Como ya hemos empezado a explicar en la introducción anterior, lo primero que deberemos hacer a la hora de valorar la viabilidad de un emplazamiento para un aprovechamiento hidroeléctrico será conocer las dos variables principales que nos condicionarán todo lo demás, las cuales son el salto y el caudal disponibles. En las siguientes líneas se explicarán los distintos procesos posibles para determinar estos dos parámetros.
Medida del salto
Para hacer una primera aproximación de la medida del salto bruto podemos recurrir a los mapas topográficos del ejército, lo que nos podría valer para una primera aproximación. No obstante, conforme avance el proyecto y necesitemos mayor precisión, se hará necesaria una medición mediante levantamiento topográfico.
Antiguamente, un método básico consistía en la utilización de regla graduada, tabla y nivel. Se desglosa la distancia total en tramos y se suman las distintas alturas parciales. Esto nos podría servir para terrenos con poco desnivel y fácil acceso.
Otra posibilidad surgía utilizando medidas de la presión atmosférica o de la columna de agua en una tubería colocada a lo largo de todo el tramo.
Hoy en día, las nuevas tecnologías nos permiten la realización de mediciones más sencillas y de mayor precisión, siendo los dos métodos más apropiados los siguientes:
- Equipos GNSS (Sistema Satelital de Navegación Global), más conocidos como GPS por el nombre del sistema existente en Estados Unidos. Tienen una precisión aproximada de 3 cm. arrriba o abajo. Presentan la desventaja de las limitaciones que imponen la accesibilidad del terreno y la disponibilidad de cobertura en los puntos de referencia, ya que se hace necesario estar presente en las cotas superior e inferior del salto a medir.
- Estación total de medida topográfica. Su mayor ventaja reside en la gran precisión que ofrecen (con un margen de error de algunos mms.). Su
desventaja es la necesidad de la existencia de una línea visible entre el aparato colocado en el punto inferior y el punto más alto.
Dada la alta precisión de los dos métodos, en comparación con las pérdidas a tener en cuenta en las tuberías (que se consideran entre el 4 y el 10 %), la elección del método a utilizar entre los dos últimos descritos sólo dependerá de las posibilidades de uso en cada caso concreto.
Medida del caudal
A veces no es necesario realizar la medida del caudal ya que, dependiendo del emplazamiento, pueden existir datos recogidos por la confederación hidrográfica correspondiente.
En el caso de no disponer de dichos datos y tener que realizar la medición ex profeso, los métodos tradicionalmente más empleados son los siguientes:
- Método del llenado de un depósito (o método del barril).
Consiste en llenar un depósito de volumen conocido y cronometrar el tiempo que tarda en llenarse. Dado que hay que desviar todo el caudal existente y que el volumen del depósito tiene unas limitaciones evidentes, este método será adecuado sólo para arroyos de caudal inferior a 20 l/s.
- Método del flotador.
Básicamente consiste en buscar un tramo de sección constante y medir el tiempo que tarda un flotador en recorrerlo. El caudal se calcula utilizando la siguiente fórmula: (s) recorrerlo en utilizado Tiempo (m) tramo del Longitud (m/s) flotador del Velocidad = 0,75 * /s) flotador(m del Velocidad * ) (m sección la de Área ) / (m3 s = 2 Q
También se puede sustituir el flotador por un molinete para mayor precisión. Por sus características, este método se puede emplear en corrientes con una velocidad no excesiva y una profundidad suficiente.
De manera resumida consiste en colocar perpendicularmente a la corriente una tabla con una entalladura por donde pasará todo el caudal. Midiendo la altura que alcance la masa de agua se puede establecer el caudal según unas fórmulas que dependen de la forma de la entalladura.
Todos estos métodos han quedado obsoletos debido a la aparición de la llamada tecnología ADP (Acoustic Doppler Profiler), basada en el conocido efecto Doppler, que relaciona velocidad y frecuencia. Lo que hace en esencia un sensor Doppler ADP es medir la frecuencia de las partículas en suspensión en el agua mediante haces sónicos y con una serie de relaciones trigonométricas, obtener la medida del caudal.
En España, ya se instalaron algunos equipos en el Guadiana en 2003 y en el Ebro en 2005 con unos resultados más que satisfactorios y en la actualidad hay una gran cantidad de ellos repartidos por la geografía española.
La última tecnología desarrollada son los radares UHF, que en resumen funcionan de manera análoga a los sensores Doppler ADP, pero desde fuera del fluido.
Potencia a instalar
Una vez obtenidos el caudal y la altura del salto, podremos tener una idea aproximada de la potencia resultante del salto mediante la siguiente ecuación:
e H Q P=9,81* * n* P: Potencia (kW) Q: Caudal de equipamiento (m3/s) Hn: Salto neto (m)
e: Factor de eficiencia de la central
s g t R R R e= * * R: Rendimiento de la turbina
Rs: Rendimiento del transformador
Para hacer una primera aproximación, se puede tomar un valor para el factor e de 0,85.
Cálculo de la producción media
Para calcular la producción media de la central una vez conocida la potencia a instalar, se puede aplicar la siguiente fórmula:
η
* * * * * 81 , 9 Q H T e E= nE: Energía media anual (kWh) T: horas de funcionamiento anuales
η: Coeficiente de imponderables que tiene en cuenta aspectos como las
pérdidas por reparaciones, mantenimiento, variaciones en suministro y fluctuaciones en las necesidades del mercado eléctrico.
Para realizar el cálculo, el caudal se considerará en los momentos en que sea constante y el salto se considerará fijo, salvo en las centrales a pie de presa, donde se utilizará la curva Q-H del embalse.