El error del artículo estiba en el párrafo arriba citado, que pretende “meter en el mismo costal” a toda forma de energía hidráulica cuando eso, sencillamente no es verdad.
Las grandes centrales hidroeléctricas influyen, ciertamente, de manera negativa sobre el entorno natural en que se encuentran ubicadas. El artículo de “Agraria” hace alusión al caso de la gran represa de Tucurí en la Amazonía brasileña y las lamentables consecuencias que trajo su construcción. El embalse del río Tocantins provocó no solamente la inundación de amplias áreas sino también un incremento considerable de la humedad ambiental. Y es que las clásicas turbinas hidráulicas del tipo Pelton, Francis o Kaplán que se utilizan en dichas centrales, requieren de elevadas presiones de agua (que también contribuye a liberar gas metano, según una cita referencial en el artículo mencionado) para convertir energía de flujo en energía eléctrica, siendo el represado y el “salto hidráulico” estrictamente necesarios para conseguirlo. Ello también obedece al diseño y la configuración de sus álabes. Por ello denominaremos a esas turbinas como “de flujo forzado”.
Pero ¿qué hay de aquellas turbinas hidráulicas “de flujo libre”?. Las turbinas de los aerogeneradores, por citar un ejemplo, no “fuerzan” el flujo de aire sino que aprovechan su velocidad y dirección en un momento dado. Lo mismo podría suceder con las turbinas de agua, y éstas existen desde hace ya buen tiempo. Esta es la verdadera tecnología milenaria que ha evolucionado desde los “molinos de viento” y las pintorescas “norias” , que ha caminado y sigue caminando de la mano con la naturaleza. Las turbinas de “flujo libre” se mueven con la velocidad natural del fluido (agua o aire).
Esta familia de turbinas comprende una gama numerosa de miembros, acabo de citar a las turbinas de viento, pero también están incluidas las turbinas maremotrices y las fluviales. Nos ocuparemos de éstas últimas.
Las turbinas fluviales tienen tres tipos básicos: las de eje inclinado, horizontal y vertical siendo las del segundo tipo las más extendidas en uso a nivel mundial (Canadá y Estados Unidos nos brindan buenos ejemplos). Dentro de las ramas principales hay también numerosos sub-tipos que pueden apreciarse en el gráfico siguiente:
Para el proyectista de minicentrales hidroeléctricas en nuestro país, el empleo de estas turbinas sería una alternativa interesante al hacer consideraciones de impacto ambiental, costos de instalación, operatividad y mantenimiento. Las turbinas tradicionales “de flujo forzado” requieren de muchos accesorios adicionales como inyectores (las Pelton),tuberías, válvulas…y no olvidemos los costos de “represar” y “desarenar” las aguas, entre otros. Las turbinas “de flujo libre” en cambio requieren de un menor número de accesorios, debiéndose eso sí, diseñar convenientemente la geometría de los álabes para aprovechar al máximo la limitada velocidad de flujo así como también reducir los efectos negativos que pudiesen causar la colisión con cuerpos extraños.
Véase la figura de una central hidroeléctrica (con el generador sumergido) trabajando con este tipo de turbinas. Su funcionamiento es completamente análogo al de una central eólica, y si comparamos ambas alternativas, nos convencemos instantáneamente de que la primera es muy superior en ventajas (mayor densidad del agua, velocidad de flujo casi constante y no se requiere de un sistema generador de soporte).
Un estudio realizado en 1986 por la Universidad de Nueva York sobre el potencial del libre flujo de los ríos en los EE.UU. calculó que hay 12.500 MW de capacidad potencial para producir energía. Esto vale cerca de $ 10 mil millones en ventas de electricidad hoy en dia. Es una lástima que en nuestro país no se haya hecho todavía un estimado similar, pese a contar nosotros con ríos mucho más caudalosos. Por ello es conveniente analizar la factibilidad de estas centrales eléctricas.
Un ejemplo interesante en el Perú lo brinda la ONG “ ITDG” y su trabajo en la comunidad “El Paraíso” situada a orillas del río Napo, muy cerca de Iquitos, en el departamento de Loreto: un sencillo pero ingenioso sistema de generación eléctrica flotante “instalado” sobre una canoa nativa. Obsérvense algunas fotos.
Pese a la ínfima potencia que se produce (12 voltios en corriente continua y 250 watts generados para un eje girando a 45 rpm) se tiene aquí, en mi concepto, un pequeñísimo pero contundente ejemplo de cómo se puede aprovechar mejor el potencial hidroeléctrico de este país sin dañar irreversiblemente el ecosistema. También se reivindica a la energía hidráulica como la más limpia y sostenible.
No puede soslayarse la baja eficiencia de la planta (apenas rozando el 20% cuando a nivel internacional se ha alcanzado niveles de hasta 44%) debido a lo artesanal de su concepción. Compárese el diseño anterior con uno estadounidense que nuestros amigos proyectistas pueden utilizar como referencia; he aquí sus características: Un catamarán estilizado de soporte, dos rotores horizontales con estator que cumple doble función: orientador de flujo y protector axial; hay además un interesante sistema de sujeción por cables que se mantienen en tensión por efecto de la misma corriente y que también desempeñan el papel de “protector radial”.
Desde luego, este sistema “flotante” no es la única posibilidad de instalar una minicentral. Aquí tengo mucha confianza en la sagacidad de los técnicos latinoamericanos (peruanos en especial) para enfrentar el reto.
En nuestro caso, y como ya indiqué, valdría la pena analizar la viabilidad de aprovechar el potencial hidráulico de ríos como el Amazonas, el Marañón ,el Ucayali o muchos otros para un proyecto de envergadura y dotar de energía económica y limpia a las comunidades de la selva, aún de la sierra.
Véanse los “videos de interés” si se desean más ejemplos.
Cálculos Básicos para el proyectista:
Este es el modelo de cálculo utilizado por ITDG. Lo fundamental es la selección del tramo idóneo del río para nuestra instalación. El potencial energético (Watts) se calcula así:
P = ½ x Kb x A x R x v
A = Area aproximada de la sección transversal (m2) ; R = densidad del agua (1000 kg/m3) ; v = velocidad del agua (m/s) ; Kb = Coeficiente de Betz = 16÷27 = 0.592
Las dimensiones principales de la turbina se hacen, tal como en el caso de aerogeneradores, utilizando la “teoría del ala de avión”:
P = ½ x p x (A) x v3 x Cp x n
A = (π x d2 / 4)
d = √ (8 x P / π x p x v3 x Cp x n)
d : diámetro del rotor (m); P = potencia de diseño del hidro-generador (Watts) ;r = densidad del agua (kg/m3); v = velocidad del agua en el río (m/s) ; A = area de giro de la turbina (m2); Cp = coeficiente de potencia (sin dimensiones); h = eficiencia del generador. (v3 = velocidad al cubo)
λ = U / vD= π x N x d / 60 x vD N = (60 x λ x vD / π x d)
N = velocidad de giro del rotor (r.p.m) ; U = velocidad tangencial en el tope del álabe (m/s) ; vD = velocidad de diseño (m/s) ; I = celeridad.
Si quieres un mayor diámetro, usa mejor una Noria.
Las famosas “norias” ,de milenaria tradición, no tienen por qué estar descalificadas en la producción de energía eléctrica, más aún, si lo que se desea es la preservación del medio ambiente, dado que también aprovechan la velocidad natural del agua . He podido apreciar que en algunos medios rurales se usan incluso ruedas viejas de tractores agrícolas como rotores. Eso da una idea de cuán grande es la inventiva humana, a pesar de las limitaciones intelectuales y de recursos físicos. Las imágenes nos recuerdan cómo es que funciona este primer “motor hidráulico”.
La potencia al eje se calcula más fácilmente con la expresión:
P = F x V
P = potencia de diseño (Watts) ; F = Fuerza impulsiva (N) ; v = velocidad del agua en el río (m/s)
Donde F = r x (g x d + v2 / 2)x A
r = densidad del agua (kg/m3) ; g = gravedad (m/s2) ; A = Área transversal proyectada por la capacha o paleta (m2); d = distancia de la superficie del agua al centro de la capacha o paleta (m) ; v2 = velocidad al cuadrado.
Para dimensionar las turbinas y norias puede tomarse la potencia deseada (de diseño) y la velocidad del flujo de agua como punto de partida. Debe multiplicarse la potencia por 1,6 ó 1,7 para compensar las pérdidas mecánicas en el caso de instalaciones artesanales.
Con este artículo celebro el primer año de “Mecanotecnia” y retomo los temas energéticos que son de mucho interés en nuestros días. Me sorprendo de ver cómo se va popularizando esta bitácora; instalé el contador de visitas en Enero y ya me acerco rápidamente a las 2000, cuento además con un selecto auditorio de seguidores que comentan mis artículos, formulan sus inquietudes y me acompañan en el trajín de cada mes. A ellos y a todos los lectores doy gracias por su aceptación y hago votos por la consolidación de este pequeño espacio a nivel iberoamericano. Como siempre, pueden hacérseme consultas más especializadas a mi correo: aljepague@yahoo.com. Hasta el mes que viene.
