¿Cómo funcionan las presas hidroeléctricas? Ventajas de la energía hidroeléctrica
Las represas hidroeléctricas crean vastos almacenes de energía potencial hidroestática, mueven grandes cantidades de agua a través de turbinas y hacen girar generadores que producen electricidad. La represa hidroeléctrica más grande del mundo―la Represa de las Tres Gargantas en el río Yangtsé de China―puede generar hasta 22,500 MW de electricidad. Eso significa que la represa puede producir suficiente electricidad para abastecer a más de 18 millones de hogares (basado en tasas promedio de consumo energético en los Estados Unidos). Las plantas de energía hidroeléctrica generan cerca del 6.7% de la electricidad mundial.
¿Cómo generan electricidad las presas hidroeléctricas?
¿Cómo funcionan estas enormes presas hidroeléctricas? Exploremos los componentes fundamentales de una presa hidroeléctrica y el proceso de generación de energía sostenible y productiva.
Paso 1: Aprovechando la energía potencial
Un río caudaloso libera energía potencial en forma de energía cinética y sonido―la gravedad hace que el agua fluya por un camino específico. Las presas detienen esta liberación de energía cinética y almacenan efectivamente la energía potencial de un río en un embalse similar a un lago. Las presas hidroeléctricas funcionan mediante la "reserva" del agua y la energía potencial de un río. El salto hidráulico, creado por la profundidad del agua y la velocidad del agua al viajar a través de la tubería de presión de la presa, permite que la turbina en la planta hidroeléctrica gire.
Paso 2: Haciendo girar la turbina hidroeléctrica
Los ventiladores mecánicos varían en forma y tamaño. En términos generales, cuanto más grande es el ventilador, más difícil es moverlo. Los ventiladores grandes también requieren mayores voltajes y motores más grandes para girar. Las turbinas grandes, como las turbinas Francis en Three Gorges y muchas otras presas hidroeléctricas, también requieren más energía para acelerar su movimiento.
La turbina Francis depende del salto hidráulico para girar. La presión hidrostática creada por la energía potencial de la presa genera este salto hidráulico, que aumenta a medida que crece la velocidad del fluido. En resumen, una presa más alta produce un mayor salto hidráulico y puede girar turbinas más grandes. A medida que la turbina gira, el salto hidráulico se convierte en energía cinética. Esta conversión elimina efectivamente la velocidad y la presión hidrostática del agua, permitiendo que fluya lentamente desde la base de la presa.
Paso 3: El generador de la turbina hidroeléctrica
El movimiento rotacional de la turbina genera energía eléctrica. Las turbinas están acopladas a generadores eléctricos, ya sea directamente o mediante una caja de engranajes o transmisión que hace girar el eje y el inducido del generador. El conjunto de conmutadores y escobillas captura el flujo de electricidad, que es generado por el inducido giratorio del generador en relación con su estator.
Los generadores masivos, como los que operan en las presas hidroeléctricas, generan una gran cantidad de reluctancia―resistencia al giro mecánico―que solo puede superarse mediante grandes fuerzas de torque como resultado de la turbina giratoria. Usando un sistema de transmisión como el de un automóvil, el movimiento rotacional de la turbina se convierte en relaciones variables de torque y velocidad.
Paso 4: Capturando y transmitiendo la energía hidroeléctrica
La electricidad generada se transforma rápidamente en voltajes a nivel de red, que la compañía de energía local luego transmite a través de líneas eléctricas. Los transformadores elevadores en las presas hidroeléctricas crean voltajes a escala de red a partir de voltajes de salida del generador relativamente bajos. Los voltajes más altos que salen de una planta hidroeléctrica son ideales para la transmisión de energía a largas distancias, dado que la corriente eléctrica baja los hace más eficientes. Por ejemplo, la presa Glen Canyon en Paige, Arizona, proporciona electricidad a hogares a casi 900 millas de distancia en el norte de Nebraska, probablemente utilizando transmisión de 500 kV como parte del recorrido de la electricidad.
Avances en energía renovable hidroeléctrica
Las centrales hidroeléctricas son la mayor fuente de energía renovable en el mundo. A medida que se crean nuevas presas hidroeléctricas y plantas de energía mareomotriz y mejoran las eficiencias de los sistemas, el impacto de la energía hidroeléctrica crece. La modelización de dinámica de fluidos también está mejorando, y las tolerancias de fabricación se están reduciendo, acercando la eficiencia de las turbinas al 100%. Los avances en la fabricación de engranajes, las ciencias de materiales lubricantes y las tolerancias de fabricación continúan aumentando la eficiencia, al igual que imanes más fuertes, conductores más eficientes y sistemas de control mejorados. Siempre que haya agua corriente y altura disponible, la energía hidroeléctrica será una opción valiosa para la energía sostenible.
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