VI. CATARATAS DE ENERGÍA

LA UTILIZACIÓN de la energía hidráulica, esto es, el aprovechamiento de las caídas de agua en los ríos, data de la época de los griegos, quienes empleaban la rueda hidráulica para bombear agua, llamada noria, que inventó Filón de Bizancio en el siglo III a.C. Sin embargo, la descripción detallada de la rueda hidráulica, así como sus aplicaciones se debe al ingeniero y arquitecto romano Marco Vitrubio Polión, quien la describe ampliamente en su libro De architectura. Tanto la rueda hidráulica vertical como la horizontal se usaron en la Edad Media y el Renacimiento, no sólo en la agricultura, sino en las minas, en la industria textil y maderera y en el transporte. Entre 1835 y 1837 se instaló la primera turbina hidráulica, construida por el ingeniero Bénoit Fourneyron. La palabra turbina la inventó el ingeniero francés Claude Burdin. En el año de 1881 se construyó en Godalming, Inglaterra, la primera planta hidroeléctrica y la producción de energía eléctrica a gran escala empezó en 1895, cuando se construyó la presa de 3.75 MW (megawatts) en las cataratas del Niágara.

Los rayos solares calientan los océanos, provocando que el agua se evapore y suba a la atmósfera 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 última es la que se aprovecha. El agua que cae en la tierra forma ríos que, debido a las condiciones topográficas, generalmente desembocan al mar. Para aprovechar la energía hidráulica se requiere, además de que los ríos transporten grandes volúmenes de agua, que las condiciones topográficas sean adecuadas, es decir, que haya grandes caídas de agua en su trayecto hacia el mar.

Para convertir la energía hidráulica en electricidad, generalmente se construyen varias plantas hidroeléctricas a lo largo de un río. Por ejemplo, en el río Grijalva, de la parte más alta del río a la desembocadura están las siguientes presas: San Miguel, La Angostura, Netzahualcóyotl, Chicoasén y Malpaso (véase el recuadro 9).

Recuadro 9

Hidroeléctrica de Batopilas y la Société du Necaxa. La primera central hidroeléctrica mexicana se construyó en 1889 en Batopilas, Chihuahua. En 1900, "un empresario francés", el doctor Vacquié, a nombre de la Société du Necaxa, obtuvo la concesión para aprovechar las aguas de ese río en la generación de electricidad. También el mismo año, llegó a México el ingeniero estadunidense Fred Stark Pearson quien, tras visitar la región de Necaxa y realizar los proyectos preliminares necesarios para la instalación de una central hidroeléctrica, formó en Ottawa, Canadá, la Mexican Light and Power Company, Ltd., que obtuvo la concesión de la compañía francesa, procediendo a continuación al montaje de la central, cuya primera unidad entró en operación en diciembre de 1905". JOSÉ LUIS HERNÁNDEZ GALÁN, La energía de la Tierra, CECSA, México.

En una presa se construye una gran cortina de concreto armado que detiene el agua que fluye del río. De esta forma se acumulan millones de metros cúbicos de agua que poseen una energía potencial, cuyo valor depende de la diferencia de los niveles superior e inferior de agua (la altura de la caída de agua) y el volumen de agua acumulada. En la cortina de la presa hay unas válvulas, llamadas compuertas; cuando éstas se abren permiten que el agua circule libremente, cayendo desde grandes alturas (entre 60 y 750 m) a un depósito inferior, para continuar su trayecto hacia el mar (véase 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 Netzahualcóyotl circulan 240 m³ cada segundo). La energía que inicialmente era potencial, ahora se transforma en energía cinética debido al gran chorro de agua que cae. Éste choca con los cangilones (especie de aspas en forma de cuchara con una estría en el centro, en el caso de la turbina Pelton) de una turbina, provocando que ésta gire a gran velocidad (alrededor de 100 revoluciones por minuto). La turbina, a su vez, está unida a un generador de corriente eléctrica, parecido al generador de un coche, pero de grandes dimensiones y de esta forma se produce electricidad (véase la figura 26).

Figura 26. Diagrama de una central hidroeléctrica.

Cuando la caída de agua es grande (100 m o más), se utiliza una turbina tipo Pelton, cuya eficiencia está entre 84 y 88%. Cuando los saltos de agua son menores de 100 m, es más conveniente usar las turbinas Francis (eficiencia de 94-96%) y Kaplan (eficiencia de 93-95%). Las Francis se utilizan en caídas de agua cercanas a los 100 m y las Kaplan para caídas aún menores (véase la figura 27).

Figura 27. Diferentes tipos de turbinas hidráulicas.

Entre las ventajas que tiene una central hidroeléctrica está su alta eficiencia (entre 80 y 90%) y además no contamina. Entre las desventajas está la acumulación de sedimentos en el fondo de la presa, por la erosión del agua, la cual ocasiona una reducción en la vida útil de la presa; además, son escasos los lugares adecuados para construirla.

En nuestro país, hasta 1981, el 36% de la energía eléctrica total se generaba con 45 plantas hidroeléctricas. Sin embargo, en ese entonces ya se estaban construyendo siete nuevas plantas.