El retorno a las aceñas como generadores de electricidad.

Nuevas aplicaciones para una antigua tecnología.

Introducción.

Las viejas aceñas durante siglos molieron el grano en los molinos, batieron el paño en los batanes, forjaron el hierro en fraguas y herrerías, y en general proporcionaron fuerza motriz para todos aquellos usos que la civilización fue precisando en su evolución.

Estas aceñas o ruedas hidráulicas fueron muy importantes en el albor de la era industrial, hasta ser definitivamente arrinconadas a partir de mediados del siglo XIX por máquina de vapor primero y rematadas posteriormente por la irrupción de las máquinas eléctricas como fuerza motriz en el siglo XX.

Se les consideró demasiado lentas para aprovechamientos hidroeléctricos y su campo de aplicación de bajos saltos con significativos caudales, pasó a ser cubierto por otras máquinas como las turbinas de hélice y sus evoluciones como las turbinas Kaplan y semiKaplan.

Aceña recuperada para producción eléctrica en Centroeuropa

Parecía que solamente quedarían como máquinas históricas y de museo, ya que su utilidad en estos tiempos estaba en entredicho, pero las crecientes necesidades mundiales en materia de energía, especialmente en los países no industrializados obligan a replantearse la cuestión.

Imagen de una antigua aceña

Estas ruedas hidráulicas tienen ventajas e inconvenientes, como ventajas podemos mencionar su sencillez que permite construirlas y mantenerlas con herramientas artesanales, su falta prácticamente de impacto ambiental y su estética, ya que debidamente mantenidas añaden un típico encanto rural a sus lugares de ubicación, convirtiéndose en un atractivo turístico más.

Como inconveniente, el más obvio es su baja velocidad que dificulta el accionamiento de los generadores eléctricos, a no ser que se les coloque una costosa multiplicación, o se busquen alternativas con alternadores multipolares.

Ruedas hidráulicas

Como las turbinas Pelton, Turgo, Banki-Mitchell-Ossberger, y Kaplan suelen ser de suministro industrial y están perfectamente definidas por sus fabricantes, pondremos algún ejemplo de posibles construcciones y adaptaciones al margen de las soluciones habituales.

Su rendimiento hidráulico es bastante superior a lo que se supone, una rueda hidráulica sencilla de alimentación inferior anda entre el 55 al 75 % en ruedas bien construidas, y pueden llegar a ser del 80% en las Poncelet. Incluso en un modelo similar, la rueda Sagebien, se pueden alcanzar rendimientos que rondan el 90%.

Aunque la rueda Sagebien es demasiado lenta para la generación eléctrica.

Por ello, si se implementan los mecanismos y máquinas eléctricas adecuadas, no suponen ningún desperdicio energético.

Este gráfico incluye las ruedas hidráulicas (Roue-Barrage)

Por ese motivo se está estudiando en diversas universidades europeas su reutilización con la incorporación de materiales y técnicas modernas, como ejemplo pongo aquí un extracto de uno de esos estudios actuales que se está realizando en la universidad de HYLOW.

http://www.hylow.eu/hylow-start/project-description

Unused Hydropower Segments

Hydropower with very low head differences

Water wheels (water wheel) are efficient converters, but are limited in their power output. In addition, their costs also increase with reducing head difference so that currently hydropower sites with less than 2 m head difference are considered economically marginal. 

With the development of turbines in the 19th century serious hydropower exploitation started.

Thousands of weirs were built into our rivers in order to reduce the gradient (to prevent erosion), to extract water either for irrigation or for water wheels and for navigation. It is estimated that the power available accounts for more than 500 MW in Germany, and 500 – 1000 MW in England; other countries probably have similar power available. Today, the hydropower at all these places is unused since there is no cost-effective and ecologically acceptable energy converter. Standard technologies such as Kaplan Turbines require very large diameters and extensive in- and outflow structures, so that their costs rise with reducing head difference where high flow volumes must be processed. Also, the effect of the turbine on fish passing through is considered negative due to propeller strike and very low pressures in the suction tube.

Breast wheel

Poncelet wheel

Generación eléctrica mediante ruedas hidráulicas sencillas con alimentación inferior.

Estas ruedas suelen tener un diámetro entre 3 y 5 veces el salto, si tomamos una rueda de 3 veces el salto, su velocidad de giro cumple en revoluciones por minuto la siguiente formula: N = 15.48/ (raíz cuadrada de (H)) rpm, Donde H es la altura del salto en metros.

Donde se comprueba que las máquinas son más rápidas cuanto menor es el salto, pero por otra parte la potencia generada es: S= rendimiento x 9.81 x H x Q en KW

Donde Q es el caudal en M3/seg. y H el salto en metros, por lo que saltos bajos exigen alto caudal si deseamos obtener una cierta potencia. Por ello es necesario buscar soluciones de compromiso entre ambas variables..Las ruedas hidráulicas alimentadas por su parte inferior pueden aprovechar saltos desde 0.5 metros por lo que son muy útiles para aquellos cursos fluviales con caudales relativamente elevados y en los que no se pueda disponer de desniveles mayores, es en estos casos en donde se pueden utilizar como alternativa a las de hélice en sus diferentes variantes.

Rueda hidráulica sencilla de alimentación inferior

La rueda Poncelet

Aunque Poncelet estudió en el siglo XIX las ruedas hidráulicas en general, la que lleva su nombre en particular denominada Rueda Poncelet es la más rápida de las ruedas hidráulicas, llegando, con muy buen rendimiento, a multiplicar por cuatro la velocidad de la rueda simple de alimentación inferior. La característica fundamental de la Rueda Poncelet es la presencia de una válvula que acelera el chorro del agua.

Rueda Poncelet

La regulación de estas ruedas se realiza mediante una válvula de compuerta inclinada 60º como se observa en el dibujo, esta regulación se puede complementar estabilizando el valor del par resistente del generador, mediante la regulación de la carga eléctrica con resistencias adicionales que se conectan cuando disminuye el consumo.

Víctor Luis Álvarez

Para cualquier aclaración o comentario, se puede contactar con el autor en:

victorluisbmh@hotmail.com