La energía hidráulica

A. González Arias

 Ni la energía eólica, ni la solar, ni la de las olas o las mareas, ni la energía geotérmica, ni los biocombustibles: la primera fuente renovable de energía limpia que se logró utilizar de forma controlada y a gran escala fue la energía hidráulica.  

Este término abarca tanto la energía cinética del agua de los ríos caudalosos como su energía potencial al ser embalsada a grandes alturas.  Cuando esa agua se traslada por un conducto adecuado y cae atraída por la fuerza de gravedad, tiene lugar la conocida transformación de energía potencial gravitatoria en cinética.  La energía cinética así obtenida se puede utilizar para mover una rueda y alimentar algún dispositivo mecánico, o para hacer girar una turbina acoplada a un generador eléctrico (ver figura 1).

Figura 1. Esquema de una hidroeléctrica moderna

Desde luego, si no fuera por el sol, que evapora el agua que ya pasó por la turbina  y reinicia el ciclo, el proceso no sería renovable.  Así que, en realidad, la conversión no es sólo de energía potencial a cinética; es la energía de la radiación solar la que hace que el agua se evapore y forme nubes para caer más adelante en forma de nieve, lluvia o granizo.  Cuando esa agua queda atrapada a gran altura, parte de la energía entregada por el sol queda almacenada como energía potencial gravitatoria.

Así, el ciclo completo renovable comprende los siguientes intercambios energéticos principales:  

1. Radiación solar que calienta el agua y causa su evaporación (transformación de la energía de la radiación en energía cinética del vapor de agua);

2. Condensación en la troposfera y precipitación en forma de lluvia, nieve o granizo a formar embalses (conversión a energía potencial gravitatoria con pérdida de parte de la energía original en forma de calor durante la licuación o solidificación);  

3. Transformación de energía potencial gravitatoria en cinética cuando el agua se deja caer libremente;  

4. Conversión de la energía cinética del agua en algún movimiento mecánico o en energía eléctrica;  

5. Re-evaporación del agua por la radiación solar para comenzar nuevamente el ciclo.

Figura 2. Presa de la central eléctrica de Aldeadávila en el río Duero, en la frontera de España (a la izq.) y Portugal (a la der.) vista desde el Mirador del Fraile.  La parte superior de la cortina es una carretera que une ambos países. (Foto del autor)
 

Figura 3.  Cortina de la presa de la central eléctrica de Aldeadávila.   Figura 4.  Eje de conexión turbina-generador en una hidroeléctrica.

La finalidad de las presas es la de almacenar grandes cantidades de agua a gran altura y obtener así la mayor cantidad posible de energía potencial; así es posible utilizar esa energía más adelante en el momento y forma convenientes.  La primera presa de la que se tiene constancia no se usó con fines energéticos; se construyó en Egipto hace 4000 años para desviar el cauce del Nilo y proporcionar más terreno a la ciudad de Menfis.  Con posterioridad, griegos y romanos aprovecharon directamente la energía cinética del agua en los ríos sin embalsarla previamente.  Para ello empleaban grandes ruedas hidráulicas movidas por la corriente que  se acoplaban a un molino para triturar el trigo.  Tales ruedas se hacían de madera. No fue hasta el siglo XVIII que el ingeniero británico John Smeaton construyó la primera rueda hidráulica metálica, de hierro colado.

La primera central hidroeléctrica se edificó en Northumberland, Gran Bretaña, en 1880 .  En muy breve tiempo la construcción de presas y centrales hidroeléctricas se vio impulsada por el aumento de la demanda de electricidad que tuvo lugar a principios del siglo XX, unida al desarrollo del generador eléctrico y al perfeccionamiento de la turbina hidráulica.  Ya para 1920 las centrales hidroeléctricas generaban una parte importante de la producción mundial de electricidad, aunque la principal motivación para su desarrollo no fue ecológica, sino económica.  Resultaban más ventajosas que los combustibles para generar vapor y alimentar así las turbinas y los generadores.

Para construir las presas se aprovechan las partes estrechas de los ríos con altas riberas, con lo cual se logra una mayor diferencia de alturas y una mayor conversión de energía potencial en cinética.  En una hidroeléctrica moderna como la de Aldeadávila en el Duero, en la frontera de España y Portugal, la diferencia de alturas desde la parte superior de la presa hasta los generadores puede llegar a cientos de metros (figuras 3 y 4).  En esta hidroeléctrica particular las turbinas se encuentran en una enorme cavidad horadada dentro de la montaña, del tamaño de una catedral.  Posee 6 generadores con alturas de unos 3 pisos y ejes de conexión a la turbina que una sola persona no puede abarcar con los brazos, similares a los de la figura 4.

La presa y planta generadora de Aldeadávila forma parte de un gran complejo construido en el río, a lo largo de la frontera, que consta de varias presas y centrales.  La energía eléctrica generada es compartida por ambos países.