Centrales Hidroeléctricas: Diseño, Ingeniería e Impacto Ambiental

Centrales Hidroeléctricas

Diseño e Ingeniería

Tipos de Presas

Presas de Material Incoherente o Suelto

Presas de Tierra: Formadas por grandes cantidades de tierra. Son las más antiguas y se construyen cuando se dispone de tierra de buena calidad, abundante y de fácil transporte. Se utilizan para alturas no muy elevadas. Su sección transversal es trapezoidal.

• Presas de tierra apisonada: Sin impermeabilización especial, formadas por tierras arcillosas.
• Presas de tierra con impermeabilización:
  • Revestimiento del talud aguas arriba con arcilla impermeable o láminas plásticas.
  • Núcleo intermedio de arcilla o fábrica.

Presas de Escollera: Formadas por un macizo de escollera (piedras de cierto tamaño) y una capa impermeabilizante. Se construyen cuando la cimentación para presa de fábrica no es conveniente, hay roca extraíble con facilidad, las condiciones meteorológicas son desfavorables o en terrenos sísmicos.

Presas de Material Coerente o de Fábrica

Se construyen cuando a profundidad accesible hay buena roca para cimentar, y existen piedra y arena aptas para hormigón.

• Presas de Gravedad: Resisten por su propio peso. Las fuerzas actuantes son: peso propio, empuje hidrostático del agua, empuje del hielo, empuje de tierras, reacción del terreno y subpresión.
• Presas de Arco o Bóveda: Transmiten los esfuerzos a los cimientos y estribos laterales. Son aptas para barrancos.
• Presas de Apoyos Múltiples (o de gravedad aligerada): Constan de contrafuertes verticales intermedios, ensanchados aguas arriba, unidos por cabezas que cierran el paso del agua.

Canal de Derivación

Su finalidad es generar energía de posición. La pendiente del canal es una cuestión económica. Una pendiente fuerte implica menor sección y coste, pero mayor pérdida de cota y potencia. Una pendiente pequeña implica mayor sección y coste, pero menor pérdida de energía.

Galería o Túnel

En terrenos abruptos, se conduce el agua por galerías o túneles. Su pendiente suele ser de una milésima y la velocidad de 2 a 3 m/s. Se debe evitar fugas, impermeabilizando las paredes.

Depósito de Cargas

Ubicado al final del canal de derivación, regula el caudal para las turbinas. Su volumen depende de la longitud del canal y la respuesta del embalse.

Tubería Forzada

Conduce el agua desde la cámara de carga a las turbinas. Transforma la energía potencial en presión y velocidad (hasta 5 m/s). Se usan de acero, fundición, hierro u hormigón armado. El diámetro influye en el coste y la pérdida de carga.

Impacto Medioambiental

La construcción de presas transforma un sistema fluvial en lacustre. La gestión adecuada no modifica significativamente la cantidad y calidad del agua, incluso puede mejorarla al eliminar sedimentos. La laminación de avenidas evita inundaciones. El embalse permite conservar un caudal mínimo, incluso en épocas de estiaje.

Los grandes embalses pueden modificar el clima local, suavizándolo en zonas secas. También embellecen zonas áridas, permitiendo usos recreativos. La energía hidroeléctrica no emite contaminantes ni genera residuos directos. Se estima que cada kW producido evita la emisión de 1 kg de CO2, 7 g de SO2 y 3 g de NOx.

Sin embargo, la construcción de presas tiene impactos negativos: inundación de tierras y desplazamiento de población, alteración de la sedimentación, flora, fauna y clima local, aumento de bacterias y algas. Cada embalse necesita un tratamiento específico para mitigar estos efectos. La eutrofización se reduce por el viento y las diferencias de temperatura, que favorecen la mezcla y aireación del agua.

En resumen, las centrales hidroeléctricas tienen un balance medioambiental positivo.