Energía potencial hídrostatica

Energía potencial hídrostatica para principiantes

 La figura siguiente resume un ejemplo práctico que servirá más que mil palabras.

Imaginemos una pequeña laguna de unos 30 metros de largo y 1,5 metros de profundidad en el centro.

 Por otra parte tomemos un tambor que tenga 1500 litros de agua y 1,5 metros de altura. Traslademos al centro de la laguna el recipiente y abriendo la válvula permitamos el llenado del tambor hasta el máximo nivel. La entrada del agua a través de la válvula accionará la turbinita que se interpone en el paso desde el agua de la laguna y el tambor, generando una tensión cuya energía calcularemos como segundo paso. Ahora con la válvula cerrada traslademos el tambor lleno hasta la orilla opuesta, en la cual efectuemos la operación  inversa, es decir abramos la válvula y desalojemos el agua a la laguna con el mismo resultado que en la primera operación., es decir duplicando la cantidad de energía. Según hemos visto (Hablando de elefantes) La cantidad de energía ha sido para cada uno de los dos casos, el peso total del agua, 1500 kg multiplicado por la distancia al centro de gravedad, que se encuentra en el centro del tambor, es decir a 0,75 m.A eso le llamamos energía potencial de agua acumulada o hídrostatica.

                                                     E=P. Hg.

Donde E es la energia en Kilográmetros, P el peso del agua en Kg. y Hg es la altura al centro de gravedad expresada en metros.

                           E = 1500 Kg. 0,75 m = 1125 Kilogrametros

Si lo queremos en otras unidades mas útiles a nuestros intereses, por ejemplo en Kilo watios hora, ya hemos visto que 367000 Kilográmetros es un Kwhora, con  lo cual un watio hora  son 367 kg m  y los 2250 Kgm serian 6,13 watios hora. ¿Qué para que sirven? ¿Es poco o mucho? Veamos una pilita recargable AA tiene 1,2 Voltios y 2100 miliamperes hora, la clásica usada para la foto que saqué con mi cámara digital

 justamente a la pilita.

 Energía de la AA= Voltaje. Amperaje hora =

   1,2 V. 2,1 Amp hora = 2,52 watios hora

 carga teórica para casi 2 pilas, aunque recordemos que entre carga y descarga la pila tiene 70 % de rendimiento con lo cual sirve para cargar solo dos pilas AA. Tampoco es cierto que convertir la energía Hidrostática en  Hidrodinamica como primer paso y de alli en electricidad tiene 100 % de rendimiento, con lo cual conformémonos con  60 % y solo servirá para  una pila.

Otra forma de ver para que sirve seria calcular el tiempo que puede permanecer encendida una lamparita, por ejemplo de 20  LEDs, cuya potencia es 1 watio

Tiempo= Energía/ Potencia =  6,13 watios hora / 1 watio = 6,13 horas

Arribado a este punto, mi interlocutor de siempre, mi amigo Juan, interviene con el siguiente dialogo:

Juan- ¿Pero, Enrique…?

 Y no lo dejo terminar la frase porque con la mirada lo dice todo.y me enorgullece tener un discípulo de semejante talla.

 Ha descubierto que la energía potencial hídrostatica  que hemos explicado no es ni mas ni menos que la misma que hemos gastado en levantar el tacho cargado con 1500 litros de agua desde el fondo de la laguna hasta la altura de la orilla y que lo mío es como siempre un ardid didáctico para obligar a la audiencia a razonar y jamás olvidarse de los conceptos básicos. En efecto levantar 1500 Kg a la altura de 1,5 metros requiere un trabajo de 2250 Kg. m y por lo tanto la acumulación de una energía potencial mecánica, que en nuestro caso es hídrica. Entendido el primer paso, veamos si hay otra forma de suplir el  esfuerzo mecánico que no sea por la contribución de varios Iñaki Perurena (Personaje del Club Vasco vinculado a las proezas físicas). Quizás la mas cómoda y sencilla es ubicar el tambor en un muelle del puerto con el fondo del tacho a la altura del nivel de la bajamar, esperar hasta que llegue la pleamar, abrir la válvula, dejar que se llene el tacho y esperar hasta la bajamar próxima y proceder a la descarga tal cual hicimos con el mismo  recipiente pero ahora sin moverlo. Solo esperar el tiempo transcurrido, que depende del lugar. Para los paralelos de latitud sur entre los 54 a 65º son 12 horas para el resto del mundo son cada 6 horas. La explicación es harina de otro costal, pero el concepto esta claro... El procedimiento es muy fácil de automatizar, razón por la cual solo nos falta el lugar donde apoyar el tambor y ya tenemos un cargador de pilas, sin la intervención de ninguna exigencia de energía adicional  que tire por tierra el fracasado intento que ya nos esta estimulando la mente para dejar las bromas aumentando el tamaño del tacho.

Volveremos sobre el particular, aclarando que falta la parte mas interesante y antes que Juan vuelva con sus preguntas capciosas pero oportunas.

 La segunda alternativa, ya en conocimiento de que significa potencial hídrostatico, seria dejar el tacho quieto en una  laguna mucho mas grande ( o el mar) , con el fondo apoyado en el nivel cero, esperar un viento de energía adecuada como para que las olas tengan la altura del tambor y utilizar el mismo procedimiento analizado. Para nuestro conocimiento la condición se daría para un viento con velocidad minima del orden de los 7 m/seg (1,5 mts de altura significativa) o uno de 2,5 m/seg  (olas de 1,5 de altura máxima). Como podemos apreciar, con este proceso, en lugar de mover el tambor, tal cual comenzamos con el experimento fracasado, quien se mueve  ahora es el agua y el tacho, al igual que con la marea esta quieto. ¿Cuál es la diferencia entre uno y otro mecanismo? Obviamente el tiempo transcurrido entre una y otra secuencia. En el caso de la marea dijimos que una o dos veces al día. En el caso de la ola y para esa altura entre 6 a 8,5 segundos. según las observaciones universales de los millones de oligrafos instalados en el mundo. En otras palabras si con las olas Juan puede llenar su tacho entre 10 000 a 14 000 veces mas por día que con la marea, ¿Hay alguien que piense que el tacho de Juan va a permanecer mucho mas tiempo en el muelle del puerto cuando tiene la posibilidad de cargar diariamente de 10 000 a 14000 mas pilas?

De todas formas, aunque ya conozco la respuesta de todos mis lectores que ya se solidarizaron con Juan, me permito continuar con el tema que dio origen al traslado del tambor y cual es en definitiva el proceso real de la marea. Veamos que es realmente lo que ocurre mientras transcurren las 12 horas de la llegada de la bajamar. Esa es la razón por la cual comenzamos moviendo el tacho 30 metros dentro de la laguna. Después quedo fijo en el muelle y finalmente quedo fijo en un lugar del mar mientras la ola se movía. ¿Que pasaría si la “laguna” supuesta en lugar de los 30 metros arbitrarios tuviese un millón de veces mas. Mientras que el trabajo del traslado quede a cargo de un proceso que no consuma energía no habría objeciones y eso es lo que ocurre. La realidad es que cuando lo colocamos en el muelle el recipiente se trasladó, junto con nosotros, merced a la rotacion terrestre y a una velocidad mayor a la del sonido, de tal forma que recorrió, a la altura del ecuador 40 millones de metros , a la altura de Necochea 31,5  y  en la zona de una sola marea diaria 23 millones de metros y que la baja marea que nos permitió descargar el tambor fue en realidad la medida del nivel oceánico a 180 grados de la cara de nuestro planeta que se enfrentaba con la luna en ese momento y que es la verdadera causante , junto con el sol , de la diferencia de nivel  a los 180 º de diferencia meridiana , del orden del metro y medio como máximo  y variable de acuerdo con la posición relativa Tierra , Sol y Luna. La diferencia con nuestro experimento del comienzo es que en este caso la rotación terrestre es quien se hizo cargo del traslado del tacho,  satisfaciendo las inquietudes de Juan que con absoluta razón no podía admitir que la energía potencial hídrica era el resultado de una energía mecánica puesta en juego y de valor superior.  

En otras palabras, la atracción gravitatoria deforma el mar de tal manera que provoca una  laguna artificial cuyo largo en lugar de los 30 metros supuestos tiene millones de veces mas , el perímetro de nuestro planeta y la misma profundidad que habíamos supuesto. La figura es de por si elocuente. Al igual que un planisferio, representemos en un plano las distintas profundidades que tiene la marea de 1,5 metros, tal cual como lo hicimos al comienzo, con la única diferencia que el largo ahora tiene millones de veces más... Por otra parte, la realidad es que la forma del charco, que era un triangulo ahora se ha transformado rigurosamente en una sinusoide pero el asunto es solamente académico  ya que son decenas de millones de mts el largo y el metro y medio de altura es  tan imperceptible que no vale la pena complicarlo en este primer enfoque.

Observemos que para representar la figura en un planisferio con escalas iguales tanto para la altura de la marea  como para la longitud si la escala fuera 1:1000, la altura seria un milímetro y medio pero la longitud del papel milimetrado para las abscisas debería tener 40 Kilómetros de largo. Tan insólito e impensado como el viajecito gratis en el espacio recorriendo desde Necochea hasta Esperance (Australia) 15500 Km a 1290 Km/hora, 30 % mas rápido que un Jumbo 

Finalmente  algunos parrafitos destinados a aquellos que nos visitan periódicamente . El primero para agradecerles a todos y cada uno de los 6000 que en promedio mensual se acercan a nuestra página y el segundo para disculparnos que no podamos contestar las incógnitas que en forma indirecta  se manifiestan a través de los buscadores. Nunca pensamos en esta respuesta: pero tampoco en el proceso que nos involucra. Mas de la mitad de las visitas corresponden a países de habla no hispana para quien también van las disculpas del caso, sobre todo al mundo oriental. Japón, China, Corea, Vietman, Singapur, Indonesia, India, etc. Siempre pienso en lo que seria atender mas de 500 personas al día en nuestro taller, disponiendo no mas de un minuto por cada una … Imposible pensarlo sin la ayuda de los buscadores internautas.  Es tan perfecto el sistema, que con un poco de criterio y manejándonos por los resultados  podemos darnos cuenta en forma indirecta de las inquietudes del público que nos visita, de su nivel intelectual y educativo y de las dificultades que afrontan al encontrarse con un idioma del que  conocen tanto o menos que lo que nos ocurre recíprocamente a nosotros. Tampoco puedo comprender ni justificar la paciencia y el esfuerzo que realizan para entender los pocos signos que me esfuerzo por hacerles llegar con el propósito de despertar la curiosidad de los temas, en especial de aquellos que involucran puntos de vista distintos a los convencionales, sujetos a la consideración de la muy especial mentalidad de los investigadores y docentes comprometidos profesional y socialmente . 

El ejemplo mas adecuado para sintetizar este enfoque es el tema de la energía oceánica, Oceanografía física o Physical oceanography. Un porcentaje mas alto de lectores que  se pueda imaginar no alcanza a comprender bien el concepto de energía potencial hídrica necesario para entender correctamente le energía de las olas y la de las mareas. Se entiende, entonces, que esta nota no esta dirigida hacia aquellos investigadores  o docentes especialistas en la materia  sino a aquellas mentes inquietas, ávidas del “saber como” pero sin haber tenido la oportunidad de recibir la educación necesaria en el momento oportuno.

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Ing. Enrique O.Nielsen

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