Historia de la utilización de energía hidráulica ,

1. 1
Abstract — The use of electricity marked a before and after in
the human species and in the world in general, the way or form of
producing it has occupied part of the technical and scientific
knowledge throughout the 20th century and so far in the 21st,
Ecuador represents the fifth country in the world in electrical
security from renewable energy, in several of its forms hydro,
wind, photovoltaic, biomass, in all these forms of generation
Ecuador has some experience, both at the level of public and
private administration , which means having an important
knowledge of this technology, its impact on the social, economic
and environmental aspects.
Key words — Energy, Hydraulic, Renewable, Movement.
Resumen — El uso de la electricidad marcó un antes y un después
en la especie humana y en el mundo en general, la manera o forma de
producirla ha ocupado parte de los conocimientos técnicos y
científicos en todo el siglo XX y lo que va del XXI, Ecuador
representa el quinto país del mundo en seguridad eléctrica a partir de
energía renovable, en varias de su formas hidro, eólica, fotovoltaica,
de biomasa, en todas estas formas de generación Ecuador tiene cierto
experiencia, tanto a nivel de la administración pública como privada,
lo que supone tener un importante conocimiento de esta tecnología,
su impacto en lo social, en lo económico y en el ambiente.
Palabras Claves— Energía, Hidráulica, Renovable, Movimiento.
CAPÍTULO 1. – INTRODUCCIÓN
esde la antigüedad la fuerza del agua fue aprovechada
para diversos usos, como moler grano o triturar
materiales con alto contenido en celulosa para la
producción de papel, hecho que atestiguan los numerosos
molinos de agua conservados en diferentes partes del mundo.
Pero no sería hasta los inicios de la Revolución Industrial
cuando se aprovecha la energía del agua para la producción
eléctrica. La creciente industrialización del norte de Europa
provoca una gran demanda de energía que vino a ser suplida,
en buena parte, gracias a la hidroelectricidad, ya que la
extracción de carbón todavía no era lo suficientemente fuerte
como para cubrir las necesidades industriales.
Se suele considerar que la primera central hidroeléctrica fue
la construida en Northumberland (Reino Unido), en 1880. Un
año después comenzó a utilizarse la energía procedente de las
cataratas del Niágara para alimentar el alumbrado público, y a
finales de la década ya existían más de 200 centrales tan solo
en Estados Unidos y Canadá.Esta fuente de energía tuvo un
rápido crecimiento debido al desarrollo técnico experimentado
a finales del siglo XIX y principios del XX, especialmente en
lo que se refiere a la invención del generador eléctrico y al
perfeccionamiento de las turbinas hidráulicas.
CAPÍTULO 2. – DESARROLLO
1. LA ENERGÍA HIDRÁULICA DEL III A.C. HASTA
XX.
Los griegos, ya empleaban la rueda hidráulica, también
llamada noria, en el siglo III a.c., para bombear agua. Sin
embargo, las primeras referencias detalladas de la rueda
hidráulica, así como sus aplicaciones son desde la época del
imperio romano, cuando aparece la rueda hidráulica
horizontal, también llamada “molino romano” y el molino de
rueda vertical de paletas, que generalmente es denominado
“molino tipo vitruviano”, que desarrollaron los romanos ante
la insatisfacción con la rueda horizontal de los griegos debido
a su baja eficiencia.
Este tipo de molino fue el más común por muchos siglos, no
sólo en Europa sino también en América, principalmente en el
norte del continente. Además de los griegos y los romanos, en
la antigüedad los egipcios emplearon la saqia, (rueda
hidráulica de compartimientos o cubos) para elevar agua. Se
piensa que quizá también los sumerios emplearon la rueda
hidráulica con otros fines.
Fig. 1. Utilización de la energía hidráulica para molinos de granos
HISTORIA DE LA UTILIZACIÓN DE
LA ENERGÍA HIDRÁULICA
HISTORY OF THE USE OF HYDRAULIC ENERGY
Autor 1: TORRES PALOMINO JOE R.,
Universidad Técnica “Luis Varga Torres”- Facultad de Ingenierías (FACI)
Pertenecientes al 9no Ciclo en la carrera de Ingeniería Eléctrica – Paralelo “A”
joe.torres.palomino@utelvt.edu.ec
D

2. 2
Los antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energía
del agua; utilizaban ruedas hidráulicas para moler trigo. Sin
embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de
carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII.
Durante la edad media, las grandes ruedas hidráulicas de
madera desarrollaban una potencia máxima de cincuenta
caballos. La energía hidroeléctrica debe su mayor desarrollo al
ingeniero civil británico John Smeaton, que construyó por vez
primera grandes ruedas hidráulicas de hierro colado.
La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en
Northumberland, Gran Bretaña. El renacimiento de la energía
hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico,
seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y
debido al aumento de la demanda de electricidad a principios
del siglo XX.
En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte
importante de la producción total de electricidad. La tecnología
de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante
el siglo XX. A principios de la década de los noventa, las
primeras potencias productoras de hidroelectricidad eran
Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60% de su
electricidad de centrales hidráulicas.
Fig. 2. Utilización de la rueda con fines hidráulicos en Noruega 1880
En todo el mundo, la hidroelectricidad representa
aproximadamente la cuarta parte de la producción total de
electricidad, y su importancia sigue en aumento. Los países en
los que constituye fuente de electricidad más importante son
Noruega (99%), República Democrática del Congo (97%) y
Brasil (96%). La central de Itaipú, en el río Paraná, está situada
entre Brasil y Paraguay; se inauguró en 1982 y tiene la mayor
capacidad generadora del mundo. Como referencia, la presa
Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6.500 MW y es
una de las más grandes.
En 1880 se construyó la primera instalación que
aprovechaba la fuerza del agua que caía desde una cierta altura
para accionar una turbina que a su vez hacía girar un alternador
que producía la electricidad. Era la central hidroeléctrica en
Northumberland (Gran Bretaña). Aunque para muchos, la
primera central hidroeléctrica del mundo se construyó en
Appleton, en el Estado de Wisconsin (Estados Unidos) en
1882.
Fig. 3. Central Iberduero de Saltos del Duero en España (1901)
En España las dos primeras centrales son “El Porvenir” en
el río Duero, en la provincia de Zamora (ahora Salto de San
Román, de Iberdrola) y el Molino de San Carlos en la cuenca
hidrográfica del Ebro, en Zaragoza; ambas entraron en
funcionamiento en el año 1901. Estas primeras centrales
debían emplazarse cerca de los centros de consumo, por las
dificultades para el transporte efectivo de la electricidad. Su
tamaño era reducido y sólo eran capaces de alimentar 250
lámparas incandescentes, pero constituyeron el primer paso
para poder utilizar el agua como fuente básica de energía
eléctrica para usos domésticos, comerciales e industriales.
Con la aparición de la corriente alterna a principios del siglo
XX cambia totalmente el panorama; la posibilidad de
transportar electricidad a gran distancia atrae la atención de
varios grupos de empresarios en toda España. Entre estos
destacan el formado por Juan de Urrutia y Eduardo Aznar, que
en 1901 fundan Hidroeléctrica Ibérica para aprovechar los
recursos hidráulicos, obteniendo concesiones para el
aprovechamiento de diversos saltos. Hidroeléctrica Ibérica se
fusionaría décadas más adelante con Saltos del Duero (creada
en 1918) para formar Iberduero.
2. PRINCIPIOS Y TURBINAS INDUSTRIALES
EN EL SIGO XX
A pesar de que las tecnologías de producción no han
experimentado grandes revoluciones desde principios del siglo
XX, sí se han desarrollado nuevos mecanismos para optimizar
el rendimiento, existiendo, hoy en día, diferentes tipo de
turbinas que son utilizadas de acuerdo a la altura del salto de
agua, como se muestra en el siguiente cuadro:

3. 3
TABLA 1. TURBINAS UTILIZADAS
Altura del salto Turbina
Más de 100 metros Pelton, Turgo, Francis
Entre 20 y 100 metros Francis, Crossflow
De 5 a 20 metros Crossflow, Propeller, Kaplan
Menos de 5 metros Propeller, Kaplan
Su uso no se ha limitado a la producción de electricidad para
redes públicas de distribución, sino que también se ha aplicado,
de manera exclusiva, para la industria privada, como es el caso
de las plantas transformadoras de aluminio en Escocia o
Surinam.
3. NUEVA FORMA DE UTILIZACIÓN DE LA
ENERGÍA HIDRÁULICA (EL BOOM
INDUSTRIAL – XX )
Una central hidráulica aprovecha la energía potencial de una
cantidad de agua situada en el cauce de un río para convertirla
primero en energía mecánica (movimiento de una turbina) y
posteriormente en electricidad. Una central minihidráulica
típica tiene los siguientes elementos: presa, toma de agua,
conducción, cámara de carga, tubería forzada, central, equipos
electromecánicos, descarga, subestación y línea eléctrica. Pero
no todas son iguales. Normalmente se habla de tres tipos de
centrales:
Fig. 4. Ilustración de las partes de una central hidroeléctrica
A. Centrales de agua fluyente
Captan una parte del caudal del río, lo trasladan hacia la
central y, una vez utilizado, se devuelve al río. El proceso suele
iniciarse en un azud o presa de derivación, donde se desvía el
agua por un canal hasta una cámara de carga. Desde allí parte
una tubería que lleva el agua hasta la turbina, situada en el
edificio de la central, junto con el generador eléctrico. Luego
el agua se devuelve al río a través de un canal de desagüe. Estas
centrales se caracterizan por tener un salto útil prácticamente
constante y un caudal turbinado muy variable, dependiendo de
la hidrología.
Fig. 5. Central de agua fluyente
B. Centrales de pie de presa
Se sitúan debajo de los embalses destinados a usos
hidroeléctricos o a otros fines (riego, por ejemplo), a los que la
central no afecta ya que no consume volumen de agua. Estas
centrales tienen la ventaja de almacenar el agua y poder
emplearla en los momentos en que más se necesiten.
Normalmente son las que regulan la capacidad del sistema
eléctrico y con las que se logra de mejor forma el balance
consumo/producción.Tienen salto variable (suele ser elevado)
y suelen turbinar caudales importantes.
Fig. 6. Pie de presa
C. Centrales reversibles
A las ventajas de las tradicionales, añaden la aportación de
eficiencia al sistema, al aprovechar los excedentes sobrantes de
producción durante las horas valles (por ejemplo, de una
nuclear que no se puede parar) para bombear agua que luego
se turbina en horas punta.

4. 4
4. LA ENERGÍA HIDRÁULICA EN LA
ACTUALIDAD
La energía hidroeléctrica sigue siendo la energía renovable
más utilizada en todo el mundo. Se estima que un 20% de la
energía consumida en el mundo tiene origen hidroeléctrico,
mientras que en los países en desarrollo este porcentaje se
eleva hasta el 33%. Si se compara con otras energías
renovables los datos son contundentes: del total de la
producción renovable mundial, un 90% tiene su origen en la
hidrogeneración.
Se trata, además de una energía en crecimiento
especialmente en las áreas menos desarrolladas. Según
la UNESCO, entre 1995 y 2010 la producción de energía
hidroeléctrica habrá crecido en un 65% en todo el mundo,
siendo este aumento especialmente agudo en los países del
América Latina, Asia y África. Mientras que en estas regiones
tan solo se aprovecha el 7% de su potencial hidroeléctrica, en
áreas más desarrolladas, como Europa, este porcentaje
asciende al 75%, por lo que el crecimiento esperado en los
países en vías de desarrollo es elevado.
Se trata, por tanto, de un sistema de generación de energía
extendido en todo el mundo, incluso en países que no cuentan
con desniveles orográficos significativos, como es el caso de
Holanda. En la actualidad, Canadá, Estados Unidos y China
son los mayores productores del mundo.
A. La Micro Hidráulica
Incluso los pequeños cursos de agua que corren por los
arroyos tienen grandes posibilidades energéticas. De hecho,
para pequeñas aplicaciones, la microhidráulica ofrece mejores
resultados que ninguna otra renovable. Un riachuelo por donde
pase un caudal aproximado de dos litros por segundo es
suficiente para producir la energía que consume cualquier
hogar normal en nuestro país, si se emplean sistemas
microhidráulicos. Basta contar con una diferencia en altura, un
caudal y, por supuesto, una máquina capaz de funcionar con
rendimientos óptimos en las condiciones dadas.
El desarrollo, tanto de turbinas y generadores como de
sistemas de control y regulación, ha hecho posible que con
pequeños desniveles e incluso caudales ínfimos se pueda
producir energía que, convenientemente acumulada, puede
abastecer el consumo requerido. Para este tipo de
aprovechamiento son muy indicadas las turbinas Pelton, Turgo
y Banki. En la mayoría de los casos, estas turbinas son grupos
compactos turbina–generador, regulados por equipos que
controlan la carga de los acumuladores. La corriente continua
que suministra la batería se convierte adecuadamente en
corriente alterna, para su uso normalizado, siempre según las
necesidades del suministro.
Fig. 7. Ilustración de utilización de un micro planta hidráulica
5. LA ENERGÍA HIDRÁULICA EN EL FUTURO
La energía hidráulica seguirá siendo la principal fuente
renovable generadora de electricidad durante los próximos
años. De acuerdo con las previsiones presentadas por la
Comisión Europea en 2005, no será hasta 2030 cuando la
energía eólica, que es la renovable que presenta mayores ratios
de crecimiento, supere los niveles de producción de
electricidad de la hidráulica en la UE. En los países en vías de
desarrollo, donde la energía eólica no presenta un crecimiento
semejante, esta situación se alargará en el tiempo.
El escenario futuro de la hidráulica, por tanto, es el de una
forma de generación madura, estable y eficaz, que tendrá un
crecimiento moderado y sostenido. A pesar de que, en muchos
países, no cuenta con ayudas públicas que sufraguen los gastos
de instalación, la generación de hidroelectricidad sí se
beneficia de los incentivos económicos asignados a las
renovables. En Europa, el mayor desarrollo vendrá en el área
de la minihidráulica (centrales con potencia instalada inferior
a 10 MW), especialmente fomentada por las autoridades
energéticas y medioambientales debido a su escaso impacto
ambiental.
En nuestro país, el desarrollo a corto plazo se encuentra
definido en el Plan de Energías Renovables 2005-2010, que
propone algunas medidas para solucionar los problemas
derivados de la instalación y aprovechamiento de las centrales:
coordinar y racionalizar los criterios de impacto ambiental
entre las organizaciones, actulizar la normativa de conexión a
la red o la realización de campañas de información sobre las
bondades de la hidroelectricidad.
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