Fuentes Renovables
El agua
El agua posee gran importancia en la vida, pues son muchos sus múltiples usos, bebida, cocción, higiene, agricultura, pecuaria, recreación, navegación y generación de electricidad. Por tanto, el hombre debe utilizarla de forma consciente evitando que las próximas generaciones enfrenten la escasez de este recurso.
El agua ocupa cerca de tres cuartos de la superficie de la Tierra: de los 510 millones de km2 de la superficie del globo 365 millones de km2 son ocupados por el agua, mientras que los continentes ocupan solamente 145 millones de km2.
De toda el agua existente en el planeta 97,3% es agua salada, o sea, impropia para el consumo, el 2,15% se encuentra en polos y apenas 0,6 % es agua dulce. De toda el agua dulce 98,5% es agua subterránea y el 1,5% se encuentra en los ríos y lagos, como muestra la figura 1.
IMAGEM DINÂMICA
La distribución del agua en el planeta es desigual, pues hay regiones con abundancia de agua y otras con gran escasez. Consecuentemente, los primeros grupos humanos procuraran habitar regiones con lluvia suficiente, o próximas de ríos garantizando, así, su sobrevivencia.
Con el rápido crecimiento de la población y con las exigencias de mayor confort, el agua fue usada de forma inconsciente, o sea, con grandes desperdicios. Por eso, es importante conocer la mejor manera de preservarla, principalmente en los manantiales, además de los cuidados con su captación, transporte y distribución.
Energía Hidráulica
El uso de la energía hidráulica fue una de las primeras formas de sustitución del trabajo animal por el mecánico, particularmente para bombeo de agua y molienda de granos. Tenía a su favor, las siguientes características: disponibilidad de recursos, facilidad de aprovechamiento y, principalmente, su carácter renovable.
La energía hidráulica resulta de la irradiación solar y de la energía potencial gravitacional, que provocan la evaporación, condensación y precipitación del agua sobre la superficie terrestre, es la energía existente en el agua y que en determinadas condiciones de vacío y altura de caída, puede ser usada para mover máquinas. Así, la energía hidráulica es convertida en energía mecánica. Al contrario de las demás fuentes renovables, representa una parte significativa de la matriz energética mundial y posee tecnologías de aprovechamiento debidamente consolidadas. Actualmente, es la principal fuente generadora de energía eléctrica para diversos países y responde por cerca del 17% de toda la electricidad generada en el mundo.
En Brasil, agua y energía tienen una histórica relación. La contribución de la energía hidráulica al desarrollo económico del país ha sido expresiva, sea en el atendimiento de las diversas demandas de la economía – actividades industriales, agrícolas, comerciales y de servicios – o de la propia sociedad, sea en la mejora del confort de las habitaciones y de la calidad de vida de las personas. También desempeña papel importante en la integración y en el desarrollo de regiones distantes de los grandes centros urbanos e industriales.
La contribución de la energía hidráulica en la matriz energética nacional, es del orden de 79 % de toda la energía eléctrica generada en el País. A pesar de la tendencia de aumento de otras fuentes, debido a restricciones socio-económicas y ambientales de proyectos hidroeléctricos y a los avances tecnológicos en el aprovechamiento de fuentes no convencionales, todo indica que la energía hidráulica continuará siendo, por muchos años, la principal fuente generadora de energía eléctrica del Brasil. Aunque los mayores potenciales remanecientes estén localizados en regiones con fuertes restricciones ambientales y distantes de los principales centros consumidores, se estima que, en los próximos años, por lo menos 50% de la necesidad de expansión de la capacidad de generación sea de origen hídrica.
Las políticas de estímulo a la generación descentralizada de energía eléctrica, promueve una creciente participación de fuentes alternativas en la matriz energética nacional, y en ese contexto, las pequeñas centrales hidroeléctricas tendrán un papel importante para desempeñar.
El Caudal
Es la relación del volumen de agua medida en litros o metros cúbicos pelo tempo en segundos, minutos u horas, necesarios para llenar un embalse como: tanque, tambor, caja de agua, etc.
El caudal es representado por la letra Q y puede ser calculada a través de la formula:
Q = v/t
donde:
Q = Caudal en metros cúbicos por segundo
v = Volumen del embalse
t = tiempo
Esta definición de caudal se aplica a cualquier flujo de agua. Para medir el caudal basta utilizar una manguera conectada a un embudo, un embalse de un litro y un reloj o cronómetro. En seguida, se marca el tiempo que el agua lleva para llenar el embalse o depósito. Para encontrar el caudal basta dividir el volumen por el tiempo necesario para llenar el embalse o depósito.
En cualquier estudio para implementación de una central la medición del caudal es fundamental para dimensionar el potencial de la planta.
Altura de caída del agua local
Al utilizar la energía hidráulica del río, en el movimiento de máquinas para bombeo o generación de electricidad, es importante verificar si hay una diferencia entre la altura del punto de captación del agua y el local donde será instalado el equipo hidráulico. Esa altura es definida como altura de caída [H].
Máquinas accionadas por el agua
La energía proveniente de los cursos del agua, pueden ser aprovechados para accionar varios tipos de máquinas que desempeñan diferentes funciones, tales como:
- Monjolo – máquina usada en la molienda de los granos similar al mortero;
- Carneiro hidráulico – máquina que funciona como una bomba;
- Rueda de agua – máquina usada para bombear agua y, también, para generar energía eléctrica en pequeña cantidad;
- Turbina hidráulica – máquina usada en centrales hidroeléctricas y que acoplada a un generador transforma la energía mecánica en eléctrica.
Para accionarlas es necesario realizar estudios técnicos para la creación de embalses o pequeños canales con la finalidad de acumular y desviar parte del agua de los ríos.
Monjolo
El monjolo es fácil de construir, pues puede ser hecho con un tronco de madera.
Debe ser colocado en un local donde exista altura de caída suficiente para instalar un canal o zanja, cuya función es captar y desviar parte del flujo de agua para dentro de un recipiente que funciona como un tanque o estanque.
En la medida que este tanque es llenado, el peso del agua vence el peso del tronco haciendo levantar la otra extremidad. En este momento, parte del agua es arrojada y como el peso del agua restante en el estanque es menor que el peso del tronco, el mismo retorna a la posición inicial con fuerza suficiente para moler los granos que estarán dentro de un pilón.
Carnero Hidráulico
El carnero hidráulico es una máquina de bajo costo, usada para bombear una pequeña cantidad de agua. Presenta facilidad de uso y requiere poco mantenimiento.
Para su funcionamiento no hay necesidad de energía eléctrica o cualquier combustible, pues utiliza como energía la propia caída del agua. Las únicas piezas que pueden sufrir desgastes con el tiempo son la válvula de impulso y de recalque debiendo ser cambiadas.
Es capaz de aprovechar el efecto que aparece de la interrupción rápida del movimiento del agua, en una dirección. Con esta interrupción, ocurre un aumento de la presión dentro de la máquina siendo suficiente para abrir la válvula de recalque, por la cual parte del agua es transportada por una manguera hasta un estanque localizado encima del carnero hidráulico.
Rueda de agua
El uso de las ruedas de agua es muy antiguo. En el año 2.000 a.C, en Egipto, ya era utilizada para el bombeo. Tenía la estructura hecha de madera rústica y baldes aferrados a esa estructura formando los tanques. Con el avance de la tecnología esa estructura fue perfeccionada hasta llegar a los modelos actuales.
El funcionamiento se produce por causa de un desvío del flujo del agua local que es llevado hasta la rueda. Para hacer ese desvío se puede usa un tubo de PVC, chapas de acero galvanizado, canal de madera o mampostería (cemento) con una altura de 10 a 20 cm del tipo superior de la rueda para que el agua al caer sobre as palas posibilite su giro.
La velocidad de rotación es muy baja, aproximadamente de 1 a 40 giros por minuto, sin embargo, puede ser utilizada para mover molinos, aserraderos; generar electricidad (100 a 3000 Watts) y bombear agua a un estanque.
Debe ser instalada sobre una base de madera, ladrillo o concreto, nivelada para que tenga un buen funcionamiento.
Turbinas Hidráulicas
En las centrales hidroeléctricas los grupos generadores son constituidos por el conjunto de turbina (rotor mas caja espiral), regulador de velocidad o de carga y generador. Las turbinas se caracterizan por diferentes tipos de rotores.
Las turbinas son especificadas en función de la potencia eléctrica que será generada, pueden tener eje horizontal para pequeñas potencias o eje vertical para potencias elevadas.
En microcentrales hidroeléctricas, las turbinas hidráulicas utilizadas son construidas geralmente con eje horizontal. Dependiendo de las condiciones locales de caudal y altura de caída, una turbina puede ser mas eficiente que otra. Por lo tanto, es necesario evaluar técnicamente y económicamente la mejor opción.
Potencial Hidroeléctrico Brasileiro
El valor del potencial hidroeléctrico brasileiro es compuesto por la suma de parte estimada (remaneciente + individualizada) con la inventariada. El potencial estimado es resultante de la sumatoria de los estudios:
• De potencial remaneciente - resultado de estimativas realizadas a partir de datos existentes – sin considerar levantamientos complementares - considerando un trecho de un curso de agua, vía de regla situado en la cabecera, sin determinar el local de implantación del aprovechamiento;
• Individualizados - resultado de estimativa realizada para un determinado local, a partir de datos existentes o levantamientos activos, sin levantamientos detallados. La parte inventariada incluye centrales en diferentes niveles de estudios - inventario, viabilidad y proyecto básico - además de aprovechamientos en construcción y operación (ELETROBRÁS, 2004).
El potencial inventariado es resultante de la sumatoria de los aprovechamientos:
• Apenas en inventario - resultado del estudio de la cuenca hidrográfica, realizado para la determinación del potencial hidroeléctrico, mediante la selección de la mejor alternativa de división de caída, que constituye el conjunto de aprovechamientos compatibles, entre si y con proyectos desarrollados, de forma a obtener una evaluación de la energía disponible, de los impactos ambientales y de los costos de implantación de los proyectos;
• Con estudio de viabilidad - resultado de la concepción global del aprovechamiento, considerada su optimización técnico-económica, de modo a permitir la elaboración de los documentos para licitación. Ese estudio comprende el dimensionamiento de las estructuras principales y de las obras de infraestructura local y la definición de la respectiva área de influencia, del uso múltiple del agua y de los efectos sobre el medio ambiente;
• Con proyecto básico - aprovechamiento detallado y en profundidad, con presupuesto definido, que permita la elaboración dos documentos de licitación de las obras civiles y del suministro de los equipos electromecánicos;
• En construcción - aprovechamiento que tuvo sus obras iniciadas, sin ninguna unidad generadora en operación;
• En operación - los emprendimientos en operación constituyen la capacidad instalada.
Los aprovechamientos solamente son considerados para fines estadísticos en los etapas "inventario", "viabilidad" o "proyecto básico", si los respectivos estudios son aprobados por el poder concedente.
El potencial hidroeléctrico brasileiro se sitúa alrededor de 260 GW. Apenas 68% de este potencial fue inventariado. Entre las cuencas con mayor potencial se destacan las del Río Amazonas y Río Paraná. En la cuenca del Amazonas, se destaca la sub-cuenca del Río Xingu, con 12,7% del potencial inventariado en el país. Otras sub-cuencas del Amazonas, cuyos potenciales estimados son considerables, son la del Río Tapajós, la del Río Madeira y la del Río Negro. En la cuenca del Tocantins, se destaca la sub-cuenca del Río Itacaiunas y otros, con 6,1% del potencial brasileño inventariado. En la cuenca del São Francisco, el destaque es para la sub-cuenca del Río Moxoto y Otros, que representa 9,9% del potencial inventariado. En la cuenca del Paraná, existen varias sub-cuencas con grandes potenciales, entre ellas la del Paraná, Paranapanema y otros, con 8,1% del potencial hidroeléctrico inventariado en el país.
Capacidad Instalada
En términos absolutos, los cinco mayores productores de energía hidroeléctrica en el mundo son Canadá, China, Brasil, Estados Unidos y Rusia, respectivamente. En el 2001, esos países fueron responsables por casi 50% de toda la producción mundial de energía hidroeléctrica (AIE, 2003).
Poco menos del 60% de la capacidad hidroeléctrica instalada en el Brasil está en la cuenca del Río Paraná. Otras cuencas importantes son la del São Francisco y la del Tocantins, con 16% y 12%, respectivamente, de la capacidad instalada en el País. Las cuencas con menor potencia instalada son las del Atlántico Norte/Nordeste y Amazonas, que suman apenas 1,5% de la capacidad instalada no Brasil.
En la cuenca del Paraná, se destacan las sub-cuencas del Río Paranaíba, Río Grande, Río Paranapanema y Río Iguaçu, con índices que varian de 10,1% a 13,2% de la capacidad instalada en el País. En la cuenca del São Francisco, se destaca la sub-cuenca de los ríos São Francisco, Moxotó y otros, donde están localizadas las centrales hidroeléctricas de Xingó y Paulo Afonso IV, que suman juntas 5.460 MW de potencia instalada. En la cuenca del Tocantins, se destaca la sub-cuenca Río Tocantins, Itacaiúnas y otros, donde se localiza la central Hidroeléctrica de Tucuruí, cuya capacidad instalada podrá ser duplicada en un futuro próximo.
Referencia Bibliográfica
TIAGO FILHO, Geraldo Lúcio. Aproveitamento de Energia Hidráulica, Grupo Agroenergia EFEI
Catálogo Rochefer. Bombas hidráulicas – Manual de Seleção de Bombas e Rodas
Catálogo Rochefer. MS-6 Multiset, Manual Técnico
TIAGO FILHO, Geraldo Lúcio. Rodas d'água, Grupo Agroenergia – DME –IEM – EFEI
TIAGO FILHO, Geraldo Lúcio. Turbinas hidráulicas para microcentrais hidrelétricas, Grupo Agroenergia – EFEI
Catálogo Moller – Turbinas hidráulicas WIRZ Ltda
Fundição Corradi – Divisão de Máquinas Agrícolas, Roda Pelton Completa
TIAGO FILHO, Geraldo Lúcio & VIANA, Augusto Nelson Carvalho. Carneiro hidráulico, EFEI, 1988
Site: www.meioambiente.pro.br
www.aneel.gov.br
