ENTREVISTA "Centrales Hidroeléctricas" (Aspectos y curiosidades referentes al tema)

     Con respecto a todos los artículos relacionados sobre las Centrales Hidroeléctricas publicados  en este blog dirigido a los estudiantes de Ingeniería Civil, decidimos realizar una serie de investigaciones entre estas, una entrevista que tiene como objeto obtener información mas clara y concisa sobre nuestro tema principal por parte de un especialista en la carrera de Ingeniería Civil, como es el Ingeniero Javier Gallanti B. quien desempeña de manera excelente su ejercicio laboral en ésta misma, además ejerce como Docente en la Universidad Nacional Experimental del Táchira en las siguientes asignaturas: Sistemas de Representación e Introducción a la Ingeniería Civil.

     A continuación, se presentan a modo de diálogo una serie de preguntas formuladas por los Colaboradores del Blog "Centrales Hidroeléctricas" y la respuesta a ellas por parte del Ingeniero Gallanti B.

1.) ¿Desde su punto de vista, cuál es el factor que más influye al momento de construir una Central Hidroeléctrica?

"El factor más importante al momento de construir una C.H (central hidroeléctrica) es la escogencia del sitio o terreno donde se construirá el embalse, ya que esto determinará por secciones topográficas la capacidad hídrica medida en Km³, asimismo el desnivel de la presa conocido como "salto geodésico", si está a mayor altura, mayor será la energía eléctrica producida por el generador"

además añadió lo siguiente:

"También otro factor muy importante a la hora de decidir el sitio son los afluentes (ríos), se debe conocer que estos tengan corrientes considerables durante todo el año para que llenen y mantengan la cota necesaria para alimentar el sistema y posteriormente no tener problemas de insuficiencia en el embalse"

2.) ¿Está permitido en Venezuela la construcción de Centrales Hidroeléctricas de agua afluente?

"Efectivamente, puesto que sería la solución idónea para abastecer en su totalidad energía eléctrica al país, Venezuela posee grandes ríos caudalosos, por ende se han construido decenas de C.H, una de ellas y la de mayor grado es la Central Hidroeléctrica Simón Bolívar comunmente llamada C.H del Guri, la cual ocupa el tercer lugar en el mundo por su capacidad nominal de 10.000 KW diarios"

seguidamente explicó uno de los principales problemas presentados en las C.H en Venezuela:

"Actualmente la C.H Simón bolívar produce solo el 30% de su capacidad ya que se ve frenada por fenómenos climatológicos, y las demás centrales están en mantenimiento o en construcción"

3.) ¿Cuál es su opinión acerca de las Centrales Mareomotrices, cree que su diseño representa la mejor alternativa de uso y construcción a nivel nacional?

"Son una gran alternativa para países que poseen costas extensas con cambios constantes de marea, ríos caudalosos en extremo pero que tienen poca diferencia de cotas o alturas, ya que las turbinas funcionan en ambos sentidos"

Finalmente expresó su opinión acerca de cómo sería el mejor método de construcción y uso de una C.H:

"Para un Ingeniero Civil la mejor alternativa es aquella central Hidroeléctrica que requiera del menor costo posible cumpliendo con las condiciones establecidas, la manera de elaboración más simple, que afecte o impacte en lo mínimo al ambiente. Por ende es requerido el previo estudio para definir cuales posibilidades o soluciones se pueden dar a la hora de construir una C.H"

Ing. Javier Gallanti B. (2016)

Ingeniero Javier Gallanti B (Táchira-UNET, 2016)

GLOSARIO DE TÉRMINOS TÉCNICOS

*ÁBACO: Parte superior de un capitel. En el orden dórico, está formado por una pieza de prismática en el jónico se enrolla en espiral y en el Corintio y se estiliza.

*ADINTELADO: Arquitectura que se apoya o descansa su peso verticalmente  sobre dinteles en huecos y en vanos. También se le denomina Alquitranada.

*ADOQUÍN: piedra labrada en forma de bloque rectangular, que se usa para pavimentar calles o carreteras.

*AGUJA: Cubierta de una torre muy aguda y calada, propia del arte gótico.

*AJEDREZADO: Adorno en relieve semejantes a un tablero de ajedrez.

*ALERO: Parte del tejado que sobresale del muro.

*ALFEIZAR: Es un elemento constructivo que se corresponde a la parte baja de la ventana, cubriendo el antepecho. Su misión  es que el agua de lluvia no pendiente hacia afuera, asegurando una evacuación rápida del agua; por la misma razón de estanqueidad ha de penetrar en las jambas del hueco.

*CALZADA: Se denomina calzada a la parte de la carretera destinada a la circulación de los vehículos.

*CALZADURAS: Son estructuras provisionales que se diseñan y construyen para sostener las cimentaciones vecinas y el suelo de la pared expuesta, producto de las excavaciones efectuadas. Tienen por función prevenir las fallas por inestabilidad o asentamiento excesivo y mantener la integración del terreno colindante y de las obras existentes en el, hasta que entren en funcionamiento las obras de calzadura y/o sostenimiento definitivas.

*CAPITEL: Elemento colocado sobre fuste de la columna, que sostiene directamente el arquitrabe, arcos, etc. Suele estar decorado y adoptar  diversas formas.

*CHAPITEL: Remate apuntado de una torre generalmente bulbosa, cónica o piramidal y terminada en flecha aguda.

*CIMENTACIÓN: elementos estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la edificación al suelo distribuyéndolas de forma que no superen su presión admisible, ni produzca cargas sonables.

*CLAROSCURO: Contraste de luz y sombra que finge o hace resaltar las formas en profundidad.

*COLUMNA: Soporte de sección circular cuyas partes principales de abajo a arriba son basa fuste y capitel.

*CÚPULA: Bóveda semiesférica. Normalmente cubre un espacio cuadrado, cuyo paso o plata circular u octogonal se da por medio de trompas o pechinas.

*DESCANSILLO DE UNA ESCALERA: sector de la escalera con mayor superficie, donde se interrumpe la secuencia de escalones.

*EMPUJE: Presión de un dintel, arco o bóveda.

*ENCOFRADO: Es el sistema de moldes temporales o permanentes que se utilizan para dar forma al hormigón u otros materiales similares como el tapial antes de fraguar.

*ESCALINATA: Escalera amplia construida en un lugar público, en el exterior de un edificio o en su vestíbulo.

*ESTUCO: Mezcla de cal muerta y polvo de mármol, alabastro y yeso que tiene numerosos usos por su bajo costo y ligereza.

*GAVIONES: Son contenedores de piedras retenidas con malla de alambre.

*MANO DE OBRA: El costo total que representa el móntate de trabajadores que tenga la empresa, incluidos los salarios y todo tipo e impuesto que van ligados a cada trabajador.

*PILAR: Soporte cuadrado o de menos de ocho lados que hace la misma función arquitectónica que la columna.

*REPRESA: muro fabricado con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en un desfiladero sobre un río.

*TERRAPLÉN: En Ingeniería Civil se denomina terraplén a la tierra con que se rellena un terreno para levantar su nivel y formar un plano de apoyo adecuado para hacer una obra

*TRAGALUZ O CLARABOYA: Es una ventana situada en el techo o la parte superior de una pared utilizada para proporcionar luz a una habitación. Al situarse en un tejado, la iluminación es muy superior a la de una ventana. 

*VACIADO: Colocación del concreto u hormigón, en el encofrado.

*ZAPATA: Madera o pieza de piedra corta que se utiliza dispuesta horizontalmente para dar más altura a las techumbres u columnas, así como para completar su sentido decorativo.

TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

¿Por qué se construyen los tipos de central hidroeléctrica?, existen fundamentalmente 5 tipos de centrales hidroeléctricas esta se califican por varios argumentos, como características técnicas, peculiaridades del asentamiento y condiciones de funcionamiento.

  Una de ellos es que se construyen en los lugares en los lugares en que la energía hidráulica deber ser utilizada en el instante en que se dispone de la, para accionar las turbinas hidráulicas, otras acumulan caudal mediante bombeo, también se encuentran las que son capaces de almacenar volúmenes de agua en el embalse ya que prestan un gran servicio en situaciones de bajo caudales(VELÁSQUEZ,2002)

CLASIFICACIÓN

CENTRALES DE AGUA FLUENTE

  Se alimenta del agua de grande 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. Esta agua es utilizada según la demanda, a través de conductos que la encauzan hacia las turbinas.

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

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 capas de almacenar los caudales de los ríos afluentes, llegando a elevados porcentajes de captación de agua en ocasiones. Esa 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 que representan periodos mas o menos prolongados de aportes de caudales de medios anuales.

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

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


CENTRALES MAREOMOTRICES

  El funcionamiento de las centrales hidroeléctricas mareomotrices es similar al de las grandes centrales hidroeléctricas. En un estuario, se construye un presa que lo cierre de orilla a orilla. En la pleamar, se cierran las compuertas, que se abren un par de horas antes de la bajamar, aprovechando el desnivel generado entre ambos lados de la presa, para producir electricidad. Las turbinas están colocadas en los túneles que desaguan la presa a través del dique.

Autor: Vargas M. José Vargas(2016):
http//fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/centrales/pagina_nueva_1.htm

EL EMPUJE HIDROSTÁTICO EN LA CONSTRUCCION DE LAS PRESAS

     ¿Cómo influye el empuje hidrostático en la construcción de las presas?, el empuje hidrostático viene del hecho de que la presión de un fluido aumenta con la profundidad y que esta presión aumentada se ejerce en todas las direcciones de modo que hay una fuerza neta de desequilibrio hacia arriba, desplegada sobre el fondo del objeto sumergido. En el aspecto técnico, las presas son estructuras hidráulicas construidas en la sección transversal del cauce del curso del agua con dos fines, el primero elevar su nivel de forma permanente o variable para hacerla pasar por una conducción, y el segundo es almacenar el agua para suministrarla en los periodos de escasez. Según Restrego (2007), define que: “una central hidroeléctrica es aquella que se utiliza para la generación de la energía hidráulica”.

     Cabe destacar que la función principal de esta estructura es elevar el nivel del agua, por lo tanto, la fuerza externa que debe resistir el muro o también llamada cortina, es la presión del agua almacenada. La fuerza resultante de la distribución de presiones se conoce como empuje hidrostático y el punto de ubicación de dicha fuerza se conoce como centro de presiones, el cual está en el punto de gravedad de la cuña de distribución. Los diferente modelos de presas son consecuencia de las variadas exigencias que se plantean para la doble misión de resistir el empuje del agua y evacuar los caudales sobrantes.

     Es así como se establecen diferentes clasificaciones en función del parámetro, tomando como base de la misma una de ella; la forma de resistir y transmitir al terreno los empujes hidrostáticos, en las que se encuentran las presas de gravedad; que son estructuras de hormigón de sección triangular, resiste el empuje del agua, estas pueden ser macizas; que dan paso en la coronación y deja un resguardo sobre el nivel del embalse. Por otra parte, están las aligeradas; en ellas las más frecuentes son las de contrafuerte que va unida a una pantalla que transmite el empuje del agua.

     Según  su forma, también se encuentran las presas de arco cuyo objetivo es transmitir el empuje del terreno en dirección e intensidad adecuada, por su forma geométrica resisten y transmiten las cargas tanto a los cimientos como a los estribos. Se clasifican en presas de arco-gravedad cuya estabilidad y resistencia se consigue por efecto del peso propio.

Las presas de bóveda están constituidas por una serie de contrafuertes, sustituyendo la pantalla o las cabezas de estos que permiten mayor separación y menor volumen, estas son las que reciben el empuje y la transmite a los contrafuertes.

     Asimismo, están las presas de materiales sueltos que son formadas por rocas o tierra suelta sin cementar. Para conseguir la impermeabilidad de la presa, se construyen pantallas impermeables de arcilla, asfalto o algún material sintético. Se usan preferiblemente cuando el sitio donde se apoya la presa no resiste las cargas que una de gravedad o arco podrían aplicarle. Se suelen utilizar para aprovechar los materiales disponibles en el sitio, su función es resistir la fuerza ejercida por la gran cantidad de agua.

     Las presas en una central hidroeléctrica tienen un rol de gran importancia a la hora de planificar distintas actividades humanas. No obstante, es interesante comprobar que también existen animales que suelen construir este tipo de estructuras para generar un ambiente propicio a su desarrollo, un caso muy particular sería el de los castores, que van obstruyendo el paso de un curso de un rio utilizando ramas o trozos de árboles que ellos mismos recolectan.

Presa de gravedad y arco

ejemplo de empuje hidrostático (No.1)

ejemplo de empuje hidrostático (No.2)

ejemplo de empuje hidrostático (No.3)

CASA DE MAQUINAS DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA

     ¿Han ocurrido accidentes en la casa de máquinas de una central hidroeléctrica?, Efectivamente han ocurrido accidentes en la casa de máquinas posiblemente originados por un mal diseño de construcción, ineficiencia del personal, falta de supervisión o un errado cálculo en la obra, como fue el caso de la planta hidroeléctrica la "Sayano Shushenskaya" (Rusia) en el Sur de Liberia, un muro y parte del tejado de la planta se derrumbó, lo que obligó a frenar la producción de electricidad que suministraba. 

     Vladimir Markin, jefe del comité de investigación de la fiscalía (2009) dice: “debido a la explosión de un transformador de aceite, se vino abajo el techo y las paredes de la sala de máquinas, donde se encuentran las turbinas, tras lo que esta comenzó a llenarse de agua”. En este caso nos referimos a un accidente que fue producto de un error en el diseño de los transformadores y poca supervisión de los ingenieros encargados en esta área, ya que el mantenimiento de estas maquinarias son muy importantes para su funcionamiento y uso cotidiano de las mismas.

     Según Suescún Monsalve (2008): “La casa de máquinas en una represa hidroeléctrica es una construcción que conlleva tres pisos o niveles con generadores de eje vertical que corresponden de abajo hacia arriba, al nivel de la turbina, al del generador y al de control”. Por lo tanto, se entiende que en cada uno de estos niveles se sitúan varias máquinas, y por consiguiente, se deberá prever el espacio que ocuparán. Entre estas máquinas tenemos las turbinas; elementos que trasforman en energía mecánica la energía cinética de una corriente de agua, el alternador; generador eléctrico destinado a transformar la energía mecánica en eléctrica, conducciones; es la alimentación del agua a las turbinas.

     Seguidamente de los niveles de máquinas, anteriormente mencionados, tenemos el nivel de manejo o nivel de control; es el nivel superior de la máquina donde se localiza la excitatriz principal, entre los equipos ubicados en este nivel se tiene: tablero de control de turbina, tablero de protecciones, tablero de excitación, sistema de alarmas y monitoreo, sala de control. Para la construcción de una casa de máquinas se debe tener en cuenta, el espacio para los equipos y la movilización de ellos, de esto dependen los túneles de acceso  y galerías de comunicación y profundidad de la fundación.

     Además contiene una serie de equipos para el funcionamiento adecuado de la central, tales como: equipo eléctrico general; Tiene como objetivo la transformación de tensión, la medición de la corriente eléctrica en la central, la conexión de la línea de salida y la distribución de la energía, también están los elementos de regulación, control y protección. Es necesaria la instalación de estos equipos que regulen el funcionamiento y la protección de la planta ante posibles fallas, del mismo modo se tienen los equipos auxiliares y la automatización que ayudan a reducir los costos de operación y mantenimiento. 

     En resumen, se observa que la casa de máquinas es una de las partes más importantes de una central hidroeléctrica, se debe tener en cuenta la responsabilidad, precaución y buen manejo de la metodología de construcción, mantenimiento y supervisión a la hora de la construcción de ésta, ya que un diseño inadecuado, puede afectar significativamente la eficiencia del sistema, por lo tanto es ideal estudiar su ubicación y como el agua entra y sale de su cauce hacia las tuberías y su dirección a las turbinas.

     Posteriormente, cuando se realiza el diseño de la casa máquinas, se visitan otras casas de máquinas similares a la que se está diseñando con el objetivo de determinar el espacio que los equipos normalmente ocupan y la ubicación de cada uno de ellos. Un accidente en una central hidroeléctrica es poco común por el tiempo que lleva en construcción y la ubicación estratégica que tiene cada parte de ella, en el caso de que ocurra, existen precauciones a la hora de diseñar una represa que evitan una tragedia, si no se toman dichas precauciones puede ocurrir fallas o accidentes.                       

central hidroelectrica Río Amoya-La Esperanza

 Autora: Rossa P. Ana Gabriela (2016).

http://www.hidroenergia.net/index.php?option=com_content&view=article&id=128:accidente-extremo-en-la-planta-hidroelectrica-rusa-mas-grande&catid=1:ultimas&Itemid=50

LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS, ASPECTOS Y FUNCIONAMIENTO

Autora: Becerra C. Marycarmen (2016).     
     Una central o planta hidroeléctrica es aquella obra o sistema de construcción dirigido específicamente a la acumulación y uso de grandes masas de agua aprovechadas para la generación de energía eléctrica, según Luis Restrego (2007) "una central hidroeléctrica es aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía hidráulica".

desde un principio el ser humano ha tratado de facilitar su estilo de vida, con el objetivo de aprovechar la energía y suministrar su trabajo surgen las primeras ruedas hidráulicas en el año 3000 a.C, fabricadas por los Nórdicos y los Griegos, utilizadas para simplificar muchas tareas que requerían gran esfuerzo como moler granos, elevar el gua por encima del cauce de los ríos y, el regadío de cultivos.

     A finales del siglo XIX estos ingenios se tornaron totalmente obsoletos con el surgimiento de las máquinas  de vapor a carbón junto con el nacimiento de la industria eléctrica, es así como la energía hídrica abre paso al desarrollo de la industrialización. Werner (físico, 1886) descubre el "principio dinamoeléctrico" para generar y distribuir electricidad de alto voltaje con energía mecánica a un bajo costo, permite que por medio de éste Faraday diseñe y construya la primera central hidroeléctrica a gran escala en Northumberland-Gran Bretaña, y desde este momento se ha ido perfeccionando este tipo de obra tan compleja hasta la actualidad.

     Lo esencial en una central hidroeléctrica es el agua, un recurso natural abundante brindado por la misma naturaleza, en el cual se produce el ciclo hidrológico acontecimiento que permite que se cumpla a su vez el ciclo termodinámico. Mientras el agua se transporta, en algún punto determinado adquiere energía cinética y potencial y de acuerdo al cauce o desnivel del agua se generará la hidroelectricidad  por medio de la energía mecánica. El agua que proviene del ciclo hidrológico no solo sirve para producir energía, sino también es utilizada para otros fines como el consumo humano, riego de cultivos, piscicultura, regulación del nivel del agua actividades recreativas y deportivas, entre otros.

con respecto al impacto ambiental producido, se destacan los siguientes aspectos:

aspectos positivos

1. No libera CO2, ni produce partículas químicas perjudiciales para la salud.

2. No emite radioactividad.

3. controla inundaciones.

Aspectos negativos

1. Desplazamiento de personas que habitan en el área donde se construirá la central.

2. Emigración de la fauna y traumas físicos en algunos peces como el salmón. 

3. Daños en el ecosistema que le rodea.

"Con una gran demanda de electricidad ocasionada todos los días a nivel mundial, es importante destacar que se han construido mas de 1200 presas desde el año 2006 destinadas a embalsar grandes masas de agua dispuestas a generar energía eléctrica por medio del efectivo funcionamiento en la central hidroeléctrica" (Berga, 2006).

Funcionamiento

     El funcionamiento en una central hidroeléctrica es bastante complejo y práctico, como la energía eléctrica no se puede almacenar, su uso debe ser constante y al momento de ser generada, es la central la cual debe regular la energía que se transmita.

     Los ríos y cauces son canalizados para ser almacenados en presas o embalses ubicados en la parte superior de la central, el agua es conducida a través de túneles o tuberías de alta presión que soportan el paso con fuerza de la misma. El agua se transporta hacia el terreno inferior, durante ese trayecto ella posee una gran cantidad de energía que al pasar por las turbinas hacen girar a gran velocidad sus hélices, la energía es aprovechada por la planta generadora que se encarga de accionar el alternador que produce la electricidad, ésta va dirigida a los transformadores, luego viaja por las líneas de transmisión hasta llegar a la ciudad, y abastece todo lugar que requiera electricidad. 

     La energía de la central hidroeléctrica proporciona casi un 5% de la electricidad en el mundo, Brasil, Canadá, y Noruega son los tres países con mayor producción, cabe destacar que todo tipo de obra de esta magnitud tiene un actor principal que la dirige; el ingeniero civil, es por esto que la ingeniería civil ha permitido la simplificación de tareas que requieren de un mayor esfuerzo, la evolución y el desarrollo social.

Autora: Becerra C. Marycarmen (2016).
Referencia bibliográfica: 

http://missoulian.com/news/local/northwestern-to-buy-ppl-montana-s-hydropower-dams/article_24859418-26ee-11e3-a055-001a4bcf887a.html

https://www.educ.ar/dinamico/UnidadHtml__get__99035ba6-7a06-11e1-83f6-ed15e3c494af/index.html

http://www.cricyt.edu.ar/enciclopedia/terminos/Represa.htm

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/xi.-las-centrales-hidroelectricas

                                           

CENTRALES HIDROELECTRICAS

     Una represa o central hidroeléctrica es un conjunto de obras, sistemas y diseños de construcción destinados a convertir la energía cinética y potencial del agua, en energía utilizable como es la electricidad (este proceso se realiza a través de la acción que el agua ejerce sobre una turbina hidráulica, a la que a su vez le entrega movimiento rotatorio a un generador eléctrico), almacenan y controlan el agua para diversos usos que benefician al ser humano como, el sistema de riego para los cultivos, la navegación, la piscicultura, el control de la sedimentación, entre otros.

     Las represas generan un embalse conocido como presa arriba de su construcción, este es uno de los principales impactos ambientales, puesto que generan que aquellas grandes masas de agua que están en constante movimiento y turbulencia, queden en un estado de absoluto reposo perturbando el ecosistema del que forma parte, a pesar de que la energía hidroeléctrica desarrollada en las represas sea reconocida como una actividad no contaminante y que no requiere de elevados costos, genera grandes impactos en el ambiente aguas arriba y aguas abajo de la construcción de ésta misma.

     Según la Comisión Mundial de Represas (CMR, 2000) expresa que:

"La decisión de construir una gran represa raramente es hoy en día solo una decisión local o nacional. El debate ha pasado de ser un proceso local de evaluación de costos y de beneficios, a ser un proceso en el que las represas en general son el foco de un debate global sobre las estrategias y alternativas del desarrollo".

     En la actualidad la energía de las plantas hidroeléctricas proporciona el 22% de electricidad y un 40% de irrigación en los terrenos de cultivo a nivel mundial.

Central hidroeléctrica "Northwestern"