El Aprovechamiento Hidroeléctrico

3.3 Aprovechamiento Hidroeléctrico.

Un aprovechamiento hidroeléctrico es un conjunto de obras diseñadas para aprovechar  la energía potencial del agua en la generación de energía eléctrica. Sin embargo, el agua se utiliza no solamente para producir electricidad, sino para usos múltiples. El agua ue se almacena en las presas puede servir para los siguientes propósitos! a"  b" c" d"

#a gene generaci ración ón de de energ energía ía eléctr eléctrica. ica. $bastecer de agua potable a las poblaciones. %ropor %roporcio cionar nar agua agua de de riego riego a zonas zonas agrícol agrícolas. as. #a naveg navegaci ación ón,, ue ue es el medi medio o de transp transpor orte te m&s econ económ ómic ico o de carga carga ' de  pasajeros. e" %roduc %roducció ción n de (auna (auna marin marinaa comesti comestible ble.. (" )orm )ormaci ación ón de cent centro ross recrea recreativ tivos os.. g" El cont contro roll de aven avenid idas as,, o sea, sea, ue ue las las pres presas as impi impida dan n las las inun inunda daci cion ones es al alma almace cena narr ' regu regula larr el gast gasto o de agua agua en el caso caso de lluv lluvia iass torr torren enci cial ales es  prolongada.

3.3.1 Obra civil.

#a obra obra civil civil englob englobaa las in(rae in(raestru structu cturas ras e instal instalacio aciones nes necesar necesarias ias para para deriva derivar, r, con conduci ducirr ' rest restit itui uirr el agua agua turb turbin inad ada, a, así así com como para para albe alberrgar los los eu euipo ipos electromec&nicos ' el sistema eléctrico general ' de control. #a obra civil se compone de los siguientes elementos! •

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#os elementos de retención *azud *azudes es ' presa presas", s", desti destina nado doss a retener el cauce de un río, ' los elem elemen ento toss de segur segurid idad ad para para la evacuación de caudales, integrados  por aliviaderos ' compuertas. #os #os canal canales es de deri deriva vaci ción ón,, cu'a cu'a (unción es conducir el caudal de agua derivado hasta una c&mara de descar carga, pueden ser a cielo elo abierto, enterrados o una conducción a presión. #a c&mara de carga consiste en un depósito *mucho m&s peueño ue un emba embals lse" e" ubic ubicad ado o en el otro otro e+tremo del canal. Estas c&maras alimentan a las tuberías (orzadas. #as tub tubería eríass (orz (orzad adas as son son las las  Fig. 3.3.1 Esquema Esquema de una una central central Electrica Recuperad Recuperado o de encargadas encargadas de conducir conducir el agua desde la c&mara de carga o desde el embalse hasta la turbina. El edi(icio central en cu'o interior se encuentran las turbinas, los generadores eléctric eléctricos os ' dem&s dem&s aparato aparatoss de regula regulació ción n ' control control.. Su ubicaci ubicación ón reuier reuieree adecuados estudios topogr&(icos, geológicosgeotécnicos ' de accesibilidad

3.3.2 Vertedores de demasías Estructura de seguridad de la ma'or importancia, consistente en un corte o desnivel, ubicado estratégicamente en la cortina de la estructura de almacenamiento, recubierta con diversos materiales, para desalojar las aguas generadas durante los eventos de m&+imas crecidas. Finalidad y Beneficios esalojar o verter los e+cedentes de agua almacenada, a (in de  proteger la estructura de almacenamiento. escripción general! Es una estructura hidr&ulica sobre la cual se e(ectúa una descarga de agua a super(icie libre. En particular, el vertedor de pared gruesa es el ue se emplea como obra de control de una presa. #a descarga del vertedor debe hacerse hacia un cauce vecino o al mismo cauce siempre ue resulte (actible ' se tomen medidas adecuadas de protección. En presas (le+ibles la mejor opción es localizar el vertedero separado de la cortina. e no ser posible éste se  pueden ubicar en uno de los e+tremos del terraplén buscando en lo posible suelo rocoso ' resistente a la erosión. En presas de concreto es m&s económico ue se ubiue dentro de su cuerpo de la cortina el vertedor. El vertedor debe descargar m&s all& del pie del talud seco para evitar erosión ' socavación.

 Fig. 3.3.2 Ilustrativa de un vertedor de demasias. Recuperado de

Estas obras deben ser consideradas como verdaderas v&lvulas de seguridad de una  presa. #a capacidad de la obra de e+cedencias est& regida por la avenida de diseño, las características del embalse ' el programa de operación de la propia obra *políticas de operación de vertedores". 3.3.3 Obras de derivacion

El objetivo de las obras de derivación es conducir el agua desde la obra de toma, hasta un lugar en donde se puede tener un incremento considerable de la altura aprovechable,  para ue se pueda tener una ma'or potencia con el mismo gasto. Se entiende ue esto se logra aprovechando la topogra(ía del terreno. #as obras de derivación pueden ser de dos tipos principales!

-. erivaciones abiertas. . erivaciones a presión. #as derivaciones abiertas reciben este nombre porue conducen el agua a presión atmos(érica, 'a ue est&n en comunicación con la atmós(era. El declive ue deben tener  estas derivaciones debe ser peueño 'a ue todo este desnivel no se puede aprovechar  en la generación de energía eléctrica. #as derivaciones abiertas pueden ser canales o túneles abiertos ue pueden alcanzar  decenas de /ilómetros de longitud. #as derivaciones a presión pueden ser túneles a  presión o tuberías, auí la presión en todos los casos depende de la altura hidr&ulica ue se tenga ' adem&s puede haber grandes sobre presiones causadas principalmente por el golpe de ariete Una misma derivación puede estar (ormada por di(erentes elementos como! canales, túneles abiertos o a presión0 todo de modo ue la obra resulte ser la mejor alternativa desde el punto de vista técnico ' económico.

 Fig . 3.3.3 .l..a obra de derivación en la conducción hidráulica. 1. bra de loma. 2. !anal. 3. "irón. #. $%nel abierto. &. bra de puesta a presión. '. $%nel a presión. ( . )o* o de oscilación. +. $uber, a de  presión de la turbina. -. !asa de máquinas. 1. $uoo de aspiración. 11. /es0ogue. Recuperado de

!anales

El canal es el tipo m&s común de obra de derivación posiblemente por ser una obra relativamente sencilla ' de no mu' alto costo. #os canales energéticos se pueden utilizar en la derivación o en el des(ogue

"#neles

En las plantas hidroeléctricas los túneles se utilizan como derivaciones, como túneles de  presión de las turbinas, como elementos de pozos de oscilación, túneles de des(ogue, vertedores de demasías ' como túneles de desvío. #os túneles pueden ser abiertos o a presión! #os túneles abiertos son auellos en los ue el agua no ocupa toda su sección, por lo ue en la super(icie del agua a lo largo del túnel se tiene presión atmos(érica. #os túneles abiertos normalmente no soportan grandes presiones internas, por lo ue  pueden resultar decisivas las presiones del terreno. #os túneles abiertos resultan normalmente de menor costo ue los de presión, a pesar de ue para un mismo gasto reuieren de una sección ma'or. Esto se debe a ue reuieren de una estructura m&s barata por no necesitar soportar grandes presiones internas. #os túneles a presión normalmente tienen sección circular , 'a ue con la estructura de concreto armado en (orma de anillo pueden soportar bien grandes presiones internas *hidr&ulicas" a lo largo del túnel. En estos túneles se pueden tener grandes sobrepresiones en los procesos transitorios, sobre todo en el golpe de ariete. "$berías de derivaci%n

#as derivaciones a presión con (recuencia utilizan tuberías, las cuales pueden ser de dos tipos! a" 1uberías de concreto.  b" 1uberías de acero. #as tuberías de concreto se utilizan principalmente para grandes di&metros, del orden de 2 a 3 metros o m&s ' alturas entre 45 ' 25 metros. En estas condiciones es cuando son superiores a las de acero, sobre todo por su costo menos elevado. #as tuberías de acero se emplean para cualuier altura, pero en general resultan insustituibles para alturas considerables. 3.3.& Obras hidra$licas.

#a construcción de bienes ue tengan naturaleza inmueble destinada a la captación, e+tracción, desalación, almacenamiento, regulación, conducción, control ' aprovechamiento de las aguas, así como el saneamiento, depuración, tratamiento ' reutilización de las aprovechadas ' las ue tengan como objeto la recarga arti(icial de acuí(eros. #a obra ue se lleva a cabo para provocar una retención en el cauce de un río puede ser  de dos tipos!

A'$d. 6uro trasversal al curso del río, de poca altura, ue provoca un remanso de agua sin producir una elevación notable del nivel. Su objetivo es desviar parte del caudal del río hacia la toma de la central. $uella parte ue no es derivada vierte por el aliviadero ' sigue su curso normal por el río.

El azud puede construirse de hormigón, ladrillos, escollera o tierra. 7esiste al empuje del agua por su propio peso, aunue en los azudes de tierra ' escollera se suele colocar  un anclaje al terreno con el (in de aumentar su estabilidad.

 Fig. 3.3.# Figura Ilustrativa tipos de a*aud. Recuperado de

(resas

Su misión es crear una obstrucción casi invariable en el rio, una presa consta de! a" diue o muro de contención. b" coronación de este diue donde suele construirse un camino en la carretera. c" la base o cimiento del diue. d" paramentos o super(icie anterior ' posterior del diue. e" aliviadero de crecidas. (" órganos de evacuación. $ estos se añaden a veces obras ue permiten a los peces (ranuear la presa.

 Fig. 3.3.& )resa de gravedad  presa de boveda. Recuperado de http444.uca.edu.sv0acultadclasesingm21+doc1.pd0 

(resas )$e traba*a por +ravedad

a" %resas de tierra o escollera. Se utilizan en valles de escasas pendiente ' con terrenos poco consistentes, en donde podria sustentarse un diue rigido de concreto. 1iene gran base ' poca altura, ' estan constituidos por materiales de diversa caracteristicas, algunos de los cuales tienen una mision estructural ' otras impermeabilizante.

 Fig. 3.3.' )resa de escollera. Recuperado de http444.uca.edu.sv0acultadclasesingm21+doc1.pd0 

 b" %resas de gravedad. Estan (ormadas por grandes masas de concreto ' reuieren un terreno de base mu' consistente. c" %resas de contra(uertes. %ara reducir el volumen de concreto se puede disponer  de una pantalla de concreto apo'ada en contra(uertes ue transmiten el es(uerzo del terreno.

 Fig. 3.3.( )resa de gravedad  presa de contra0uertes. Recuperado de http444.uca.edu.sv0acultadclasesingm21+doc1.pd0 

(resas de bovedad

#a presa de boveda, en contraposicion a la presa de gravedad, es una estructura en (orma de arco, ue , al igual ue el arco de un puente, resiste el empuje del agua apo'andose de riberas. 1iene la (orma de una boveda, cu'a conve+idad mira agua arriba, ' cu'o espesor crece desde la coronacion a la base. 8eneralmente se constru'e esta presa cuando se trata de valles angostos cu'as laderas estan constituidas por terreno rocoso de buena calidad.

 Fig. 3.3.+ )resas de bovedad e5emplos. Recuperado de  http444.uca.edu.sv0acultadclasesingm21+doc1.pd0 

1 rejilla 2 limpia – rejillas, ala vez elevador de la ataguia 3. guias del tablero de ataataguia 4. un tablero de ataguia 5. compuerta de rodillas 6. Accionamiento hidraulico . comportamiento de montaje !.aprovechamiento de aceite ". pozo de aireacion 1#.tuberia de presion.

Fig. 3.3.9. Compuerta de Servivio y atagua en una central. Recuperado de: http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m2!"/do

"omas de a+$a y comp$ertas.#a obra de toma consiste eb un ensanchamiento al inicio del conducto, ue (acilita la entrada de agua retenida por el azud o la presa ' esta diseñada para ue las perdidas de carga producidas sean minimas. #a (uncion primaria de la toma es permitir la e+tracion del agua desde el vaso con la variacion o amplitud de niveles de embalse en el mismo. E n general la toma dispone de una rejilla ue impide la entrada de elementos solidos al canal, ' una compuerta, ue controla el caudal ue debe pasar dentro de las posibilidades de capacidad de la conduccion ' para interrumpir la entrada de agua ' procedes al vaciado, la limpieza o reparacion de la o reparacion de las conduciones.%uede estar situada sobre la propia pres o separada de ella. 9ualuiera ue sean su pro(undidad ' su caudal disponen siempre de unos determinados elementos.

a" Una rejilla de entrada ue le impide el paso de los cuerpos (lotantes o en suspension ue podrian dañar las tuberias o las turbinas. Estan (ormados por   barrotes metalicos o de concreto ' el espaciado entre ellos puede oscilar entre 4 ' 5 cm. %ueden tener distintas (ormas.  b" Un dispositivo de obturacion ue perimita cortar ', en su caso, regular el caudal de agua. Esra (ormado generalemnte por compuertas, de las cuales disponen dos en cada toma. #a situada en aguas se utiliza para el servivio normal. #a de aguas arriba en cambio es la de emergencia ' se denomina ataguia. Se utiliza para cerrar el paso de agua cuando se nesecita inspeccionar o revisar la compuerta de

servicio. 9onsiste normalmente en un aplanacha de acero re(orzada con per(iles metalicos ue se maneja mediante un puente grua.

3.3., "$berias de presion "$berías met-licas

En la 1abla 4.4.- se da una clasi(icación de las tuberías a presión m&s comunes, tomando en cuenta los e(ectos ue in(lu'en en su comportamiento, tipo de ensamble ' el medio ue las rodea. Estas tuberías pueden ser super(iciales o alojadas dentro de túneles o lumbreras.  "$berías de concreto

 Estas tuberías se (abrican con varillas o placas met&licas de re(uerzo ahogadas en concreto. : pueden ser (abricadas ;in situ< o pre(abricadas, de concreto normal o  pres(orzado. Estas tuberías se colocan super(icialmente, semienterradas o enterradas. Sus puntos de (alla son las juntas entre cada tramo, los cambios de pendiente ' las zonas cercanas a las bi(urcaciones ' tri(urcaciones.

$abla 3.3.1 $ipos de tuber%as met&licas a presi'n. $ipo (aractericticas a) *ija con junta de e+pansi'n a  #u$er%a instalada con sus la intemperie. e&tremos '(os en $lo)ues de

b) *ija con junta de e+pansi'n alojada en t-neles o lumbrera c) (on juntas e+ibles a la intemperie.

d) *ija sin junta de e+pansi'n a la intemperie.

e) *ija sin junta de e+pansi'n empacada.

/) *ija sin junta de e+pansi'n enterrada.

g) 0ibre sin junta de e+pansi'n a la intemperie.

h) *ija o libre con juntas de brida o de tipo campana

ancla(e y provista con una (unta de e&pansi*n entre cada tramo. +gual al inciso a,- solo )ue alo(ada en tneles o lum$reras.  #u$er%a instalada con o sin e&tremos '(os en $lo)ues de ancla(e y la uni*n entre los tu$os por medio de (untas e&i$les )ue sustituyen a la (unta de e&pansi*n.  #u$er%a instalada con sus e&tremos '(os en $lo)ues de ancla(e y (untas entre los tu$os unidas por soldadura y sin (untas de e&pansi*n.  #u$er%a instalada y cu$ierta totalmente de concreto y en condiciones tales )ue no le afectan variaciones de temperatura del am$iente e&terior.  #u$er%a cuyos e&tremos pueden estar o no '(os en $lo)ues de ancla(e- alo(ada en el su$suelo o instalada a tal profundidad )ue las variaciones de temperatura no le afectan.  #u$er%a instalada directamente so$re la super'cie del terreno- sin $lo)ues de ancla(e y nicamente con la su(eci*n necesaria para mantenerla alineada. 0as (untas entre los tu$os son soldadas.  #u$er%a instalada ala intemperiecon o sin ancla(e en $lo)ues- las  (untas entre los tu$os mediante $ridas o del tipo campana.

3.4 (AA  A78A 0a casa de m1)uinas es la estructura )ue alo(a en su i nterior los e)uipos )ue generan la energ%a elctrica- as% como otros au&iliares necesarios para la operaci*n- control y protecci*n de los e)uipos principales.  3.4.1 $ipos de casa de m&9uinas e acuerdo a su disposici*n en el terreno- las casas de m1)uinas pueden ser de dos tipos: super'ciales y su$terr1neas. 0as primeras se construyen al pie de la presa- e&puestas al medio am$iente 4Figura 5.&, y las su$terr1neas

son a)uellas )ue por las condiciones topogr1'cas- geol*gicas y de proyecto se construyen en el interior de la monta6a 4Figura 5.& ,.

Fig 5.& Casa de ma)uinas super'cial 4CF7,.

Fig 5.& Casa de ma)uinas su$terreanea 4CF7,.