Es bastante común confundir Energía Hidrostática con Hidrodinámica, confusión de la cual surgen expectativas desmedidas ante la presencia de "agua corriente". Un simple arroyo o aun un Río de llanura, contrariamente a lo que puede suponerse, no es una fuente interesante de energía para ser convertida en electricidad.Como contrapartida, una insignificante vertiente con un caudal de apenas un litro por segundo pero con una buena caída puede resultar una solución para generación autónoma individual.
Partamos de la base de que la energía fluido dinámica es:
Donde como ya habíamos visto ,
d = densidad del fluido en Kg/m3
S = Sección transversal del fluido en
movimiento en m2
v = Velocidad en m/seg
Para el agua d = 1000 kg/m3 con lo cual
Desde el punto de vista práctico, un río con una corriente del orden del metro por segundo, implica una caída equivalente a 5 cm
pero esto no debe confundirse con la pendiente del lecho del río o canal, confusión que a menudo se presenta y que otorga al problema expectativas desmedidas.
La energía hídrica, conversión de la energía solar por medios naturales, según ya hemos visto infinidad de veces *, se presenta habitualmente como hidrostática, merced al proceso de evaporación, elevación y traslado de las aguas continentales y oceánicas, que finalmente se van a depositar entre cientos a miles de metros por encima del nivel del mar, al cual retornan transformando esa energía potencial, nada despreciable por cierto, en energía cinética. Esta a su vez, se degrada en rozamientos, a menos que el hombre, consciente de su poder, interponga en su camino dispositivos de control, léase diques o represas, de tal manera de aprovecharla. En cierta manera, esos
embalses actúan como acumuladores, transformando la energía potencial en cinética a medida que se necesita y evitando que se malgaste naturalmente.
Para tener una idea de los valores que asume este proceso natural, tomemos algún ejemplo: supongamos que sobre el Volcán Lanín cae una nevada o lluvia de 100 mm. y que la superficie que cubre el "cono" es la correspondiente a un diámetro de unos 25 Km; con la altura de 3700 metros la energía potencial de esa precipitación es alrededor de 200 millones de Kwhora, energía equivalente al 5% del consumo mensual de todo el país. La energía potencial de la cuenca del Limay, cuyo origen como es sabido es el Nahuel Huapi, es capaz de entregar en menos de 500 Km de recorrido mas de 2500 Megawatios, equivalente a mas del 20 % del consumo total del país. Desde su origen hasta su confluencia con el río Neuquén dando origen al Río Negro, la caída del Limay es de 500 metros, con lo cual la pendiente media es de 500/ 500.000, o sea 1 por mil (0,001). Para aprovechar esta caída en un 100 % deberíamos fabricar en Neuquén un dique de 500 metros de altura, una verdadera utopía por dos motivos, el lago inundaría media Patagonia y la resistencia del paredón debería ser inmensa. Otra alternativa seria descomponer esa altura en 5,6...o 10 alturas equivalentes de tal forma de solucionar ambos problemas.
Los lagos serian mas razonables, no existiría el río, por cuanto al filo del paredón de un dique llegaría el borde del lago siguiente. Con eso se lograría el 100% de rendimiento hidráulico al no haber agua en circulación fuera de la turbinas. Esa es la realidad y la tendencia.Ahora veamos que ocurre con el Río Negro. La pendiente es muy distinta: 300 metros en un recorrido de 700 km. El negocio no es el mismo. La topografía del
terreno no es la misma, las montañas ya no ayudan como diques naturales, los lagos serían extremadamente grandes. La energía potencial, al no existir quien contenga las aguas se transforma en cinética perdiéndose totalmente. Por intuición mas de un productor aledaño a las orillas sueña con obtener ese beneficio. Es energía disponible, al igual que la radiación solar y mucha ...pero veamos que pasa con nuestros propósitos. Según vimos, la energía cinética disponible es:
y si bien la velocidad depende del lugar, podemos tomar valores extremos que van del metro a 2,5 m/s. Esto significa, por ejemplo, que necesitamos 2 metros cuadrados de superficie teórica con una corriente de un metro por segundo para obtener una potencia de 1Kw.Una rueda tipo Zuppinger, similar al mecanismo de impulso de los viejos barcos del Missisipi, actualmente en uso turístico en muchos lagos del mundo, debería tener no menos de 10 metros de ancho con 50 cm de profundidad lo cual ya nos da una idea de lo impracticable, bajo el punto de vista económico. Mejorando la velocidad, recurriendo a lugares naturales en donde estrechamientos o pendientes localizadas aumente al doble esa velocidad, permitiría bajar a la cuarta parte el ancho de la rueda, es decir a 2,5 metros. No obstante, la comparación con dispositivos que transforman la energía potencial, en lugar de la cinética nos obligan a pensar en lo irrealizable del aprovechamiento dinámico: un pozo artesiano, una vertiente o manantial de 100 metros de altura con un caudal solo de 1 litro por segundo nos da la misma potencia teórica que los 2000 litros /seg necesarios para aprovechar un torrente de 1 m/seg. Una vez mas la naturaleza se ocupa de acumular, bajo tierra, en gigantescas "piletas subterráneas" un modesto potencial hidrostático, ideal para el suministro adecuado de energía individual, capaz de satisfacer el consumo de una familia apartada de los centros de distribución de energía eléctrica comunitaria. La expectativa respecto del aprovechamiento hidrodinámico no es muy razonable. La pregunta que inmediatamente surge es ¿ No es posible entonces, así como transformamos la energía potencial en dinámica del salto de 100 metros y apenas un litro por segundo de caudal, hacer lo contrario con un caudal dinámico de muchos miles de litros? La respuesta tiene dos aspectos, el técnico que lo afirma y el económico que lo niega. La inversión necesaria para lograr ese propósito es de tal magnitud que solo se torna factible en muy pocos casos. Intentemos demostrarlo, para lo cual como punto de partida debemos retornar a los primeros párrafos. Calculemos la pendiente de la corriente que corresponde a la velocidad del torrente que nos interesa aprovechar. Aplicando el teorema de Bernoulli y apoyados por Bazin, Kutter y Ganguillet, Weischman y otros especialistas en el tema, sabemos que la perdida de carga h de un tramo de río con pendiente i, de longitud l ,con un radio hidráulico r= F/U donde F es la Sección del torrente y U el perímetro mojado, con velocidad media v, etc. etc. es
de la cual se desprende que
Como conclusión puede afirmarse que pretender transformar la velocidad del agua en otra forma de energía no es conveniente para velocidades del orden de los pocos metros por segundo. La medición de la velocidad del torrente puede demorar pocos minutos. La apreciación visual de la misma es sencilla y eso permite un análisis inmediato de la situación. La pendiente razonable para aprovechar este tipo de energía debería permitir ganar varios metros de altura en centenares de metros y no en miles, con lo cual la pendiente del curso torna a ser un salto de agua, apreciable a simple vista. "Varios metros" divido "varios cientos de metros" implica hablar de una pendiente del orden de % y no de 0/00 como surge del análisis precedente. Aumentar al doble la velocidad del agua significa cuadruplicar la pendiente. Para lograr velocidades interesantes necesarias para aprovechar la energía cinética del agua se necesita, como conclusión pendientes muy importantes; pero en definitiva cuando esas pendientes importantes van asociadas a caudales considerables, lo mas razonable es transformar la energía cinética en potencial por medio de una represa, lográndose por ese medio, cumplir con otro parámetro necesario del cual ya hemos hablado reiteradamente: la acumulación. En este punto cabe diferenciar el aprovechamiento integral de la energía, es decir uso comunitario, frente a la actitud del aprovechamiento parcial, pretendido por los particulares aledaños a las
costas de los ríos. Para estos casos digamos que existen microturbinas especiales pero de tan baja potencia, por ejemplo del orden de los 100 watios para velocidades del orden de los 2 a 3 metros por segundo.
El ultimo aspecto esta relacionado con el turismo. Cuando existen velocidades de agua importantes, como vimos, sinónimo de salto, aparece asociado al problema energético la apreciación de la belleza de la naturaleza y la evaluación económica del tema. ¿ A quien se le ocurriría transformar a las cataratas del Iguazú en una Usina hidroeléctrica?
NOTA IMPORTANTE
La charla original, respuesta a reiteradas consultas de productores vecinos a las márgenes del Rio Negro y Colorado fue sintetizada, adecuándola al espacio televisivo disponible. Sin embargo a posteriori surgieron interrogantes, muchos de ellos de colegas especialistas en el tema que solicitaron aclaraciones. La presente nota pretende cubrir todos los aspectos con las demostraciones pertinentes, aun a riesgo de complicar la comprensión del conjunto o limitar el espectro de lectores. Ruego a aquellos no familiarizados con las formulas, ignorarlas salteando renglones y leyendo solo las generalidades.
Muchas gracias.
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Ing. Enrique O.Nielsen
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