VI. CATARATAS DE ENERG�A

LA UTILIZACI�N de la energ�a hidr�ulica, esto es, el aprovechamiento de las ca�das de agua en los r�os, data de la �poca de los griegos, quienes empleaban la rueda hidr�ulica para bombear agua, llamada noria, que invent� Fil�n de Bizancio en el siglo III a.C. Sin embargo, la descripci�n detallada de la rueda hidr�ulica, as� como sus aplicaciones se debe al ingeniero y arquitecto romano Marco Vitrubio Poli�n, quien la describe ampliamente en su libro De architectura. Tanto la rueda hidr�ulica vertical como la horizontal se usaron en la Edad Media y el Renacimiento, no s�lo en la agricultura, sino en las minas, en la industria textil y maderera y en el transporte. Entre 1835 y 1837 se instal� la primera turbina hidr�ulica, construida por el ingeniero B�noit Fourneyron. La palabra turbina la invent� el ingeniero franc�s Claude Burdin. En el a�o de 1881 se construy� en Godalming, Inglaterra, la primera planta hidroel�ctrica y la producci�n de energ�a el�ctrica a gran escala empez� en 1895, cuando se construy� la presa de 3.75 MW (megawatts) en las cataratas del Ni�gara.

Los rayos solares calientan los oc�anos, provocando que el agua se evapore y suba a la atm�sfera para condensarse en las nubes y caer en forma de lluvia o nieve. Una parte cae en el mar y el resto en los continentes. Esta �ltima es la que se aprovecha. El agua que cae en la tierra forma r�os que, debido a las condiciones topogr�ficas, generalmente desembocan al mar. Para aprovechar la energ�a hidr�ulica se requiere, adem�s de que los r�os transporten grandes vol�menes de agua, que las condiciones topogr�ficas sean adecuadas, es decir, que haya grandes ca�das de agua en su trayecto hacia el mar.

Para convertir la energ�a hidr�ulica en electricidad, generalmente se construyen varias plantas hidroel�ctricas a lo largo de un r�o. Por ejemplo, en el r�o Grijalva, de la parte m�s alta del r�o a la desembocadura est�n las siguientes presas: San Miguel, La Angostura, Netzahualc�yotl, Chicoas�n y Malpaso (v�ase el recuadro 9).

Recuadro 9

Hidroel�ctrica de Batopilas y la Soci�t� du Necaxa. La primera central hidroel�ctrica mexicana se construy� en 1889 en Batopilas, Chihuahua. En 1900, "un empresario franc�s", el doctor Vacqui�, a nombre de la Soci�t� du Necaxa, obtuvo la concesi�n para aprovechar las aguas de ese r�o en la generaci�n de electricidad. Tambi�n el mismo a�o, lleg� a M�xico el ingeniero estadunidense Fred Stark Pearson quien, tras visitar la regi�n de Necaxa y realizar los proyectos preliminares necesarios para la instalaci�n de una central hidroel�ctrica, form� en Ottawa, Canad�, la Mexican Light and Power Company, Ltd., que obtuvo la concesi�n de la compa��a francesa, procediendo a continuaci�n al montaje de la central, cuya primera unidad entr� en operaci�n en diciembre de 1905". JOS� LUIS HERN�NDEZ GAL�N, La energ�a de la Tierra, CECSA, M�xico.

En una presa se construye una gran cortina de concreto armado que detiene el agua que fluye del r�o. De esta forma se acumulan millones de metros c�bicos de agua que poseen una energ�a potencial, cuyo valor depende de la diferencia de los niveles superior e inferior de agua (la altura de la ca�da de agua) y el volumen de agua acumulada. En la cortina de la presa hay unas v�lvulas, llamadas compuertas; cuando �stas se abren permiten que el agua circule libremente, cayendo desde grandes alturas (entre 60 y 750 m) a un dep�sito inferior, para continuar su trayecto hacia el mar (v�ase figura 26). Cuando se abren las compuertas de una presa el volumen de agua que fluye por unidad de tiempo (llamado gasto) es muy grande (por ejemplo, en la presa Netzahualc�yotl circulan 240 m³ cada segundo). La energ�a que inicialmente era potencial, ahora se transforma en energ�a cin�tica debido al gran chorro de agua que cae. �ste choca con los cangilones (especie de aspas en forma de cuchara con una estr�a en el centro, en el caso de la turbina Pelton) de una turbina, provocando que �sta gire a gran velocidad (alrededor de 100 revoluciones por minuto). La turbina, a su vez, est� unida a un generador de corriente el�ctrica, parecido al generador de un coche, pero de grandes dimensiones y de esta forma se produce electricidad (v�ase la figura 26).

Figura 26. Diagrama de una central hidroel�ctrica.

Cuando la ca�da de agua es grande (100 m o m�s), se utiliza una turbina tipo Pelton, cuya eficiencia est� entre 84 y 88%. Cuando los saltos de agua son menores de 100 m, es m�s conveniente usar las turbinas Francis (eficiencia de 94-96%) y Kaplan (eficiencia de 93-95%). Las Francis se utilizan en ca�das de agua cercanas a los 100 m y las Kaplan para ca�das a�n menores (v�ase la figura 27).

Figura 27. Diferentes tipos de turbinas hidr�ulicas.

Entre las ventajas que tiene una central hidroel�ctrica est� su alta eficiencia (entre 80 y 90%) y adem�s no contamina. Entre las desventajas est� la acumulaci�n de sedimentos en el fondo de la presa, por la erosi�n del agua, la cual ocasiona una reducci�n en la vida �til de la presa; adem�s, son escasos los lugares adecuados para construirla.

En nuestro pa�s, hasta 1981, el 36% de la energ�a el�ctrica total se generaba con 45 plantas hidroel�ctricas. Sin embargo, en ese entonces ya se estaban construyendo siete nuevas plantas.