La energía hidráulica
La energía hidráulica hace parte de las energías renovables y limpias en las cuales no es dañado ningún recursos natural.
facultad de ingeniería · energías renovables
vie. 10 de sep. 2021
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La sustancia que da soporte a la energía hidráulica es el agua. Como se verá a lo largo del desarrollo de los siguientes temas, el agua es el último poseedor de la energía que se quiere aprovechar, que habrá seguido antes un camino mucho más largo hasta que llegue el momento en que se tome de ella en una central hidroeléctrica. A lo largo del presente artículo se conocerá un poco mejor dónde está y cómo se puede encontrar el agua, y qué uso hacen los hombres de ella. Así mismo, se repasará el camino seguido en su aprovechamiento desde que las primeras poblaciones nómadas se asentaron junto a un cauce, lugar de suministro de agua, hasta que se ha sido capaz de aprovechar la energía potencial gravitatoria de una masa de agua para transformarla en energía eléctrica.

El agua en la tierra. Flujo y usos del agua

Distribución del agua en la Tierra

El 71 % de la superficie terrestre está cubierta de agua. Sin embargo, solo representa una delgada película sobre el volumen del planeta Tierra. La masa de mares y océanos representa el 0,023 % de la masa total del planeta. Si se juntaran toda el agua del planeta se obtendría una esfera de 1.300 kilómetros de diámetro, mucho menor al diámetro de la Luna (3.470 km) y muy lejos del de la Tierra (12.740 km).

Se cifra la disponibilidad de agua de la Tierra en 1.386 millones de kilómetros cúbicos, de los que el 97,5 %, como se va a ver, es salada; solo el 2,5 % del agua de la tierra es dulce. Además, gran parte de esta se encuentra en los casquetes polares y en aguas subterráneas no accesibles, por lo que el porcentaje que queda a disposición abastecimiento humano o actividades como la agricultura o la industria es reducido. Se verá a continuación cómo se distribuye la capa discontinua de agua que se encontrará en la superficie de la Tierra, denominada hidrosfera.

En mares, océanos y algunos lagos se encuentran agua salada por la presencia de sustancias disueltas, inicialmente arrastradas por los ríos desde los continentes hasta el mar. La sal más abundante es el cloruro sódico o “sal común”. La salinidad media está comprendida entre 35 y 45 gramos por Litro, aunque destacan algunas masas de aguas como el Mar Muerto con concentraciones 10 veces superiores a lo habitual lo que hace difícil la existencia de vida y que se eleve la densidad habitual del agua de mar, habitualmente de unos 1.027 kg/m³, hasta una cifra muy superior, de hasta 1.240 kg/m³, lo que provoca que los cuerpos floten con mayor facilidad.

Flujos del agua

El agua se encuentra en la hidrosfera en los tres estados: líquido, sólido en forma de hielo o nieve y gaseoso como vapor de agua. A la vista del cuadro expuesto, se la puede considerar distribuida en cinco grandes reservorios:

  • Aguas marinas y oceánicas: el gran reservorio de agua, determinante del aspecto del planeta desde el espacio. Contiene agua salada en estado líquido.
  • Grandes masas de hielo o nieve: grandes reservorios de agua dulce no accesible para la actividad humana, pero que están sufriendo el impacto del cambio climático de manera alarmante.
  • Aguas continentales superficiales: ríos, lagos, embalses y embalses están constituidos en su mayoría por agua dulce, y constituyen un reservorio fundamental para el acceso del hombre a este recurso tan necesario. En el tema del que se habla (producción de Energía Hidroeléctrica), el recurso agua se lo toma de este reservorio.
  • Aguas continentales subterráneas: importante reservorio, por lo general, de agua dulce. La actividad humana está provocando la sobreexplotación en muchos casos, no permitiendo su regeneración. En zonas costeras provoca la entrada de agua salada desde el mar, fenómeno conocido como “intrusión marina”. Esto provoca la salinización de estas reservas de agua y su pérdida irreversible como reservorio de agua dulce. Es un problema que afecta a zonas de agricultura intensiva como el Campo de Dalías, zona de invernaderos en Almería.
  • Atmósfera: que contiene vapor de agua y constituye un vehículo fundamental en el flujo de agua entre reservorios. El agua se encuentra en constante movimiento entre los distintos reservorios, como se verá posteriormente.

Usos del agua

El agua es necesaria para la vida tal como se la entiende en el planeta Tierra. Desde épocas tempranas del desarrollo social, cultural y económico del hombre el agua ha sido, no solo elemento necesario para la supervivencia, sino un soporte necesario para la pesca, el desarrollo de la agricultura o el transporte.

Más adelante, el hombre incorporo no solo el uso del fluido, sino también el uso de su energía, mediante norias, molinos… Se verá este desarrollo más adelante. Tradicionalmente se ha hablado de “consumo de agua”. Realmente, el agua que se emplea o se utiliza, incluso la que bebemos, o la que utilizamos para limpiar o cocinar, acaba volviendo al sistema natural, formando parte del Ciclo del Agua.

Bien es cierto, que lo hará en otra condición física, ya sea en su estado o en su temperatura, con otra calidad, otro estado energético o incluso en otra localización geográfica, de ahí que se hable del uso del agua. Hoy se debería buscar el uso ambiental de este recurso, respetando su localización, su estado, su calidad. En la actualidad, se puede clasificar el uso que hace el hombre del agua dulce en los siguientes grandes grupos:

  • Agricultura y ganadería: representa el 70% del uso de agua.
  • Industria: representa el 20% del uso de agua.
  • Consumo humano: representa el 10% del uso de agua.

El uso agrícola resulta fundamental para el futuro del recurso en el planeta y para la seguridad alimentaria, dada la creciente escasez de agua. El agua que “comemos” mediante la alimentación es muy superior a la que se bebe. Se necesitan de 2.000 a 5.000 litros de agua para producir los alimentos que se toma en un día.

Ciclo del agua

El agua se encuentra en los distintos reservorios que se enumeraron en el apartado anterior, pero se encuentra en constante movimiento, cambiando entre reservorios e incluso cambiando su estado físico. Esta circulación del agua se conoce como Ciclo Hidrológico del Agua. Como si del circuito de una fuente ornamental se tratara, el Ciclo Hidrológico del Agua requiere de un motor, de una fuente de energía que lo dote de la energía necesaria para su puesta en marcha y activación. En este caso, la fuente de energía para la puesta en marcha del Ciclo del Agua es el Sol. En el ciclo del agua se puede distinguir dos fases principales:

  • Terrestre: con el agua en estado líquido o sólido, que corresponde al almacenamiento o circulación en continentes o mares y océanos.
  • Atmosférica: correspondiente al transporte de grandes cantidades de agua en forma de vapor.

El terrestre (continentes y mares y océanos) pasa a la atmósfera a través de los procesos de evaporación en la superficie de océanos, mares y continentes por el paso de líquido a vapor de agua por la energía aportada por el Sol y, en menor medida, por la evapotranspiración de los vegetales. El vapor de agua, de menor densidad, asciende y, al enfriarse, se condensa, formando las nubes. ¡Las nubes no son vapor de agua! En tal caso, no se las vería.

Las nubes están formadas por gotitas de agua o cristales de hielo. Estas pequeñas gotas apenas miden 0,01 mm de diámetro y se mantienen suspendidas. Cuando las gotas aumentan su tamaño, llegando a medir entre 1 y 5 mm de espesor, por la temperatura y humedad del aire, caen en forma de lluvia.

La energía renovable como nuevo paso en la humanidad

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