FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

HIDROLOGÍA

2DO SEMESTRE 2015

ING.CLAUDIO CASTAÑÓN.

VISITA TECNICA DE LOS CONGRESOS ESTUDIANTILES

HIDROELECTRIA LOS ESCLAVOS.

Mauricio Edgardo Torres Bolaños

CARNET: 2009- 15057 SECCION P

INTRODUCCION.

Con el fin de que Guatemala se independizara del uso absoluto del petróleo y de fomentar la generación de energía por medio de recursos renovables, el sector hidroeléctrico en Guatemala se fortalece día a día, y se convierte en un ámbito atractivo de la inversión.

Esto se ha hecho evidente con el aumento de la distribución de centrales de hidroeléctricas en el territorio nacional. Hoy en día existen diecinueve centrales hidroeléctricas operando, de las cuales destacan, sobre el río Chixoy, la Central Chixoy, en San Cristóbal Verapaz, Alta Verapaz, capaz de generar 300 megawatts de potencia; la Central HidroXacabal, en Chajul, Quiché, con 94 megawatts, sobre el río Xacbal; y la Central Aguacapaca, en Guanagazapa, Escuintla, que genera 90 megawatts, en las cercanías del río María Linda.

OBJETIVOS.

GENERAL:

Aprender cómo funciona una planta hidroeléctrica y saber de cuántas áreas se componen.

ESPECIFICOS:

Conocer los diferentes tipos de presas hidroeléctricas que existen

Conocer los diferentes tipos de centrales hidroeléctricas existen

aprender cuales son los aspectos a considerar a la hora de diseñar

MARCO TEORICO.

TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

Pueden ser clasificadas según varios argumentos, como características técnicas, peculiaridades del asentamiento y condiciones de funcionamiento.

1. Según utilización del agua, es decir si utilizan el agua como discurre normalmente por el cauce de un río o a las que ésta llega, convenientemente regulada, desde un lago o pantano.

Centrales de Agua Fluente:

Llamadas también de agua corriente, o de agua fluyente. Se construyen en los lugares en que la energía hidráulica debe ser utilizada en el instante en que se dispone de ella, para accionar las turbinas hidráulicas. No cuentan con reserva de agua, por lo que el caudal suministrado oscila según las estaciones del año.

En la temporada de precipitaciones abundantes (de aguas altas), desarrollan su potencia máxima, y dejan pasar el agua excedente. Durante la época seca (aguas bajas), la potencia disminuye en función del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en la época del estío.

Su construcción se realiza mediante presas sobre el cauce de los ríos, para mantener un desnivel constante en la corriente de agua.

Centrales de Agua Embalsada:

Se alimenta del agua de grandes lagos o de pantanos artificiales (embalses), conseguidos mediante la construcción de presas. El embalse es capaz de almacenar los caudales de los ríos afluentes, llegando a elevados porcentajes de captación de agua en ocasiones. Este agua es utilizada según la demanda, a través de conductos que la encauzan hacia las turbinas.

Centrales de Regulación:

Tienen la posibilidad de almacenar volúmenes de agua en el embalse, que representan periodos más o menos prolongados de aportes de caudales medios anuales.

Prestan un gran servicio en situaciones de bajos caudales, ya que el almacenamiento es continuo, regulando de modo conveniente para la producción. Se adaptan bien para cubrir horas punta de consumo.

Centrales de Bombeo:

Se denominan 'de acumulación'. Acumulan caudal mediante bombeo, con lo que su actuación consiste en acumular energía potencial. Pueden ser de dos tipos, de turbina y bomba, o de turbina reversible.

La alimentación del generador que realiza el bombeo desde aguas abajo, se puede realizar desde otra central hidráulica, térmica o nuclear.

No es una solución de alto rendimiento, pero se puede admitir como suficientemente rentable, ya que se compensan las pérdidas de agua o combustible.

2. Según la altura del salto de agua o desnivel existente:

Centrales de Alta Presión:

Aquí se incluyen aquellas centrales en las que el salto hidráulico es superior a los 200 metros de altura. Los caudales desalojados son relativamente pequeños, 20 m3/s por máquina.

Situadas en zonas de alta montaña, y aprovechan el agua de torrentes, por medio de conducciones de gran longitud. Utilizan turbinas Pelton y Francis.

Centrales de Media Presión:

Aquellas que poseen saltos hidráulicos de entre 200 - 20 metros aproximadamente. Utilizan caudales de 200 m3/s por turbina.

En valles de media montaña, dependen de embalses. Las turbinas son Francis y Kaplan, y en ocasiones Pelton para saltos grandes.

Centrales de Baja Presión:

Sus saltos hidráulicos son inferiores a 20 metros. Cada máquina se alimenta de un caudal que puede superar los 300 m3/s. Las turbinas utilizadas son de tipo Francis y especialmente Kaplan.

TIPOS DE PRESA

Las presas se clasifican según la forma de su estructura y los materiales empleados. Las grandes presas pueden ser de hormigón o de elementos sin trabar. Las presas de hormigón más comunes son de gravedad, de bóveda y de contrafuertes. Las presas de elementos sin trabar pueden ser de piedra o de tierra.

También se construyen presas mixtas para conseguir mayor estabilidad. La elección del tipo de presa más adecuado para un emplazamiento concreto se determina mediante estudios de ingeniería y consideraciones económicas ( el costo de la presa depende de la disponibilidad de los materiales para su construcción y de las facilidades para su transporte).

Las características también son factor determinante a la hora de elegir el tipo de estructura.

Presas de gravedad

Las presas de gravedad son estructuras de hormigón de sección triangular; la base es ancha y se va estrechando hacia la parte superior; la cara que da al embalse es prácticamente vertical. Vistas desde arriba son rectas o de curva suave.

La estabilidad de estas presas radica en su propio peso. Es el tipo de construcción más duradero y el que requiere menor mantenimiento. Su altura suele estar limitada por la resistencia del terreno.

Un ejemplo de este tipo de presas es la presa Grande Dixence, en Suiza (1962), la cual tiene una altura de 284 m y es una de las más grandes del mundo.

Presas de bóveda

Este tipo de presa utiliza los fundamentos teóricos de la bóveda. La curvatura presenta una convexidad dirigida hacia el embalse, con el fin de que la carga se distribuya por toda la presa hacia los extremos.

En condiciones favorables, esta estructura necesita menos hormigón que la de gravedad, pero es difícil encontrar emplazamientos donde se puedan construir.

Presas de contrafuertes

Las presas de contrafuertes tienen una pared que soporta el agua y una serie de contrafuertes o pilares, de forma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base.

- Hay varios tipos de presa de contrafuertes: los más comunes son de planchas uniformes y de bóvedas múltiples.

- En las de planchas uniformes el elemento que contiene el agua es un conjunto de planchas que cubren la superficie entre los contrafuertes.

En las de bóvedas múltiples, éstas permiten que los contrafuertes estén más espaciados.

Estas presas precisan de un 35 a un 50% del hormigón que necesitaría una de gravedad de tamaño similar aunque a pesar del ahorro de hormigón las presas de contrafuertes no son siempre más económicas que las de gravedad, ya que el costo de las complicadas estructuras para forjar el hormigón y la instalación de refuerzos de acero suele equivaler al ahorro en materiales de construcción.

Este tipo de presa es necesario en terrenos poco estables.

Presas de elementos sin trabar

Las presas de tierra y piedra utilizan materiales naturales con la mínima transformación, aunque la disponibilidad de materiales utilizables en los alrededores condiciona la elección de este tipo de presa.

El desarrollo de las excavadoras y otras grandes máquinas ha hecho que este tipo de presas compita en costos con las de hormigón.

La escasa estabilidad de estos materiales obliga a que la anchura de la base de este tipo de presas sea de cuatro a

siete veces mayor que su altura. La cuantía de filtraciones es inversamente proporcional a la distancia que debe recorrer el agua; por lo tanto, la ancha base debe estar bien asentada sobre un terreno cimentado.

Las presas de elementos sin trabar pueden estar construidas con materiales impermeables en su totalidad, como arcilla, o estar formadas por un núcleo de material impermeable reforzado por los dos lados con materiales más permeables, como arena, grava o roca, el núcleo debe extenderse hasta mucho más abajo de la base para evitar filtraciones.

ASPECTOS A CONSIDERAR A LA HORA DE DISEÑAR

Una presa debe ser impermeable las filtraciones a través o por debajo de ella deben ser controladas al máximo para evitar la salida del agua y el deterioro de la propia estructura.

Debe estar construida de forma que resista las fuerzas que se ejercen sobre ella. Estas fuerzas son:

La gravedad (que empuja a la presa hacia abajo). La presión hidrostática (la fuerza que ejerce el agua

contenida). La presión hidrostática en la base (que produce una

fuerza vertical hacia arriba que reduce el peso de la presa).

La fuerza que ejercería el agua si se helase Las tensiones de la tierra, incluyendo los efectos de

los sismos.

A la hora de valorar el mejor emplazamiento para construir una presa, el riesgo de terremotos forma parte del análisis geológico. Además deben determinar qué tipo de terreno está expuesto a filtraciones y cuál puede soportar el peso de la presa y el agua que contendrá detrás de ella.

Altura de la presa:

Generalmente está limitada por la topografía de su emplazamiento, aunque otros factores pueden determinar una altura máxima menor, entre ellos están:

Si la función principal de la presa es la obtención de energía la altura es un factor crítico, ya que la energía potencial del agua embalsada es mayor cuanto mayor es la altura a la que se encuentra.

Si la presa es de contención el factor más importante es la capacidad de almacenamiento. El volumen de agua embalsada es mayor cuanto más alta es la presa.

Otros factores son la utilidad y el valor de las tierras que quedarán sumergidas, y si las aguas afectarán a importantes vías de comunicación.

Aliviaderos:

Después de determinar el nivel del embalse en condiciones normales, hay que establecer los procedimientos que aseguren que este nivel no se supere. Los aliviaderos son necesarios para descargar el excedente de agua para que éste no dañe la presa, la central eléctrica ni la ribera del río delante de la presa. El tipo de aliviadero más común es el derrame. Este sistema consiste en que una zona de la parte superior es más baja.

Para permitir el aprovechamiento máximo de la capacidad de almacenamiento estas partes más bajas están cerradas con unas compuertas móviles. Otro tipo de aliviadero es el salto de agua, un canal de hormigón ancho, con mucha pendiente, que se construye en la base de algunas presas de altura moderada.

Desaguaderos:

Además de los aliviaderos, que aseguran que el embalse no rebase la presa, los desaguaderos son necesarios para extraer de modo constante agua del embalse. El agua extraída puede descargarse río abajo, puede llevarse a los generadores para obtener energía hidroeléctrica o puede utilizarse para riego.

Los desaguaderos son conductos o túneles cuyas entradas se encuentran a la altura del nivel mínimo del embalse. Estas tomas poseen unas compuertas o válvulas que regulan la entrada de agua.

Protección contra la erosión:

Hay que evitar que el agua que se envía río abajo erosione la base de la presa. Para reducir la velocidad del agua se construyen unos embalses llamados cuencas amortiguadoras, que forman parte de las estructura de la presa.

Existen dos tipos de estructura que se utilizan para disipar la energía destructiva que lleva el agua al caer.

Uno en el que el flujo rápido y de poca profundidad que baja de la presa se convierte en un flujo profundo y lento al hacerlo pasar por una falda horizontal o poco inclinada de hormigón, construida río abajo desde la base de la presa.

En el otro tipo la base de la presa tiene una forma que desvía el flujo, que baja a gran velocidad, hacia arriba y lo hace girar. Este giro disipa la energía destructiva del agua.

EL PROBLEMA DE LA SEDIMENTACIÓN EN LAS PRESAS

Los embalses tienen una vida útil limitada. Generalmente es más corta de lo esperado por la acumulación en el fondo de sedimentos orgánicos y minerales, que son acarreados por las aguas de los ríos. Al entrar estos en remanso decantan sus partículas en suspensión, formando capas de material que no siempre pueden ser eliminadas a un costo conveniente. En un estudio se estimó que alrededor de cincuenta kilómetros cúbicos de sedimentos (cerca del l% de la totalidad de la capacidad de almacenamiento) es atrapado cada año en los embalses.

Hay cientos de ejemplos de este problema como el del río Paute en Ecuador, cuya reducción en capacidad ocasionó, en gran parte, la crisis de energía eléctrica en ese país.

La experiencia mundial es que la sedimentación en grados diferentes ha causado en el mundo trastornos de proporciones en la participación de los ríos con relación a la manutención de la fertilidad de los suelos.

El caso más impresionante es el del río Nilo en que 134 millones de toneladas de sedimentos al año son atrapados por el embalse Nasser (1-35). El limo que acarrea el Nilo mantenía la fertilidad del valle, como asimismo del delta del río Nilo, contribuyendo a su vez a la alimentación de los peces en el Mar Mediterráneo. Los agricultores egipcios se vieron obligados a aplicar enormes y crecientes cantidades de fertilizantes nitrogenados, disminuyendo significativamente el volumen de peces, tanto en el río, desembocadura y sector costero adyacente. Actualmente se estima que un 98% de este valioso sedimento queda atrapado en los embalses del Nilo

IMPACTOS NEGATIVOS POTENCIALES

DIRECTOS Y COMO ATENUARLOS:

1. Impactos:

Contaminación del aire y del agua como resultado de la construcción y de la eliminación de los desperdicios, erosión del suelo, destrucción de la vegetación, destrucción de saneamiento y salud en los campamentos de salud.

Dislocación de la gente que vive en la zona inundada.

Perdida de terreno (agrícola, bosques, pastos, humedales) a causa de su inundación para formar el reservorio.

Perdidas de propiedades históricas, culturales o ascéticas a raíz de la inundación.

Perdidas de tierras silvestres y hábitats de la fauna. Proliferación de las hierbas acuáticas en el reservorios

y aguas abajo, impidiendo la descarga de la represa, los sistema de riego, la navegación y la pesca, y mayores perdidas de agua por transpiración.

Degradación de la calidad del agua del reservorio. Sedimentación del reservorio y perdida de su capacidad

de almacenamiento. Formación de depósitos de sedimentos en la entrada del

reservorio, creando un efecto de contracorriente, e inundando y saturando las áreas, aguas arriba.

Lavado del lecho del río, aguas abajo de la represa. Reducción de la agricultura en la planicie de inundación

(recesión). Salinización de los terrenos aluviales. Intrusión del agua salada a los esteros y aguas arriba. Interrupción de la pesca en el río, debido a los cambios

en el flujo, el bloqueo de la migración de los peces, y el cambio en la calidad y limnología del agua.

Se agarran las redes en la vegetación sumergida del reservorio.

Aumento de las enfermedades relacionadas con el agua. Demandas opuestas en cuanto al uso del agua. Trastorno social y reducción del nivel de vida de la

gente reasentada. Degradación ecológica debido al aumento de presión sobre

la tierra. Trastorno/destrucción de los grupos indígenas y tribus. Aumento de humedad y neblina, localmente, creando un

hábitat favorable para los vectores insectos de las enfermedades (mosquitos, tse-tsé).

2. Atenuación:

Control de la contaminación del aire y agua, ubicación cuidadosa de los campamentos, edificios, excavaciones, canteras, depósitos de basura y desechos, precauciones para reducir la erosión, reclamos de la tierra.

Reubicar a la gente en área adecuada, proveer compensación en especie por los recursos perdidos, proporcionar los servicios adecuados de salud, infraestructura y oportunidades de empleo

Ubicar la represa de tal modo que se reduzcan las perdidas, reducir el tamaño de la represa y el reservorio, proteger áreas de igual tamaño en la región para compensar las pérdidas, crear terrenos utilizables en las áreas que, previamente, no eran apropiadas, para compensar las pérdidas.

Seleccionar el sitio de la represa, o reducir el tamaño del reservorio para evitar pérdidas, recuperar o proteger el patrimonio cultural.

Ubicar la represa o disminuir la magnitud del reservorio para evitar o reducir las pérdidas, establecer parques compensatorios o áreas reservadas, rescatar a los animales y reubicarlos.

Limpiar la vegetación lignosa de la zona del reservorio antes de inundarla (eliminar los nutrientes), disponer medidas para controlar la maleza, cosechar la vegetación para compostaje, forraje o biogás, regular la descarga del agua y manipular los niveles de la misma para desalentar el crecimiento de la maleza.

Limpiar la vegetación lignosa de la zona de reservorio antes de inundarla, controlar el uso de la tierra, las descargas de las aguas servidas y la aplicación de agroquímicos en la cuenca hidrográfica, limpiar el tiempo de retención del agua en el reservorio, instalar salidas a diferentes niveles para evitar la descarga de agua sin oxígeno.

Controlar el uso de la tierra en la cuenca hidrografía (prevenir, especialmente, la tala de los bosques para agricultura), implementar actividades de reforestación y/o conservación de suelos en las cuencas hidrográficas (efecto limitado), eliminar, hidráulicamente, los sedimentos (lavado, corrientes de agua, liberación de corrientes de alta densidad), operar el reservorio de

tal manera que se reduzca la sedimentación (significa la perdida de ciertos beneficios energéticos)

Lavar el sedimento, corrientes de agua Diseñar una trampa eficiente, para eliminar el sedimento

(p. ej., lavar el sedimento, corrientes de agua) para aumentar el contenido de sal del agua liberada.

Regular la liberación de agua de la represa para duplicar, parcialmente, el sistema natural de inundación.

Regular el flujo para reducir el efecto. Mantener un caudal mínimo, por lo menos, para impedir la

intrusión. Mantener un flujo mínimo, por lo menos, para la pesca,

instalar gradas para los peces, y otros medios para que puedan pasar, proteger los sitios de desove, implementar acuicultura y desarrollar la pesca en el reservorio como compensación.

Desbrozar, selectivamente, la vegetación antes de la inundación.

Diseñar y operar la represa para reducir el hábitat del vector, controlar el vector, emplear profilaxis y tratar la enfermedad.

Planificar el manejo de la represa dentro el contexto de los planes regionales de desarrollo, distribuir el agua equitativamente entre los grandes y pequeños agricultores y entre las diferentes regiones geográficas del valle.

Mantener el nivel de vida, asegurando que el acceso a los recursos sea, por lo menos, igual a lo que se perdió, proveer servicios sanitarios y sociales.

Seleccionar el sitio de reasentamiento para evitar que se supere la capacidad de carga de la tierra, aumentar la productividad o mejorar el manejo de la tierra (mejoramiento de la agricultura, el pastoreo y la silvicultura) para que pueda soportar una población más grande.

Evitar el desplazamiento de las personas no asimiladas, culturalmente; donde esto no sea posible, reubicarlas en una área que les permita mantener su estilo de vida y costumbres.

Controlar los vectores.

INDIRECTOS Y COMO ATENUARLOS:

1. Impactos:

Migración incontrolada de la gente hacia el área, gracias a los caminos de acceso y la líneas de transmisión.

Problemas ambientales como resultados del desarrollo que posibilita la represa (agricultura con riego, industrias, crecimiento municipal).

2. Atenuación:

Problemas ambientales como resultados del desarrollo que posibilita la represa (agricultura con riego, industrias, crecimiento municipal).

Implementar planificación integral en toda la cuenca para evitar el uso excesivo, abuso y uso incompatible de los recursos terrestres y acuáticos.

EXTERIORES Y CÓMO ATENUARLOS:

1. Impactos:

Mal uso de las tierras de las áreas de captación sobre el reservorio, produciendo mayor sedimentación y cambios en la calidad del agua.

2. Atenuación:

Incluir en la planificación del uso de la tierra, las áreas de la cuenca hidrográfica que se encuentren encima de la represa.

VENTAJAS

Es un recurso inagotable, en tanto en cuanto el ciclo del agua perdure.

No emite gases "invernadero" ni provoca lluvia ácida, es decir, no contamina la atmósfera, por lo que no hay que emplear costosos métodos que limpien las emisiones de gases.

No hay que emplear sistemas de refrigeración o calderas, que consumen energía y, en muchos casos, contaminan, por lo que es más rentable en este aspecto.

Almacenamiento de agua para regadíos. Permite realizar actividades de recreo (remo, bañarse,

etc). Evita inundaciones, debido a la regulación del caudal

CONCLUSIONES.

Las presan hidroeléctricas más comunes son: Presas de gravedad, Presas de bóveda, Presas de contrafuertes y Presas de elementos sin trabar.

Los tipos de centrales hidroeléctricas son: Centrales de Agua Fluente, Centrales de Agua Embalsada, Centrales de Regulación, Centrales de Bombeo, Centrales de Alta Presión, etc.

Aspectos a la hora de diseñar son: La gravedad (que empuja a la presa hacia abajo), La presión hidrostática (la fuerza que ejerce el agua contenida), La presión hidrostática en la base (que produce una fuerza vertical hacia arriba que reduce el peso de la presa),La fuerza que ejercería el agua si se helase, Las tensiones de la tierra, incluyendo los efectos de los sismos.

FUENTES DE CONSULTA.

http://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi98/Energia-Vs-Ambiente/impactos.htm#

http://ns.ice.go.cr/energia_html/fuentes/plantas.html

http://www.dianet.com.ar/dianet/users/Solis/Informe2.htm#Energía Hidráulica

http://www.wkv-ag.com/spanisch/produkte/

http://www.fim.utp.ac.pa/Laboratorios/Turbomaquinaria/turbina_pelton.htm

http://aguamarket.com/diccionario/indice_letras.asp?letra=F&offset=40

http://www.fim.utp.ac.pa/Laboratorios/Turbomaquinaria/turbina_kaplan.htm

RESUMEN DE LA PLANTA HIDROELECTICA DE LOS ESCLAVOS.

Embalse: En verano se utiliza como una central de regulación diaria y en invierno a filo de agua.

Generación al 2006: 1,947.05 GWh

Capacidad: 15 MW

Inicio de operaciones: 1966

Casa de máquinas.

Esta central fue puesta en operación en el año 1966, estando

ubicadas sus instalaciones en la aldea Los Esclavos, del

municipio de Cuilapa, departamento de Santa Rosa. En verano

se utiliza como una central de regulación diaria y en

invierno a filo de agua. La capacidad para embalsar agua en

el embalse de la presa es de 225,000 m³. El agua es conducida

a través de un canal a cielo abierto de 1.335 Km último, con

0.175 km de longitud y dimensiones de 3 mt de ancho por 3.0

mt de alto, (175*3*3)mt hasta llegar a la casa de máquinas en

donde se encuentran dos (2) unidades tipo Francis de eje

vertical con una capacidad de 7 MW por unidad. El salto de

caída que utiliza esta central es de 108 m, con un caudal de

turbinamiento de 7.68 m³/seg por unidad.

Canal a cielo abierto.

Embalse

Tubería de 108 mt de caída de agua

Turbina con capacidad de generar 7.68 MW.

TRAMPA PARA MATERIAL SOLIDO