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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIAPAS FACULTAD DE INGENIERÍA CAMPUS I

HIDRÁULICA DE MAQUINARIA Y DEL FLUJO NO PERMANENTE DÍAZ MOLINARI FIDEL ALEJANDRO

REPORTE DE PRESA LA ANGOSTURA INTEGRANTES DE EQUIPO: ESTRADA VELASCO VANESSA DEL ROCÍO CASTILLO SUCHIAPA LIDIA SEGURA GÁLVEZ HAREL OSVALDO

TUXTLA GUTIERREZ CHIAPAS, A 20 DE MARZO DE 2018

INTRODUCCIÓN En este trabajo de redacción, el tema a tratar es bastante extenso, ya que el sistema de presas hidroeléctricas analizado se localiza dentro de la cuenca del rio Grijalva, en el estado de Chiapas, Mexico; Comprende a las presas Dr. Belisario Domínguez “La Angostura”, Presa Ing. Manuel Moreno Torres “Chicoasén”, Presa Netzahualcóyotl “Malpaso” y la Presa Ángel Albino Corzo “Peñitas”. Para conocer de manera específica el lugar de este tema a tratar se describe en el presente trabajo, la ubicación de la presa la angostura, se anexan mapas, Tablas e imágenes que conforman las partes esenciales de la presa. El objetivo de este trabajo es aprender cómo está formada la presa, saber cuáles son las partes principales, el funcionamiento de cada uno de ellas así como saber su función del almacenamiento del agua del rio Grijalva. El ingeniero civil debe saber y estar familiarizado con este tipo de tema, ya que son bases importantes para la construcción de cualquier obra hidráulica.

MARCO TEÓRICO En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada de piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un rio o arroyo. Tiene la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para elevar su nivel con el aprovechamiento en abastecimiento, evitar inundaciones de aguas abajo de la presa. En las presas se puede observar cómo se conectan los diferentes tipos de energías. Cuando el agua esta embalsada para la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del almacenamiento en energía cinética y está nuevamente en mecánica y así puede hacer que accione un elemento móvil con la fuerza del agua. La energía mecánica puede aprovecharse directamente, como en los antiguos molinos, o en forma directa para producir energía eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas. Dependiendo de su forma pueden ser: De gravedad.- es aquella en la que su propio peso es el encargado de resistir el empuje del agua. El empuje del embalse es transmitido hacia el suelo, por lo que este debe ser suficientemente estable para soportar el peso de la presa y del embalse. Constituyen las represas de mayor durabilidad y que menor mantenimiento requieren. De bóveda.- cuando la presa tiene curvatura en el plano vertical y en el plano horizontal, también se denomina de bóveda. Para lograr sus complejas formas se construyen con hormigón y requieren gran habilidad y experiencia de sus constructores, que deben recurrir a sistemas constructivos poco comunes. De arco simple.- es aquella en la que su propia forma es la encargada de resistir el empuje del agua. Debido a que la presión se transfiere en forma muy concentrada hacia las laderas de la cerrada, se requiere que esta sea de roca muy dura y resistente. Constituyen las represas más innovadoras en cuanto al diseño y que menor cantidad de hormigón se necesita para su construcción. Dependiendo del material se pueden clasificar en:   

de hormigón (masivo convencional o compactado con rodillo) de mampostería de materiales sueltos (de escollera, de núcleo de arcilla, con pantalla asfáltica, con pantalla de hormigón, homogénea).

TIPOS DE CORTINAS O PRESAS HIDRÁULICAS Los diferentes tipos de presas responden a las diversas posibilidades de cumplir la doble exigencia de resistir el empuje del agua y evaluarla cuando sea preciso. En cada caso, las características del terreno y los usos que se le quiera dar al agua, condicionan la elección del tipo de presa más adecuado.

Cortina de concreto.- Es un elemento de contención, que sirve para represar agua. Sus excavaciones son en forma vertical y profunda, elemento impermeabilizante, diseñados con el fin de cortar el agua y eliminar posibles filtraciones.

Son las más utilizadas en los países desarrollados ya que con este material se pueden elaborar construcciones más estables y duraderas. Son estructuras permanentes que requieren poca conservación. Cortinas de tierra.- Son las más utilizadas en los países subdesarrollados ya que son menos costosas. Son aquellas que consisten en un relleno de tierras, que aportan la resistencia necesaria para contrarrestar el empuje de las aguas. Los materiales más utilizados en su construcción son piedras, gravas, arenas, limos y arcillas. Los taludes de una cortina de tierra rara vez son mayores de 2 horizontales por 1 vertical y suelen ser de alrededor de 3 a 1. Las cortinas de tierra pueden construirse casi de cualquier altura y sobre cimientos que no son lo bastante fuerte para cortinas de concreto. Es necesario añadirles un elemento impermeabilizante que puede ser arcilla, hormigón, asfalto o algún material sintético. Su relación de pendiente suele ser de 3 a 1 y rara vez se usa 2 a 1. Estas presas tienen el inconveniente de que si son rebasadas por las aguas en una crecida, corren el peligro de desmoronarse y arruinarse.

Cortinas de enrocamiento.- Su forma de ejecución y su trabajo estructural son diferentes. Elemento de retención del agua es una cortina formada con fragmentos de roca de varios tamaños, que soportan en el lado del embalse una cara de hormigón la cual es el elemento impermeable. La pantalla o cara está apoyada en el contacto con la cimentación por un elemento de transición, que soporta a las losas de hormigón. Una característica de estas cortinas es que su aliviadero se coloca fuera del cuerpo de la cortina para evitar filtraciones u obras afecciones al material. En Colombia se utiliza mucho este tipo de cortinas de enrocamiento.

DESARROLLO En el año de 1937, la extinta Comisión Nacional de Irrigación fue la responsable de instalar las primeras estaciones hidrométricas, con el objetivo de conocer el comportamiento de los ríos principales de Chiapas y Tabasco. Para 1947 la extinta Secretaría de Recursos Hidráulicos realizó un reconocimiento de Río Grijalva desde su nacimiento hasta la desembocadura en el Golfo de México, con el objetivo de localizar los probables sitios para la construcción de presas reguladoras y de generación de energía eléctrica. Este reconocimiento fijó como sitios probables los siguientes:  Aguas arriba del sitio de Chiapa de Corzo, se ubicaría la presa La Angostura.  Cercana a la población de Chicoasén, quedaría ubicada la presa Chicoasén.  La boquilla de Malpaso, quedaría a 2.5 (km) aguas abajo de la confluencia del Río La venta, principal afluente del Río Grijalva.  La boquilla de la presa Peñitas, al final del curso montañoso del Grijalva, inmediatamente aguas abajo de la desembocadura del Río Sayula. Como resultado de los reconocimientos generales y de los resultados topográficos, geológicos, hidrológicos, agroeconómicos, y antropológicos realizados por la comisión del Grijalva, fue posible establecer que el mejor aprovechamiento del Río Grijalva debería comprender la construcción de diversas obras. Las funciones específicas se definieron mediante el Plan Integral del Grijalva:  

 

Obras para el control de avenidas, generación de energía eléctrica, riego y mejoramiento de la navegación. Obras de defensa contra inundaciones, que incluyen bordos de protección, encauzamiento de corrientes y rectificación de cauces en la planicie costera del Estado de Tabasco y en una pequeña porción del Estado de Chiapas. Canales de riego y drenaje en los terrenos agrícolas. Obras de abastecimiento de agua potable y alcantarillado de las poblaciones de la cuenca del Río Grijalva.

La siguiente tabla contiene los datos de las 4 presas con sus respectivos nombres oficiales, ubicación y la fecha de construcción. Presa del rio Grijalva (CFE 2009)

PRESA LA ANGOSTURA

Central Hidroeléctrica Dr. Belisario Domínguez (Presa La Angostura). Situado a 53 km al sureste de Tuxtla Gutiérrez en el municipio de Venustiano Carranza, controla casi la mitad de la cuenca y regula los escurrimientos de agua normales y extraordinarios en la parte alta del río Grijalva. Su altitud media anual varía con el nivel aprovechable del agua en 515 – 525 m.s.n.m. Su longitud máxima es de 105 km y la anchura es de 13 km. Su capacidad sobre namo es de alrededor de 15500 millones de metros cúbicos.

Entre 1964 y 1969 se inició su construcción para generar energía hidroeléctrica, con unos 468.000 kW de potencia. Su construcción finalizó el 8 de mayo de 1974, cuando se realizó el cierre de sus compuertas. Entró en operación el 14 de julio de 1976. La presa cuenta con dos canales con una altura aproximadamente de 800 metros. Tiene una compuerta con un diseño especifico tipo radial. A la cortina pusieron ataguías con una serie de revestimiento, hicieron unos túneles de desfogue. Hay 5 galerías de inspección, en la cual la 2 atraviesa todo el vertedor, fueron diseñados para poder revisar si hay alguna anomalía en los vertedores, medidor de agua y si hay algún daño es monitoreado. Cuando el agua es expulsada, se puede observar cómo estructura de disipación de energía se desarrolla al final un salto de Esquí. Esta estructura disipadora posee un ángulo y radio de curvatura que proyecta el chorro teórico para la creciente.

Se hizo una pequeña visita a la presa la angostura.

En esta imagen se ve la representación de esta maravillosa presa, fue construida por trabajadores de CFE Ing. Edmundo Chávez Vergara, Ing. Ramón Hernández Roldan, Ing. Horacio Castañeda Ruiz, Ing. Jorge Gelly Espinosa y Oscar Calixto Pérez.

Debajo de esta pequeña maqueta se encuentran varios tipos de tuberías.

Las de color azul, son las del desfogue, el cual se le puso un taponamiento. Las de color naranja, son las de presión, tienen 16 metros de altura y 14 metros de ancho.

En esta imagen se puede observar el nivel de aguas máximas extraordinarias conocido como name, es el más alto que debe alcanzar el agua en el vaso bajo cualquier condición. El volumen que queda entre ese nivel y el namo, llamado súper almacenamiento, sirve para controlar las avenidas que se presentan cuando el nivel del vaso está cercano al namo. Aplicado a ríos el name es el nivel de riesgo para el cual se tiene protección con obras de infraestructura hidráulica, correspondiente a la cota del name mas el bordo libre.

El tipo de cortina es de enrocamiento con un delgado núcleo impermeable de arcilla, además tiene un importante volumen de arena y grava producto de varios depósitos de aluviales ubicados a distancias de 4 a 7 kilómetros aguas debajo de sitio. Los taludes exteriores aguas arriba son 2:1 y aguas debajo de 1.8:1

La cortina es de tipo enrocamiento Tiene una altura maxima de 145 m La elevacion de la corona es de 543 msnm El ancho de la corona es de 10 m La longitud de la corona es de 295 m Volumen total de la cortina es de 4x10^6 m3 El embalse tiene un name de 539.5 m.s.n.m., el namo es de 533.0 m.s.n.m. y el namino es de 500.0 m.s.n.m. Para la obra de desvió, el rio fue desviado por medio de dos túneles revestidos de concreto de 13 metros de diámetro interior, uno por la margen izquierda y el otro por la margen derecha, y dos ataguías aguas arriba de 60 m de altura y 30 m da de aguas abajo, construidas de grava, arena y arcilla.

La obra de excedencias cuenta con dos vertedores ubicados en la margen izquierda, son dos canales abiertos dotados de tres compuertas radiales cada uno, la longitud de los canales es aproximadamente de 800 m. El vertedor se diseñó para una máxima total de 6,000 (m 3/s). La elevación de la cresta del vertedor se fijó en 519.60 m.s.n.m. La estructura terminal, localizada en la salida de cada canal, está constituida por una cubeta de lanzamiento (salto de esquí).

1. Cortina 2. Vertedor 3. Obra de toma 4. Casa de maquinas 5. Túnel de desfogue 6. Túnel de acceso 7. Subestación 8. Camino

PLANTA HIDROELÉCTRICA La planta hidroeléctrica, se localiza en la margen izquierda, consta de una obra de toma, conducción a presión y casa de máquinas. El diámetro de tubería a presión es de 8.7 m. La casa de máquinas es subterránea, tiene dimensiones de 22 m de ancho, 100 m de longitud y 40 m de altura aproximadamente. Está diseñada para alojar 5 unidades, cada una constituida por una turbina tipo Francis, con capacidad de 180 Mega Watts cada una.

5.- Rejas

11.- Casa de máquinas

6.- Túnel revestido de concreto

12.- Pozo de oscilación

7.- Lumbrera de compuertas

13.- Desfogue

8.- Compuertas de operación

Elev Elevación en metros

9.- Compuertas de operación

Est Estación en m

10.- Túnel con revestimiento de acero

S pendiente

CASA DE MÁQUINAS

Tipo subterránea 5 turbinas Francis Capacidad de 180 MW c/u Potencia y Generación Capacidad instalada 900 MW Generación media anual 3667 GWh Factor de planta 46.38 %

Descripción de la casa de maquinas

Transformador de potencia de refuerzo de 13800 a 40000 Volts por fase A, B y C. Las pruebas de corriente de excitación se realizan con el medidor de factor de potencia que se disponga.

Unidad Auxiliar Estas bombas tienen tubería en paralelo, la tubería de entrada es más delgada cuando entran las tres en conexión, cada una posee un manómetro que son automáticos, se manejan desde la sala de tableros, cuando no opera el automático, se hace manualmente, también tienen una perilla medidora de aceite.

En esta pequeña imagen se observa como la tubería en paralelo tiene un diámetro más grueso y al unirse las tres en conexión.

Turbina Hidráulica Es una turbomáquina motora hidáulica, que aprovecha la energía de un fluido que pasa a través de ella para producir un movimiento de rotacion que, transferido mediante un eje, mueve directamente una máquina o bien un generador eléctrico que transforma la energía mecánica en eléctrica, así son el órgano fundamental de una central hidroeléctrica. Este tipo de turbina tiene un eje horizontal, tuberia de presión, entra el rodete de la turbina, se observan las chumaceras guías, hay distribuidores que son aperturas y cierres de de los álabes, va abriendo por porcentajes, cada álabe tiene control neumatico, tiene un contrapeso para nivelar. La parte azul es la turbina, la parte blanca es el generador y las tuberias amarillas son de aceite.

Hay dos bancos de baterías

El primer banco de baterías tiene 120 celdas cada celda tienen 2.5 volts de corriente directa. El conductor energético va intermedio.

Como ultima visualización en la sala de máquinas, bajamos por un pequeño túnel con 10 metros altura, en el cual se observó el álabe de una turbina Francis.

Las turbinas Francis son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de los dos metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más ampliamente usado en el mundo.

Rotor o Rodete.- Es el corazón de la turbina, ya que aquí tiene lugar el intercambio de energía entre la máquina y el fluido. En forma general, la energía del fluido al momento de pasar por el rodete es una suma de energía cinética, energía de presión y energía potencial. La turbina convierte esta energía en energía mecánica que se manifiesta en el giro del rodete. El rodete a su vez transmite esta energía por medio de un eje a un generador eléctrico dónde se realiza la conversión final en energía eléctrica. El rotor puede tener diversas formas dependiendo del número específico de revoluciones para el cual esté diseñada la máquina, que a su vez depende del salto hidráulico y del caudal de diseño.

CONCLUSIÓN En este tema se ha logrado lo planeado, ya que contiene todos los datos importantes que caracterizan a una presa, es importante saber la estructura, los diversos tipos que existe, como los diseños y el tipo de material de cada una. Como resultado de los reconocimientos generales y de los resultados topográficos, geológicos, hidrológicos, agroeconómicos, y antropológicos realizados por la comisión del Grijalva, fue posible establecer que el mejor aprovechamiento del Río Grijalva debería comprender la construcción de diversas obras.

BIBLIOGRAFÍA

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