El documento explica los principios básicos de la generación de energía eléctrica a partir de fuentes hidráulicas, térmicas y la ley de Faraday sobre la cual se basan. Describe los componentes clave de las centrales hidroeléctricas como presas, turbinas, generadores y de las centrales térmicas como calderas, turbinas de vapor y condensadores.

1. Ing. Jaime David Ruiz Romero, MAEP (Jefe unidad PEC – Empresa Eléctrica Riobamba S.A.)
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GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
Es importante considerar que prácticamente todos
los esquemas convencionales de generación de
energía eléctrica a gran escala se basan en los
experimentos realizados por Faraday, y la conocida ley
que lleva su nombre, misma que sin llegar a un
profundo conocimiento de las ecuaciones y teoría
electromagnética asociada, estipula que, mientras
exista un campo o flujo magnético variable a través de
un circuito (espira cerrada de conductor) aparecerá en
este una f.e.m. (fuerza electromotriz) que como se
expresa en [1] está dada por:
1) ε =
∆ϕ
Δt
=
Variación de flujo magnético
Variación de tiempo
Ahora, para efectos prácticos, los fenómenos
físicos pueden representarse por vectores, y a este
nivel pueden darse cambios ya sea en la magnitud, en
la dirección del vector, o ambos, que es justamente lo
que ocurre en los generadores eléctricos. Nótese en
las gráficas siguientes, como una espira rotando en un
campo magnético producido por un imán (campo
constante sin considerar los abombamientos de campo
en las fronteras), hace que este campo sea variable
desde el punto de vista de la espira, aunque en
realidad no cambia en magnitud, y esto consigue que
un foco se encienda y apague sucesivamente. Tome
en cuenta que esto es justamente lo que ocurre con el
servicio eléctrico público, solo que los cambios ocurren
a una frecuencia de 60 Hz, o 60 veces en un segundo,
lo cual es imperceptible para el ojo humano, y
percibimos, por ejemplo, un haz de luz continua.
Fig.1: Espira girando en un campo magnético de imán
Fig.2: Generación de f.e.m. inducida
También es importante antes de continuar, repasar
las ecuaciones que describen los dos tipos de energía
mas básicas que se presentan en fenómenos físicos:
 Energía Potencial: en [1] se define que si un
cuerpo de masa m se sitúa a una altura h por
sobre un cierto nivel de referencia, el cuerpo posee
una energía potencial gravitacional respecto a
dicho nivel referencial dada por la expresión:
2) 𝐸 𝑝 = 𝑚𝑔h
Se nota fácilmente que la energía potencial es
directamente proporcional a la masa y la altura a la que
esta masa se encuentra, y todo multiplicado por la
constante gravitacional de nuestro planeta.
 Energía Cinética: en [1] se define que cuando un
cuerpo de masa m se mueve con una velocidad v,
entonces posee unas energía cinética Ec, dada
por la expresión:
3) 𝐸𝑐 =
1
2
𝑚𝑣2
Es evidente que para que exista energía cinética
se requiere tanto de masa como de velocidad, y que
mientras mayor sea la velocidad, la energía cinética
incrementa en una proporción directa al cuadrado de
esta variable física.
Finalmente cabe recalcar que el principio de
conservación de energía [1] define que la energía se
puede transformar de una clase a otra, pero no puede
ser creada ni destruida, de manera que la energía total
se conserva o es constante.
PRINCIPIOS BÁSICOS DE CENTRALES
HIDROELÉCTRICAS
El hombre hace mucho tiempo que ya utilizaba el
agua para obtener energía, por ejemplo en los molinos,
y apenas dos años después que Edison sacara a la
“luz” su bombilla eléctrica, la primera central
hidroeléctrica del mundo era inaugurada para
suministrar energía a 250 de las bombillas
desarrolladas por Edison [2].
Posteriormente con la aparición de la corriente
alterna se soluciona el problema del transporte de
energía eléctrica a grandes distancias gracias a la
utilización de líneas de alta tensión y de los
transformadores de potencia.
La diferencia de altura se aprovecha para
transformar la energía potencial de masas de agua en
energía mecánica a través de las turbinas y finalmente
en energía eléctrica mediante el acople con los
alternadores y en operación de la Ley de Faraday [2].
Para caso en que el caudal de un rio aporte
regularmente con el líquido, se puede aprovechar
directamente la energía cinética sin necesidad de
utilizar embalses o con embalses pequeños, en todo

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caso, estas centrales reciben el nombre de
FLUYENTES.
Fig.3: Central hidroeléctrica de embalse
Fig.4: Central hidroeléctrica Fluyente
Fig.5: Central hidroeléctrica de Bombeo
Por condiciones climáticas, el curso y caudal de
los ríos resultan irregulares, requiriéndose de una
presa que forme un embalse o lago que produce un
salto de agua y asocia energía potencial a la masa de
agua, y al tener almacenada una masa de agua
permite tener un funcionamiento regular
Los elementos constructivos que conforman la
central hidroeléctrica son:
1. LA PRESA:
Es el principal elemento y su diseño depende de
las condiciones orográficas del terreno y del curso del
agua, pudiendo ser presas de tierra y escollera, sillería,
mampostería y hormigón.
La escollera sirve de macizo estabilizador y tiene
una capa impermeabilizante de hormigón en masa o
armado.
Las presas de gravedad resisten la presión del
agua por su propio peso, mientras que las de bóveda
suelen utilizarse en gargantas estrechas y transmiten a
los estribos la presión del agua.
Fig.6: Presa
2. LOS ALIVIADEROS:
Su misión es liberar parte del agua retenida sin
que esta pase por la sala de máquinas, están en la
pared principal de la presa y pueden ser de fondo o de
superficie.
Fig.7: Aliviaderos
3. TOMAS DE AGUA:
O también llamado canal de presión, son los
canales que llevan el agua embalsada hacia las
turbinas. Tiene además unas compuertas para regular
el caudal de agua para las turbinas junto con unas
rejillas metálicas que sirven como cernideros de
elementos indeseables para los álabes de las turbinas:
troncos, ramas, rocas, etc.
Debido a las variaciones de carga del alternador o
condiciones imprevistas, su hace uso de las chimeneas
de equilibrio para evitar las sobrepresiones en las
tomas de agua y en los álabes de la turbina, condición
denominada “golpe de ariete”. Cuando la carga de
trabajo de la turbina disminuye bruscamente se
produce una sobrepresión positiva y el regulador
automático de la turbina cierra el paso del agua, en
caso contrario se produce una depresión brusca por

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efecto de la inercia. En todo caso, la chimenea de
equilibrio es un pozo vertical situado lo más cerca
posible a las turbinas y sirve como un amortiguador
natural que evita el golpe de ariete, en forma de muelle
hidráulico o un condensador eléctrico, absorbiendo y
devolviendo energía potencial.
Estas estructuras suelen ser de acero reforzado o
de hormigón armado reforzado por espiras de hierro
ancladas al terreno.
Fig.8: Tomas de agua o tubería de presión
4. CÁMARA DE TURBINAS O CUARTO DE
MÁQUINAS
Aquí se alojan los elementos de control, las
turbinas que pueden ser de tipo Pelton (para grandes
saltos y caudales regulares), Francis (para saltos
intermedios y caudales variables) o Kaplan (saltos de
poca altura y grandes variaciones de caudal).
El eje de la turbina es solidario con el generador
de tal forma que la presión del agua sobre los álabes
de la turbina hará que esta gire, transformando la
energía potencial del agua en energía cinética rotatoria,
y por medio de inducción se genera una alta corriente y
baja tensión en el generador.
Los canales de desagüe recogen el agua de salida
de la turbina (agua turbinada) y la devuelven al cauce
del río, pero debido a la alta velocidad del agua y su
pode erosivo, debe revestirse adecuadamente las
paredes de estos canales por protección.
Fig.9: Cuarto de máquinas
Fig.10: Turbina Pelton
Fig.11: Turbina Francis
Fig.12: Turbina Kaplan
PRINCIPIOS BÁSICOS DE CENTRALES
TERMOELÉCTRICAS CLÁSICAS
Las centrales termoeléctricas producen energía
eléctrica a partir de la combustible fósiles: carbón, fuel-
oil, gas, etc. El término clásicas o convencionales las
diferencia de otro tipo de centrales térmicas: nucleares,
solares, etc., que generan electricidad por medio de un
ciclo termodinámico y a partir de fuentes energéticas
distintas a las fósiles y bajo un soporte tecnológico
completamente diferente como se describe en [2].
En todo caso, el esquema de funcionamiento de
estas centrales es básicamente el mismo,
independiente del tipo de combustible a utilizar, solo
haciendo hincapié en el tratamiento previo del
combustible.
Dentro del predio de la planta se encuentra el
parque de almacenamiento de combustibles para
asegurar reservas para el funcionamiento continuo de
la central. Si se trata de una central de carbón, el

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mineral se pulveriza en molinos para facilitar la
combustión.
De los molinos pasa a la caldera central impulsado
por un chorro de aire precalentado. Si la central fuese
de fuel-oil, el combustible es calentado para lograr una
completa licuación e inyectado a presión en los
quemadores. Si la central es de gas, el combustible se
inyecta directamente a la caldera.
Hay centrales mixtas que pueden funcionar con
uno u otro tipo e combustible.
Una vez en la caldera, los quemadores provocan
la combustión liberando energía calórica, que se
convierte en vapor a alta temperatura debido a la red
de miles de tubos por los que circula agua dentro del
hogar de la caldera, este vapor penetra a alta presión
en la turbina que consta de tres cuerpos unidos por el
mismo eje: alta, media y baja presión.
En el primer cuerpo hay cientos de álabes
pequeños, el siguiente tiene álabes más grandes y en
menor cantidad, mientras que el último cuerpo, la de
baja presión, tiene álabes de mayor tamaño. Esta
disposición busca aprovechar al máximo la fuerza del
vapor, ya que este va perdiendo presión al pasar por la
turbina.
El vapor debe ser deshumidificado antes de pasar
por los álabes para evitar corrosión y evitar que las
pequeñísimas partículas de agua se precipiten como
proyectiles contra los álabes, provocando su
destrucción.
El vapor mueve los álabes de la turbina, y esta al
alternador, produciendo energía eléctrica que es
inyectada a la red.
El vapor debilitado se envía a un sistema de
condensadores donde se enfría y pasa nuevamente a
estado líquido. Posteriormente esta agua se somete a
sucesivas etapas de calentamiento y se inyecta
nuevamente al sistema iniciando otro ciclo.
Para refrigerar el condensador se utiliza un
sistema de circulación de agua en circuito cerrado,
trasladando el calor extraído del condensador a la
atmósfera a través de una torre de refrigeración o
descargando el agua caliente directamente en
vertederos naturales (ríos, lagos, mar).
Fig.13: Central termoeléctrica clásica
Para minimizar los efectos de contaminación
atmosférica, sobre todo en el caso del carbón, las
centrales poseen chimeneas de hasta 300 metros de
alto, que dispersan los contaminantes en las capas
altas de la atmósfera con precipitadores que retienen
gran parte de las partículas en suspensión, en algunos
casos de hasta 99 por 100.
BIBLIOGRAFÍA
[1] Alvarenga y Máximo, Física general.
[2] Ediciones Nueva Lente S.A., Electricidad y Energía,
Madrid: Ediciones Nueva Lente S.A., 1985.