Represas

INDICE CENTRALES HIDROELECTRICAS................................................................2 ............................... ..................... ..................... ..................... ............................................. .................................. 2 REPRESAS..................... ............................... ..................... ...................................... ............................3 3 1. Segú Según n su es estruc tructu tura ra::.................... ................................ ..................... ..................... ......................... .............. 5 2. Segú Según n sus sus mate materi rial ales es::..................... ............................... ..................... ..................... .............................6 ..................6 . Segú Según n su a!li a!lica caci ci"n "n:: .................... ............................... ..................... ................7 ......7 CONSTR#CCI$N DE PE%#E&AS PRESAS.................... 1. C'ns C'nsi(e i(erac raci'n i'nes es genera generales les:: .........................................................7 2. Dimen Dimensi' si'na namie mient' nt' (el (el )'lum )'lumen en (e em*a em*alse lse:: ............................9

+ENERADORES HIDROELECTRICOS.....................................................15 IN,OR-ACI$N PRELI-INAR:.............................................................15 ............................... ..................... .......................16 .............16 LA CONSTANTE DE ENER+IA H/:.................... CALC#LO DE DI-ENSIONES DEL ESTATOR:.....................................19 CALC#LO CALC#LO DE LAS DI-ENSIONES DEL ROTOR:................................21 ................................ ..................... ..................... ................................ ..................... 24 TA0LERO DE CONTROL.....................

PLANOS DE #NA CENTRAL HIDROELECTRICA....................................27

CENTRALES HIDROELECTRICAS 1

REPRESAS

En Maquinaria y Servicios la Vera sabemos la importancia que tienen las presas presas en nuestras nuestras vias! e "ec"o# "ec"o# cerca e Mari$al e la Vera poemos encontrar la peque%a pero importante presa e &osarito# que nos o'rece electricia# a$ua y sostenibilia rural y meioambiental. Esta presa es e la enominaa presa e $ravea# (pero qu) tipos e presa e*isten+ ,ues bien# vamos a empe-ar antes e naa e*plicano que es una presa y espu)s pasaremos a esarrollar los tipos que poemos encontrar. encontrar. En in$eniera se enomina presa o represa a una barrera 'abricaa con piera# "ormi$/n o materiales sueltos# que se construye "abitualmente en una una ce cerr rra aa a o es0 es0la lae ero ro sobr sobre e un ro o arro arroyo yo.. iene iene la 0nal 0nali ia a e embalsar el a$ua en el cauce uvial para su posterior aprovec"amiento en abastecimiento o re$ao# para elevar su nivel con el obetivo e erivarla a canali-aciones e rie$o# para evitar inunaciones a$uas abao e la presa o para la proucci/n e ener$a mecnica al trans'ormar la ener$a potencial el almacenamiento en ener$a cin)tica y )sta nuevamente en mecnica al accionar accionar la 'uer-a el a$ua un elemento elemento m/vil. a ener$a ener$a mecnica puee aprove aprovec"a c"arse rse irect irectame amente nte## como como en los anti$uo anti$uoss molino molinos# s# o e 'orma 'orma inirecta para proucir ener$a el)ctrica# como se "ace en las centrales "iroel)ctricas. omo "emos visto# ya sabemos que es realmente una presa o represa y que usos principales puee lle$ar a tener# por lo tanto a"ora veremos qu) tipos e presa pueen e*istir

TIPOS DE PRESAS  Se$8n su estructura  Se$8n sus materiales

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REPRESAS

En Maquinaria y Servicios la Vera sabemos la importancia que tienen las presas presas en nuestras nuestras vias! e "ec"o# "ec"o# cerca e Mari$al e la Vera poemos encontrar la peque%a pero importante presa e &osarito# que nos o'rece electricia# a$ua y sostenibilia rural y meioambiental. Esta presa es e la enominaa presa e $ravea# (pero qu) tipos e presa e*isten+ ,ues bien# vamos a empe-ar antes e naa e*plicano que es una presa y espu)s pasaremos a esarrollar los tipos que poemos encontrar. encontrar. En in$eniera se enomina presa o represa a una barrera 'abricaa con piera# "ormi$/n o materiales sueltos# que se construye "abitualmente en una una ce cerr rra aa a o es0 es0la lae ero ro sobr sobre e un ro o arro arroyo yo.. iene iene la 0nal 0nali ia a e embalsar el a$ua en el cauce uvial para su posterior aprovec"amiento en abastecimiento o re$ao# para elevar su nivel con el obetivo e erivarla a canali-aciones e rie$o# para evitar inunaciones a$uas abao e la presa o para la proucci/n e ener$a mecnica al trans'ormar la ener$a potencial el almacenamiento en ener$a cin)tica y )sta nuevamente en mecnica al accionar accionar la 'uer-a el a$ua un elemento elemento m/vil. a ener$a ener$a mecnica puee aprove aprovec"a c"arse rse irect irectame amente nte## como como en los anti$uo anti$uoss molino molinos# s# o e 'orma 'orma inirecta para proucir ener$a el)ctrica# como se "ace en las centrales "iroel)ctricas. omo "emos visto# ya sabemos que es realmente una presa o represa y que usos principales puee lle$ar a tener# por lo tanto a"ora veremos qu) tipos e presa pueen e*istir

TIPOS DE PRESAS  Se$8n su estructura  Se$8n sus materiales

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 Se$8n su aplicaci/n

1. Según su estr estructu uctura: ra: 1.1.

Presa de gravedad 

Presa de gravedad del embalse de Rosarito

Es aquella en la que su propio peso es el encar$ao e resistir el empue el a$ua. El empue el embalse es transmitio "acia el suelo# por lo que )ste ebe ser su0cientemente estable para soportar el peso e la presa y el embalse. onstituyen las represas e mayor urabilia y que menor mantenimiento requieren entro e las presas e $ravea se puee tener •

•

Esc'llera:   ierra "omo$)nea# tierra -oni0caa# :& ;$rava con losa e "ormi$/n<# e roca. De 'rmig"n 'rmig"n:: tipo tipo & ;"or ;"ormi mi$/ $/n n roil roilla lao o<< y "orm "ormi$ i$/n /n convencional.

Su estructura recuera a la e un trin$ulo is/sceles ya que su base es anc"a y se va estrec"ano a meia que se asciene "acia la parte superior aunque en muc"os casos el lao que a al embalse es casi vertical. a ra-/n por la que e*iste una i'erencia notable en el $rosor $rosor el muro a meia que aumenta la altura e la presa se ebe a que que la pres presi/ i/n n en el 'on 'ono o el el em emba bals lse e es ma mayo yorr que que en la super0cie# e esta 'orma# el muro tenr que soportar ms presi/n en el lec"o el cauce que en la super0cie. a inclinaci/n sobre la cara a$uas arriba "ace que el peso el a$ua sobre la presa incremente su estabilia. 3

1.2.

Presa de arco

Presa Hoover, presa de Arco

Es aquella en la que su propia 'orma es la encar$aa e resistir el empue el a$ua. ebio a que la presi/n se trans0ere en 'orma muy concentraa "acia las laeras e la cerraa# se requiere que )sta sea e roca muy ura y resistente. onstituyen las represas ms innovaoras en cuanto al ise%o y que menor cantia e "ormi$/n se necesita para su construcci/n. a primera presa e arco e la que se tiene noticia es la presa e Vallon e =aume# reali-aa por los romanos cerca e >lanum ;:rancia<.

1.3.

Presa de bóveda o de doble arco

Presa de bóveda en el embalse de Almendra

uano la presa tiene curvatura en el plano vertical y en el plano "ori-ontal# tambi)n se enomina e b/vea. ,ara lo$rar sus compleas 'ormas se construyen con "ormi$/n y requieren $ran 4

"abilia y e*periencia e sus constructores que eben recurrir a sistemas constructivos poco comunes.

1.4.

Presa de arco-gravedad 

Presa del embalse de Santa Eulalia

ombina caractersticas e las presas e arco y las presas e $ravea y se consiera una soluci/n e compromiso entre los os tipos. iene 'orma curva para iri$ir la mayor parte el es'uer-o contra las parees e un ca%/n o un valle# que sirven e apoyo al arco e la presa. ?ems# el muro e contenci/n tiene ms espesor en la base y el peso e la presa permite soportar parte el empue el a$ua. Este tipo e presa precisa menor volumen e relleno que una presa e $ravea.

2. Según sus materiales: 2.1.

Presas de hormigó

Son las ms utili-aas en los pases esarrollaos ya que con )ste material se pueen elaborar construcciones ms estables y uraeras! ebias a que su clculo es el too 0able 'rente a las proucias en otros materiales. @ormalmente# toas las presas e tipo $ravea# arco y contra'uerte estn "ec"as e este material. ?l$unas presas peque%as y las ms anti$uas son e larillo# e sillera y e mampostera. En Espa%a# el 67A e las presas son e $ravea y estn "ec"as con "ormi$/n ya sea con o sin armauras e acero.

2.2.

Presas de ma!eriales s"el!os

Son las ms utili-aas en los pases subesarrollaos ya que son menos costosas y suponen el 77A e las que poemos encontrar en 5

too el planeta. Son aquellas que consisten en un relleno e tierras# que aportan la resistencia necesaria para contrarrestar el empue e las a$uas. os materiales ms utili-aos en su construcci/n son pieras# $ravas# arenas# limos y arcillas aunque entro e toos estos los que ms estacan son las pieras y las $ravas. En Espa%a s/lo suponen el 13A el total. Este tipo e presas tienen componentes muy permeables# por lo que es necesario a%airles un elemento impermeabili-ante. ?ems# estas estructuras resisten siempre por $ravea# pues la )bil co"esi/n e sus materiales no les permite transmitir los empues el a$ua al terreno. Este elemento puee ser arcilla ;en cuyo caso siempre se ubica en el cora-/n el relleno< o bien una pantalla e "ormi$/n# la cual se puee construir tambi)n en el centro el relleno o bien a$uas arriba. Estas presas tienen el inconveniente e que si son rebasaas por las a$uas en una crecia# corren el peli$ro e esmoronarse y arruinarse. En Espa%a es bien recorao el acciente e la ,resa e ous conocio popularmente como la B,antanaa e  ousC.

2.3.

Presas de erocamie!o co cara de hormigó

Este tipo e presas en ocasiones es clasi0cao entre las e materiales sueltos! pero su 'orma e eecuci/n y su trabao estructural son i'erentes. El elemento e retenci/n el a$ua es una cortina 'ormaa con 'ra$mentos e roca e varios tama%os# que soportan en el lao el embalse una cara e "ormi$/n la cual es el elemento impermeable. a pantalla o cara est apoyaa en el contacto con la cimentaci/n por un elemento e transici/n llamao plinto# que soporta a las losas e "ormi$/n. Este tipo e estructura 'ue muy utili-ao entre 194D a 195D en cortinas e alturas intermeias y cay/ en esuso "asta 0nales el si$lo  en que 'ue retomao por los ise%aores y constructores al isponer e meores m)toos e reali-aci/n y equipos e construcci/n e0cientes.

. Según su a!licaci"n: 3.1.

Presas #l!ra!es o di$"es de re!eció

Son aquellas que tienen la 'unci/n e retener s/lios# ese material 0no# "asta rocas e $ran tama%o# transportaas por torrentes en reas monta%osas# permitieno sin embar$o el paso el a$ua.

3.2.

Presas de co!rol de aveidas

Son aquellas cuya 0nalia es la e laminar el caual e las avenias torrenciales# con el 0n e que no se cause a%o a los terrenos situaos a$uas abao e la presa en casos e 'uerte tormenta.

6

3.3.

Presas de derivació

El obetivo principal e estas es elevar la cota el a$ua para "acer 'actible su erivaci/n# controlano la seimentaci/n el cauce e 'orma que no se obstruyan las bocatomas e erivaci/n. Este tipo e presas son# en $eneral# e poca altura ya que el almacenamiento el a$ua es un obetivo secunario.

3.4.

Presas de almaceamie!o

El obetivo principal e )stas es retener el a$ua para su uso re$ulao en irri$aci/n# $eneraci/n el)ctrica# abastecimiento a poblaciones# recreaci/n o nave$aci/n# 'ormano $ranes vasos o la$unas arti0ciales. El mayor porcentae e presas el muno# las e mayor capacia e embalse y mayor altura e cortina corresponen a este obetivo.

3.%.

Presas de relaves

Son estructuras e retenci/n e s/lios sueltos y lquios e esec"o# proucto e la e*plotaci/n minera# los cuales son almacenaos en vasos para su ecantaci/n. ,or lo com8n son e menores imensiones que las presas que retienen a$ua# pero en al$unos casos corresponen a estructuras que contienen enormes vol8menes e estos materiales. ?l i$ual que las presas "irulicas tienen cortina ;normalmente el mismo tipo e material<# verteero# y en ve- e tener una obra e toma o bocatoma poseen un sistema para e*traer los lquios.

CONSTR#CCI$N DE PE%#E&AS PRESAS 1. C'nsi(eraci'nes generales: Eleme!os cos!i!"!ivos de "a &resa. Fn taamar o peque%a presa ;o represa< est constituio principalmente por la presa misma# apoyaa en el terreno a trav)s e los estribos laterales y e su 'unaci/n ;Gay istintos tipos e presa se$8n los materiales con que se construye<. •

•

•

el embalse que contiene cierto volumen e a$ua# a$uas arriba e la presa. la obra e toma y su conucci/n "acia a$uas abao# que permiten tomar y conucir el a$ua "acia el uso que esta tiene asi$nao. el aliviaero o verteero# que permite evacuar sin a%os por erosi/n los e*cesos e a$ua# evitano que el nivel el embalse suba ms e lo permitio e impiieno con ello el sobrepaso e la presa. 7

Demada a sa!is'acer. ,ara iniciar el proyecto e una presa en primer lu$ar se ebe e0nir el tipo e emana e a$ua a satis'acer# y sus caractersticas y cantiaes estimaas en 'unci/n el tiempo. El a$ua puee ser utili-aa para satis'acer una $ran variea e necesiaes# por eemplo# la emana e consumo "umano o animal# el rie$o# la recreaci/n# la proucci/n e ener$a "iroel)ctrica# la proucci/n e peces# la protecci/n contra incenios# el control e erosi/n# el uso paisastico y la protecci/n contra inunaciones. e toos estos posibles usos la irri$aci/n es el que involucra el mayor n8mero e obras.

Figura 1. Elementos constitutivos de una presa

Idicadores. E*isten varios inicaores espec0cos que $uaran relaci/n con el rea cultivaa para evaluar a $ranes ras$os las caractersticas e un proyecto. Sin embar$o# mencionamos a continuaci/n solamente al$unos que tienen que ver con la presa y el uso el recurso "rico. a capacidad de regulación interanual el embalse# es la relaci/n entre la capacia e almacenamiento ;entre los niveles e la toma y verteero< y el volumen e escurrimiento anual meio e la cuenca. a capacidad de laminación de crecidas se puee cuanti0car por la relaci/n Hvma*IHma* entre el caual e ise%o el verteero ;Hvma*< y el caual m*imo e la crecia e*trema ;Hma*<. a capacia e laminaci/n e crecias tiene que ver tambi)n con la relaci/n entre el rea e la cuenca e aporte y el rea el embalse a nivel e verteero. Valores e Hvma*IHma* J D#5 son 'recuentes cuano se construye un embalse muy peque%o para una eterminaa cuenca# por lo que el verteero pasa a ser un elemento sumamente importante en el costo total e la obra.

Selecció del si!io de la re&resa. @o es conveniente ubicar la represa en lu$ares one e*istan vivienas permanentes o instalaciones e importancia unto al cauce entro el rea a'ectaa ante una eventual 'alla e la estructura. Si no "ubiera otra alternativa# la selecci/n e un sitio as obli$ar a reali-ar un ise%o ms cuiaoso y a e*tremar las precauciones y controles urante la construcci/n# la operaci/n y el mantenimiento e la obra# lo que en e0nitiva reunar en un mayor costo. a misma K

represa ubicaa en otro lu$ar con menores consecuencias entro el rea potencialmente a'ectaa pora ser proyectaa# construia# operaa y mantenia con menores requerimientos t)cnicos. Se eben evitar sitios que $eneren $ranes reas e embalse e poca pro'unia porque se prouce una e*cesiva evaporaci/n y bene0cia el posible crecimiento e plantas acuticas que son peruiciales para la calia e las a$uas. ese el punto e vista el volumen e obra# un buen sitio para una represa es $eneralmente una secci/n estrec"a e un valle# e penientes laterales 'uertes# one se puee isponer e un $ran volumen embalsao con un ique e peque%o volumen# optimi-ano la e0ciencia e la inversi/n. a isponibilia e material aceptable para la construcci/n e la represa es otro 'actor muy importante en la selecci/n el sitio. Gay una relaci/n irecta entre la isponibilia e materiales en el sitio y el ise%o e la secci/n e la presa a construir. Este ise%o ebe optimi-ar el uso e los materiales isponibles en la cercana el sitio ele$io. Es recomenable que los suelos en la -ona a inunar por el embalse ten$an un "ori-onte impermeable e espesor su0ciente para prevenir una e*cesiva in0ltraci/n. Esto ebe tenerse presente tambi)n a la "ora e plani0car e*cavaciones para las reas e pr)stamo o yacimientos e materiales para la construcci/n e la presa. as caractersticas el material el terreno en pro'unia tambi)n son importantes para eciir el empla-amiento e una represa o taamar. Si se quiere una obra impermeable# conviene que se construya sobre terrenos impermeables aems e resistentes. ,ueen construirse presas sobre terrenos permeables# siempre y cuano el ise%o ten$a en cuenta este aspecto espec0camente.

Relevamie!o !o&ogr(#co del l"gar. ,ara evaluar un probable lu$ar e cierre el valle es necesario reali-ar un relevamiento topo$r0co y estimar la capacia el embalse y las cotas e las obras e toma y e vertio. El relevamiento topo$r0co mnimo para un taamar consiste en un per0l altim)trico a lo lar$o el ee el ique y el verteero# y en el relevamiento planialtim)trico e una cantia su0ciente e puntos en el vaso que permita estimar reas y vol8menes e embalse que permita escribir el vaso con curvas e nivel caa por lo menos un metro# como mnimo "asta un metro ms que la cota superior e la represa. ,ara los taamares e baa altura se puee estimar el volumen el vaso como el 4DA el proucto el rea embalsaa por la altura m*ima. ,ara la elimitaci/n e las super0cies a inunar con el embalse# se recomiena ibuar el tra-ao e la curva e nivel el embalse lleno a nivel el umbral el verteero# y aems la curva e nivel el embalse en su cota m*ima e vertio. Estas curvas representan in'ormaci/n necesaria para el estuio e la vinculaci/n urica e los preios inunaos y la elimitaci/n e las serviumbres e0nitivas y temporarias respectivamente. ?simismo# si se prev) evaluar la construcci/n e un verteeroLcanal# es importante reali-ar al menos un per0l lon$ituinal completo one se prevea su esarrollo# comen-ano en la -ona e inicio el vertio "asta la -ona one se va a escar$ar el caual# leos el terrapl)n. Esto permite tener en cuenta la peniente el terreno en el estuio e la secci/n y caractersticas el verteero. ,ara evaluar los vol8menes e 9

e*cavaci/n y relleno se recomiena incluir el relevamiento e secciones transversales al ee el canal. oo el relevamiento ebe ser re'erenciao a un 8nico mo/n# que puee ser una marca con "ormi$/n# una alcantarilla u otro obeto 'uera el rea a embalsar# que no se altere urante y lue$o e la construcci/n e la represa.

)"e!e de ag"a de a&or!e a la re&resa. El a$ua e aporte a la represa puee ser a$ua super0cial e una cuenca e aporte# a$ua subterrnea e un acu'ero o ambas. uano el escurrimiento super0cial es la 'uente principal e a$ua a la represa# el rea e la cuenca ebera tener un tama%o su0ciente para que a8n con la variabilia e*istente en los escurrimientos anuales# el aporte al embalse cubra la cantia e a$ua a almacenar para el peroo e seca. ,or el contrario el rea e la cuenca no ebera ser muy $rane en relaci/n con la capacia e almacenamiento el embalse# para que las estructuras necesarias e vertio 'uncionen realmente como verteeros e emer$encia solo ante eventos veraeramente e*tremos. ,ara mantener la pro'unia y capacia e la represa es necesario que el uo e a$ua super0cial est) libre e seimentos provenientes e la erosi/n e la cuenca. ,or lo tanto se ebera reali-ar un aecuao control e la erosi/n en el rea e aportes# sieno conveniente que el suelo ten$a una buena cobertura e rboles o pasturas. Si e*isten reas cultivaas# )stas eberan ser prote$ias con prcticas ambientalmente aecuaas# por eemplo la siembra se$8n curvas e nivel. En el caso que la cuenca e aporte ten$a si$nos 'uertes e erosi/n se recomiena estuiar la meor oportunia para la construcci/n e la represa en relaci/n con las meias e protecci/n e suelos que se puean implementar.

2. Dimensi'namient' (el )'lumen (e em*alse: aa la topo$ra'a el lu$ar seleccionao para la presa se pueen anali-ar varias combinaciones e cotas e comien-o e vertio y e toma e a$ua. El volumen e almacenamiento es el volumen contenio en el embalse entre ic"os niveles. El volumen /ptimo e almacenamiento en el embalse epene el $rao e satis'acci/n e la emana# que se anali-a estasticamente a trav)s e un balance "rico mensual urante un peroo eterminao. aa la variabilia climtica el lu$ar# anali-ano la in'ormaci/n "irol/$ica isponible se observa que 'recuentemente para os a%os en que la precipitaci/n anual es similar# el volumen e escurrimiento suele ser istinto. ,ara que el anlisis estastico e la emana sea consistente# se propone un peroo e anlisis "ist/rico mensual e por lo menos 3D a%os. El $rao e satis'acci/n e la emana se reali-a a trav)s el balance "rico mensual en el embalse. ic"o balance contempla los in$resos y salias e a$ua# tomano como volumen e control el embalse# y eterminano la variaci/n el volumen almacenao y el a$ua que realmente se ispone para satis'acer ic"a emana. onocia la $eometra el embalse y la emana# en la ecuaci/n e balance es necesario estimar el volumen e escorrenta e aporte e la cuenca y la precipitaci/n y evaporaci/n en el embalse. En los 1D

puntos si$uientes se reali-a una escripci/n e la metoolo$a empleaa para estimar el volumen e escurrimiento e una peque%a cuenca no a'oraa en el lu$ar# y a partir e este reali-ar el balance "rico en el embalse.

2.1.1.

*ol"me de esc"rrimie!o de la c"eca de a&or!e+

Da!os ecesarios &ara la a&licació del modelo. ,ara la aplicaci/n el moelo en una cuenca eterminaa es necesario isponer e los si$uientes atos Preci&i!ació ,es"al. Se ebe isponer la serie "ist/rica e precipitaciones acumulaas mensuales el pluvi/metro ms cercano a la cuenca y se recomiena un peroo e 3D a%os e los re$istros ms recientes. Esta in'ormaci/n est isponible en internet. ,i ,recipitaci/n en la cuenca ;mmImes<

 rea de la c"eca de a&or!e. Se elimita la cuenca e aporte y se etermina su super0cie ? Super0cie e la cuenca e aporte ;"a<

 Ag"a Dis&oible. Se calcula la cantia e a$ua isponible e los suelos e la cuenca ponerano por las respectivas reas ocupaas e caa unia arto$r0ca e suelo ;ver uaro 2.1<. a Fnia arto$r0ca e los Suelos se e*trae e la versi/n i$ital e la arta e &econocimiento e suelos el lu$ar actualmente preparaa para su uso con un sistema e in'ormaci/n >eo$r0co y isponible en nternet. ?simismo# puee apro*imarse un valor el a$ua isponible e los suelos. ? a$ua isponible e los suelos ;mm<

iclo a"al medio de eva&o!ras&iració &o!ecial. El ciclo anual meio e evapotranspiraci/n potencial se calcula a partir el mapa 2.3. ocali-ano en )l el baricentro e la cuenca# se etermina E,m evapotranspiraci/n meia mensual ;mmImes< ? partir e los coe0cientes e istribuci/n el ciclo anual meio ;parte in'erior el mapa 2.3< y multiplicano ic"os valores por E,m se obtiene el ciclo anual meio e evapotranspiraci/n potencial para esa locali-aci/n E,i iclo anual meio e evapotranspiraci/n potencial ;mmImes< En la aplicaci/n el moelo estos valores e ciclo meio eben ser repetios en too el peroo e clculo. 11

Es!r"c!"ra del modelo. El moelo e eme- es un moelo e balance "rico a$re$ao# que estima el escurrimiento mensual e una cuenca a partir e la precipitaci/n# el almacenamiento en el suelo y la evapotranspiraci/n potencial. a estructura el moelo se observa en la :i$ura 2.1 una parte el a$ua que precipita ;,< 'orma el e*ceente ;< y el resto e a$ua ;,t< es almacenaa en la primer capa e suelo# en la que se $enera la evapotranspiraci/n real ;E&<. el e*ceente ;< una parte es renaa y sale por el cauce como escorrenta super0cial ;?sup< y el resto in$resa a un almacenamiento subterrneo ;v< a trav)s el cual se traspasa a$ua e un mes a otro. a escar$a el almacenamiento subterrneo ;?sub< y la escorrenta super0cial ;?sup< con'orman la escorrenta total ;?t<. ,ara el clculo e los escurrimientos mensuales se ebe se$uir la rutina establecia en el ane*o a6# que puee ser implementaa en una planilla e clculo.

Figura 2.1 Modelo de Precipitación Escurrimiento !eme", 1#$

%$2.1.2.

/alace h0drico mes"al e " embalse+

eome!r0a del vaso del embalse. El relevamiento topo$r0co e la -ona e empla-amiento el embalse ebe reali-arse como mnimo "asta la cota e coronamiento e la presa. Se tra-an las curvas e nivel por lo menos caa 1 metro ;cotas Gi# re'erias al cero o0cial el S>M< y se etermina la super0cie ;?i< para caa curva e nivel. ue$o se ebe obtener los coe0cientes e las ecuaciones representativas e las relaciones volumenLaltura y reaLaltura# austaas especialmente para la -ona e inter)s# que es entre los niveles e la obra e toma y el verteero. ,ara esto# se calcula una cota especial ;GN< utili-ano las reas meias ;?i< y las cotas ;Gi< en ese ran$o e niveles# que no ser necesariamente la cota corresponiente al 'ono real el vaso# one el rea es cero. 12

on la serie e alturas virtuales calculaas por las i'erencias Gi L GN y las reas corresponientes# se obtiene la 'unci/n ?emb ms austaa a la $eometra el vaso en la -ona e inter)s# calculano los coe0cientes O y por mnimos cuaraos e las 'unciones lo$artmicas 

arac!eriació del vol"me a embalsar. e0nio el vaso el embalse# el volumen e almacenamiento ;Vma*< quea caracteri-ao por el volumen entre la cota e toma ;Gt< y la cota e vertio ;Gv<. Gt  ota e ubicaci/n e la toma e e*tracci/n e a$ua ;m< Gv  ota e comien-o e vertio. ;m< Vma*  volumen m*imo e almacenamiento 8til# entre Gt y Gv ;Gm3<

arac!eriació de la demada. a emana es una variable eterminaa e acuero a las necesiaes planteaas# que se e*presa como un volumen mensual. >eneralmente se la consiera con un ciclo anual que se repite urante too el peroo anali-ao. En el caso que la emana sea el rie$o e un cultivo# el volumen mensual epene e tipo e cultivo# mes el a%o# rea a cultivar y e0ciencia el sistema e rie$o Vi

 emana e a$ua a e*traer por mes ;Gm3< 13

Eva&oració mes"al e el embalse. a evaporaci/n es una emana climtica que tiene el embalse. Se estima multiplicano el valor e BEvaporaci/n e tanque ?C por un coe0ciente e correcci/n tanqueLembalse  Evi =0.7 Eti  Eti  Evaporaci/n mensual en el tanque ms cercano ;mm<  Evi  Evaporaci/n mensual en el embalse ;mm<

,ara su clculo se presentan los valores meios e BEvaporaci/n mensual e tanqueC en el perioo e*istentes en el lu$ar.

 A&or!es mes"ales de ag"a al embalse. V esc  Escurrimiento e la cuenca ;Gm3<  P

 ,recipitaci/n irecta en el embalse ;mm<

El escurrimiento e la cuenca correspone al estimao en el apartao 2.1# mientras que la precipitaci/n en el embalse es la misma que en la cuenca.

/alace 0drico. a si$uiente es la ecuaci/n e balance mensual y el volumen e control one se aplica V esc+ ( P − Ev ) . A emb −V r −V v = ∆V emb

Se recomiena simular el comportamiento el embalse con una serie e atos e precipitaciones e 3D a%os. Se calcula mes a mes ;i< el volumen que puo entre$ar el embalse para el rie$o ;Vr i<# y se reali-a un anlisis e $aranta e la obra ;Gt y Gv< para cubrir la emana ;Vi<. El volumen e a$ua por in0ltraci/n en el vaso# las 0ltraciones a trav)s el ique y su 'unaci/n y el caual e serviumbre Vs i ;Gm3<# en una primera apro*imaci/n se pueen consierar nulos.

14

Figura 2.2 Elementos para el dimensionado del volumen a embalsar 

Sa!is'acció de la demada. El $rao e satis'acci/n e la emana se anali-a estasticamente por el nivel e cumplimiento e la misma urante el peroo en que se reali-a el balance "rico mensual en el embalse# caracteri-ao )ste por sus cotas e toma y e vertio. ambiano las caractersticas e la obra# esencialmente la cota e vertio# es posible contrastar los bene0cios asociaos a la o'erta e a$ua ;posibilia e ampliar el rea cultivaa< con el costo e la obra# conocieno el ries$o e satis'acci/n e la emana en caa alternativa. ? partir e los vol8menes que resulten isponibles para rie$o se$8n caa cota e vertio anali-aa se puee escribir un nice e satis'acci/n e la emana se$8n el rea re$aa ;?r<# meiante Pnice e Satis'acci/n e la emana

 ISD=

∑ V  ∑ V 

ri

di

as sumatorias se e'ect8an sobre la planilla el balance "rico ese el inicio el primer a%o "irol/$ico completo. El $r0co e la :i$ura 2.3 ilustra un anlisis e la in'ormaci/n obtenia para la e0nici/n e la cota el verteero. Fna vee0nio este valor# quear eterminao el volumen a embalsar as como el resto e las imensiones bsicas e las obras necesarias ;anc"o el verteero# cota e coronamiento e la presa# etc.<

15

Figura 2.& An'lisis de satis(acción de la demanda

+ENERADORES HIDROELECTRICOS

Se trata e una apro*imaci/n al imensionamiento preliminar el $eneraor# 'unamentao en el concepto e constante e ener$a o e inercia y el n8mero e polos como parmetro eterminantes el ise%o. onstante que representa la ener$a almacenaa por QV? y puee calcularse a parir el momento e inercia y la velocia e la mquina. 16

Se consiera las principales imensiones el $eneraor# tales como el imetro interno el estator# el imetro e*terno# la lon$itu el n8cleo el estator y las meias ms representativas el rotor. Se "ace un anlisis el)ctrico en el cual se calculan las caractersticas e estao estable y transitorio propias el $eneraor. a reactancia transitoria y subtransitoria# que permiten escribir el comportamiento e la maquina bao coniciones transitorias# se calculan ese el punto e vista e parmetros e ise%o. ?icionalmente# se revisan las caractersticas ma$n)ticas el $eneraor# con el obeto e calcular los amperiosLvuelta# propios e la reacci/n e armaura para se$uiamente eterminar el valor e entre"ierro. :inalmente# se revisan caractersticas mecnicas el $eneraor# tales como# sistema e ventilaci/n y re'ri$eraci/n# coinetes# sistema e levantamiento y 'renao# entre otros.

IN,OR-ACI$N PRELI-INAR: En la etapa e ise%o e una central "iroel)ctrica# los consultores# los in$enieros electricistas y los in$enieros ise%aores e la turbina# requieren in'ormaci/n preliminar relacionaa con el $eneraor. El ise%aor e la turbina requiere aems conocer# si para una velocia y capacia aa# el valor e la constante e ener$a es obtenible e un $eneraor normal y en ciertos casos# si el roete e la turbina puee escenerse a trav)s el estator. El ise%aor tambi)n eber conocer la capacia m*ima el $eneraor a una eterminaa velocia. os in$enieros electricistas# 0nalmente# necesitan in'ormaci/n concerniente a los valores e las reactancias transitorias que puean esperarse ra-onablemente para un $eneraor con una capacia y velocia eterminaas. os MV? e salia por polo se usan como una meia e la i0culta en el ise%o y en la construcci/n e un $eneraor $rane. Se puee emostrar que una meia ms e*acta es la salia por polo por pul$aa e lon$itu e n8cleo# enominaa la Bsalia especi0ca por poloC. Se erivan ecuaciones aplicables a $eneraores con capacia i$ual o superior a 35 MV?# con voltaes entre 11 y 1K QV# con un 'actor e sobrevelocia e 1.K5. Entre la in'ormaci/n preliminar que se requiere# aicional a la relacionaa en prra'os anteriores# se encuentra capacia nominal RQV?# 'actor e potencia# n8mero e 'ases# cone*i/n# 'recuencia# velocia Rrpm! γ 0 ;relaci/n e sobrevelocia<. Voltae nominal# aumento e temperatura# restricciones e G si se conocen. El voltae ser tan alto como la economa el ise%o e la maquina lo permita. ? la 'ec"a# se "an construio $eneraores con voltaes superiores a 16.5 QV# pero normalmente los 'abricante recomienan el voltae e 13.K QV# para $eneraores "asta 25D MV?.

LA CONSTANTE DE ENER+IA H/: 17

&epresenta la ener$a almacenaa en ra-/n e la inercia el $eneraor por QV?. Es una meia e la aceleraci/n y esaceleraci/n e la mquina# y num)ricamente# es i$ual a la mita el tiempo mecnico e arranque e la masa $iratoria# m. El valor el e'ecto volante WR o GD  no tiene un $ran si$ni0cao si no se lo relaciona con la velocia y la salia el $eneraor# la relaci/n se e0ne normalmente como  H =

∗WR ∗ N  ∗10− 2

0.231

2

 MVA

9

[ KW . s / KVA ]

;1.1<

one WR

 onstante e ener$a RQT.sIQV? a 'actor e potencia 1.  E'ecto volante RlbI't 2.  Velocia nominal el $eneraor Rrpm.  ,otencia nominal.

,ara e'ectuar el anlisis es aconseable e*presar G en 'unci/n e parmetros ms $enerales el $eneraor# tales como V  (¿¿ n )2 0.60∗ ρ ∗ p ξ ∗¿  H =  

 

;1.2<

one  ρ

 :actor e cuasiensia el rotor.

ξ

 oe0cientee salia el $eneraor.

 p

 @umero e polos el $eneraor.  :recuencia el $eneraor. n

 Velocia peri')rica el rotor a velocia nominal R'tImin*1DL3

&ecu)rese que γ 0 es la relaci/n e sobrevelocia γ 0=

V m!" V n



V n=

1K

V m!" γ 0

 

;1.3<

El 'ac!or de desidad del ro!or

( ρ ) .

 ambi)n enominao 'actor e cuasiensia el rotor. Gace re'erencia a la "omo$eneia el material e construcci/n el cuerpo el rotor. Si los rotores se construyeran como un isco solio e acero tenran un valor e  ρ= 1.0 . ,ero el rotor e un $ran $eneraor "iroel)ctrico est muy leos e ser un isco s/lio y realmente# consiste en lminas BapilonaasC e material 'abricao con base en el "ierro ulce. ,or lo tanto  ρ   tenr valores sustancialmente menores que 1. ,ara calcular G# se tomara un valor e 11 para

ξ .

on el obeto e lo$rar resultaos ms precisos y acores con la realia el ise%o e $eneraores# se eben construir varias curvas e G iviieno los valores e  ρ  en 'unci/n e p ;0$ura 1< y

V n  en 'unci/n e p ;0$ura 2<#

en nueve $rillas y posteriormente reempla-ano los valores obtenios en la ecuaci/n ;5.2<.

19

on los valores obtenios para  ρ

y

V n  se puee construir una 'amilia

e curvas e G# en 'unci/n el n8mero e polos# as mismo una ve- se etermina el valor e G que cumpla restricciones o clculos para maquinas similares# se e0ne la curva que cumple y se$uiamente se calcula el imetro el estator  D#  .

2D

CALC#LO DE DI-ENSIONES DEL ESTATOR: alculo e imetro el estator ; D # <. Se puee "acer una eterminaci/n $ra0ca el imetro el estator# construyeno una 'amilia e curvas para  D#  reempla-ano los 9 valores. Entonces# con el n8mero e polos y el

valor e la $rilla para la cual cumple el valor e G# se obtiene el valor el imetro el estator.

$ . D# 12

 D# =

.

 7200

 p

p

( )

=

32.5

√  p

9

;1.4<

5

( ) 32.5

3

+ ⋮ ∗10

9

3

+ ⋮ ∗10  . 600∗ $  √  p

 R,ul$aas

;1.5<

5

alculo e lon$itu el n8cleo ; %&  <. ,ara el clculo e este parmetro tomamos e re'erente la si$uiente ecuaci/n# e la cual es espeao.

21

8

ξ=

 MVA∗10

 ;1.6<

2

 D# . %&  . N 

on  D#  y  %&   e*presaas en pul$aas. ξ =11 # espeano

ao que se asume

 %&    e la ecuaci/n ;1.6< se

obtiene  %& =

3

∗ p∗ MVA∗10

1.2626

 D #

2

[ p'(#!d!s ]

;1.7<

E*isten lmites para  %&   y se eber cumplir 1.75

 %& 

<

) 

<4.0

;1.K<

one )   Es el paso polar.

El lmite superior  %& =12.57∗(

 D #  p

)

;1.9<

El lmite in'erior  %& =5.5∗(

 D #  p

)

;1.1D<

Utras imensiones se enuncian a continuaci/n. imetro el n8cleo ; D &  ¿ . Se obtiene a con la si$uiente ecuaci/n  D & = D # + 44 [ p'(#!d!s ]

;1.11<

imetro e la carcasa ; D  <. El imetro e la carcasa el $eneraor incluye el espacio ocupao por los raiaores o intercambiaores e calor.  D  = D# + 84 [ p'(#!d!s ]

;1.12<

imetro el recinto el $eneraor ; D p <. imetro que permitir el espla-amiento c/moo e las personas sin inter'erir con caas e control el $eneraor que van aosaas al interior el recinto. 22

 D p= D # + 164 [ p'(#!d!s ]

;1.13<

,roceimiento para el imensionamiento preliminar. 1. eterminar el n8mero e polos p. 2. e las curvas para H )s ! a 6D G- mostraas en la 0$ura 3# "allamos la $rilla que cumpla las restricciones e G ;normalmente impuesta por especi0caciones< o valores e G para $eneraores similares. 3. Se obtiene V n  para la $rilla el paso 2 y se$uiamente se calcula el imetro interno el estator  D # . 4. etermine  %&   y )  . 5. alcular limites superior e in'erior e  %&  .

Altura t'tal (el genera('r L/.  a altura total e un $eneraor ese la parte e*trema el lao ms bao "asta la parte superior est aa por  %= %& + 90 [ p'(#!d!s ]

;1.14<

abe-a e bobina. epene el paso polar ecuaci/n

23

)  # y se obtiene meiante la

 %!=

) .t!n* 2

;1.15<

 +   ps

;1.16<

one *  esta ao por sen* =

 +   ?nc"o e la barra aislaa ms el espacio e aire#

 + =1.35 [ p'(#!d!s ]

constituye un valor tpico.  ps  Valor meio# que es i$ual a 2.K75 pul$aas.  %!=

) 

;1.17<

4

CALC#LO DE LAS DI-ENSIONES DEL ROTOR: L'ngitu( ra(ial (el entreierr'. Si no se conocen los valores especi0caos para las reactancias

 + d #

reactancia sincr/nica y  + 1 # reactancia e ispersi/n e armaura! para un

c,s*   e D.9 puee asumirse los si$uientes valores para un anlisis

preliminar  + d =1.0  y  + 1= 015 p . ' .

24

El valor e la reacci/n e armaura  M !  puee calcularse as  M !=

∗ I  p-∗  p-∗ K !

2.12

 p . K 1 . K 2

[ Amp. −v'e(t! / p,(, ]

;1.1K<

one  I  p-  orriente e 'ase.   p-  Vueltas e'ectivas por 'ase el arrollamiento el estator.  K !  :actor e amplitu

/ 1.05 .

 p  numero e polos.

 K 1 0 K 2   :actores para el clculo el uo e ispersi/n entre polos.  K 1  Se enomina 'actor e paso. iene que ver con la reucci/n e

la '.e.m. ebia al in'erior e los bobinaos.

espla-amiento entre las capas superior e

 K 2  Se enomina el 'actor e ispersi/n y se puee calcular para

cualquier arm/nico ,ara este clculo se puee asumir  K 1 . K 2=1.1 ,ara calcular   p-  se ebe eterminar el uo por polo

1 [ Wb ]

2

1 . 10 2 m= ) . %& 

;1.19<

one 1  :luo por polo.

 %&   on$itu el n8cleo. 2 m  ensia meia e uo en el entre"ierro RTbIm2. )   ,aso polar.

nicialmente se puee asumir que

2 m / 0.65 Wb / m

42DDD lneaIpul$aas2. Se etermina 1  como 25

2

# valor equivalente a

1=

0.65

∗) ∗ %& 

;1.2D<

2

10

 ambi)n se conoce la si$uiente relaci/n e uo por polo  K 1 . K 2 . V  p1= 4.44 .  .   p 

;1.21<

on esta 8ltima 'ormula es posible "allar   p- ! con  K 1 . K 2 1.1 Se pueen calcular los amperios W vuelta el entre"ierro ;e circuito abierto<# con la si$uiente 'ormula  M #=

M !

;1.22<

 + d− + 1

one + d − + 1= + !d  ;reactancia e reacci/n e armaura<. &eempla-ano los valores e  + d 3 + 1  supuestos inicialmente# se obtiene  M #= 0.796 . #e . 2 # . 10

4

;1.23<

one 2 #  :luo en el entre"ierro total. 2 ,ero para un 2 m=0.65 Wb / m # y consierano a

#e =

∗ M #

1.26

4

2# . 10

#e  como

[ cm ]

;1.24<

one #e  Entre"ierro e'ectivo sobre el arco polar.

Se obtiene a

#e  en 'unci/n e  M # # como si$ue #e =1.47∗10− ∗ M 

;1.25<

4

#

?ltura el polo. a altura el polo ; - p < epene el paso polar ; )  < y el 'actor e altura el polo ; K - <. - p = K - . ) [ cm ]

;1.26< 26

TA0LERO DE CONTROL a empresa ise%a y pro$rama el tablero e control para iversas tareas. El mismo sirve para monitorear y re$ular la 'recuencia en 'unci/n el caual e a$ua y el consumo ener$)tico# entre otras. En el interior el tablero se observa a $ranes ras$os las placas river y MF. as protecciones t)rmicas y el rel) e se$uria e voltae y 'recuencia. En el e*terior e el tablero se encuentra el anali-aor e 'ases y la llave t)rmica para el consumo. ,oseen control e compuerta# y control e uo e ca%era e alimentaci/n. a caa multiplicaora e velociaes se coloca para aaptar la velocia e trabao e la turbina# a la velocia el $eneraor. 27

En el interior el tablero se observa por un lao la parte e potencia en one se puee apreciar la parte trasera e ic"a llave con barras colocaas con sus respectivos tras'ormaores e meici/n. ,or otro lao se ve la parte e comano con'ormao en su mayor parte por un ,.

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3D

PLANOS DE #NA CENTRAL HIDROELECTRICA PA5O 1

Plano en planta de la Presa en el )ue se pueden ver una enorme cantidad de detalles. En l*neas continuas se tiene las estructuras )ue se pueden ver a simple vista + en l*nea discontinua las estructuras interiores )ue no se pueden apreciar desde (uera. on la disposición de las dos turbinas ba-o las rampas de los aliviaderos, el tnel de desag/e de (ondo, el de entrada a la central 0idroelctrica, el de desv*o del r*o durante su construcción + el par de atagu*as )ue se utili"aron para evitar )ue el r*o entrara en las obras, una aguas arriba  + otra aguas aba-o.

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PA5O 2

Plano del perl de la Presa con otra inmensidad de detalles. 3o )ue )ui"' m's llama la atención es el tnel de entrada de agua a las turbinas con sus &,45 metros de di'metro, desde la entrada cuadrada 0asta su salida al r*o. 6nteresante ver tambin la gran cantidad de galer*as perimetrales )ue 0a+ + )ue recorren la Presa por dentro conectando las di(erentes dependencias. 7n ltimo detalle )ue +a 0emos comentado + es el 0ec0o de )ue la central 0idroelctrica, -usto encima de la turbina, est' como 8pegada8 al resto al ser edicada con posterioridad, cuando la Presa +a contaba con &5 metros de altura construidos.

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