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Impacto de la generación de electricidad por Energía
hidráulica: Revisión de literatura y Caso práctico
Impact of electricity generation by
Hydropower: Literature Review and Case Study
Fecha de recepción: 2024-07-12 • Fecha de aceptación: 2024-08-10 • Fecha de publicación: 2024-08-30
Chanalata Byron
1
, Chango Ricardo
1
, Changoluisa Kevin
1
, Ona Andres
1
, Sarango Carlos
1
,
Roberto Hidalgo
1
1
Instituto Superior Tecnológico “de Tecnologías Apropiadas” – Insta, Quito, Ecuador
[email protected], kevin.ch[email protected],
Resumen
Este artículo presenta una revisión exhaustiva de la literatura sobre el impacto de la
generación de electricidad mediante energía hidráulica, evaluando sus efectos ambientales,
económicos y sociales a lo largo del tiempo. La revisión se basa en el método SALSA, la
revisión comienza con una descripción de los principios básicos de la energía hidráulica,
incluyendo el aprovechamiento del flujo de agua para la producción de electricidad y la
evolución histórica de las tecnologías hidroeléctricas. Se exploran los impactos ambientales,
tales como la alteración de ecosistemas acuáticos, la modificación de patrones de flujo de
ríos, y los efectos sobre la biodiversidad. Se discute cómo las grandes represas pueden causar
inundaciones extensas y desplazar comunidades, así como los esfuerzos para mitigar estos
efectos a través de prácticas de gestión sostenible. En términos económicos, el artículo revisa
la capacidad de la energía hidráulica para proporcionar una fuente estable y continua de
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electricidad, reducir costos operativos a largo plazo y fomentar el desarrollo regional.
Adicional a la revisión se realiza un caso práctico de generación de electricidad por energía
hidráulica, donde se detallan los elementos y el proceso que se debe seguir para conseguir
este tipo de energía. Se concluye con recomendaciones para futuras investigaciones y
prácticas, destacando la necesidad de equilibrar la producción energética con la preservación
ambiental y el bienestar de las comunidades afectadas.
Palabras clave
Revisión, literatura, salsa, electricidad, energía, hidráulica
Abstract
This article presents a comprehensive review of the literature on the impact of hydropower
electricity generation, assessing its environmental, economic and social effects over time.
Based on the SALSA method, the review begins with a description of the basic principles of
hydropower, including the harnessing of water flow for electricity production and the
historical evolution of hydropower technologies. Environmental impacts are explored, such
as the alteration of aquatic ecosystems, modification of river flow patterns, and effects on
biodiversity. It discusses how large dams can cause extensive flooding and displace
communities, as well as efforts to mitigate these effects through sustainable management
practices. In economic terms, the article reviews hydropower's ability to provide a stable and
continuous source of electricity, reduce long-term operating costs and foster regional
development. In addition to the review, a case study of hydropower electricity generation is
presented, detailing the elements and the process that must be followed to achieve this type
of energy. It concludes with recommendations for future research and practice, highlighting
the need to balance energy production with environmental preservation and the well-being
of affected communities.
Keywords
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Review, literature, sauce, electricity, power, energy, hydraulics
Introducción
La energía hidráulica, que aprovecha el poder del agua en movimiento para generar
electricidad, es una de las fuentes de energía renovable más establecidas en el mundo.
Representa alrededor del 16% de la generación total de electricidad y casi el 60% de la
generación de energía renovable a nivel global, lo que la convierte en un componente clave
en los esfuerzos para mitigar el cambio climático y reducir la dependencia de combustibles
fósiles [1]. La capacidad de generar energía de manera continua, a diferencia de las fuentes
intermitentes como la solar y la eólica, le confiere una ventaja estratégica en la diversificación
de las matrices energéticas nacionales. Según la Agencia Internacional de Energía, las
grandes represas hidroeléctricas ofrecen una capacidad de almacenamiento de energía
significativa, lo que permite gestionar de manera eficaz la demanda eléctrica y mejorar la
estabilidad de las redes energéticas [2].
Sin embargo, la energía hidráulica no está exenta de desafíos. La construcción de grandes
infraestructuras, como represas, puede causar impactos ambientales significativos,
incluyendo la alteración de ecosistemas acuáticos, la pérdida de biodiversidad y la
modificación de los patrones de flujo de ríos. Estudios han demostrado que las represas
pueden afectar negativamente a las poblaciones de peces, interrumpir los ciclos naturales de
sedimentación y provocar la inundación de grandes extensiones de tierra, lo que resulta en la
pérdida de hábitats naturales [3](). Además, el desplazamiento de comunidades locales para
dar paso a estas instalaciones es un tema recurrente en países en desarrollo, generando
conflictos sociales y afectando a las poblaciones indígenas.
A nivel macro, el impacto de la energía hidráulica varía considerablemente según la región.
En países como Brasil, Canadá y Noruega, donde hay abundantes recursos hídricos, la
energía hidráulica constituye más del 50% de su producción eléctrica, desempeñando un
papel central en sus estrategias de energía limpia [4]. Por el contrario, en regiones donde el
acceso a grandes cuerpos de agua es limitado, o donde los impactos ambientales y sociales
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de las represas son más controvertidos, como en algunas partes de Asia y África, el desarrollo
hidroeléctrico enfrenta una resistencia considerable [5]. Estas diferencias resaltan la
necesidad de enfoques personalizados para el desarrollo de la energía hidráulica, adaptados
a los contextos ambientales y socioeconómicos específicos de cada país.
A nivel micro, se están desarrollando tecnologías emergentes para minimizar los impactos
negativos de la energía hidráulica y mejorar su sostenibilidad. Las plantas hidroeléctricas de
pasada, que no requieren grandes embalses, y las microcentrales hidroeléctricas están
ganando popularidad como alternativas más ecológicas y menos disruptivas [6]. Además, la
implementación de estrategias de gestión adaptativa, que incluyen la restauración de ríos y
la mejora de las rutas de migración para peces, ha mostrado resultados prometedores para
reducir el impacto ambiental de las represas existentes. Estas innovaciones reflejan un
movimiento global hacia un uso más sostenible y responsable de la energía hidráulica, que
equilibre la necesidad de generación de energía limpia con la preservación del medio
ambiente y el bienestar de las comunidades locales.
En Ecuador, la energía hidráulica desempeña un papel fundamental en la matriz energética
nacional, representando más del 80% de la generación de electricidad del país [7]. Las
principales plantas hidroeléctricas, como Coca Codo Sinclair, Sopladora y Manduriacu, han
sido cruciales para satisfacer la demanda de energía y promover la autosuficiencia energética.
No obstante, estos proyectos también han enfrentado críticas debido a su impacto ambiental,
incluyendo la alteración de ríos y la afectación de comunidades locales e indígenas. A medida
que Ecuador busca expandir su capacidad hidroeléctrica, existe una necesidad creciente de
incorporar prácticas sostenibles y enfoques participativos para mitigar los efectos adversos y
maximizar los beneficios económicos y sociales.
Revisión de literatura
Para garantizar un buen proceso de revisión se va a utilizar el método SALSA (Search,
Appraisal, Synthesis, and Analysis) que es una estrategia sistemática para la revisión de
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literatura que implica buscar, evaluar, sintetizar y analizar la evidencia disponible sobre un
tema específico[8], las siguientes secciones resumen el proceso de revisión de literatura
realizada.
2.1.1 Búsqueda - Search
La revisión comenzó con una búsqueda exhaustiva de literatura relevante en bases de datos
académicas como Google Scholar, Scopus, y Web of Science, utilizando palabras clave como
"energía hidráulica", "impacto ambiental de las represas", "hidroelectricidad y
sostenibilidad", y "conflictos sociales y energía hidroeléctrica" [9]. Esta búsqueda inicial
arrojó más de 500 artículos publicados en los últimos diez años, reflejando el interés y la
preocupación por el impacto de la energía hidráulica a nivel global y regional. Entre los
estudios más relevantes se encontraron análisis sobre los beneficios y desventajas de la
energía hidráulica desde perspectivas ambientales, sociales y económicas [10] .
2.2. Evaluación - Appraisal
Para asegurar la relevancia y calidad de los estudios seleccionados, se utilizó una
metodología de evaluación crítica basada en criterios como la claridad del propósito de
investigación, la solidez del diseño del estudio, la consistencia de los datos presentados y la
validez de las conclusiones. Solo se incluyeron artículos revisados por pares que
proporcionaban evidencia empírica o revisiones sistemáticas exhaustivas. Por ejemplo, el
estudio de Winemiller et al., 2024) es ampliamente citado por su análisis detallado de los
impactos ecológicos de las represas en biodiversidad, mientras que [12] discuten los efectos
sociales y ambientales de las grandes infraestructuras hidroeléctricas en la Amazonía.
2.3. Síntesis - Synthesis
La síntesis de la literatura revisada revela que, aunque la energía hidráulica es una fuente de
energía limpia y renovable, su impacto no es uniforme y depende de varios factores
contextuales. La mayoría de los estudios coinciden en que las represas hidroeléctricas pueden
tener efectos negativos significativos en los ecosistemas acuáticos, incluyendo la alteración
de los flujos naturales de los ríos, la pérdida de biodiversidad y el aumento de las emisiones
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de gases de efecto invernadero a través de la descomposición de materia orgánica en los
embalses [13]; [14]. En términos sociales, se ha documentado ampliamente que el
desplazamiento de comunidades locales, la pérdida de medios de vida y los conflictos
socioeconómicos son problemas recurrentes asociados con grandes proyectos
hidroeléctricos, especialmente en países en desarrollo [15] [16].
2.4. Análisis - Analysis
El análisis de los estudios revisados sugiere que, a pesar de los beneficios potenciales de la
energía hidráulica, como la reducción de las emisiones de carbono y la generación de energía
continua, los desafíos ambientales y sociales son considerables. Los estudios más recientes
proponen que la mitigación de estos impactos requiere enfoques innovadores, como la
construcción de plantas hidroeléctricas de pasada, que no dependen de grandes embalses, o
el desarrollo de tecnologías de restauración de ríos ([17];[18]. Además, existe un consenso
creciente sobre la necesidad de políticas energéticas inclusivas que consideren no solo los
beneficios económicos, sino también los costos ambientales y sociales de la energía
hidráulica [19].
3.2. Discusión
La revisión de literatura basada en el método SALSA sobre el permitió identificar varios
hallazgos clave que destacan tanto los beneficios como los desafíos asociados a esta fuente
de energía.
Beneficios de la Energía Hidráulica
La energía hidráulica sigue siendo una fuente significativa de energía renovable a nivel
mundial. Su capacidad para generar electricidad de forma continua y sin emisiones directas
de gases de efecto invernadero contribuye a los objetivos de mitigación del cambio climático
[20]. Además, proporciona una forma de almacenamiento de energía, esencial para integrar
fuentes de energía intermitentes, como la solar y la eólica, en las redes eléctricas [17]. Este
enfoque renovable se ha implementado con éxito en varios países, especialmente en aquellos
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con recursos hídricos abundantes, como Noruega, Canadá y Brasil, donde la hidroeléctrica
representa una proporción importante de la generación eléctrica total.
Impactos Ambientales
Sin embargo, la revisión revela que la construcción de represas hidroeléctricas puede tener
efectos adversos significativos en el medio ambiente. Estos incluyen la alteración de los
flujos naturales de los ríos, la fragmentación de hábitats, la disminución de la biodiversidad
acuática, y el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero debido a la
descomposición de la materia orgánica en los embalses ([14]) [16]. Se encontró que estos
impactos son particularmente pronunciados en regiones con alta biodiversidad, como la
Amazonía, donde la construcción de grandes represas podría amenazar especies endémicas
y ecosistemas enteros[21] .
Impactos Sociales
En cuanto a los impactos sociales, la revisión destaca que los proyectos hidroeléctricos a gran
escala han llevado al desplazamiento de comunidades locales, la pérdida de medios de vida,
y la exacerbación de conflictos sociales, especialmente en países en desarrollo [16]. Estos
efectos negativos son a menudo subestimados durante la planificación de los proyectos, y
pueden socavar los beneficios económicos y energéticos esperados de la hidroeléctrica. Los
estudios revisados sugieren que es esencial considerar las necesidades y derechos de las
comunidades locales y adoptar medidas de mitigación social desde la fase de planificación
[22].
Innovaciones y Enfoques Sostenibles
La revisión también identificó enfoques y tecnologías emergentes que podrían mitigar
algunos de los impactos negativos de la energía hidráulica. Por ejemplo, las plantas
hidroeléctricas de pasada, que no requieren grandes embalses, han sido sugeridas como una
alternativa más sostenible, ya que minimizan la alteración de los ecosistemas acuáticos y
reducen el riesgo de desplazamiento de comunidades [18]. Además, se promueve la
restauración de ríos y la implementación de proyectos hidroeléctricos de menor escala, que
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pueden proporcionar energía renovable sin los impactos adversos asociados con las grandes
represas [17] .
Contexto en Ecuador
En el contexto de Ecuador, la energía hidroeléctrica es una parte fundamental de la matriz
energética del país. Ecuador ha invertido significativamente en infraestructura hidroeléctrica
en la última década, con la construcción de proyectos como Coca Codo Sinclair y Sopladora,
que han aumentado la capacidad de generación del país [23]. Sin embargo, estos proyectos
también han enfrentado críticas debido a sus impactos ambientales y sociales, como la
afectación de ecosistemas sensibles y la falta de consulta adecuada a las comunidades
locales[24] . Los estudios locales resaltan la necesidad de políticas más inclusivas y de una
mejor planificación para maximizar los beneficios de la energía hidráulica mientras se
minimizan sus impactos negativos.
Caso propuesto
Esta sección describe una práctica experimental diseñada para demostrar la generación de
electricidad a través de una turbina accionada por agua o aire, utilizando componentes
accesibles como plugs banana y jacks banana para la conexión de circuitos eléctricos. El
objetivo de esta práctica es ilustrar los principios básicos de la energía hidroeléctrica y
evaluar la eficiencia del sistema en condiciones operativas diversas.
2.1 Materiales Utilizados
Turbina hidroeléctrica: Dispositivo principal utilizado para la conversión de energía cinética
del agua o aire en energía mecánica.
Plugs banana y jacks banana: Conectores eléctricos que permiten la conexión y desconexión
rápida de los cables del circuito.
Cables de conexión: Cables para establecer el circuito eléctrico entre la turbina y los
dispositivos de medición.
Luces LED: Indicadores de funcionamiento que permiten observar la conversión de energía
eléctrica.
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Sopladora: Dispositivo utilizado como fuente de energía alternativa mediante aire.
Cartón: Material utilizado para crear una base de soporte para los componentes.
En la Figura 1 se detallan.
Fig 1. Materiales utilizados
2.2. Procedimiento Experimental
Montaje del sistema:
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Ensamblar la turbina en una base de cartón resistente.
Conectar los plugs banana y jacks banana al cableado eléctrico de la turbina,
asegurando una conexión estable.
Instalar las luces LED en el circuito como indicadores visuales de generación de
electricidad.
Pruebas con agua:
Activar la turbina con un flujo constante de agua para iniciar la conversión de energía
cinética en electricidad.
Medir los voltajes generados utilizando un multímetro conectado al circuito y
registrar los resultados obtenidos.
Pruebas con energía eólica:
Utilizar la sopladora como fuente de aire para accionar la turbina, simulando una
generación de energía eólica.
Repetir el proceso de medición de voltaje y comparar los resultados obtenidos con
los de la prueba hidráulica.
Análisis de resultados:
Evaluar la eficiencia del sistema bajo diferentes condiciones de operación (agua vs.
aire).
Identificar posibles problemas, como la disminución de eficiencia debido a la
humedad en la turbina.
La siguiente figura 2 muestra el caso práctico desarrollado.
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Fig 2. Caso práctico desarrollado
Conclusiones
la revisión de literatura utilizando el método SALSA muestra que, aunque la energía
hidráulica tiene beneficios significativos en términos de reducción de emisiones y generación
de energía estable, también presenta desafíos ambientales y sociales importantes. La
mitigación de estos impactos requiere innovaciones tecnológicas, políticas inclusivas y una
planificación estratégica que considere tanto los beneficios como los costos asociados. En
países como Ecuador, la transición hacia un uso más sostenible de la energía hidráulica es
crucial para asegurar que esta fuente de energía cumpla su promesa de ser verdaderamente
renovable y beneficiosa para todos los sectores de la sociedad.
La práctica experimental confirma que es posible generar electricidad de manera eficiente a
través de métodos hidroeléctricos utilizando recursos accesibles. Sin embargo, la eficiencia
del sistema puede verse influenciada por factores como el tipo de energía utilizada (hidráulica
o eólica) y las condiciones ambientales. Los resultados obtenidos son un punto de partida
para futuras investigaciones sobre la optimización de pequeños sistemas de generación de
energía renovable en diferentes contextos.
La práctica experimental y la revisión de literatura realizada sobre la generación de
electricidad mediante energía hidráulica proporcionan una comprensión integral de los
beneficios, desafíos y potenciales aplicaciones de esta fuente de energía renovable. La
práctica experimental demostró que es posible generar electricidad de manera eficiente
utilizando una turbina impulsada por agua o aire, aunque la eficiencia de la generación varía
significativamente en función de las condiciones operativas. Los resultados sugieren que, si
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bien el uso de agua puede producir una mayor cantidad inicial de energía, factores como la
humedad y el diseño de la turbina afectan el rendimiento, destacando la necesidad de adaptar
las tecnologías a los contextos específicos de uso.
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de Innovaciones Cietíficas), vol. 5, no. 1, p. 10, 2024, Accessed: Sep. 03, 2024.
[Online]. Available:
https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=9457550&info=resumen&idioma=
SPA
Período julio-diciembre 2024
Vol. 3 No. 2 pp 36 - 51
riif@editorialscientificfuture.com
ISSN-L: 3028-869X DOI: https://doi.org/10.62465/riif.v3n2.2024.80
REVISTA INGENIERÍA E INNOVACIÓN DEL FUTURO
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Copyright (2024) © Chanalata Byron, Chango Ricardo, Changoluisa Kevin1, Ona Andres1,
Sarango Carlos, Roberto Hidalgo
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