Simple sobre Potencia hidroeléctrica

Mi propuesta Deresu-111 consiste en ir construyendo un flujo de Energía y otro de Agua a lo largo de todo Chile, durante 111 años. Concluído ese límite de tiempo, Chile contaría con ductos de ambos elementos, por mar, valles y cordillera. El desarrollo continuaría más tarde de forma sustentable, sin comprometer las posibilidades de las generaciones futuras.


El Agua tendría innumerables usos y entre ellos menciono regadío, prevención y apagado de incendios forestales, usos industriales y domésticos. El uso que me interesa en este texto es el Agua como conversor de Energía. En el caso de la energía hidroeléctrica o hídrica, la energía potencial del agua se transforma en energía cinética, luego en energía mecánica mediante la turbina y finalmente en energía eléctrica mediante el generador.


La Primera Ley de la Termodinámica nos dice que la energía no se puede ni crear ni destruir, sino que solo se puede convertir a otras formas de energía. De ahí que una vez que el generador entrega la electricidad producida, esta se vá convirtiendo en varias forma de energía más, aparte de la potencia eléctrica aprovechable.


El paso por transformadores y líneas de transmisión implica formas de energía como calor, sonido (ruido), luz (chispas) y reactancia (via bobinas y condensadores). Desde el punto de vista de la energía utilizable, debemos siempre considerar pérdidas del sistema, a través de múltiples conversiones de energía indeseables.


Aparte de las pérdidas de transmisión eléctrica mencionadas (calor, ruido y luz), hay pérdidas en la cadena de conversión misma entre agua cayendo y chocando contra la turbina, pasando por la efectividad (rendimiento) de la caja de cambios y del generador.


Me valgo del siguiente esquema, donde utilicé el término "Estanque de Agua", ya que pienso tanto en embalses contenidos detrás de una represa, como en estanques de agua desde el tamaño de superpetroleros, hasta el tamaño de una lata de conservas:




Como una forma simplificada de expresar la potencia (P) se puede usar esta fórmula clásica:


P = F x G x A


Donde:
P = potencia en kW
F = Flujo o caudal del agua, en metros cúbicos por segundo
G = Fuerza de Gravedad o Gravitación (o Aceleración de la Gravedad) en m/s²
A = Altura neta del agua, en metros


Cuando compramos un paquete de fideos cuya etiqueta dice que contiene 1 kg, no vamos a iniciar un escándalo si es que en realidad contiene 998 gramos. Tampoco vamos a organizar un festejo si es que contiene 1002 gramos.


Con la formulita indicada no necesitamos exagerar con la precisión. Porque resulta que esa aceleración G llega a 9,78 m/s² en el ecuador y a 9,8322 metros por s² (segundo al cuadrado), en los polos.


Podemos sin cargo de conciencia eliminar varios decimales y conformarnos con solo 9,8 m/s². Las tolerancias con esos cálculos se diluyen con la tolerancia de varios factores involucrados. De partida hay que considerar la densidad del agua, que llega a su mayor nivel a los 4 grados centígrados. Esa característica del agua dulce podría ser muy útil cuando los chilenos transportemos "trenes de témpanos" antárticos hasta nuestras costas.


Enseguida hay que multiplicar esa fórmula por diversos factores de rendimiento. La turbina hidráulica tiene un rendimiento que varía entre 0,75 y 0,9. El generador tiene una efectividad que oscila entre 0,92 y 0,97. La caja de cambios o acoplamiento entre la turbina y el generador rinde entre 0,95 y 0.99.


Si tomamos valores medios de 0,95 para el generador y de 0,97 para el acoplamiento, resulta la siguiente modificación de la aceleración de gravedad, con una turbina típica de rendimiento cercano a 0,9:


G2 -- >  9,8 x 0,9 x 0,95 x 0,97 -- > 8,12


Como todos esos factores son generosamente aproximados, no tiene sentido agregar decimales que no dicen nada. Simplificando G por 8 (en lugar de 9,8) se toman en cuenta las pérdidas inevitables y se logra una aproximación super simple y útil:


P = F x 8 x A


Con un caudal o flujo de 1 m³/s que cae desde 1 metro de altura neta, se logran 8 kW de potencia instalada.


Con un  caudal de 1 litro por segundo, que cae desde una altura neta de 1 metro, se logran 8 watts de potencia. Todo esto es "Salvo error u omisión", por supuesto.


Esta fórmula simplificada me será útil para describir un componente significativo de mi propuesta DERESU-111. Con su aprovechamiento espero continuar escribiendo sobre diversas formas de utilizar el Agua sureña en conversiones de Energía renovable, a lo largo y ancho de todo Chile.


Cordiales saludos
Rafael Meza


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