El ciclo virtuoso en el Valle de México

El caudal de agua que surte al Valle de México podría ser la mejor fuente de energía para la ciudad; el líquido vital podría ser aprovechado mediante hidrogeneradores solares.
Hugo Eugenio Tapia Tapia  (Foto: Cortesía Hugo Eugenio Tapia Tapia)
Hugo Eugenio Tapia Tapia
Ciudad de México -

Si pensáramos en cuál es el término más pronunciado en el tema de la sustentabilidad, probablemente sería ‘reciclaje’. Esta palabra generalmente se entiende como el reuso, el aprovechamiento cíclico o la segunda vuelta de las cosas (materiales u objetos), pero, en el caso del agua, valdría la pena introducir una perspectiva nueva y diferente: no la de rescatarla por procesos químicos para limpiarla y usarla nuevamente, sino la de cambiar el orden de su funcionamiento y entenderlo de forma distinta a la que estamos habituados en la actualidad.

Normalmente en una casa, sólo tenemos que abrir la llave para obtener el suministro de agua en forma de chorro que previamente almacenamos en un tinaco y liberamos a través de la gravedad al girar la llave. Pues bien, es este mismo proceso el que usan las presas hidroeléctricas para generar energía.

Por sus características hidrológicas, México cuenta con una amplia capacidad hidroeléctrica. En 2008, las plantas hidroeléctricas emplearon un volumen de agua de 150,700 millones de metros cúbicos (m3), lo que permitió generar electricidad equivalente a 37.84 Terawatts por hora (TWh), es decir: 16.4% de la generación total del país.

La capacidad instalada en las centrales hidroeléctricas es de 11,055 MW, que corresponde a 22.1% del total nacional (Comisión Federal de Electricidad, CFE). Los administradores de esos recursos siempre han tenido el reto de aprovechar la generación de manera óptima.

El agua como generadora de energía es una fuente renovable que no contamina, y en función de las necesidades de las grandes urbes, este líquido es imprescindible en el desarrollo de las ciudades. Es así que podemos encontrar grandes redes de distribución de agua funcionando como arterias y venas de un macroorganismo urbano, la mayoría de las veces entubadas y paralelas a las grandes avenidas.

ciclo-virtuoso_1.jpgEl costo del acarreo
Sabemos que el abastecimiento al Distrito Federal es de 35 m3/s –de la que se desperdicia cerca de 37% por fugas–. Tomando en cuenta que cada vez somos más personas las que habitamos el Valle de México, y por tanto se incrementa el consumo eléctrico. En horas pico, la demanda energética resulta abrumadora, pero aprovechando los recursos hídricos podríamos generar una parte de esa demanda.

Para entender el esfuerzo que implica que el agua llegue a la Ciudad de México hay que analizar el desnivel (ver gráfica 1) que se tiene que vencer desde la parte más baja (planta de bombeo 1) para conducir el agua a la Torre de Oscilación (PB 5) para posteriormente conducirla por gravedad a la Zona Metropolitana del Valle de México.

También hay que acudir a otro dato revelador: el consumo de energía para el bombeo del sistema en 2008 fue de 1.29 TWh (0.56% del total nacional) y costó 1,844 mdp, casi 6.4% del presupuesto ejercido por la Conagua durante ese año. 

Cero emisiones
La producción de energía hidroeléctrica se caracteriza por ser una energía limpia, pues en el proceso no se generan gases o contaminantes que dañen la atmósfera. La transformación de energía hidráulica en mecánica se produce bajo la fórmula:

La turbina o hidrogenerador es una máquina que transforma la energía cinética contenida en el fluido por velocidad o altura, en energía mecánica de movimiento de rotación.

La capacidad de una instalación hidroeléctrica está determinada por la relación del producto de la masa total (P) utilizable por la constante gravitacional (Mg) y por la altura de la caída de agua (H). Expresado en términos físicos eso daría la fórmula:

Bajo estas condiciones es factible desarrollar un prototipo portátil de uso residencial, conectando la instalación hidráulica al sistema de suministro eléctrico, por medio de unas microturbinas de generación axial. Con ello, se produciría un porcentaje suficiente para cubrir el consumo doméstico y apoyar en parte el sistema de alumbrado público. La escalabilidad del modelo no tiene objeción, siempre y cuando se den las condiciones necesarias para su instalación y se cumpla la relación costo beneficio.

En el caso de la Ciudad de México el agua llega entubada, esto quiere decir que las adecuaciones podrían ser mínimas para su aprovechamiento usando la gravedad o la fuerza de rebombeo –a nivel macro (escala urbana); como a nivel micro (inmuebles)— para que podamos obtener o acelerar la producción eléctrica para el autoconsumo e, incluso, para la inyección a la red de la CFE.

ciclo-virtuoso_2.jpg Alternativa solar

Igualmente es posible aprovechar los flujos de agua existentes y darles utilidad. Un caso concreto podría ser el Viaducto Piedad. En algunos tramos podría insertarse un prototipo de cogeneración que beneficiaría las colonias circundantes y el alumbrado público a lo largo de esta avenida (ver gráfica 2).

Este prototipo se podría utilizar como un generador mixto de energía –independiente de la red convencional– agregando microturbinas para almacenamiento de energía y usando como respaldo de funcionamiento una celda solar, capaz incluso de regresar el excedente eléctrico a la red tradicional.

El potencial que tiene es todavía mayor dado que en el Valle de México, para llevar el agua desde los pozos hasta los tanques de almacenamiento de los sistemas de Aguas del Valle de México y del Cutzamala, se emplean 467 km de líneas de conducción, con diámetros de 0.5 a 3.2 metros.

En el DF existen 240 tanques de almacenamiento con una capacidad de 1.5 millones de m3, cuya función es regular el flujo de agua y mantener la presión del sistema.

Los tubos más grandes (de 0.5 a 1.8 m de diámetro) reciben el agua de los tanques de almacenamiento y forman una red de 550 km, conocida como la red primaria. Ésta se deriva, a su vez, en la red secundaria, con tubos menores (10 a 40 cm), que suma unos 12,000 km y atiende a 1.3 millones de usuarios.

En el año 2007, el Diario Oficial de la Federación (DOF) publicó la resolución RES/176/2007, que aprueba la interconexión del “Suministrador” (CFE) con Fuentes de Energía Solar en Pequeña Escala.

La potencia máxima a instalar no podrá ser mayor a 10 KW para uso residencial; y de hasta 30 KW en uso general en baja tensión (inferior a 1 KV). 

El DOF también define al “Generador”, como “la persona física o moral que cuente con un equipo de generación eléctrica con Fuente de Energía Solar en Pequeña Escala”. La inversión para usar, conectar y medir el intercambio corre a cargo del Generador, y debe ser supervisado y autorizado por la CFE.

ciclo-virtuoso.jpg

 

Por ahora, el área de Tecnologías en el posgrado de la Facultad de Arquitectura de la UNAM, desarrolla un prototipo de hidrogenerador solar que aún está en su fase de planeación.

Algunas variables a considerar son la aplicación directa, modificaciones o adaptaciones a la instalación hidráulica, basadas en las condiciones de uso urbano obtenidas de un caso de cogeneración en la Ciudad de México.
También se toma en cuenta el análisis de resultados arrojados en laboratorio para acondicionar los mejores componentes en función de la eficiencia y la factibilidad en el desarrollo de dicho prototipo.

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Fuentes: estadísticas del agua en méxico, 2010. Conagua; de las chinampas a la megalópolis: el medio ambiente en la cuenca de méxico; el sistema hidráulico del df, dgcoh, méx 1982. dof; 1a secc, 27/06/2007.

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