los pequeños saltos.
Esquema de una turbina de flujo cruzado Mini turbina Francis La mini turbina Francis es una turbina de reacción valida para centrales de tamaño medio, con potencia aproximada de 100 Kw. El concepto constructivo es muy parecido a él de las turbinas para centrales más grandes. La ventaja de esta maquina consiste en el aprovechamiento de todo el salto disponible, hasta el canal de desagüe. La construcción compleja, la alta velocidad de rotación que provoca fricción y desgaste, y algunos problemas de estanqueidad, hacen problemática la instalación de estas turbinas en las centrales pequeñas.
Esquema de una turbina francis APLICACIONES DE INSTALACIONES MICRO HIDRÁULICASLos sistemas micro hidráulicos encuentran su aplicación allá donde haya un suministro de energía que satisfacer y esté disponible un curso de agua, aunque limitado, con un salto incluso de pocos metros. En estas circunstancias las centrales micro hidráulicas tienen un impacto reducido y no modifican el curso de agua. La mayor difusión de las centrales de tamaño muy pequeño se encuentra en áreas montañosas no servidas por la red nacional. En estas zonas se pueden realizar micro centrales en cursos de agua de régimen torrencial o permanente para el suministro de pequeñas comunidades locales, fincas, granjas, etc., en fin, de sitios aislados. Cuando hacen falta solo algunos Kw. para alimentar una nevera, una radio o la iluminación de un refugio o de una vivienda, se puede insertar directamente en el cauce de un pequeño curso de agua una turbina y un alternador, con el cable de la energía eléctrica que llega directamente a la vivienda.
Sistema turbina-alternador para sumergir directamente en el cauce del rio. Otro sector de aplicación cada vez más desarrollado es el llamado recuperación energética. En los sistemas hídricos que, para regular y controlar el caudal, dispersan en salida una parte del agua, es posible instalar una turbina para recuperar energía. Los sistemas hídricos en los que existe esta posibilidad son, por ejemplo:
Pero en realidad la realización de una micro instalación en sistemas hídricos de este tipo es conveniente desde el punto de vista económico si los conductos ya existen y cuando los saltos y los caudales son significativos.
QUÉ HACER PARA INSTALAR UN SISTEMA MICRO HIDRÁULICOEn este trabajo, cuando hablamos de un sistema microhidraulico, nos referimos a centrales con producción energética muy pequeña y que por lo tanto la energía se utilizara para fines puntuales en una localidad o vivienda, es decir, no para aportar energía a la red eléctrica. Aunque consideremos que quien desea instalar una microcentral está movido más por razones de tipo medio ambiental o de ahorro energético que por intereses comerciales, es conveniente determinar la viabilidad del proyecto siguiendo los siguientes pasos:
Decidida la realización de una micro instalación hidroeléctrica es conveniente contactar con los fabricantes de las turbinas y generadores (aconsejable más de uno). A través de su experiencia y mediante la comparación directa entre las posibles soluciones relativas al lugar especifico, se podrán realizar las elecciones técnicas más oportunas. A menudo los constructores de turbinas pueden también ofrecer un asesoramiento en la fase de diseño de las obras hidráulicas o de infraestructuras. Según las características estimadas del salto y del caudal, es posible identificar la tipología de turbina y el tamaño más adecuado, teniendo en cuenta que la turbina misma tiene que dimensionarse en base no solo al caudal medio del año sino también en base al caudal de pico de los periodos con mayor disponibilidad de agua. Considerada la simplicidad constructiva de una microinstalación, el mantenimiento y la gestión resultan mucho menos complicadas que las de instalaciones más grandes. No es necesaria la presencia permanente de un operario, sino que se hará un simple control de vez en cuando para verificar el correcto funcionamiento de las instalaciones hidráulicas (de toma y de filtración) y de las electromecánicas (turbina-alternador).
|
