Cómo Funcionan Las Plantas Hidroeléctricas

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Las plantas hidroeléctricas producen aproximadamente el 24 por ciento de la electricidad del mundo y suministran energía a más de 1.000 millones de personas. Descubre cómo funcionan las centrales hidroeléctricas.

En todo el mundo, las centrales hidroeléctricas producen aproximadamente el 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, el equivalente en energía de 3.6 mil millones de barriles de petróleo, según el Laboratorio Nacional de Energía Renovable. Hay más de 2,000 plantas hidroeléctricas que operan 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 la caída de agua crea energía y aprenderá sobre el ciclo hidrológico que crea el flujo de agua esencial para la energía hidroeléctrica. También podrá vislumbrar una aplicación única de energía hidroeléctrica que puede afectar su vida diaria.

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El poder del agua

Cómo funcionan las plantas hidroeléctricas: agua

Al ver pasar un río, es difícil imaginar la fuerza que lleva. Si alguna vez has practicado rafting en aguas rápidas, entonces has sentido una pequeña parte del poder del río. Los rápidos de aguas blancas se crean como un río, que lleva una gran cantidad de agua cuesta abajo, cuellos de botella a través de un estrecho pasaje. 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 mecánicos simples para convertir esa energía en electricidad. Centrales hidroeléctricas en realidad se basan en un concepto bastante simple: el agua que fluye a través de una presa hace girar una turbina, lo que hace girar un generador.

Aquí están los componentes básicos de una central hidroeléctrica convencional:

Cómo funcionan las plantas hidroeléctricas: plantas

El eje que conecta la turbina y el generador.
  • Presa - La mayoría de las centrales hidroeléctricas dependen de una represa que retiene el agua, creando una gran depósito. A menudo, este embalse se usa como un lago recreativo, como el Lago Roosevelt en la presa Grand Coulee en el estado de Washington.
  • Consumo - Las puertas de la presa se abren y la gravedad tira del agua a través de la compuerta, 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 él por medio de un eje. El tipo más común de turbina para plantas hidroeléctricas es la turbina Francis, que parece un gran disco con aspas curvas. 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 las palas de la turbina giran, también lo hacen una serie de imanes dentro del generador. Los imanes gigantes giran más allá de las bobinas de cobre, produciendo corriente alterna (AC) moviendo electrones. (Aprenderá más sobre cómo funciona el generador más adelante).
  • Transformador - El transformador dentro del central eléctrica toma la CA y la convierte en corriente de mayor voltaje.
  • Líneas eléctricas - De cada central eléctrica salen cuatro cables: las tres fases de la energía se producen simultáneamente más un neutro o tierra común a los tres. (Lea cómo funcionan las redes de distribución de energía para obtener más información sobre la transmisión de líneas eléctricas).
  • Salida - El agua usada se transporta a través de tuberías, llamadas. razas, y vuelve a entrar en el río aguas abajo.

Se considera el agua en el embalse. energía almacenada. Cuando las puertas se abren, el agua que fluye a través de la compuerta se convierte en energía cinética porque esta en movimiento La cantidad de electricidad que se genera está determinada por varios factores. Dos de esos factores son el volumen de flujo de agua y la cantidad de cabeza hidráulica. La cabeza se refiere a la distancia entre la superficie del agua y las turbinas. A medida que la cabeza y el flujo aumentan, también lo hace la electricidad generada. La cabeza suele depender de la cantidad de agua en el depósito.

Principios Simples

El uso de la energía hidroeléctrica alcanzó su punto máximo a mediados del siglo XX, pero la idea de utilizar el agua para generar energía se remonta a miles de años. Una central hidroeléctrica es básicamente una sobredimensionada. rueda de agua. Hace más de 2.000 años, se dice que los griegos usaron una rueda hidráulica para moler el trigo y hacer harina. Estas ruedas de agua antiguas son como las turbinas de hoy, girando cuando una corriente de agua golpea las aspas. Los engranajes de la rueda molieron el trigo para hacer harina.

Plantas de almacenamiento por bombeo

Los generadores gigantes en la Presa Hoover producen más de 2,000 megavatios.

Los generadores gigantes en la presa Hoover producen Más de 2.000 megavatios.

Hay otro tipo de central hidroeléctrica, llamada planta de almacenamiento por bombeo. En una planta de energía hidroeléctrica convencional, el agua del reservorio fluye a través de la planta, sale y es llevada corriente abajo. Una planta de almacenamiento por bombeo tiene dos depósitos:

  • Reservorio superior - Al igual que una central hidroeléctrica convencional, una presa crea un reservorio. El agua en este reservorio fluye a través de la central hidroeléctrica para generar electricidad.
  • Reservorio inferior - El agua que sale de la central hidroeléctrica fluye hacia un reservorio más bajo en lugar de reingresar al río y fluir río abajo.

Usando un turbina reversible, la planta puede bombear agua de regreso al reservorio superior. Esto se hace fuera de las horas pico. Esencialmente, el segundo depósito rellena el depósito superior. Al bombear el agua de regreso al depósito superior, la planta tiene más agua para generar electricidad durante los períodos de mayor consumo.

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 rotar una serie de imanes dentro de las bobinas de alambre. Este proceso mueve los 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 la turbina gira, la excitador Envía una corriente eléctrica al rotor. los rotor es una serie de grandes electroimanes que giran dentro de una bobina de alambre de cobre estrechamente 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 al transformador, donde la corriente aumenta hasta 230,000 amperios antes de ser transmitida.

Ciclo hidrológico

El ciclo hidrologico

El ciclo hidrologico

Las plantas hidroeléctricas aprovechan un proceso continuo que ocurre naturalmente: el proceso que causa la lluvia y los ríos. Todos los días, nuestro planeta pierde una pequeña cantidad de agua a través de la atmósfera a medida que los rayos ultravioleta rompen las moléculas de agua. Pero al mismo tiempo, se emite agua nueva desde la parte 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 en el 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 corriente de aire son creados por el sol que brilla más en el ecuador que en otras áreas del planeta.

Los ciclos de corriente de aire conducen 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 vapor en el aire. El sol calienta el aire, haciendo que el aire se levante en la atmósfera. El aire es más frío, mientras que el vapor de agua se eleva, se enfría, condensación en gotitas. Cuando se acumulan suficientes gotas en un área, las gotas pueden llegar a ser lo suficientemente pesadas como para volver a caer a la Tierra cuando precipitación.

El ciclo hidrológico es importante para las centrales hidroeléctricas porque dependen del flujo de agua. Si hay escasez de lluvia cerca de la planta, el agua no se acumulará río arriba. Sin agua que se acumula corriente arriba, fluye menos agua a través de la central hidroeléctrica y se genera menos electricidad.

¿Sabías?

Fuentes: Oficina de Recuperación de los Estados Unidos y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable.

  • La central hidroeléctrica más grande del mundo es la Itaipu Central eléctrica, propiedad conjunta de Brasil y Paraguay. Itaipu puede producir 12.600 megavatios.
  • La segunda central hidroeléctrica más grande es la Guri Planta de energía, ubicada en el río Caroní en Venezuela. Puede producir 10.300 megavatios.
  • La central hidroeléctrica más grande de EE. UU. Es la Grand Coulee Central eléctrica en el río Columbia en el estado de Washington. Puede producir 7,600 megavatios y actualmente se está actualizando para producir 10,080 megavatios. (NREL)

Calzado Hidroeléctrico

Imagen de la patente No. 6,239,501: Calzado con conjunto de generador hidroeléctrico

Imagen de la patente No. 6,239,501: Calzado con conjunto de generador hidroeléctrico

La idea básica de la energía hidroeléctrica es utilizar la energía de un líquido en movimiento para hacer girar una pala de turbina. Normalmente, se debe construir una gran presa en medio de un río para realizar esta función. Un nuevo invento está aprovechando la idea de la energía hidroeléctrica en una escala mucho más pequeña para proporcionar electricidad para dispositivos electrónicos portátiles.

Inventor Robert Komarechka de Ontario, Canadá, se le ha ocurrido la idea de colocar pequeños generadores de energía hidroeléctrica en las suelas de los zapatos. Él cree que estas micro-turbinas generarán suficiente electricidad para alimentar a casi cualquier dispositivo. En mayo de 2001, Komarechka recibió una patente por su exclusivo dispositivo de pie.

Hay un principio muy básico de cómo caminamos: el pie cae de talón a los pies en cada paso. A medida que su pie aterriza en el suelo, la fuerza desciende a través de su talón. Cuando te preparas para el siguiente paso, mueves el pie hacia adelante, de modo que la fuerza se transfiere a la bola de tu pie. Komarechka aparentemente notó este principio básico de caminar y ha desarrollado una idea para aprovechar el poder de esta actividad diaria.

El "calzado con conjunto de generador hidroeléctrico" de Komarechka consta de cinco partes, como se describe en su patente:

  • Fluido - El sistema utilizará un fluido eléctricamente conductor.
  • Sacos para contener el fluido. - Se coloca un saco en el talón y otro en la sección del dedo del pie del zapato.
  • Conductos - Los conductos conectan cada saco a un microgenerador.
  • Turbina - A medida que el agua se mueve hacia adelante y hacia atrás en la suela, mueve las cuchillas de una turbina pequeña.
  • Microgenerador - El generador está ubicado entre los dos sacos llenos de líquido, e incluye una rotor de paletas, que acciona un eje y hace girar el generador.

Mientras una persona camina, la compresión del fluido en el saco ubicado en el talón del zapato forzará el fluido a través del conducto y al módulo generador hidroeléctrico. A medida que el usuario sigue caminando, el talón se levantará y se ejercerá presión hacia abajo en el saco debajo de la bola del pie de la persona. El movimiento del fluido rotará el rotor y el eje para producir electricidad.

Se proporcionará una toma exterior para conectar los cables a un dispositivo portátil. También se puede proporcionar una unidad de salida de control de potencia para usar en el cinturón del usuario.Los dispositivos electrónicos se pueden conectar a esta unidad de salida de control de potencia, que proporcionará un suministro constante de electricidad.

"Con el aumento en la cantidad de dispositivos portátiles que funcionan con baterías", dice la patente, "existe una creciente necesidad de proporcionar una fuente eléctrica eficiente, adaptable y duradera". Komarechka espera que su dispositivo se use para alimentar computadoras portátiles, teléfonos celulares, reproductores de CD, receptores GPS y radios de dos vías.

Para obtener más información sobre las centrales hidroeléctricas y temas relacionados, consulte los enlaces en la página siguiente.


Suplemento De Vídeo: ¿Cómo funciona una central hidroeléctrica?.




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