El agua a lo largo de la historia:
Sistemas técnicos para su
aprovechamiento.
Enrique Herrera Raquejo.
Departamento de Tecnología
La historia de las civilizaciones
siempre ha estado unida a la
historia del agua.
• 500 años antes de J.C., los chinos conocían el ciclo
del agua.
• En el siglo VIII antes de J.C., los quanats, unos
canales subterráneos artificiales que transportaban
el agua a grandes distancias fueron inventados por
los habitantes de Urartu en la actual Turquía, para
difundirse luego en Persia, Egipto, India, Grecia, en
el Maghreb, etc.
Durante milenios , la humanidad ha
considerado el agua como un elemento
no modificable del globo, como el aire.
• El agua era un don de los dioses. Los
antiguos romanos hicieron girar día y noche
sus molinos y alimentaron fuentes y termas
gigantes.
• Roma era la “ciudad del agua”, alimentada
por once acueductos importantes,
disponiendo de 1000 l/día en tiempo de
Trajano (98-117 después de J.C.)
El agua en Al-Andalus.
• El agua es un elemento muy importante en la
vida urbana y social del mundo romano y todo
gobierno que se preciara tenías como misión
primordial llevar el agua a las ciudades.
• En el campo, sin embargo no era
imprescindible, pues los cultivos de la triada
mediterránea procedían de nuestro ecosistema
y estaban, por tanto, adaptados a la sequía
estival. (vid, olivo y cereales)
• Pero en el sur de Hispania la cosa cambia
cuando llegaron los árabes.
• Los nuevos cultivos introducidos fundamentalmente
desde el Lejano Oriente y África oriental (algodón, arroz,
caña, cítricos, sandías, espinacas, etc.) llevaban
aparejado que para su adaptación en la Península fuera
necesaria la irrigación artificial de los campos.
• Así surgen las albercas (al-birka), acequias (alsàqiya),
aljibes abovedados (al-jubb), almazaras (armajzan),
cimbras o qanàt, presas o azud, y un nuevo sistema
de organización funcional del espacio agrícola, para
abastecer tierras, hombres y ganado.
El agua también es energía
renovable.
Mueve máquinas complejas para:
• Elevar agua por encima del nivel freático
• Molinos rotatorios para la molienda (cereales,
caña dulce, etc.)
• Con dispositivo de vaivén, mazos utilizados
en la industria del papel, el bataneo de los
paños o la fabricación de objetos de hierro de
forja.
Norias sobre el río Orontes (Siria)
Noria Algaida (Málaga)
Molino de agua. (Asturias)
• Al final del siglo XIX nace la industria eléctrica y
con ello una nueva forma de aprovechar la
energía hidráulica: producir electricidad.
• La construcción de las primeras centrales se
realizó en 1882, apenas tres años después del
invento de la primera lámpara eléctrica por
Thomas Edison. En ese mismo año se puso en
marcha la central de Appleton (Wisconsin,
EE.UU.), aunque solo era capaz de alimentar
250 lámparas.
Energía cinética.
Energía potencial.
Energía cinética
Energía cinética de
rotación.
Energía eléctrica.
RÍO.
PRESA.
TUBERÍA.
TURBINA.
ALTERNADOR.
Componentes de un centro de
aprovechamiento hidroeléctrico.
• Presa. Muro de mampostería, hormigón, tierra u otros materiales que
generalmente se construye normal al curso del río o arroyo.
• Conductos de agua. Elementos para liberar parte del agua sin que
pase por la sala de máquinas, con objeto de descargar el embalse por necesidades
de riego, exceso de agua y otras. (compuertas). Otras tomas de agua se canalizan
hacia las turbinas.
• Sala de máquinas. En ella están los equipos eléctricos de la central,
es decir, los grupos turbina- alternador.
• Transformadores y líneas de transporte. Se
encargan de conseguir una tensión de salida hacia la red de unas características
prefijadas.
Tipos de presas.
Presa de Tierra.
Materiales sueltos.
Escolleras.
Macizas
Gravedad.
Hormigón.
Arco ó bóveda.
Aligeradas
Curvatura horizontal.
Doble curvatura.
Arco-Gravedad.
Presa de gravedad
Presa de bóveda o arco.
Tipos de centrales.
Según la potencia que sean capaz de producir
podemos hacer la siguiente clasificación:
• Minicentrales eléctricas. Entre 250 y 5000 kW.
•Grandes centrales hidroeléctricas. Potencia
superior a 5 MW
Minicentrales eléctricas.
• Potencia entre 250 y
5000 kW.
• Históricamente eran
la base de
producción de
electricidad en los
pequeños pueblos y
empresas próximas
al cauce del río
Centrales hidroeléctricas.
• Su potencia es superior a 5
MW.
• Se sitúan en cuencas
donde el caudal es grande
y su aprovechamiento es
mas óptimo para la
producción a gran escala.
• Un tipo especial de
centrales hidroeléctricas
son las centrales de
bombeo.
Centrales hidroeléctricas de
bombeo.
• Disponen de dos embalses.
• Durante las horas de máxima demanda de
energía eléctrica funcionan como cualquier
central hidroeléctrica.
• Cuando la demanda de energía es baja se
aprovecha la energía sobrante para accionar
potentes bombas que elevan el agua al embalse
superior.
• Existen dos tipos:
– De bombeo puro.
– Mixta con bombeo.
Central de bombeo puro.
Embalse
Superior.
Motor
Bomba.
Río.
Embalse
Inferior.
Turbina.
Río.
Alternador.
Transformador
Central mixta con bombeo.
Río.
Embalse
Superior.
Motor
Bomba.
Embalse
Inferior.
Turbina.
Río.
Alternador.
Transformador
Sala de máquinas.
• Es la zona donde se instalan las turbinas y
alternadores.
• La turbina es una máquina compuesta
esencialmente por un rodete con álabes o palas
unidos a un eje central giratorio. Su misión es
transformar la energía cinética del agua en
energía cinética de rotación del eje.
• El alternador, cuyo eje es la prolongación del
eje de la turbina, se encarga de transformar la
energía cinética de rotación de éste en
energía eléctrica.
Según las características del salto de
agua, se emplean tres tipos de turbina:
• Turbina Pelton. Turbina de alta presión y eje
horizontal.
• Turbina Francis. Turbina de media presión y eje
vertical.
• Turbina Kaplan. Turbina de baja presión y eje
vertical.
Turbina Pelton.
• De alta presión.
• Eje horizontal.
• Puede utilizarse en
saltos de altura
superiores a 200 m.
Turbina Francis.
• De media presión.
• Eje vertical.
• Puede funcionar
sumergida en el agua y
se emplea en saltos de
alturas comprendidas
entre los 20 m y los 200
m.
Turbina Kaplan.
• De baja presión.
• Eje vertical.
• Se emplea en saltos
de altura inferior a 20
m y puede llegar a
trabajar eficazmente
con saltos de solo 5 m.
Parque de transformadores.
• Los alternadores actuales
generan energía eléctrica a
tensión inferior a 20.000 V.
En estas condiciones se
producirían pérdidas de
tensión en le transporte a
largas distancias, por lo
que se hace necesario
elevar la tensión a valores
no inferiores a los 200.000
V. De este modo la
intensidad de la corriente
disminuye y, con ella, la
pérdida de potencia.
• Según la Ley de Ohm, la pérdida de
potencia Pp que tiene lugar en una línea
de transporte viene dada por la expresión:
• Pp = V x I = (I x R) x I = I2 x R
• La pérdida de potencia es proporcional
al cuadrado de la intensidad.
Potencia de una central
hidroeléctrica.
• El aprovechamiento energético de los
saltos de agua se consigue gracias a la
presión generada por la diferencia de
altura y el caudal disponible.
P = Potencia en kgm/s.
P=Cxh
C = Caudal en l/s
h = altura en m
Sin embargo, no toda la potencia es aprovechable ya que existen
pérdidas de carga debidas al transporte de agua y al rendimiento de
turbinas y alternadores. Para corregir el error, se introduce un
coeficiente de rendimiento estimado η
Energía hidráulica y
medio ambiente.
•
Ventajas:
– Energía limpia. No produce residuos ni
emite humos y partículas a la atmósfera.
– Puede regular el caudal del río evitando
inundaciones.
– El agua almacenada permite el regadío y
es el medio de abastecimiento de agua de
las grandes ciudades, con reservas
suficientes durante un periodo considerable
de tiempo.
Energía hidráulica
y medio ambiente.
• Desventajas:
– Impacto ambiental sobre la flora y fauna de
la zona.
– Cubre de agua tierras fértiles e incluso de
valor ecológico.
– En muchos casos inunda poblaciones, que
tienen que ser desplazadas.
– Posible acumulación de materia orgánica
procedente de vertidos residuales, aguas
arriba.
Centrales hidroeléctricas en
España.
• Funcionan mas de 1000 centrales
hidroeléctricas.
• La mas potente es el conjunto formado por las
centrales de Aldeadávila I y II con una potencia
de 1.139 MW.
• En Galicia y en los Pirineos abundan las
minicentrales hidroeléctricas que aprovechan
las recursos energéticos de las cabeceras de
los ríos.
Mapa centrales hidroeléctricas.
Central
Río
Cuenca Embalse
Potencia
Aldeávila I y
II.(Salamanca)
Duero
Duero
Aldeávila
1.139 MW.
J.M. de Oriol.
(Cáceres)
Tajo
Tajo
Alcántara
915,2 Kw.
Cortes-La
Muela.(Valencia)
Júcar
Júcar
Cortes 11
908,25 Kw.
Villarino.(Salamanca)
Tormes
Duero
Almendra
810 Kw.
Saucelle I y II.
(Salamanca)
Duero
Duero
Saucelle
570 Kw.
Cedillo (Cáceres)
Tajo
Tajo
Cedillo
473 Kw.
Estany GentoSaliente. (LLeida)
Flamisel
Ebro
Saliente
451 Kw.
Tajo de la
Encantada. (Málaga)
Guadalorse Sur
Tajo Encantada
360 Kw.
Aguayo (Cantabria)
Torina
Norte
Mediajo
339,2 kW.
Mequinenza
(Zaragoza)
Ebro
Ebro
Mequinenza
324 Kw.
Central de Aldeávila.
Central de Mequinenza.
Tajo de la Encantada
Embalse del Atazar.
Panorama mundial.
• Están registradas unas 23.000 presas en
el mundo.
• De ellas, tres de cada cinco tienen entre
15 y 30 metros de altura.
• Una de cada tres entre 30 y 60 metros.
• Solo el 3% supera los 100m.
• Con alturas superiores a 200m solo hay
38 presas. ((En España la de la Almendra
sobre el río Tormes.)
• La presa de
NUREK, en
Tadjikistan supera
los 300 metros,
con un volumen
de agua de 58
Hm3, pero la de
ROGUN, también
en Tadjikistan, la
supera con 335
metros de altura.
• El mayor
embalse
construido
es el de
KARIBA
(Zambia)
con 180,6
km3.
La presa de las
Tres Gargantas.
• El río Yangtse, tercer río mas largo y
caudaloso del mundo constituye uno de
los ejes vitales para el desarrollo de
China.
• Allí se lleva a cabo el proyecto de las Tres
Gargantas, el mas grande del mundo y
estará formado por Qutang, Wu y Xiling.
La presa de las
Tres Gargantas.
• La presa de hormigón será de perfil de
gravedad de 183 metro de altura, 126 metro de
ancho y mas de 2 Km. de largo.
• El proyecto tiene una duración de diecisiete
años. 1993/1997- 1998/2003 - 2004/2009.
• Una vez concluido el proyecto, tendrá una
capacidad de almacenamiento de 39.000
millones de metros cúbicos de agua,
equivalente al 76% de la capacidad total de
todos los embalses españoles y una producción
de 84.000 millones de kilovatios hora año.
La presa de las
Tres Gargantas.
• La presa Tres Gargantas obligará a más
de 1.130.000 personas a abandonar sus
casas.
• El embalse de una superficie de 576 km2,
anegará a mas de 140 núcleos urbanos,
sus industrias y sus tierras de cultivo.
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