1. Diseño de las centrales hidroeléctricas
Las configuraciones típicas de las centrales hidroeléctricas incluyen principalmente centrales hidroeléctricas de tipo presa, centrales hidroeléctricas de tipo lecho de río y centrales hidroeléctricas de tipo derivación.
Central hidroeléctrica de tipo represa: Utiliza una represa para elevar el nivel del agua en el río y concentrar la presión. Generalmente se construye en cañones de alta montaña, en los tramos medio y superior de los ríos, y suele tener una altura de caída de agua de media a alta. El diseño más común consiste en ubicar la central hidroeléctrica aguas abajo de la represa de contención, cerca del emplazamiento de la represa, o bien, ubicarla detrás de la misma.
Central hidroeléctrica de lecho fluvial: Una central hidroeléctrica donde la planta generadora, la compuerta de retención de agua y la presa se disponen en fila sobre el lecho del río para retener el agua de forma conjunta. Suele construirse en los tramos medio e inferior de los ríos y, por lo general, es una central hidroeléctrica de baja altura de caída y alto caudal.
Central hidroeléctrica de derivación: Una central hidroeléctrica que utiliza un canal de derivación para concentrar el desnivel de un tramo de río y generar así energía. Suele construirse en los tramos medio y superior de ríos con poco caudal y una gran pendiente longitudinal.
2. Composición de los edificios del centro hidroeléctrico
Los edificios principales del proyecto del centro de la central hidroeléctrica incluyen: estructuras de contención de agua, estructuras de descarga, estructuras de entrada, estructuras de derivación y canal de desagüe, estructuras de nivel de agua, edificios de generación, transformación y distribución de energía, etc.
1. Estructuras de contención de agua: Las estructuras de contención de agua se utilizan para interceptar ríos, concentrar saltos de agua y formar embalses, como por ejemplo presas, compuertas, etc.
2. Estructuras de descarga de agua: Las estructuras de descarga de agua se utilizan para descargar inundaciones, o para liberar agua para su uso aguas abajo, o para liberar agua para reducir el nivel de agua de los embalses, como por ejemplo aliviaderos, túneles de aliviadero, salidas de fondo, etc.
3. Estructura de captación de agua de una central hidroeléctrica: La estructura de captación de agua de una central hidroeléctrica se utiliza para introducir agua en el canal de derivación, como por ejemplo una entrada profunda o poco profunda con presión o una entrada abierta sin presión.
4. Estructuras de derivación y canal de descarga de centrales hidroeléctricas: Las estructuras de derivación de agua de las centrales hidroeléctricas se utilizan para transportar el agua de generación de energía desde el embalse hasta la unidad turbogeneradora; la estructura de descarga se utiliza para descargar el agua utilizada para la generación de energía en el cauce del río aguas abajo. Las construcciones comunes incluyen canales, túneles, tuberías de presión, etc., así como construcciones transversales como acueductos, alcantarillas, sifones invertidos, etc.
5. Estructuras hidroeléctricas de aguas planas: Las estructuras hidroeléctricas de aguas planas se utilizan para estabilizar los cambios en el caudal y la presión (profundidad del agua) causados por los cambios en la carga de la central hidroeléctrica en las estructuras de derivación o de aguas abajo, como la cámara de compensación en el canal de derivación presurizado y el embalse de presión al final del canal de derivación no presurizado.
6. Edificios de generación, transformación y distribución de energía: incluyendo la central eléctrica principal (incluido el sitio de instalación) para la instalación de unidades generadoras de turbina hidráulica y su control, la central eléctrica auxiliar para equipos auxiliares, el patio de transformadores para la instalación de transformadores y la aparamenta de alta tensión para la instalación de dispositivos de distribución de alta tensión.
7. Otros edificios: como barcos, árboles, peces, bloqueo de arena, lavado de arena, etc.
Clasificación común de las presas
Una presa se refiere a una represa que intercepta ríos y bloquea el agua, así como a una represa que bloquea el agua en embalses, ríos, etc. Según diferentes criterios de clasificación, pueden existir diferentes métodos de clasificación. La ingeniería se divide principalmente en los siguientes tipos:
1. Presa de gravedad
Una presa de gravedad es una presa construida con materiales como hormigón o piedra, que se basa principalmente en el peso propio del cuerpo de la presa para mantener su estabilidad.
Principio de funcionamiento de las presas de gravedad
Bajo la acción de la presión del agua y otras cargas, las presas de gravedad dependen principalmente de la fuerza antideslizante generada por su propio peso para cumplir con los requisitos de estabilidad. Al mismo tiempo, la tensión de compresión generada por el peso propio del cuerpo de la presa se utiliza para contrarrestar la tensión de tracción causada por la presión del agua, con el fin de cumplir con los requisitos de resistencia. El perfil básico de una presa de gravedad es triangular. En el plano, el eje de la presa suele ser recto, y en ocasiones, para adaptarse al terreno, a las condiciones geológicas o para cumplir con los requisitos de la disposición del buje, también puede disponerse como una línea quebrada o un arco con una pequeña curvatura hacia aguas arriba.
Ventajas de las presas de gravedad
(1) La función estructural es clara, el método de diseño es simple y es seguro y confiable. Según las estadísticas, la tasa de fallas de las presas de gravedad es relativamente baja en comparación con otros tipos de presas.
(2) Gran adaptabilidad al terreno y a las condiciones geológicas. Las represas de gravedad se pueden construir en cualquier forma de valle fluvial.
(3) El problema de la descarga de crecidas en el centro de la presa es fácil de resolver. Las presas de gravedad pueden transformarse en estructuras de aliviadero, o bien se pueden instalar orificios de drenaje a diferentes alturas del cuerpo de la presa. En general, no es necesario instalar otro aliviadero o túnel de drenaje, y la disposición del centro de la presa es compacta.
(4) Conveniente para la desviación de la construcción. Durante el período de construcción, el cuerpo de la presa se puede utilizar para la desviación y, por lo general, no se requiere un túnel de desviación adicional.
(5) Construcción conveniente.
Desventajas de las presas de gravedad
(1) El tamaño de la sección transversal del cuerpo de la presa es grande y se utiliza una gran cantidad de material.
(2) La tensión del cuerpo de la presa es baja y la resistencia del material no se puede utilizar completamente.
(3) La gran área de contacto entre el cuerpo de la presa y la cimentación produce una alta presión de elevación en el fondo de la presa, lo cual es desfavorable para la estabilidad.
(4) El volumen del cuerpo de la presa es grande y, debido al calor de hidratación y la retracción por endurecimiento del hormigón durante el período de construcción, se generarán tensiones adversas de temperatura y retracción. Por lo tanto, se requieren medidas estrictas de control de temperatura al verter el hormigón.
2. Presa de arco
Una presa de arco es una estructura de cáscara espacial fijada al lecho rocoso, que forma una forma de arco convexo en el plano hacia aguas arriba, y el perfil de su bóveda presenta una forma de curva vertical o convexa hacia aguas arriba.
Principio de funcionamiento de las presas de arco
La estructura de una presa de arco presenta efectos tanto de arco como de viga, y la carga que soporta se comprime parcialmente hacia ambas orillas mediante la acción del arco, mientras que la otra parte se transmite a la roca madre en la base de la presa mediante la acción de las vigas verticales.
Características de las presas de arco
(1) Características de estabilidad. La estabilidad de las presas de arco depende principalmente de la fuerza de reacción en los extremos del arco a ambos lados, a diferencia de las presas de gravedad, que dependen de su propio peso para mantener la estabilidad. Por lo tanto, las presas de arco requieren condiciones geológicas y del terreno elevadas, así como un tratamiento de cimentación estricto.
(2) Características estructurales. Las presas de arco pertenecen a estructuras estáticamente indeterminadas de alto orden, con gran capacidad de sobrecarga y alta seguridad. Cuando aumentan las cargas externas o una parte de la presa experimenta fisuras locales, las acciones de arco y viga del cuerpo de la presa se ajustan, provocando una redistribución de esfuerzos en el cuerpo de la presa. La presa de arco es una estructura espacial global, con un cuerpo ligero y resistente. La práctica de la ingeniería ha demostrado que su resistencia sísmica también es alta. Además, como un arco es una estructura de empuje que soporta principalmente presión axial, el momento flector dentro del arco es relativamente pequeño y la distribución de esfuerzos es relativamente uniforme, lo que favorece el aprovechamiento de la resistencia del material. Desde una perspectiva económica, las presas de arco son un tipo de presa muy superior.
(3) Características de la carga. El cuerpo de la presa de arco no cuenta con juntas de dilatación permanentes, y los cambios de temperatura y la deformación del lecho rocoso tienen un impacto significativo en las tensiones del cuerpo de la presa. Al diseñar, es necesario considerar la deformación del lecho rocoso e incluir la temperatura como una carga principal.
Debido al perfil delgado y la compleja forma geométrica de la presa de arco, la calidad de la construcción, la resistencia del material de la presa y los requisitos contra filtraciones son más estrictos que los de las presas de gravedad.
3. Presa de tierra y roca
Las presas de tierra y roca son aquellas construidas con materiales locales como tierra y piedra, y constituyen el tipo de presa más antiguo de la historia. Son el tipo de construcción de presas más utilizado y de mayor desarrollo en el mundo.
Las razones de la amplia aplicación y desarrollo de las presas de tierra y roca
(1) Es posible obtener materiales localmente y en las cercanías, ahorrando una gran cantidad de cemento, madera y acero, y reduciendo el volumen de transporte externo en la obra. Casi cualquier material de tierra y piedra puede utilizarse para construir presas.
(2) Capaces de adaptarse a diversas condiciones de terreno, geológicas y climáticas. Especialmente en climas adversos, condiciones geológicas de ingeniería complejas y áreas sísmicas de alta intensidad, las represas de tierra y roca son en realidad el único tipo de represa viable.
(3) El desarrollo de maquinaria de construcción de gran capacidad, multifuncional y de alta eficiencia ha aumentado la densidad de compactación de las presas de tierra y roca, ha reducido la sección transversal de las presas de tierra y roca, ha acelerado el progreso de la construcción, ha reducido los costos y ha promovido el desarrollo de la construcción de presas altas de tierra y roca.
(4) Debido al desarrollo de la teoría de la mecánica geotécnica, los métodos experimentales y las técnicas computacionales, se ha mejorado el nivel de análisis y cálculo, se ha acelerado el progreso del diseño y se ha garantizado aún más la seguridad y confiabilidad del diseño de presas.
(5) El desarrollo integral de la tecnología de diseño y construcción para apoyar proyectos de ingeniería tales como pendientes altas, estructuras de ingeniería subterráneas y disipación de energía de flujo de agua de alta velocidad y prevención de erosión de presas de tierra y roca también ha jugado un papel promotor importante en acelerar la construcción y promoción de presas de tierra y roca.
4. Presa de enrocado
Generalmente, una presa de enrocado se refiere a un tipo de presa construida mediante métodos como el lanzamiento, el relleno y el apisonamiento de materiales pétreos. Debido a que el enrocado es permeable, es necesario utilizar materiales como tierra, hormigón o asfalto como materiales impermeables.
Características de las presas de enrocado
(1) Características estructurales. La densidad del relleno de roca compactada es alta, su resistencia al corte es elevada y la pendiente de la presa puede ser relativamente pronunciada. Esto no solo ahorra material de relleno, sino que también reduce el ancho del fondo de la presa. La longitud de las estructuras de conducción y descarga de agua puede reducirse en consecuencia, y la disposición del buje es compacta, lo que reduce aún más la cantidad de obra necesaria.
(2) Características constructivas. Según la tensión a la que está sometida cada parte del cuerpo de la presa, el enrocado puede dividirse en distintas zonas, cumpliendo así con los diferentes requisitos de materiales pétreos y compactación de cada una. Los materiales pétreos excavados durante la construcción de las estructuras de drenaje en el núcleo pueden aprovecharse de forma integral y eficiente, reduciendo así los costes. La construcción de presas de enrocado con revestimiento de hormigón se ve menos afectada por condiciones climáticas adversas, como la temporada de lluvias y el frío intenso, y puede llevarse a cabo de manera relativamente estable y normal.
(3) Características de operación y mantenimiento. La deformación por asentamiento del relleno de roca compactada es muy pequeña.
estación de bombeo
1. Componentes básicos de la ingeniería de estaciones de bombeo
El proyecto de la estación de bombeo consta principalmente de salas de bombeo, tuberías, edificios de entrada y salida de agua y subestaciones, como se muestra en la figura. En la sala de bombeo se instala una unidad compuesta por una bomba de agua, un dispositivo de transmisión y una unidad de potencia, así como equipos auxiliares y eléctricos. Las principales estructuras de entrada y salida de agua incluyen instalaciones de captación y derivación, así como depósitos (o torres de agua) de entrada y salida.
Las tuberías de la estación de bombeo incluyen tuberías de entrada y salida. La tubería de entrada conecta la fuente de agua con la entrada de la bomba, mientras que la tubería de salida conecta la salida de la bomba con el borde de salida.
Una vez puesta en funcionamiento la estación de bombeo, el agua puede entrar en la bomba a través del edificio y la tubería de entrada. Tras ser presurizada por la bomba, el agua se envía al depósito de salida (o torre de agua) o a la red de tuberías, logrando así elevar o transportar el agua.
2. Diseño del centro de la estación de bombeo
El diseño del núcleo de una estación de bombeo implica considerar exhaustivamente diversas condiciones y requisitos, determinar los tipos de edificios, organizar razonablemente sus posiciones relativas y gestionar sus interrelaciones. El diseño del núcleo se basa principalmente en las tareas que realiza la estación de bombeo. Cada estación debe tener una disposición diferente para sus funciones principales, como las salas de bombas, las tuberías de entrada y salida, y los edificios de entrada y salida.
Las construcciones auxiliares correspondientes, como alcantarillas y compuertas de control, deben ser compatibles con el proyecto principal. Además, considerando los requisitos para un aprovechamiento integral, si existen necesidades de carreteras, navegación y paso de peces dentro del área de la estación, se debe tener en cuenta la relación entre el trazado de puentes, esclusas, pasos para peces, etc., y el proyecto principal.
Según las diferentes funciones que desempeñan las estaciones de bombeo, la disposición de los centros de bombeo generalmente incluye varias formas típicas, como estaciones de bombeo de riego, estaciones de bombeo de drenaje y estaciones combinadas de drenaje y riego.
Una compuerta es una estructura hidráulica de baja altura que utiliza compuertas para retener agua y controlar su caudal. Suele construirse en las riberas de ríos, canales, embalses y lagos.
1. Clasificación de las compuertas de agua de uso común
Clasificación según las tareas que realizan las compuertas
1. Compuerta de control: construida en un río o canal para bloquear inundaciones, regular los niveles de agua o controlar el caudal. La compuerta de control ubicada en el cauce del río también se conoce como compuerta de bloqueo fluvial.
2. Compuerta de entrada: Construida en la orilla de un río, embalse o lago para controlar el flujo de agua. La compuerta de entrada también se conoce como compuerta de acceso o compuerta de cabecera de canal.
3. Compuerta de desviación de inundaciones: Generalmente construida en una orilla del río, se utiliza para descargar las crecidas que superan la capacidad de descarga segura del río aguas abajo hacia la zona de desviación (zona de almacenamiento o retención de inundaciones) o el aliviadero. La compuerta permite el paso del agua en ambas direcciones, y después de la crecida, el agua se almacena y se descarga al cauce del río desde allí.
4. Compuerta de drenaje: se construye a menudo a lo largo de las riberas de los ríos para eliminar el encharcamiento que perjudica los cultivos en zonas bajas o del interior. La compuerta de drenaje es bidireccional. Cuando el nivel del agua del río es superior al del lago o depresión interior, la compuerta bloquea principalmente el agua para evitar que el río inunde tierras de cultivo o edificios residenciales; cuando el nivel del agua del río es inferior al del lago o depresión interior, la compuerta se utiliza principalmente para el drenaje y el control del encharcamiento.
5. Compuerta de marea: construida cerca del estuario del mar, se cierra durante la marea alta para impedir el reflujo del agua de mar. Al abrirse durante la marea baja, permite el paso del agua en ambas direcciones. Las compuertas de marea son similares a las compuertas de drenaje, pero se operan con mayor frecuencia. Cuando la marea en mar abierto es más alta que en el río interior, se cierra la compuerta para impedir el reflujo del agua de mar hacia el río interior. Cuando la marea en mar abierto es más baja que la del río en mar interior, se abre la compuerta para liberar el agua.
6. Compuerta de descarga de arena (compuerta de descarga de arena): Construida sobre un flujo de río fangoso, se utiliza para descargar el sedimento depositado frente a la compuerta de entrada, la compuerta de control o el sistema de canales.
7. Además, hay compuertas de descarga de hielo y compuertas de aguas residuales instaladas para eliminar bloques de hielo, objetos flotantes, etc.
Según la forma estructural de la cámara de la compuerta, se puede dividir en tipo abierto, tipo muro de contención y tipo alcantarilla, etc.
1. Tipo abierto: La superficie del flujo de agua a través de la compuerta no está obstruida y la capacidad de descarga es grande.
2. Tipo de muro de contención: Hay un muro de contención encima de la compuerta, que puede reducir la fuerza sobre la compuerta durante el bloqueo de agua y aumentar la amplitud del bloqueo de agua.
3. Tipo de alcantarilla: Delante de la compuerta hay un cuerpo de túnel presurizado o no presurizado, y la parte superior del túnel está cubierta con tierra de relleno. Se utiliza principalmente para compuertas de agua pequeñas.
Según el tamaño del flujo de la compuerta, se puede dividir en tres formas: grande, mediana y pequeña.
Grandes compuertas con un caudal superior a 1000 m³/s;
Una compuerta de agua de tamaño mediano con una capacidad de 100-1000 m³/s;
Esclusas pequeñas con una capacidad inferior a 100 m³/s.
2. Composición de las compuertas de agua
La compuerta de agua incluye principalmente tres partes: sección de conexión aguas arriba, cámara de la compuerta y sección de conexión aguas abajo,
Sección de conexión aguas arriba: Esta sección se utiliza para guiar el flujo de agua suavemente hacia la cámara de la compuerta, proteger tanto las riberas como el lecho del río de la erosión y, junto con la cámara, formar un contorno subterráneo antifiltración que garantiza la estabilidad de ambas riberas y de la base de la compuerta ante filtraciones. Generalmente, incluye muros de contención aguas arriba, lechos, ranuras antierosión aguas arriba y protección de taludes en ambos lados.
Cámara de compuerta: Es la parte principal de la compuerta de agua, y su función es controlar el nivel y el caudal del agua, así como prevenir filtraciones y erosión.
La estructura de la sección de la cámara de la compuerta incluye: compuerta, pilar de la compuerta, pilar lateral (muro de contención), placa inferior, muro de contención, puente de trabajo, puente de tráfico, elevador, etc.
La compuerta se utiliza para controlar el flujo a través de ella. Está colocada sobre la placa inferior de la compuerta, cubriendo el orificio y sostenida por el pilar. La compuerta se divide en compuerta de mantenimiento y compuerta de servicio.
La compuerta de trabajo se utiliza para bloquear el agua durante el funcionamiento normal y controlar el caudal de descarga;
La compuerta de mantenimiento se utiliza para retener temporalmente el agua durante las tareas de mantenimiento.
El pilar de la puerta se utiliza para separar la abertura de la bahía y para sostener la puerta, el muro de contención, el puente de trabajo y el puente de tráfico.
El pilar de la compuerta transmite la presión del agua soportada por la compuerta, el muro de contención y la capacidad de retención de agua del propio pilar a la placa inferior;
El muro de contención se instala sobre la compuerta de trabajo para ayudar a retener el agua y reducir considerablemente el tamaño de la compuerta.
El muro de contención también puede ser móvil, y en caso de inundaciones catastróficas, puede abrirse para aumentar el caudal de descarga.
La placa inferior constituye la base de la cámara, y se utiliza para transmitir el peso y la carga de la estructura superior de la cámara a dicha base. La cámara construida sobre una base blanda se estabiliza principalmente por la fricción entre la placa inferior y la base, y la placa inferior también cumple funciones de impermeabilización y protección contra la erosión.
Los puentes de trabajo y los puentes de tráfico se utilizan para instalar equipos de elevación, operar compuertas y conectar el tráfico que cruza el estrecho.
Sección de conexión aguas abajo: se utiliza para eliminar la energía restante del flujo de agua que pasa a través de la compuerta, guiar la difusión uniforme del flujo de agua que sale de la compuerta, ajustar la distribución de la velocidad del flujo y disminuir la velocidad del flujo, y prevenir la erosión aguas abajo después de que el flujo de agua salga de la compuerta.
Generalmente, incluye una poza de amortiguación, una plataforma, un canal antierosión aguas abajo, muros de contención aguas abajo y protección de taludes a ambos lados.
Fecha de publicación: 21 de noviembre de 2023
