Centrales Hidroeléctricas: Tipos de Salto y Funcionamiento de las Centrales de Bombeo

Tipos de Salto en una Central Hidroeléctrica: Definiciones y Cálculo de la Energía Producida

En una central hidroeléctrica, el concepto de "salto" se refiere a la diferencia de altura que se aprovecha para generar energía. Existen diferentes tipos de salto, cada uno con un significado específico:

Salto Total

El salto total se define como el desnivel existente entre el punto de la cola del remanso (aguas arriba de la presa) y el punto de salida del canal de desagüe. Es decir, la diferencia de cotas entre el principio y el final de la zona del río influenciada por la central. Este salto varía con el caudal del río, siendo máximo durante las avenidas. Sin embargo, no es aprovechable en su totalidad debido a las pérdidas de energía.

Pérdidas de Energía

Las pérdidas de energía en el proceso de generación hidroeléctrica son las siguientes:

• f1: Pérdida debida al remanso.
• f2: Pérdida debida al espesor de la lámina vertiente sobre la presa.
• f3: Pérdida en la entrada del canal.
• f4: Pérdidas en el canal de derivación.
• f5: Pérdidas en la tubería forzada.
• f6: Pérdidas en la turbina.
• f7: Pérdidas en el canal de desagüe.

Salto Bruto

El salto bruto es el desnivel entre el nivel superior del depósito de carga y el comienzo del canal de desagüe. Representa la energía disponible en el punto en que el agua entra en la tubería forzada. Se calcula como:

B = T - (f1 + f2 + f3 + f4 + f7)

Donde:

• B: Salto bruto.
• T: Salto total.

Salto Neto

El salto neto representa la energía puesta a disposición de la turbina. Su valor es:

N = B - f5

Donde:

• N: Salto neto.

Salto Efectivo

El salto efectivo es el convertido en energía mecánica por la turbina:

E = N - f6

Donde:

• E: Salto efectivo.

Otras Pérdidas y Potencia Producida

Además de las pérdidas mencionadas, existen otras pérdidas hasta que la energía eléctrica llega a los puntos de consumo:

• f8: Pérdidas orgánicas en la turbina.
• f9: Pérdidas en los generadores.
• f10: Pérdidas en los transformadores elevadores.
• f11: Pérdidas en la línea de transporte de alta tensión.
• f12: Pérdidas en los transformadores reductores.
• f13: Pérdidas en la línea de transporte de baja tensión.
• Pérdidas en la máquina que emplea la energía eléctrica.

La potencia producida por una central hidroeléctrica se expresa mediante la fórmula:

P = ηgQH

Donde:

• P: Potencia (en vatios, W).
• η: Rendimiento.
• g: Aceleración de la gravedad (9.81 m/s²).
• Q: Caudal (en m³/s).
• H: Altura (salto) utilizada (en metros). Si se usa el salto efectivo (E), se obtiene la energía mecánica en las turbinas; si se usa el salto neto (N), se calcula la potencia neta.

Centrales de Acumulación por Bombeo: Almacenamiento de Energía Hidroeléctrica

Una central hidroeléctrica de bombeo es un tipo especial de central que cuenta con dos embalses a diferente altura. Durante las horas de baja demanda eléctrica, el agua del embalse inferior se bombea al embalse superior. En las horas de alta demanda, el agua se libera desde el embalse superior para generar electricidad, funcionando como una central hidroeléctrica convencional.

Funcionamiento y Ventajas

Estas centrales permiten almacenar energía eléctrica en forma de energía potencial gravitatoria del agua. Constituyen una de las formas más económicas de almacenamiento de energía a gran escala. Su funcionamiento se basa en los siguientes principios:

1. Generación (horas de alta demanda): El agua fluye desde el embalse superior, pasando por una tubería forzada, hasta la turbina en la central eléctrica. La energía cinética del agua se convierte en energía mecánica rotatoria en la turbina, y esta, a su vez, en energía eléctrica en el generador. El agua se descarga en el embalse inferior.
2. Bombeo (horas de baja demanda): Se utiliza electricidad de la red (generalmente más barata durante la noche) para accionar bombas (a menudo, las mismas turbinas operando en modo inverso) que elevan el agua desde el embalse inferior hasta el embalse superior.

Para la regulación de las presiones, a veces se utiliza una chimenea de equilibrio.

Componentes y Configuraciones

Los componentes principales de una central de bombeo son:

• Embalse superior.
• Embalse inferior.
• Galería de conducción.
• Tubería forzada.
• Central eléctrica (con turbinas/bombas y generadores/motores).
• Canal de desagüe.
• Transformadores.
• Líneas de transporte de alta tensión.

Las posibles configuraciones de los dispositivos hidráulicos son:

• Turbina con generador y bomba con motor separado.
• Turbina y bomba con un motogenerador común.
• Turbobomba reversible (en el caso de turbinas de reacción).