El fluir del agua, poderosa fuente de energía
El agua ha sido utilizada desde tiempos inmemoriales para quehaceres personales y domésticos, como el riego y el baño, pero quizás lo más novedoso en la historia del mundo sea el uso de su energía.
Fuente: www.chiledesarrollosustentable.cl
El ciclo del agua
A lo largo de la evolución de la Tierra, el vapor de agua emanado desde su interior se fue condensando y precipitando, lo que dio origen a los océanos. El agua que existe ha demorado millones de años en formar los ríos, lagos y mares actuales. Su distribución en el planeta se debe a los procesos del ciclo del agua.
El ciclo hidrológico se explica a partir de la evaporación de las aguas de los océanos, ríos y lagos. El vapor de agua que asciende hacia la atmósfera, al enfriarse se condensa y forma nubes compuestas de minúsculas gotitas de agua que son transportadas por los vientos. Estas, al ir agrandándose, logran el peso suficiente para precipitar y pueden caer en forma de lluvia, nieve o granizo.
Una parte de esta agua escurre por los ríos, otra se infiltra en el subsuelo, dando origen a las napas de agua subterránea, otra porción nutre a la vegetación, que luego la transpira, y finalmente, las aguas llegan al mar y reinician el ciclo con la evaporación.
La desigual distribución del agua
A pesar de que los ríos y lagos tienen el menor porcentaje de agua de toda la existente en la Tierra, esta es suficiente por ahora para abastecer a sus más de 7.000 millones de habitantes. Sin embargo, su desigual repartición en el mundo es un problema grave para el aprovechamiento en la generación de energía. Esto se debe a que hay zonas donde llueve abundantemente y tienen grandes ríos, y otras que son desérticas, lo cual restringe su uso en energía, por ejemplo, en la minería del norte de Chile.
La otra causa del problema hídrico es que el uso del agua ha aumentado a más del doble de la tasa de crecimiento de la población en el siglo XX.
También, las frecuentes sequías son un problema recurrente para la generación de energía hidráulica, ya que las centrales requieren seguridad en el monto de los caudales. En años secos, las aguas disminuyen y los embalses bajan sus volúmenes y no siempre alcanza para mantener la cantidad de energía comprometida.
¿Qué necesitamos conocer de las cuencas y ríos para comprender la generación de energía hidráulica?
Una cuenca u hoya hidrográfica se define como el área drenada por un río principal y sus afluentes. La cuenca es delimitada por la divisoria de aguas, que es la línea que une las altas cumbres, que determina hacia dónde escurrirán las precipitaciones; por ejemplo, los Andes Centrales dividen aguas que van a desembocar al Atlántico y otras al Pacífico.
Mientras más grande es la cuenca, mayor superficie tiene para recibir la nieve y las lluvias, por lo cual mayor será el caudal del río principal. En las grandes hoyas hay más posibilidades de escurrimientos para generar energía o de encontrar zonas para embalses que acumulen suficiente agua para mover las turbinas.
En las épocas de escasas lluvias o de bajo caudal, el río ocupa una mínima parte de su lecho, llamado canal de estiaje; el área normal de inundación en que recibe su mayor alimentación anual por la lluvia o deshielo, ocupa el lecho menor. La superficie por donde el río fluyó a lo largo de su historia en periodos de grandes precipitaciones y/o derretimiento de hielo se denomina lecho mayor.
Los ríos principales son aquellos que llegan al mar con el agua colectada desde sus nacientes y con las de sus afluentes, que se le fueron uniendo en el recorrido. Estos ríos pueden desembocar en un solo cauce, que se denomina estuario, o en varios brazos, conocido como delta. Aunque los mayores caudales naturalmente se encuentran hacia las desembocaduras de los ríos, no siempre son los sitios escogidos para hacer centrales de embalse, ya que es mejor ocupar el agua almacenada también en otros usos como el riego.
El régimen de alimentación del río puede estar dado por el deshielo de mantos de nieve cordillerano (régimen nival), por precipitaciones en su recorrido (régimen pluvial), por el deshielo de glaciares (régimen glacial) o mixto, que puede ser pluvio-nival, nivo-pluvial o pluvio-glacial. También es importante este aspecto al momento de escoger el lugar de una central eléctrica, ya que mientras tenga más fuentes de alimentación el río, es mejor.
El régimen de escurrimiento de un río puede ser en torrente, si es que las pendientes por donde fluye son altas, típicas de ámbitos cordilleranos. Los ríos en torrente son ideales para las centrales de pasada, que toman parte del caudal de un río y lo hacen escurrir por una tubería que aprovecha la pendiente.
En una cuenca se distinguen tres cursos: el curso superior, ubicado en las montañas que suelen ser de fuertes pendientes y el agua tiene alto poder erosivo; el curso medio, al salir de la zona serrana, donde generalmente es de planicies o de baja pendiente, y el curso inferior, que corresponde al sector próximo a la desembocadura donde las aguas son tranquilas. En general, la mayor parte de las centrales hidroeléctricas se ubican en el curso superior.
Su recorrido presenta distintas características, por lo que se distinguen los cursos superior, medio e inferior. El superior corresponde a las nacientes del río, las que generalmente coinciden con las zonas montañosas, por lo cual normalmente es torrentoso y con fuerte capacidad erosiva. El curso medio es el recorrido por pendientes más suaves , por lo que sus aguas suelen tener velocidades más atenuadas permitiendo que se depositen los materiales que arrastran. En el curso inferior, el río recorre zonas más planas e incluye su desembocadura.
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¿Siempre hubo agua en el planeta Tierra?
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Lo normal es creer que el agua en el mundo es infinita y que siempre existió como la conocemos hoy. Esto no es así: en las primeras eras geológicas, cuando en la Tierra comenzaba a enfriarse el magma que la componía, no había agua, solo emanaban gases y vapor de agua.
A medida que el planeta comenzó a consolidarse y las rocas se enfriaron, el vapor de agua inició un intenso proceso de condensación, formando nubes que generaron precipitaciones por miles de años. Las aguas de las lluvias seguían las pendientes del relieve ya formado y comenzaron a delimitarse las cuencas con sus ríos y afluentes, siempre buscando las partes más deprimidas para depositarse; estas fueron lagos, lagunas y charcos, que más tarde dieron origen al océano, que en esa época era uno solo, como también existió un solo continente. Alfred Wegener, creador de la Teoría de la Deriva de los Continentes, lo denominó Panthalassa y hoy constituye el océano Pacífico. La tierra emergida la llamó Pangea.
Todavía emanan gases y vapor de agua desde el interior de la Tierra a través de las fumarolas, géiseres y erupciones de volcanes, pero comparado con todo lo que se ha juntado durante los más de 4.000 millones de años del planeta, es poco lo que se agrega. Esta no es la única teoría acerca del origen del agua en la Tierra, otra indica que el agua proviene de meteoros y cometas.
En la planificación de uso del agua de ríos para generar energía, es importante considerar la ubicación de una central de acuerdo a sus lechos. A menudo los ríos producen inundaciones, porque a lo largo de su vida han tenido diferentes superficies de ocupación. Por ejemplo, el lecho mayor es el más amplio del río y alguna vez en su historia sus aguas ocuparon esos terrenos. El lecho menor es aquel que normalmente ocupa el río durante sus crecidas, y el más pequeño se llama canal de estiaje, ya que es aquella superficie que solo ocupa cuando tiene el caudal más bajo (estiaje viene de la palabra estío, que significa verano, estación que en muchos países tiene la menor pluviosidad del año).