Energía hidráulica
La energía hidráulica es la que se obtiene de la altura y el movimiento del agua, y se convierte en electricidad en las centrales hidroeléctricas.
La energía hidráulica es la energía que obtenemos del movimiento o de la altura del agua. Cuando el agua cae desde un embalse o fluye por un río, su energía potencial y cinética pueden convertirse en trabajo mecánico y, mediante un generador, en energía eléctrica. Es una fuente renovable porque depende del ciclo del agua, que el Sol mantiene en marcha.
¿Qué es la energía hidráulica?
El término «hidráulica» procede del griego hydor (agua) y aulos (tubo). La energía hidráulica se aprovecha desde la Antigüedad: las norias y los molinos de agua molían grano, accionaban martinetes y bombeaban agua. Hoy su uso principal es la generación de electricidad en centrales hidroeléctricas; la primera central pública de este tipo empezó a funcionar en Estados Unidos en 1882, en Appleton (Wisconsin).
A escala mundial, la hidroeléctrica aporta alrededor del 14-15 % de la electricidad y es la fuente renovable que más energía eléctrica produce.
Cómo funciona una central hidroeléctrica
- Presa y embalse: acumulan agua y crean un desnivel (el «salto») entre el nivel del embalse y el de las turbinas.
- Conducción: el agua desciende por tuberías forzadas, ganando velocidad (energía cinética).
- Turbina: el agua hace girar sus álabes; la energía del fluido se convierte en energía mecánica de rotación.
- Generador (alternador): acoplado al eje de la turbina, produce corriente por inducción electromagnética (ley de Faraday).
- Transformador y red: eleva la tensión para transportar la electricidad con pocas pérdidas.
Fórmula y unidades
La energía potencial de una masa m de agua a una altura h es E = m·g·h. Dado que interesa la energía por unidad de tiempo, la potencia que puede entregar una central es:
| Símbolo | Significado | Unidad en el SI |
|---|---|---|
| P | Potencia eléctrica | W (vatio) |
| η | Rendimiento global (turbina + generador), entre 0 y 1 | adimensional |
| ρ | Densidad del agua (≈ 1 000 kg/m³) | kg/m³ |
| g | Aceleración de la gravedad (9,81 m/s²) | m/s² |
| Q | Caudal que atraviesa la turbina | m³/s |
| H | Altura neta del salto | m |
Se ve enseguida que la potencia aumenta con el caudal y con la altura del salto: una central puede ser potente por tener mucha agua, mucha altura, o ambas cosas.
Tipos de centrales hidroeléctricas
- De embalse (o regulación): almacenan agua tras una presa y permiten producir cuando la demanda lo requiere.
- De agua fluyente (o filo de agua): aprovechan el caudal del río sin almacenarlo apenas; su producción depende de la hidrología.
- De bombeo (reversibles): en horas de energía sobrante bombean agua a un depósito superior y la turbinan cuando hace falta; funcionan como una gran «batería».
- Minihidráulica: instalaciones pequeñas, con menor impacto, para suministro local.
Tipos de turbinas
| Turbina | Se usa en |
|---|---|
| Pelton | Saltos muy altos y caudales pequeños |
| Francis | Saltos y caudales medios (la más extendida) |
| Kaplan | Saltos bajos y caudales grandes |
Ventajas y desventajas
Ventajas
- Renovable y sin emisiones directas de CO₂ durante la generación.
- Alto rendimiento: las turbinas modernas superan el 90 %.
- Producción gestionable: arranca y modula su potencia en minutos.
- El embalse sirve también para riego, abastecimiento, control de avenidas y ocio.
Desventajas
- Impacto ambiental y paisajístico: altera el cauce, los sedimentos y la fauna fluvial.
- Obras costosas y largas; puede obligar a desplazar poblaciones.
- Dependiente de la lluvia: las sequías reducen la producción.
Ejemplos destacados
La presa de las Tres Gargantas (China) tiene una potencia instalada de unos 22 500 MW, la mayor del mundo. La central de Itaipú, entre Brasil y Paraguay, ronda los 14 000 MW.
Ejercicios resueltos
1. Una central turbina un caudal de 50 m³/s con un salto neto de 100 m y un rendimiento global del 90 %. ¿Qué potencia produce?
P = η·ρ·g·Q·H = 0,90 · 1 000 · 9,81 · 50 · 100 = 44 145 000 W → P ≈ 44,1 MW
2. ¿Cuánta energía libera 1 m³ de agua (1 000 kg) al caer 100 m, sin pérdidas?
E = m·g·h = 1 000 · 9,81 · 100 = 981 000 J → 981 kJ ≈ 0,27 kWh
3. ¿Qué energía produce la central del ejercicio 1 funcionando 24 horas?
E = P·t = 44,1 MW · 24 h → E ≈ 1 059 MWh (unos 1,06 GWh).
Preguntas frecuentes
¿La energía hidráulica es renovable?
Sí. El agua se repone continuamente por el ciclo hidrológico impulsado por la energía solar, por lo que no se agota al usarla.
¿Cuál es la diferencia entre energía hidráulica e hidroeléctrica?
La hidráulica es la energía del agua en movimiento o en altura; la hidroeléctrica es la electricidad que se obtiene al transformarla en una central.
¿De qué depende la potencia de una central hidroeléctrica?
Del caudal de agua, de la altura del salto y del rendimiento de turbina y generador, según P = η·ρ·g·Q·H.
¿Para qué sirven las centrales de bombeo?
Almacenan energía: usan electricidad sobrante para subir agua a un depósito elevado y la turbinan después, cuando la demanda es alta.
Referencias
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
- Mataix, C. Turbomáquinas hidráulicas. Universidad Pontificia de Comillas.
- Agencia Internacional de la Energía (AIE). Hydropower Special Market Report.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2023). «Energía hidráulica». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/energia-hidraulica/
