El rio capitan

EL RIO CAPITAN
Ya hemos hablado de la energía hídrica separando la hidrostática de la
hidrodinámica. Nuestra nota de pag 72 titulada Energia de los ríos de llanura
(CD1) dedicada a todos aquellos inquietos televidentes, vecinos a las costas de los
ríos, en especial al Colorado y el Negro, que pretenden convertir en electricidad este
regalo de la naturaleza, privilegio de muy pocos habitantes.
Hemos explicado en esa nota que si bien la energía
cinética del agua es superior en 773 veces a la del aire a
igualdad de velocidad, su aprovechamiento cuando la
velocidad es baja, digamos del orden del metro por
segundo, no es razonable bajo el punto de vista
económico, debido a lo costoso de los dispositivos
necesarios para transformar esa energia en electricidad o
simplemente en mecánica. Aconsejamos al lector remitirse
a dicha nota para repasar los conocimientos adquiridos y
facilitar la interpretación de la presente, complemento de
aquella y anexo indispensable cuando las cosas entran dentro del terreno de lo que
se llama las zonas grises del razonamiento. En efecto, los extremos no admiten
discusiones. Una vertiente de 100 metros de altura, con 10 atmósferas de presión es
un extremo que nadie se atreve a objetar. Tampoco la velocidad de la corriente del
Samborombón o el Salado. Velocidad de agua es sinónimo de pendiente del lecho
del río. Pensar en velocidades altas es pensar en ríos de montaña. También en este
caso emplearemos nuestros conocimientos, reiterando una vez mas que cualquier
cuerpo en movimiento tiene una energia cinética igual a la mitad de la masa y al
cuadrado de la velocidad,
Ec = ½ . m . v 2
Sabiendo que masa es peso sobre aceleración de gravedad
Y que además el peso es volumen por densidad
m = P/g
P=V.d
Potencia es energía sobre tiempo Wc = Ec / t
Volumen sobre tiempo es caudal
Q=V/t
Y caudal es sección por velocidad Q = S . v , nos queda como expresión final,
considerando que la densidad del agua es 1000 Kg / m 3 y que 1 Kw =102Kgm/seg
W ( Kw ) = ½ . S (m2) . v3 (m/seg)
Un ferviente seguidor de nuestras charlas, flamante propietario de una Estancia
aledaña a las costas del Rio Capitán, efluente del Lago Quiroga en la provincia de
Santa Cruz , pretende obtener energía eléctrica de las aguas de dicho río y solicita
48
las recomendaciones pertinentes. Dado que
ya no se trata de un río de llanura y que
además es un aprovechamiento para
energia individual, no comunitaria, lo hemos
tomado como ejemplo conceptual para
terminar de entender este problema. Paso a
paso sigamos con el procedimiento
establecido. Veamos algunos datos reales.
La velocidad del agua en el sitio elegido
para la transformación, es decir el futuro
emplazamiento de la turbina, es de 1,6
metros por segundo. En esa zona el ancho del río es entre 5,5 a 6 metros y la
profundidad alrededor de 50 a 60 cm. Con esos datos la sección será entre 2,75 a
3,6 metros cuadrados y el caudal medio de unos 5 metros cúbicos por segundo, de
acuerdo a:
S = 5,5 a 6 x 0,50 a 0,60 = 1,37 a 3,60 m
2
y Q = 2,20 a 5,76 m3/seg
Si tomamos 3 m2 , entonces la potencia disponible en ese punto será:
W (Kw) = ½ S (m2) x v3 (m/seg) = ½ x 3 x 1,6 3 = 6,14 Kw
Sin embargo, veamos que pasa si pretendemos transformar la energia cinética en
potencial construyendo una pequeña represa de solo un metro de altura, que obligue
a retener el agua elevando su nivel. Sin la represa, la energia potencial del agua
seria cero ya que de acuerdo a lo que hemos visto, pag 71 CD1,
W (Kw ) = 9,8 x Q (m3/seg) x H (m)
Y si h = 0 es cero W = 0
Pero si H fuera 1 metro,
W = 9,8 x 5 x 1 = 50 Kw
Obsérvese que se han tomado los valores teóricos a efectos comparativos. En
realidad a los efectos prácticos se suele tomar un rendimiento del 50 % , con lo cual
W= 5 x Q X H (pag71 CD1).
Resulta obvio aclarar que la potencia obtenida, para igual caudal, es proporcional a
la altura de tal forma que si la represa tuviese 2 mts la potencia aprovechable serian
100 Kw, que con 24 horas de funcionamiento continuo y 30 días nos darían 72.000
Kwhora por mes. Nada mas ni nada menos que la energía consumida por 500
familias tipo. Aprovechemos para razonar que pasó con este enfoque. ¿ De donde
salió la diferencia de energia entre el aprovechamiento dinámico y el estático? En el
primer caso estabamos limitados a solo 6,14 Kw y con solo provocar una elevación
49
de dos metros de altura disponemos 16 veces mas energía, cuando el caudal del río
sigue siendo el mismo. Ni duda que lo único que hemos hecho es evitar que,
mediante la creación de un pequeño lago cuya profundidad creció de 0,50 a 2,50
frente a la represa , la velocidad del agua bajo tanto que con la economía de los
rozamientos aumentamos la potencia disponible en esa proporción. Recordemos que
la pendiente que corresponde a los 1, 6 m/seg es del orden de 0,25 m / Km y que
para alcanzar el nivel de 0,50 debemos ahora ir aguas atrás hasta unos 8 Km,
suponiendo que la velocidad del torrente sea constante, cosa que no es así ya que
en los 8,5 Km de distancia total la diferencia de altura es de 350 m, según se puede
apreciar en el mapa de referencia. En definitiva, esos 8 Km de reducción gradual de
velocidad del agua por aumento de la sección son los que nos han permitido no solo
recuperarle al río 94 Kw sino también acumular unos 80.000 m3 de agua que
significan mas de 4 horas y media de contribución del caudal de 5 m3 por segundo,
teniendo en cuenta que las barrancas en esos 8 Km tienen mas de 2 metros de
50
altura. Veamos ahora que pasa si
pretendemos, sin el dique , aumentar
la velocidad del agua restringiendo el
paso, a través de una construcción tipo
embudo.
Solo
conseguiremos
aumentar la velocidad del agua y por
ende el tamaño físico de la turbina
pero de ninguna manera aumentar la
energía dado que las condiciones
cinemáticas no han cambiado y
deberemos conformarnos con los 6,14
Kw teóricos ya calculados. En efecto,
supongamos que por medio de dos
paredones reducimos el ancho del río a una cuarta parte, digamos a 1,5 metros de
ancho. Como la potencia es la misma se cumplirá que:
W1 = W2
S1 x v13 = S2 x v23
S1/ S2 = v13/ v23
S1 = S2 x (v13/ v23) y v1 = v2 . ∛ S1/S2
Y aplicado para el caso de reducir a la cuarta parte el ancho del río, la velocidad
aumentará la raíz cubica de 4, o sea será 2,5 m/seg. con lo cual el ancho de la rueda
tipo Zuppinger será solo de 1,5 metros y la velocidad también habrá aumentado 1,58
veces, pero la potencia será la misma, a diferencia del caso de represar el agua. A
350 metros de diferencia de altura entre el lago Quiroga y su confluencia con el Río
Chico, el Capitán, en solo 8,5 Km de distancia tiene una potencia
W = 9,8 . 5 . 350 = 17.150 K w = 17,15 Mw
Basta multiplicar por 24 horas para darnos cuenta que la Naturaleza pone
diariamente en nuestras manos 411 megawatios hora pero que, por falta de
dispositivos de conversión se disipan entre las rocas y el lecho del río.
Recordemos que el Limay en 500 Km de recorrido tiene 100 veces menos pendiente
que el Capitan, si bien su caudal es 60 veces mayor. Además, y a efectos
comparativos digamos que una turbina de las cuatro instaladas en la represa de Pichi
Picun Leufu tiene 70 Megawatios. Estableciendo otro parametro comparativo, algo
mas conocido en el sudeste de nuestra provincia, la energía capaz de entregar el Río
Capitan es equivalente nada mas ni nada menos que la que se obtendría con
alrededor de 130 aerogeneradores como los instalados en Tandil, visibles desde el
peaje de la Ruta 226.
Veamos ahora una alternativa de aprovechamiento hidrostático pero
reemplazando la represa hipotética por un simple caño capaz de encauzar parte del
caudal disponible, trayéndolo desde algunos metros rio arriba. Como vimos antes,
350 metros de caída en 8 Km de distancia , suponiendo una pendiente uniforme
serían 4,4 metros de pendiente cada 100 de recorrido. Por supuesto que hay tramos
51
en que esa pendiente es mucho mayor; observemos el mapa y veremos que entre
los 950 y 925 metros de altura hay una distancia cercana a los 400 metros, o sea
6,25 metros por cada 100. Bastara colocar un caño de 100 metros entre esos puntos
para tener una centralita de agua corriente , en lugar de una represa de esa altura
cuyo costo es notablemente superior. Para lograr los 50 Kw equivalentes con una
represa de 1 metro de altura antes mencionada bastará con solo 0,8 m3/s circulando
por el caño de 100 metros, en lugar de los 5 m3/seg .
52