Energía Hidráulica

La energía hidráulica o energía hídrica, es una energía de tipo renovable que se genera a partir de la energía potencial y cinética que posee el agua al estar en movimiento o al elevar a su altura. Esta energía potencial y/o cinética generalmente es aprovechada por el hombre para producir energía eléctrica, por lo que estamos hablando de uno de los tipos de energía más importantes para la civilización.

Desde el punto de vista de la física, la energía hidráulica es aquella obtenida a partir de la energía potencial gravitatoria del agua al dejarse caer desde la altura, aunque también puede captarse a través de la energía cinética por medio del flujo de los ríos y otros cauces de agua natural.

La energía hidráulica es proporcional al caudal del agua, por eso, el ser humano puede obtener grandes cantidades de energía eléctrica por medio de la construcción de represas que aprovechen grandes volúmenes de agua provenientes de ríos y embalses. Para que esto sea posible, se utilizan turbinas generadoras que transforman el flujo hidráulico o las caídas de agua en energía eléctrica.

Este tipo de energía suele ser muy aprovechada en regiones de relieve irregular, pendientes pronunciadas y buenas precipitaciones durante todo el año. Todos estos factores ayudan a tener las condiciones ideales para la construcción de centrales hidroeléctricas que produzcan electricidad de manera continua a partir de la energía hidráulica.

Ejemplos de energía hidráulica

Hay muchas maneras de reflejar ejemplos de energía hidráulica en el mundo real. A continuación mostramos algunos.

Los molinos hidráulicos


Los molinos hidráulicos eran instrumentos usados en la antigüedad para aprovechar la energía hidráulica y transformarla en energía cinética. Este tipo de molinos se basa en una rueda de madera compuesta de paletas, las cuales son movidas gracias a la energía del agua que choca contra ellas. Dicha energía produce que el molino se mueva en todo su conjunto y sira para distintas funciones como moler granos y cereales.

Las cataratas


Las cataratas son una de las fuentes de energía hidráulica más espectaculares de la naturaleza. A pesar de que no son aprovechadas para generar energía, estas siguen siendo un ejemplo claro de energía hidráulica. Las masas de agua que caen desde grandes alturas pueden llegar a acumular elevadísimas cantidades de energía potencial gravitacional mientras mayor sea la altura de la catarata. Esto queda reflejado al observar la ecuación utilizada para determinar la potencia de la energía hidráulica.

Bombas hidráulicas


Las bombas hidráulicas son dispositivos mecánicos utilizados para suministrar energía al agua. En cuando se necesita llevar el agua a través de tuberías hasta un punto muy elevado, el agua necesita de energía cinética que le permita fluir en contra de la gravedad. Por eso, las bombas hidráulicas transforman energía cinética en energía hidráulica que facilita el movimiento del fluido.

Centrales hidroeléctricas


Probablemente el ejemplo más común de aprovechamiento de la energía hidráulica se aplica a las centrales hidroeléctricas. Este tipo de instalaciones se encarga de transformar la energía de hidráulica en energía eléctrica por medio de complejos hidroeléctricos que se componen de estructuras capaces de contener y elevar el nivel del agua. Esto permite regular el caudal del agua, maximizando así su energía cinética y potencial gravitatoria para poner en funcionamiento turbinas que generan corriente eléctrica.

Mini turbinas de odontología


Los odontólogos utilizan una pequeña herramienta compuesta de una turbina y una punta metálica giratoria que se utiliza para limpiar la superficie dental. Esta herramienta utiliza un flujo de agua a presión que permite que la turbina gire a la velocidad deseada. Este ejemplo demuestra como la energía hidráulica puede ser empleada para diversos fines.

Cómo se produce la energía hidráulica

Este tipo de energía depende de la velocidad del agua, por eso, la energía hidráulica se produce cuando el relieve de un área geográfica permite que agua de un río o lago fluya y se mantenga en movimiento continuo. Este movimiento hace que masa del agua posea energía hidráulica en forma de energía cinética (energía del movimiento).

De la misma manera, cuando existen caídas de agua naturales (cataratas, precipicios, etc.) o artificiales (represas), el fluido gana energía hidráulica en forma de energía potencial gravitatoria mientras se encuentra en caída libre.

Cómo funciona

La energía hidráulica se utiliza principalmente para generar electricidad, por eso, centraremos la explicación de cómo funciona la energía hidráulica a partir de su aprovechamiento para la producción de energía eléctrica.

  • Almacenamiento en embalses: La manera más común por la cual funcionan las centrales hidroeléctricas es gracias a los embalses. Este tipo de estructuras permiten almacenar grandes volúmenes de agua provenientes de ríos y cuencas naturales. Esta acumulación de agua permite que toda la masa de agua pueda ser utilizada para generar energía potencial y cinética.
  • Paso a través de turbinas: Luego de almacenar el agua en los embalses es posible controlar el flujo (caudal) de agua que sale del embalse. Este flujo de agua se genera a mucha presión como resultado de la diferencia de altura que existe entre la cota de agua más elevada y el punto de salida del agua. La elevada presión se conduce hasta una serie de turbinas, las cuales empiezan a moverse gracias a la enorme cantidad de energía cinética producida por la presión del agua.
  • Transformación de energía cinética a eléctrica: La energía hidráulica se transforma en energía cinética, esta permite el movimiento de las turbinas que están conectadas a generadores eléctricos. Los generadores eléctricos (alternadores) utilizados en las centrales de electricidad, transforman el movimiento mecánico en energía eléctrica por medio de un campo electromagnético.

Tipos

Además de la energía hidráulica comúnmente utilizada por las centrales hidroeléctricas convencionales, existen otros tipos de energía hidráulica que se aprovechan mediante técnicas más modernas. A continuación mostramos algunos de los nuevos tipos de energía hidráulica más populares.

Energía mareomotriz


La energía mareomotriz es un tipo de energía hidráulica que se capta a través de los cambios del nivel del mar causado por las mareas. Para estos casos utilizan turbinas que se colocan en el lecho marino, las cuales se mueven como resultado de las corrientes marinas generadas por las mareas.

Energía undimotriz


La energía undimotriz (también conocida como energía olamotriz) es una forma de energía hidráulica generada a partir del oleaje marino. Al igual que la energía mareomotriz, en este caso también se utilizan turbinas colocadas en el lecho marino. No obstante, la energía undimotriz aprovecha la energía cinética por medio de boyas situadas en la superficie del mar. Este movimiento es transmitido hasta las turbinas, las cuales entran en movimiento y permiten generar energía eléctrica.

Energía minihidráulica


La energía minihidráulica, como indica su nombre, es un tipo de energía hidráulica que se genera a pequeñas escalas. Generalmente se genera para suministrar energía a pequeños poblados y sitios de baja demanda energética. Este tipo de energía se obtiene de la misma manera que la energía convencional, sin embargo, no requiere de embalses ni grandes estructuras, sino que se basa en pequeños embalses de pocos metros de altura que permiten aprovechar el caudal de los ríos.

Usos

Al inicio de este post hemos dicho que la energía hidráulica es una de las más importantes para la humanidad. Esto se debe a los usos de la energía del agua que ha aprovechado el hombre a lo largo de la historia. A continuación repasamos algunos:

  1. En la producción de energía eléctrica por medio de centrales eléctricas se utiliza la energía hidráulica por medio de turbinas y generadores eléctricos. Este es el uso más importante de la energía hidráulica, y es que las centrales hidroeléctricas se encargan de proporcionar casi el 17% de la energía eléctrica de todo el mundo.
  2. En la producción de energía eléctrica por medio del movimiento de las olas a través de los sistemas de energía undimotriz.
  3. En la producción de energía eléctrica por medio de los cambios de marea y las corrientes marinas que estas generan.
  4. Como vimos anteriormente, en el pasado era común aprovechar la energía hidráulica para mover molinos hidráulicos, una estructura que aprovechaba la energía cinética del agua para poner en funcionamiento un mecanismo capaz de moler trigo y otros granos.

Ventajas y desventajas

Tal y como sucede con todas las energías utilizadas por el ser humano, la energía y su aprovechamiento traen consigo una serie de bondades y desventajas que vale la pena tomar en cuenta.

Ventajas

  • Se trata de un tipo de energía renovable, ya que el agua utilizada para su producción no es consumida, por lo que es libre de continuar su ciclo natural.
  • En comparación a otros tipos de energía como la eólica o la radiante, la energía hidráulica permite obtener un alto rendimiento en cuanto a producción eléctrica.
  • Luego de haber llevado a cabo la construcción de una central eléctrica, la producción de electricidad a partir de energía hidráulica se hace muy económica.
  • Las centrales eléctricas pueden funcionar sin necesidad de combustible y otros recursos no renovables.

Desventajas

  • La falta de lluvias y los prolongados períodos de sequía pueden hacer que las centrales hidroeléctricas no funcionen, ya que dependen de la energía hidráulica.
  • A pesar de ser un tipo de energía renovable, en muchos casos su uso no es amigable con el medio ambiente, ya que la construcción de centrales hidroeléctricas afecta los ecosistemas.
  • Se necesita de mucho espacio para la construcción de las centrales hidroeléctricas.
  • La construcción de la estructura responsable de transformar la energía hidráulica en electricidad suele demorar mucho tiempo en terminarse (A veces hasta 5 años).
  • La inversión inicial de la construcción de una central hidroeléctrica es sumamente elevada.
  • Pese a ser de gran importancia para la producción de electricidad, el uso de la energía hidráulica es limitado.

Fórmula matemática

En el campo de la ingeniería se calcula la energía hidráulica en forma de potencia (Vatios) para determinar los detalles de la construcción de una represa. Para calcular la energía hidráulica que se puede obtener, se debe emplear la siguiente ecuación:

\[Pot= h*g*c\]

En esta ecuación:

  • Pot= Potencia en forma de energía eléctrica
  • h= Altura de caída del agua.
  • g= gravedad
  • c= caudal de agua.