Incluye contenidos generados por IA a partir de © McGraw Hill.
Laboratorio virtual: central hidroeléctrica
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Toma el control de la planta
Utilizarás un simulador para controlar las tres variables clave de la central: el caudal, el nivel del embalse y el tipo de turbina.
Tu objetivo es analizar la telemetría, entender cómo interactúan la presión y el rozamiento, y garantizar la máxima eficiencia de la planta bajo diferentes situaciones reales.
Ya conoces la teoría detrás de la generación hidroeléctrica. Ahora toca aplicarla. En este laboratorio no hay respuestas en el solucionario del libro, solo datos en tiempo real.
NIVEL BÁSICO
RETOS
Simulador
El dilema de la sequía
Una central hidroeléctrica lleva años funcionando con una turbina Pelton, ya que el embalse solía estar a 180 metros de altura. Sin embargo, debido a una sequía prolongada, el nivel del embalse ha caído a 40 metros y no parece que vaya a llover pronto. Configura el simulador con la situación actual de sequía (40 m, turbina Pelton) y abre la compuerta al 100 %. Anota la potencia y el rendimiento. Como ingeniero de la planta, debes proponer a la dirección cambiar el rodete de la turbina. Prueba las otras opciones (Francis y Kaplan) en esas mismas condiciones de sequía.
Para reflexionar: ¿Qué turbina instalarías para afrontar la sequía? ¿Por qué? ¿Cuántos Megavatios extra conseguirías con el cambio a máximo caudal?
Cuando hayas reflexionado, pincha para conocer la respuesta.
NIVEL MEDIO
RETOS
Simulador
Regulación de frecuencia en la red
Son las 8:00 de la tarde y el partido de fútbol está en el descanso. La gente abre las neveras y enciende las luces. El operador de la red eléctrica nacional (Red Eléctrica de España) te llama de urgencia. Tienes un embalse en un nivel óptimo de 120 metros y una turbina Francis. Red Eléctrica te exige que inyectes exactamente 15,00 MW a la red para mantener la frecuencia a 50 Hz. Ni más, ni menos.
Para reflexionar: ¿A qué porcentaje exacto debes abrir la válvula de caudal para clavar esos 15,00 MW? ¿Qué pasa con el rendimiento de la turbina al no tener la compuerta abierta al 100 %?
Cuando hayas reflexionado, pincha para conocer la respuesta.
NIVEL AVANZADO
RETOS
Simulador
El enemigo invisible
El alcalde del pueblo vecino no entiende de física. Se queja de que si el embalse está a 150 metros de altura, el agua debería golpear la turbina con la fuerza de 150 metros, independientemente de si abren un poco el grifo o lo abren al máximo. Sitúa el embalse a 150 metros y selecciona la turbina Francis. Toma nota del "Salto neto" cuando la válvula está al 20 %, al 50 % y al 100 %.
Para reflexionar: Redacta una breve explicación técnica para el alcalde. ¿Por qué el "Salto Neto" disminuye a medida que abrimos más la válvula si el nivel del embalse no ha bajado? ¿Cómo se llama este fenómeno físico y qué variable de la telemetría nos demuestra que está ocurriendo?
Cuando hayas reflexionado, pincha para conocer la respuesta.
NIVEL EXPERTO
RETOS
Simulador
Operación a carga parcial
Tienes un salto de agua de 80 metros. Debes generar en este momento unos 3.5 MW para el consumo nocturno del valle. Intenta conseguir esos ~3,5 MW usando una turbina Kaplan y luego usando una Francis (ajustando la válvula en ambos casos para acercarte lo máximo posible a esa cifra).
Para reflexionar: Aunque ambas turbinas pueden generar esa potencia para ese salto de agua ajustando la válvula, ¿cuál de las dos es más eficiente (tiene mejor rendimiento) trabajando a esa "carga parcial" (con la válvula muy cerrada)?
Cuando hayas reflexionado, pincha para conocer la respuesta.
¿Qué turbina instalarías? La turbina Kaplan. ¿Por qué? Porque las turbinas Kaplan están diseñadas específicamente para aprovechar grandes caudales en saltos de agua muy bajos (menos de 50 metros). La Pelton, diseñada para grandes presiones, se vuelve muy ineficiente (cae a un 40 % de rendimiento) al no tener la fuerza de impacto necesaria. MW extra conseguidos: Se conseguirían 7,01 MW adicionales (12,41 MW de la Kaplan frente a los 5,40 MW de la Pelton).
Valores a encontrar en el simulador (a 40 m de altura y 100 % de apertura): Pelton: 5.40 MW (Rendimiento: 40 %) Francis: 11.47 MW (Rendimiento: 85 %) Kaplan: 12.41 MW (Rendimiento: 92 %)
Porcentaje para 15,00 MW: Con un control digital estándar (de 1 en 1), los alumnos verán que no pueden clavar exactamente la cifra (se quedarán en el 30 % o el 31 %). El valor teórico exacto sería aproximadamente del 30,3 %. ¿Qué pasa con el rendimiento? ¡Pregunta trampa! El rendimiento propio de la turbina Francis se mantiene estable en su zona óptima (85 %), pero al cerrar la válvula, el caudal baja y las pérdidas por rozamiento en la tubería disminuyen. Por tanto, paradójicamente, el salto neto es mejor a carga parcial que al 100 %.
Valores a encontrar en el simulador (a 120 m de altura, turbina Francis): Apertura al 30 % >> Potencia: 14,87 MW Apertura al 31 % >> Potencia: 15,36 MW
Valores a encontrar (a 150 m, turbina Francis): Apertura 20 % >> Salto neto: 149,5 m Apertura 50 % >> Salto neto: 146, 9 m Apertura 100 % >> Salto neto: 137,5 m
Explicación: "Señor alcalde, aunque el embalse esté a 150 metros, el agua pierde energía al frotar contra las paredes de la tubería al bajar. Cuanto más abrimos el grifo, más rápido va el agua y más fuerte es ese rozamiento, por lo que la presión final que llega a la turbina es menor". Fenómeno físico: Se conoce como pérdida de carga por rozamiento o fricción hidrodinámica. Responde a una relación cuadrática, como muestra la ecuación Variable telemetría: Queda demostrado al observar cómo la variable Salto Neto (Hn) disminuye drásticamente a medida que la variable Caudal (Q) aumenta.
Valores a encontrar (a 80 m de altura, objetivo ~3,5 MW): Kaplan: Para acercarse a 3,5 MW, hay que bajar al 19 % de apertura. Al hacerlo, el simulador arroja 2,22 MW con un rendimiento pésimo del 30 % (ya que la Kaplan sufre cavitación a 80 m y además la válvula está casi cerrada). Francis: Al situar la válvula al 18 % de apertura, genera 3,58 MW con un rendimiento del 51 %.
¿Cuál es más eficiente? La turbina Francis. ¿Por qué? Aunque ambas están operando a "carga parcial" (válvula muy cerrada, lo que penaliza el rendimiento en todas las turbinas por las turbulencias), la Francis sigue siendo la máquina adecuada para un salto medio de 80 metros. La Kaplan está totalmente fuera de su rango de diseño (es para menos de 50 metros), por lo que su eficiencia se desploma muchísimo más rápido.
Laboratorio virtual: central hidroeléctrica
McGraw Hill
Created on March 23, 2026
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Laboratorio virtual: central hidroeléctrica
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Toma el control de la planta
Utilizarás un simulador para controlar las tres variables clave de la central: el caudal, el nivel del embalse y el tipo de turbina.
Tu objetivo es analizar la telemetría, entender cómo interactúan la presión y el rozamiento, y garantizar la máxima eficiencia de la planta bajo diferentes situaciones reales.
Ya conoces la teoría detrás de la generación hidroeléctrica. Ahora toca aplicarla. En este laboratorio no hay respuestas en el solucionario del libro, solo datos en tiempo real.
NIVEL BÁSICO
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El dilema de la sequía
Una central hidroeléctrica lleva años funcionando con una turbina Pelton, ya que el embalse solía estar a 180 metros de altura. Sin embargo, debido a una sequía prolongada, el nivel del embalse ha caído a 40 metros y no parece que vaya a llover pronto. Configura el simulador con la situación actual de sequía (40 m, turbina Pelton) y abre la compuerta al 100 %. Anota la potencia y el rendimiento. Como ingeniero de la planta, debes proponer a la dirección cambiar el rodete de la turbina. Prueba las otras opciones (Francis y Kaplan) en esas mismas condiciones de sequía.
Para reflexionar: ¿Qué turbina instalarías para afrontar la sequía? ¿Por qué? ¿Cuántos Megavatios extra conseguirías con el cambio a máximo caudal?
Cuando hayas reflexionado, pincha para conocer la respuesta.
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Regulación de frecuencia en la red
Son las 8:00 de la tarde y el partido de fútbol está en el descanso. La gente abre las neveras y enciende las luces. El operador de la red eléctrica nacional (Red Eléctrica de España) te llama de urgencia. Tienes un embalse en un nivel óptimo de 120 metros y una turbina Francis. Red Eléctrica te exige que inyectes exactamente 15,00 MW a la red para mantener la frecuencia a 50 Hz. Ni más, ni menos.
Para reflexionar: ¿A qué porcentaje exacto debes abrir la válvula de caudal para clavar esos 15,00 MW? ¿Qué pasa con el rendimiento de la turbina al no tener la compuerta abierta al 100 %?
Cuando hayas reflexionado, pincha para conocer la respuesta.
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El enemigo invisible
El alcalde del pueblo vecino no entiende de física. Se queja de que si el embalse está a 150 metros de altura, el agua debería golpear la turbina con la fuerza de 150 metros, independientemente de si abren un poco el grifo o lo abren al máximo. Sitúa el embalse a 150 metros y selecciona la turbina Francis. Toma nota del "Salto neto" cuando la válvula está al 20 %, al 50 % y al 100 %.
Para reflexionar: Redacta una breve explicación técnica para el alcalde. ¿Por qué el "Salto Neto" disminuye a medida que abrimos más la válvula si el nivel del embalse no ha bajado? ¿Cómo se llama este fenómeno físico y qué variable de la telemetría nos demuestra que está ocurriendo?
Cuando hayas reflexionado, pincha para conocer la respuesta.
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Operación a carga parcial
Tienes un salto de agua de 80 metros. Debes generar en este momento unos 3.5 MW para el consumo nocturno del valle. Intenta conseguir esos ~3,5 MW usando una turbina Kaplan y luego usando una Francis (ajustando la válvula en ambos casos para acercarte lo máximo posible a esa cifra).
Para reflexionar: Aunque ambas turbinas pueden generar esa potencia para ese salto de agua ajustando la válvula, ¿cuál de las dos es más eficiente (tiene mejor rendimiento) trabajando a esa "carga parcial" (con la válvula muy cerrada)?
Cuando hayas reflexionado, pincha para conocer la respuesta.
¿Qué turbina instalarías? La turbina Kaplan. ¿Por qué? Porque las turbinas Kaplan están diseñadas específicamente para aprovechar grandes caudales en saltos de agua muy bajos (menos de 50 metros). La Pelton, diseñada para grandes presiones, se vuelve muy ineficiente (cae a un 40 % de rendimiento) al no tener la fuerza de impacto necesaria. MW extra conseguidos: Se conseguirían 7,01 MW adicionales (12,41 MW de la Kaplan frente a los 5,40 MW de la Pelton).
Valores a encontrar en el simulador (a 40 m de altura y 100 % de apertura): Pelton: 5.40 MW (Rendimiento: 40 %) Francis: 11.47 MW (Rendimiento: 85 %) Kaplan: 12.41 MW (Rendimiento: 92 %)
Porcentaje para 15,00 MW: Con un control digital estándar (de 1 en 1), los alumnos verán que no pueden clavar exactamente la cifra (se quedarán en el 30 % o el 31 %). El valor teórico exacto sería aproximadamente del 30,3 %. ¿Qué pasa con el rendimiento? ¡Pregunta trampa! El rendimiento propio de la turbina Francis se mantiene estable en su zona óptima (85 %), pero al cerrar la válvula, el caudal baja y las pérdidas por rozamiento en la tubería disminuyen. Por tanto, paradójicamente, el salto neto es mejor a carga parcial que al 100 %.
Valores a encontrar en el simulador (a 120 m de altura, turbina Francis): Apertura al 30 % >> Potencia: 14,87 MW Apertura al 31 % >> Potencia: 15,36 MW
Valores a encontrar (a 150 m, turbina Francis): Apertura 20 % >> Salto neto: 149,5 m Apertura 50 % >> Salto neto: 146, 9 m Apertura 100 % >> Salto neto: 137,5 m
Explicación: "Señor alcalde, aunque el embalse esté a 150 metros, el agua pierde energía al frotar contra las paredes de la tubería al bajar. Cuanto más abrimos el grifo, más rápido va el agua y más fuerte es ese rozamiento, por lo que la presión final que llega a la turbina es menor". Fenómeno físico: Se conoce como pérdida de carga por rozamiento o fricción hidrodinámica. Responde a una relación cuadrática, como muestra la ecuación Variable telemetría: Queda demostrado al observar cómo la variable Salto Neto (Hn) disminuye drásticamente a medida que la variable Caudal (Q) aumenta.
Valores a encontrar (a 80 m de altura, objetivo ~3,5 MW): Kaplan: Para acercarse a 3,5 MW, hay que bajar al 19 % de apertura. Al hacerlo, el simulador arroja 2,22 MW con un rendimiento pésimo del 30 % (ya que la Kaplan sufre cavitación a 80 m y además la válvula está casi cerrada). Francis: Al situar la válvula al 18 % de apertura, genera 3,58 MW con un rendimiento del 51 %.
¿Cuál es más eficiente? La turbina Francis. ¿Por qué? Aunque ambas están operando a "carga parcial" (válvula muy cerrada, lo que penaliza el rendimiento en todas las turbinas por las turbulencias), la Francis sigue siendo la máquina adecuada para un salto medio de 80 metros. La Kaplan está totalmente fuera de su rango de diseño (es para menos de 50 metros), por lo que su eficiencia se desploma muchísimo más rápido.