Cómo restaurar el ciclo natural del agua en las ciudades del siglo XXI

Idoya Lacosta Gavari, profesora del Departamento de Ingeniería de la Universidad Pública de Navarra (UPNA).

Imagen de Hands off my tags! Michael Gaida en Pixabay
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La gestión tradicional del agua en las ciudades consiste en tratar el agua de lluvia como si fuese residual. Por lo tanto, generalmente no se aprovecha. Sin embargo, las ciudades actuales y las del futuro se enfrentan a retos importantes que ponen en entredicho este sistema de gestión en el que el agua es un residuo y no un bien preciado.

Los retos del siglo XXI

El primer problema al que nos enfrentamos es la creciente migración de la población desde las áreas rurales hacia la ciudad.

Según el departamento de de Economía y Asuntos Sociales de Naciones Unidas, en la actualidad en las ciudades reside un 55 % de la población del planeta y se cree que en 2050 este porcentaje se incrementará hasta el 68 %.

Estos porcentajes aumentan hasta el 75 % y el 80 %, respectivamente, cuando hablamos de Europa.

El crecimiento de las ciudades trae consigo la transformación de grandes áreas de suelo permeable en impermeable. Esta reducción en la permeabilidad del suelo se traduce en un aumento de la escorrentía durante los eventos de lluvia y en un mayor riesgo de inundaciones durante los episodios torrenciales.

Por otro lado, el cambio climático está aumentando la frecuencia y la intensidad de los fenómenos meteorológicos extremos como las lluvias torrenciales o las sequías prolongadas.

El primer factor produce un aumento de la escorrentía. El segundo, una mayor acumulación de contaminantes durante los periodos secos, los cuales son arrastrados hasta las estaciones de depuración de aguas residuales e incrementan los costes del proceso.

Finalmente, hay que considerar que la ausencia de agua en los entornos urbanos produce lo que se denomina isla de calor. De hecho, se sabe que la temperatura media anual del aire de una ciudad de 1 millón de habitantes puede ser entre 1 y 3 ⁰C más cálida que la de su entorno.

Esta diferencia puede llegar a ser de hasta 12 ⁰C por la noche.

El cambio de paradigma

Estos problemas han forzado un cambio de paradigma en la gestión del agua en las ciudades. Los Objetivos de Desarrollo Sostenible propuestos por la ONU en 2015 proponen modelos de ciudades sostenibles y resilientes que sean capaces de, en la medida de lo posible, restaurar el ciclo natural del agua en los entornos urbanos.

Los Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS) son las nuevas infraestructuras que nos permiten abordar estos problemas. Permiten que la respuesta hidrológica de un zona urbanizada sea lo más parecida posible a la que tenía en su estado natural.

El Ministerio español para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico define estos sistemas como “elementos superficiales, permeables, preferiblemente vegetados, integrantes de la estructura urbana-hidrológica-paisajística y previos al sistema de saneamiento”.

Estas infraestructuras están destinadas a infiltrar el agua de lluvia en el terreno, a la vez que la retienen y la transportan, de modo que disminuyan el volumen de escorrentía superficial y restauren la calidad del agua mediante la retención de cierta cantidad de contaminantes.

En el caso de aquellos que almacenan agua en superficie, pueden también refrescar el ambiente y generar nuevos espacios verdes para el disfrute de la ciudadanía.

Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS).
Kevin Robert Perry

Tipos de sistemas urbanos de drenaje sostenible

Existe una gran variedad de estos sistemas, por lo que la elección del más adecuado se debe estudiar cuidadosamente teniendo en cuenta las particularidades de cada zona.

Para controlar el agua en origen pueden emplearse las cubiertas vegetales o algún tipo de pavimento permeable.

Para la ralentización y la conducción del agua suelen emplearse los drenes filtrantes, en sus muchas variantes, o las cunetas verdes.

Para el almacenamiento del agua se prefieren las balsas de detención o los humedales artificiales.

Para infiltrar el agua en el terreno se utilizan las células de biorretención o los pozos de infiltración. Estos sistemas están sujetos a mejoras técnicas continuas para aumentar su eficacia de forma más económica.

Las celdillas de poliprolpileno reciclado que se utilizan como pavimento permeable son un claro ejemplo de ello. Estas estructuras están formadas por un conjunto de cubos huecos semejantes a un panal de abejas que actúan de filtro para la lluvia mediante la interacción entre el agua, suelo, vegetación, aire y microorganismos que simulan un suelo de un ecosistema natural.

Celdillas de Polipropileno para pavimento permeable en Toledo y Calatrava.

Hacia un nuevo tipo de ciudad

Debemos saber que es posible transformar nuestras ciudades en espacios saludables, sostenibles y resilientes. La capacidad de las ciudades para adaptarse, resistir, asimilar y recuperarse de los efectos de las inundaciones, de la contaminación y del aumento de las temperaturas en un contexto de cambio global es vital para nuestra propia supervivencia.

Los ciudadanos debemos exigir que nuestros representantes y gestores caminen en esta dirección. Este camino incluye la adaptación de las instalaciones ya existentes, la implantación de sistemas urbanos de drenaje sostenible en los nuevos proyectos de urbanismo y el apoyo a la investigación en infraestructuras verdes.

Muchas ciudades, tanto españolas como europeas ya han emprendido con éxito ese camino.


Los alumnos de Mecánica de fluidos y Máquinas Hidráulicas de Ingeniería de Diseño Mecánico Mario Serrano Sandúa y Diego Ilarri Pérez han colaborado en la elaboración de este artículo.


Idoya Lacosta Gavari, Profesora de Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas, Universidad Pública de Navarra

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.

Renovables en España: chapeau!

The Conversation
Santiago Galbete Goyena, doctor ingeniero Industrial por la Universidad Pública de Navarra  (UPNA)

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Los españoles no nos caracterizamos por echarnos flores cuando hablamos de nuestro país y todavía nos cuesta más si se trata de compararnos con Europa. Allá en el siglo XX, cursando el programa Erasmus en Francia, curiosamente crecí dos palmos. El primero se debió a que fui de desarrollo tardío y el segundo, porque mis compañeros alemanes, que me duplicaban en volumen, incluido el de la cabeza, me solicitaban que les resolviera sus dudas de Física y Matemáticas. Mis camaradas de la Universidad Zaragoza no me pedían ayuda, tampoco yo a ellos. Se trataba de un sálvese quien pueda, nos reuníamos a estudiar y nos estrujábamos la cabeza para alcanzar unos modestos aprobados. Ahí me quedó, por primera vez claro, que los españoles sabemos hacer cosas bien y nuestro nivel académico no tenía nada que envidiar al del resto de países europeos.

Ahora, y como consecuencia de la cruel situación que se está viviendo en Ucrania, el suministro del gas está en riesgo y la electricidad ha alcanzado un precio que resulta inasumible para las empresas y economías domésticas. El 4 de marzo las tropas rusas atacaban Zaporiyia, la central nuclear más grande de Europa, aunque por fortuna no hubo consecuencias remarcables. Este atentado consiguió hacer despertar el fantasma de Chernóbil. En unos pocos días, las dos principales tecnologías convencionales de generación eléctrica quedaban en entredicho y, en este caso, por motivos no relacionados con el cambio climático; se trata de conceptos mucho más antiguos: garantía de suministro y seguridad física. Ante esta situación tan crítica, los dirigentes de todo el mundo, y en particular los europeos, se dirigieron a la población para hacer pública sus estrategias energéticas. Las altas emisiones de CO² de las centrales de carbón y fuel colocaban a estas tecnologías fuera de la ecuación. Desafortunadamente, a día de hoy, las fuentes de generación eléctrica son sota, caballo y rey. Nuclear, gas, carbón, fuel, sol, agua y viento. Entonces, solo queda un camino: renovables.

Sin entrar a analizar en qué porcentaje, se trató de una estrategia a largo plazo o que hemos sido capaces de acompañar a los astros a lo largo de muchos años para que se alineen. Los españoles hace ya mucho tiempo que tomamos esta senda, y de nuevo me percato que somos capaces de hacer las cosas bien. A finales del siglo XIX, ya se instaló la primera central hidroeléctrica en España. Desde entonces, y a lo largo de la primera mitad del siglo XX, se siguió apostando por esta tecnología, inaugurando al principio de la segunda mitad del siglo XX las mayores centrales hidráulicas (Aldeávila, Villariño, Saucelles…), aportando una importante presencia en nuestro “mix” energético, el 12% en el año 2021, y sus conocidos beneficios: controlable, renovable y una enorme capacidad de almacenamiento. El 7% de la demanda de España puede ser almacenada simultáneamente en los embalses de nuestras centrales hidroeléctricas.

También en la segunda mitad del siglo XX se construyeron en España siete centrales nucleares. Entonces, la necesidad de abastecer la creciente demanda en España eclipsó sus inconvenientes: incapacidad para dar salida a los residuos radioactivos, dependencia del suministro del uranio; originalmente, la minería española aportaba tan solo el 25% de nuestras necesidades. Hoy, ninguna mina de uranio está en activo. Estas centrales son un blanco muy atractivo para los ataques terroristas y finalmente la gran problemática tecnológica para conseguir su “controlabilidad”. La planta finlandesa de Olikuoto, recién inaugurada con 13 años de retraso, diseñada y construida por Areva y Siemens, tuvo que anunciar públicamente su impotencia para dotar a la planta de su proyectada “controlabilidad”. Aunque la contribución de esta tecnología al desarrollo de España es un hecho, hoy su situación ha cambiado de manera substancial.

En paralelo con la construcción de estas centrales nucleares y para poder almacenar su exceso de producción especialmente durante la noche, como consecuencia de la reducción de demanda y de su falta de “controlabilidad”, se ejecutaban el mismo número de centrales hidroeléctricas reversibles, capaces de bombear agua cuando se producía un exceso de energía, para mantenerla almacenada y turbinarla en función de la demanda eléctrica. Resulta paradójico que estas mismas centrales son capaces de resolver el problema de la aleatoriedad del sol y del viento, aunque, a la fecha de su construcción, los parques eólicos y plantas solares se consideraban todavía proyectos futuristas.

Unos pocos años después de inaugurarse las centrales reversibles, empezaban a construirse pequeños parques eólicos experimentales en nuestro país. En el año 2000, había instalado tan solo 1,5 GW y su presencia era testimonial dentro del “mix” energético. Desde entonces, de forma progresiva, salvo un paréntesis del 2012 al 2018, la potencia eólica instalada ha aumentado hasta alcanzar en el año 2021 el 25,7% de la potencia total, superando los 27,7 GW y satisfaciendo el 24% de la demanda eléctrica.

Una vez afianzada la tecnología eólica, comienza a instalarse en España las primeras plantas fotovoltaicas. En este caso, se produjo el boom en el año 2008 gracias a un polémico sistema regulatorio. Tras un año de instalación frenética vino un parón hasta el año 2018. Desde entonces, gracias a su simplicidad tecnológica (es la única que no muestra elementos giratorios) y a su reducido precio de suministro e instalación, se ha mostrado imparable. Tan solo en el último año se han instalado 3 GW. Actualmente, la potencia total instalada es de 14,7 GW, que supone un 13,7% de la potencia total y un 8,3% de la generación eléctrica.

Con todo ello, este año se ha logrado en España un máximo en la contribución renovable del 46%. El año pasado fue del 44%. Teniendo en cuenta estos porcentajes, resulta difícil mostrarse escéptico ante una solución renovable para España. De seguirse este grado de penetración, en tan solo 10 años, dos tercios de nuestra demanda eléctrica estaría satisfecha con energías verdes. El secreto del éxito, en este caso y aunque me cueste decirlo, es, en un alto grado, fruto del azar. España es el único país europeo cuyo nivel de radiación solar y orografía permiten la instalación deseada de plantas fotovoltaicas. Me permito dudar del cuestionado sistema eléctrico francés, basado en energía nuclear, si su nivel de radiación permitiera inundar sus vastas llanuras de paneles fotovoltaicos.

Resulta llamativo que, ahora que España se está acercando a la autonomía eléctrica y el presidente de Tesla sugiere que España se convierta en el generador de energía fotovoltaica para Europa, se plantee reforzar las hasta ahora muy débiles interconexiones de España con Europa. No sé por qué me viene a la cabeza un conocido dicho: por interés te quiero… (André, en francés).

Con todo esto, solo he querido demostrar que nuestro largo y azaroso camino en las renovables es el acertado. Su consecución es, en cierta medida, un regalo de la naturaleza, ya que nos ha obsequiado con un sol que, además de una alegría de vivir y un montón de dinerito fresco que entra a nuestras arcas cada año por el turismo, nutre a todas las plantas fotovoltaicas que lo requieran. E independientemente del motivo, el hecho de reforzar nuestras líneas y estar más interconectados con Europa es, sin duda, una noticia positiva.