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Una central hidroeléctrica se puede dividir en tres secciones según las máquinas que definen cada parte:

• La toma de agua, cuya función es captar el agua del embalse para introducirlo a la turbina. Está compuesta por una reja protectora, una compuerta de servicio, un servomotor, un sistema de válvulas o bypass y una tubería de presión. La tubería de presión conduce el agua hasta la caja espiral o caracola.

• La turbina constituida por: la caja espiral o caracola, la rueda de la turbina, un eje, un conjunto de paletas fijas o moviles y el tubo de succión. La caja espiral posee un diametro variable para mantener la presión del agua constante al chocar contra la turbina. La turbina al girar transforma la energía cinética del agua en energía mecánica y luego por medio del tubo de succión, se conduce el agua hasta el canal de evacuación.

• El generador constituido por el eje inferior que transmite la rotación de la turbina al rotor, el cúal está constituido por barras de cobre, es la parte girante del generador. Además, consta de una parte fija denominada estator. En el generador es creado un campo magnetico mediante la aplicación de una corriente continua en el rotor del generador, lo cúal; sumado a su movimiento rotativo provoca la tensión en el estator o parte fija del generador que hará circular una gran corriente alterna una vez conectada al sistema. Esta energía es elevada por medio de transformadores.

Para su puesta en marcha, el proceso se divide en varias etapas; llenando las diferentes secciones para limitar las diferencias de presión entre la tuberia de presión, las paletas móviles, el tubo de sección hasta el lecho final del río o ,,,

A continuación, se van a explicar brevemente los principales componentes de una central hidroeléctrica, puede haber más pero estos son los fundamentales:

• Presa: Retiene el agua, acumulándola en una cota elevada para liberarla posteriormente de manera controlada. Suelen construirse en hormigón o, sobre todo las más tradicionales, con materiales sueltos (también llamadas de escollera o de tierra) aunque son menos frecuentes. Encontramos los siguientes tipos: 
  • De gravedad: Tiene perfil triangular, con la base más ancha para resistir la presión del agua. Es la más común.
  • De bóveda: Es más ligera que la presa de gravedad, suele alcanzar mayor altura, se compone de arcos verticales y horizontales, y se utiliza comúnmente en gargantas estrechas.
  • De contrafuertes: Como su propio nombre indica utiliza contrafuertes por lo que necesita menos obra civil y se ubica en amplios valles.
  • De arcos múltiples: Variante del tipo anterior, donde la estructura transmite el empuje de los arcos a los contrafuertes.
  • De arco sencillo: Se trata de un tipo de presa ligero que se suele usar en gargantas estrechas, transmitiendo el empuje a sus laderas.
  • De arco gravedad: Es una combinación de los dos tipos anteriores.

• 

  Aliviaderos: Permiten al agua circular sin pasar por las turbinas, se prevén así para evitar daños por exceso de carga en los componentes de la central. Al abrir sus compuertas se liberan (“alivian”) grandes volúmenes de agua, sobre una cuenca de amortiguación que se encuentra a pie de presa y que recibe el agua tras su descarga desde gran altura, evitando causar daños en el entorno. Estos volúmenes pueden ser usados para otros fines no energéticos como por ejemplo, para cubrir las necesidades de riego.

• Toma de agua: Se trata de una serie de orificios que captan el agua que va a alimentar la central, suelen protegerse con rejillas para que no accedan al sistema ciertos materiales en suspensión.

• Canal de derivación: Se utiliza para conducir el agua desde la toma hasta las turbinas, sin embargo, si el salto de agua es superior a 15 metros conviene que el agua que accede a las turbinas lo haga a través de tuberías forzadas a las que debe preceder una cámara de presión.

• Cámara de presión: Es un depósito intermedio entre la toma de agua y la tubería forzada cuya función principal es asegurar el correcto arranque de la turbina. Según su capacidad de almacenamiento se puede utilizar como un depósito auxiliar de regulación.

• Tubería forzada: Comunican la cámara de carga con la turbina, su función principal es asegurar que el agua llega a las turbinas con una presión adecuada para mover sus álabes.

• Turbinas hidráulicas: La turbina hidráulica es el elemento esencial de la central, que aprovecha la energía cinética y potencial contenida en el agua, y la transforma en movimiento de rotación, que transferido al generador mediante un eje produce energía eléctrica.

• El generador: Transforma la energía mecánica de rotación de la turbina, en energía eléctrica, y basa su funcionamiento en la inducción electromagnética y en la Ley de Faraday, que dice que cuando un conductor eléctrico se mueve en un campo magnético genera una corriente eléctrica a través de el.

• Equipo eléctrico general y línea: El equipamiento eléctrico es fundamental en una central hidroeléctrica, sus funciones principales consisten en transformar la tensión, medir los distintos parámetros de la corriente eléctrica, realizar la conexión a la línea de salida y distribuir de la energía producida.

• Sistemas auxiliares: Los más comunes son el alumbrado de emergencia, los sistemas de ventilación, refrigeración y contra incendios, las baterías de condensadores, el caudalímetro, las rejas…

Para definir nuestros objetivos, se hace fundamental ampliar nuestro conocimiento del tema a tratar; lo que se propone resolver con la visualización de este video cómo una primera toma de contacto y dónde se ilustra de manera fragmentada los diferentes apartados en que fue dividido este proyecto y los principales puntos de conflicto encontrados durante su desarrollo y puesta en servicio.

En este apartado os pongo una imagen ilustrativa que permite comparar construcciones llevadas a cabo y la gran magnitud de material empleado para que os podais hacer una idea del nivel de preparación y dimensión de este proyecto.

Las turbinas más utilizadas y con mejores resultados son las turbinas Pelton, Francis y Kaplan. Sus características técnicas y sus aplicaciones más destacadas son:

• Turbina Pelton. También se conoce con el nombre de turbina de presión. Son adecuadas para los saltos de gran altura y para los caudales relativamente pequeños. La forma de instalación más habitual es la disposición horizontal del eje.
• Turbina Francis. Es conocida como turbina de sobrepresión, porque la presión es variable en las zonas del rodillo. Las turbinas Francis se pueden usar en saltos de diferentes alturas dentro de un amplio margen de caudal, pero son de rendimiento óptimo cuando trabajan en un caudal entre el 60 y el 100% del caudal máximo. Se pueden instalar con el eje en posición horizontal o en posición vertical, pero, en general, la disposición más habitual es la de eje vertical.
• Turbina Kaplan. Son turbinas de admisión total y de reacción. Se usan en saltos de pequeña altura con caudales medianos y grandes. Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, pero también se pueden instalar de forma horizontal o inclinada.

Las captaciones se realizarán por medio de obras de toma en el cauce o en las márgenes de las corrientes de agua, previo estudio hidrológico que  justifique los caudales utilizables en el río o el arroyo.
El estudio hidrológico debe ser completo, comprendiendo la pluviometría, realización de aforos, coeficientes de escorrentía, regulación del río, garantías y cualquier otro estudio que fuera necesario.

Toma directa

Si el nivel de la corriente es apreciable, basta con hacer un pozo en el margen, dándole entrada por encima del nivel de máximas avenidas, bien mediante una simple tapa, bien por una caseta debidamente protegida por un terraplén periférico.

Es necesario situar una rejilla en el canal o galería de enlace con el río,  con el fin de evitar la entrada de cuerpos flotantes.
En el pozo puede ir el tubo de toma con su alcachofa, o el de salida a la conducción por gravedad con llave de paso para el aislamiento en caso necesario.

Una toma directa de agua de un río, debe integrar:

- La abertura de un canal hasta la toma de agua en el río
- Una rejilla (separación libre entre barras de 5 a 10 cm),
- Un tramo de conducción
- Obras de protección y acondicionamiento de la infraestructura en contacto con el río, garantizando la toma en un punto adecuado.

Toma sumergida

En lugar del canal de toma puede adaptarse un sistema constituido por tuberías sumergidas en el fondo del río, protegidas en su entrada por rejillas y dotadas de equipos de descolmatado con aire a presión.

Toma con filtro de malla: gualmente pueden utilizarse filtros de malla en la  toma, dimensionados para que la velocidad del agua a la entrada sea de < 0,1 m/s y autolimpiables por la corriente del agua. Los filtros de malla son cilíndricos, con separaciones uniformes que por la limitación de velocidad del agua de entrada garantizan la protección de la fauna piscícola y pequeñas pérdidas de carga.

La toma de aguas en lagos o embalses se realizará mediante el  establecimiento de torres de toma o mediante tuberías, a más o menos profundidad, unidas directamente a la impulsión.
Con el fin de realizar la captación con las mayores garantías conviene hacer la toma a suficiente profundidad y lejanía de la orilla o, en su caso, tomar las medidas necesarias para garantizar la calidad del agua a utilizar. Y el primer concepto que debe considerarse es el de la garantía, es decir, hay que conocer el agua que se necesita y de la que se dispone, tanto en calidad como en cantidad.

En el caso de los embalses de abastecimiento, el número y capacidad de las tomas de agua dependen esencialmente del volumen embalsado, de la profundidad del embalse y de los caudales a servir. En caso de que la toma fuese única, sería forzoso colocarla a la máxima profundidad útil de la presa, pero es evidente la conveniencia de multiplicar las tomas y disponer estas a diferentes alturas.

Por lo que la solución más óptima sería que las tomas sean varias en vertical y, al menos, pareadas en horizontal. Se establecen dispositivos para variar a voluntad el nivel de toma del agua, con lo que puede conseguirse, dentro de ciertos límites, seleccionar las características del agua tomada. El punto de ubicación deberá tener en cuenta el movimiento de las aguas por la dirección de los vientos, el arrastre de la contaminación y los posibles  problemas de contaminación salina.

También se pueden emplear dispositivos que, en función del nivel existente en el punto de toma, regulen la cantidad de agua que se extrae como, por ejemplo, las torres de toma con plumas móviles.

A la hora de realizar una red de saneamiento, lo primero que se debe hacer es estudiar la instalación a ejecutar contando con todos los útiles de los que se puedan disponer como planos, normativa de aplicación, medición, etc. Se tendrán en cuenta dos aspectos importantes: cada uno de los elementos a colocar en la instalación, llevando a cabo las características a cumplir, y los equipos que deben intervenir en el montaje para su correcta construcción. Normalmente todos los elementos y equipos suelen venir definidos en el proyecto, pero el profesional que ejecuta la instalación podrá proponer, bajo
aprobación de los ejecutores del proyecto; cualquier otro elemento o equipo a utilizar.

• Tuberías
• Válvulas, elementos de la instalación que permiten el cierre y la apertura del paso de fluidos. Su ubicación en el sistema estará asociada a los equipos de presión y se encontrarán (en caso de no formar parte de estos equipos) en arquetas o pozos de registro.
• Depósitos
• Aparatos de medida. Caudalímetro. Contador. Arquetas de toma de muestra en instalaciones de gran envergadura
• Bombas, estarán formadas por un motor eléctrico que aporte la potencia suficiente, y por una bomba impulsora del fluido. Ambos elementos estarán conectados mediante un adecuado acoplamiento. La instalación de estos equipos debe evitarse puesto que implican un elevado coste de mantenimiento.
• Grupo de presión o estación de bombeo, es un conjunto de bombas conectadas en paralelo y de forma simultánea para aumentar la presión según las necesidades.

A continuación, vamos a desarrollar un poco más en profundidad; dos de los grupos citados previamente ya que los demás son contenidos transversales comunes a otros módulos y aún así los veremos más adelante en el resto de la temática.

Bombas, su necesidad de uso

Su montaje está justificado cuando la cota hidráulica de la zona a instalar es demasiado baja para que las aguas residuales puedan ser evacuadas por gravedad. Entonces será necesario dotar la instalación de una estación de bombeo para recoger las aguas de la zona referida. También puede suceder que la topografía urbana del lugar obligue a que el alcantarillado sea tan profundo que su coste de construcción resulte más elevado que colocar la estación de bombeo.

Grupos de presión o estación de bombeo

Como los caudales de aguas no son constantes se recomienda la instalación de varias bombas que en un arranque escalonado puedan cubrir todo el rango de caudales. Deberán existir al menos dos bombas de funcionamiento alternativo.

Los elementos que deben incluirse en el diseño de una estación de bombeo son los siguientes:

1. Alimentación eléctrica.
2. Pozo de bombeo.
3. Rejas de desbaste.
4. Bombas.
5. Automatismos.
6. Elementos de control.
7. Complementos precisos para futuros mantenimientos.

Todas las impulsiones se dotarán de un rebosadero capaz de evacuar todo el caudal de agua que le llegue.

En Ingeniería sanitaria, Ingeniería química e Ingeniería ambiental el término tratamiento de aguas es el conjunto de operaciones unitarias de tipo físico, químico, físico-químico o biológico cuya finalidad es la eliminación o reducción de la contaminación o las características no deseables de las aguas, bien sean naturales, de abastecimiento, de proceso o residuales . La finalidad de estas operaciones es obtener unas aguas con las características adecuadas al uso que se les vaya a dar, por lo que la combinación y naturaleza exacta de los procesos varía en función tanto de las propiedades de las aguas de partida como de su destino final.

Debido a que las mayores exigencias en lo referente a la calidad del agua se centran en su aplicación para el consumo humano y animal estos se organizan con frecuencia en tratamientos de potabilización y tratamientos de depuración de aguas residuales, aunque ambos comparten muchas operaciones. A continuación encontramos dos videos con la descripción de las fases de ambos tratamientos:

Si nos fijamos atentamente en los vídeos anteriores tenemos que se realizan varios procesos con el agua antes de que el producto final "agua limpia" pueda ser utilizada. Os voy a poner un ejemplo con una EDAR, pero hay que tener en cuanta que los elementos que se utilizan, a grandes rasgos, son para todos los casos los mismos:

• PLC: Es el encargado de controlar todas las operaciones que se realicen en el proceso, pero el PLC (Programmable Logic Controller) o CLP (Controlador Lógico Programable), por si sólo no hace nada, necesita una programación previa que puede llegar a ser bastante compleja para realizar todas las operaciones que requiere el proceso. El PLC es como un cerebro, el programa es como los conocimientos aprendidos, pero para poder hacer algo, necesita otros órganos para interactuar, las entradas y salidas.
• Entradas a PLC: Estas entradas es la información que recibe el autómata para tomar decisiones, serían como los ojos y oidos. Son en la mayoría de los casos sensores de muchos tipos (temperatura, humedad, etc.), en otros casos son informaciones de otros autómatas, se suele dar en los procesos más complejos. Lo más habitual es tener varios PLC más básicos para pequeñas peraciones y uno más avanzado para controlar a los básicos.
• Salidas de PLC: Cuando el autómata ya tiene la información, toma su decisión y actua en consecuencia, estas salidas serían como los brazos o las piernas o la boca. Las salidas dan ordenes a los actuadores, sería una señal de activación o desactivación de un motor, una bomba, una alarma, etc. La mayoría de los autómatas trabajan en intesidades muy pequeñas, por ello todo el sistema se salidas, en la mayoría de os casos, actuarían sobre contactores para activar las máquinas más grandes, ya veremos más adelante el mando y la fuerza.
• Scada: Es un sistema de interpretación de los procesos. Es la evolución de los antiguos cuadros sinopticos. Es decir, es un dibujo que representa las máquinas y procesos, donde están representados los mismos. En algunos casos esta información es editable y por ejemplo podrías cambiar la velocidad de rotación de un motor escribiendo las revoluciones.

En el siguiente video, vamos a ver una animación de cilindros neumáticos realizada con este programa.

Según el gurú de la transformación digital Genís Roca, la próxima transformación en las empresas será la de la ética. ¿Ante dos propuestas de mercado similares se prefiere la que tenga componentes éticos y de sostenibilidad?

Creo que esa es la pregunta que hay sobre la mesa y aún no hay una respuesta definitiva. Venimos de un siglo XX dónde lo que más importaba era crecer y ahora, como sociedad, en este siglo XXI, hemos cambiado la mirada porque tenemos ante nosotros desafíos como la salud del planeta o las desigualdades sociales. Desde luego está presente, mucho más presente, en las agendas políticas y también en la vida de cada una de las personas. Pero cuando llega la hora de tomar una decisión, por desgracia todavía nos debatimos entre la opción ética y la opción del precio barato, y ese es el dilema que tiene esta generación sobre la mesa para los próximos tres o cuatro años.

Con el cambio de legislación producido, ahora podemos encontrar un equilibrio entre ambas cosas e instaurar con ello una nueva expansión sin retroceso, de las energías renovables. Con una sencilla instalación, aprovechando los recursos naturales de nuestro entorno y de los que disponemos en forma de energía solar, eólica, … se puede generar una cantidad suficiente de energía para reducir la dependencia de las redes de suministro energético principales y exigir el cambio hacia las energías limpias: