Una represa hidroeléctrica
consiste en dirigir el agua de un río para que pase por una
turbina hidráulica y la haga girar, esta a su vez hara girar
un generador que porduce energía eléctrica. Cuando los
río no son de un caudal constante durante todo el año
es necesario embalsar agua para asegurar un suministro continuo cuando
se la necesite. Esto ocurre por ejemplo con los ríos de nuetra
provincia ,tanto el río Limay como el Neuquén crecen
en su caudal durante los deshielos y a comiezo del invierno su caudales
decrecen. El tener un enbalse no garantiza un suministro continuo
de agua, si las represas de este tipo funcionan sin parar se agotaría
el embalse y con el caudal cambiante del río no se podría
recuperar, la central tendría que parar para volver a llenar
el embalse. El por ello que estas represas entran en funcionamiento
cuando se produce la demanda máxima en el día de energía.
A esto se conoce como centrales que trabajan el la punta. Otro tipo
de centrales como las atómicas pueden funcionar a toda hora
ininterrumpidamente. A esto se conoce como centrales que trabajan
en la base. También existen centrales hidroeléctricas
que trabajan en la base pero estan están sobre ríos
muy caudalosos que amntienen un caudal más o menos constantes
todo el año.
El
siguiente gráfico muestra la principales partes de una represa.
Haciendo
click sobre los nombres tendrá información más
detallada.
¿Cómo
se genera electricidad a través de una represa?
La función de una represa es convertir la energía potencial
del agua acumulada en un embalse en energía hidráulica
y luego en energía eléctrica. Cuando las compuertas
del embalse se abres el agua que fluye a través del conducto
forzado hace girar un turbina, esta a su ver hace girar un generador
que esta sobre un eje solidario a ella. Para simplificar el concepto,
el generador usa el principio de mover un conductor eléctrico
a través de un campo magnético para producir electricidad.
¿Las Centrales funcionas constantemente? Las grandes represas de
los ríos de nuestra provincia son denominadas centrales de punta. Esto
es porque solo generan cuando en el país se produce la demanda máxima.
En verano esto puede ser alrededor de las 19 20 hs. Cuando las personas
regresan a sus hogares y encienden muchos artefactos eléctricos. Las
centrales hidroeléctricas tiene la gran ventajo sobre otras como las
Atómicas o Térmicas que no necesitan de tiempo adicional desde que se
ponen en marcha hasta que están operativas, es decir empiezan a generar
electricidad. Apenas se abren las compuertas del agua las turbinas empiezan
a girar y hacen girar los generadores.
¿Para
qué es el embalse? La necesidad de un embalse es porque estos
tipos de ríos no tienen un caudal constante durante todo el año.
Es por ello que para que la turbina tenga un caudal constante durante
las horas que opera y esto debe cumplirse durante todo el año.
La represas como el Chocón se dicen tienen gran capacidad de
generación debido a que cuentan con grandes embalses de agua.
Algunos componentes importante que tienen que ver con el embalse son:
El
Dique compensador: Las represas de que funcionan en la punta tienen
la característica de erogar gran cantidad de agua en poco tiempo.
Es por eso que aguas abajo se construye otra represa que sirve para
retener la gran cantidad de agua que la primera eroga y liberarla
lentamente. Así el río no sufrirá bruscas crecidas dañando sus costas.
El
vertedero o Aliviadero Sirve para evacuar agua del embalse cuando
ocurren crecidas extraordinarias y así evitar que la presa se dañe.
Descargador
de fondo. Al igual que le vertedero sirve para evacuar agua, pero
desde el fondo de la represa y así descargar lo sedimento que se encuentran
en el fondo.
Las
tuberías de presión o cunducto forzado Llevan el agua desde la
obra de toma hasta las turbinas, también se las llama conductos forzados.
Estación
Transformadora Toman la energía eléctrica producida por los generadores
y la elevan a un voltaje adecuado para transportarlas largas distancias.
Altura
de la presa La altura de la presa está limitada por la topografía
de su emplazamiento, aunque otros factores pueden determinar una altura
máxima menor. 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.
La
Sala de máquina. Es la construcción que alberga y
proteje a los generadores. En alla los operarios pueden hacer mantenimiento
como desrmar un generador. Para ello generamente cuentan con un puente
grua que atravieza toda la sala de máquinas.
Las
turbinas
Las
turbinas hidráulicas
se emplean para aprovechar la energia del agua en movimiento. Básicamente
hay tres tipos de turbinas que se emprean en centrales hidroeléctricas:
Kaplan
Pelton
Francis
La
turbina Kaplan es semejante a una hélice de un barco. las amplias palas
o álabes de la turbina son impulsadas por agua de alta presion liberada
por una compuerta. Se utiliza para grandes saltos de agua.
La turbina Pelton es un modelo del siglo XIX cuyo funcionamiento es
más parecido al de un molino de agua tradicional. La rueda gira cuando
el agua procedente del conducto forzado golpea sus paleta o álabes.
El agua sale a gran presion por la tobera e impulsa los álabes que hacen
girar un eje. Es para grandes saltos de agua por eso se utiliza generalmentre
en cascadas donde se construyen pequeñas microcentrales.
Las de tipo Francis el agua ingresa por el costado de la turbina y sale
por debajo perpendicular al eje. Se emplea en saltos medios de agua
y es la que utilizan todas la represas de los ríos Neuquén
y Río Negro.
TIPOS
DE PRESAS
De la definición de presa , se desprende que las presas son estructuras
cuya razón de ser se funda en la condición de que el agua que retiene
se utilice con dos finalidades alternativas o simultaneas
:
· Elevar su nivel para poder conducirla.
·
Formar un deposito que retenga los excedentes hídricos para poder
compensar luego los periodos de escasez ,o para amortiguar las crecidas.
Esa condición de producir un embalse , hace que el agua retenida ejerza
un empuje de gran entidad sobre la estructura , siendo esta la mayor
solicitación para la que debe diseñarse la obra. La otra característica
básica , es que el agua penetra en todos los instersticios provocando
presiones indeseadas dentro de la misma estructura , las que deben
ser localizadas para diseñar la presa de manera que pueda resistirlas.
De este análisis resulta la forma inmateriales que el proyectista
considera más aptos para cada caso.
CLASIFICACION
DE PRESAS
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, por
ejemplo de gravedad y de piedra, para conseguir mayor estabilidad.
Además, una presa de tierra puede tener una estructura de gravedad
de hormigón que soporte los aliviaderos. La elección del tipo de presa
más adecuado para un emplazamiento concreto se determina mediante
estudios de ingeniería y consideraciones económicas. El coste de cada
tipo de presa depende de la disponibilidad en las cercanías de los
materiales para su construcción y de las facilidades para su transporte.
Muchas veces sólo las características del terreno determinan la elección
del tipo de estructura.
Clasificasion
de presas según su 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. Debido a su peso las presas de gravedad de más de 20
m de altura se construyen sobre roca.La presa Grande Dixence, en Suiza,
que se terminó de construir en 1962, tiene una altura de 284 m y es
una de las más grandes del mundo. Tiene una estructura de hormigón
de gravedad de 700 m de longitud, construida sobre roca.
Presas
de bóveda o de Arco
Este tipo de presa utiliza los fundamentos teóricos de la bóveda.
La curvatura presenta una convexidad dirigida hacia el embalse, así
la carga se distribuye por toda la presa hacia los extremos; las paredes
de los estrechos valles y cañones donde se suele construir este tipo
de presa. En condiciones favorables, esta estructura necesita menos
ormigón 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. Estas
presas precisan de un 35 a un 50% del hormigón que necesitaría una
de gravedad de tamaño similar. 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.
A
pesar del ahorro de hormigón las presas de contrafuertes no son siempre
más económicas que las de gravedad. El coste de las complicadas estructuras
para forjar el hormigón y la instalación de refuerzos de acero suele
equivaler al ahorro en materiales de construcción. Pero este tipo
de presa es necesario en terrenos poco estables.
Clasificación
de presas según los elementos de contrucción
Presas
de elementos sin trabar
Las
presas de piedra o tierra y los diques son las estructuras más usadas
para contener agua. En su construcción se utiliza desde arcilla hasta
grandes piedras. 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 costes 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 bastante más abajo de la base para evitar filtraciones
Son aquellas en las que materiales provistos por la naturaleza no
sufren ningún proceso químico de transformación , siendo tratados
y colocados mediante procedimientos de compactación propios de la
mecánica de suelos . En su composición intervienen , piedras , gravas
, arenas , limos y arcillas , siendo denominadas como presas de escollera
cundo más del 50% del material esta compuesto por piedra y presa de
tierra cuando son materiales de granulometría más pequeñas.
Cuando todo el material que componen las presas de materiales sueltos
tiene la misma característica , se denominan homogéneas , pudiendo
tratarse de materiales más o menos impermeables. O bien pueden ser
heterogéneas , que son las mas comunes , cuando se colocan diferentes
materiales zonificados , con núcleo impermeable y materiales mas permeables
a medida que nos alejamos del centro de la presa. La impermeabilidad
puede lograrse también mediante pantallas o diafragmas. Estas variantes
pueden presentarse mediante configuraciones que se integren con distinta
participaciones de las diversas características mencionadas.
Presas
de fabricas
En general se trata de presas de hormigón , en cuya composición interviene
cemento , piedras , grabas y arenas , en proporciones variables segun
el tipo de estructura y las partes de las mismas que se trate.
Aunque las presas de gravedad pueden ser de hormigón o de materiales
sueltos , suele denominarse de gravedad a las primeras. Las presas
de arco como son sumamente esbeltas y trabajan por forma son de hormigón.
ta
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. Estas
presas precisan de un 35 a un 50% del hormigón que necesitaría una
de gravedad de tamaño similar. 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.