NUEVAS IDEAS PARA EL APROVECHAMIENTO HIDROELÉCTRICO DE

PRESAS EXISTENTES Y MEJORAS EN SU SEGURIDAD

1 - INTRODUCCION

El origen de los embalses en la mayoría de los países atendía a las necesidades propias de abastecimiento de

agua a las poblaciones próximas a los mismos, al mantenimiento de zonas de regadío o a ambas combinadas.

Tanto en México como en toda América Latina se explotan un gran número de embalses con estos fines, en la

mayoría de los casos construidos sin considerar en el diseño de la presa la posibilidad de emplear las tomas para

la conducción de agua a la central hidroeléctrica.

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Foto: Presa El Atazar (Comunidad de Madrid).

2 - IMPORTANCIA DE LA SEGURIDAD EN LAS PRESAS

Sea cual sea el objetivo con el que se construye la presa y el uso que se vaya a hacer de la misma, la seguridad

es un tema fundamental en su diseño. Las últimas tendencias en este ámbito se basan en limitar el riesgo a un

valor mínimo tratando de evaluar el riesgo potencial de la presa. Esto se lleva a cabo en función de sus

dimensiones, la presencia de poblaciones aguas abajo de la misma y a que distancia se encuentran, y a partir de

ahí se prevén los mecanismos de control de la situación de la presa para minimizar dicho riesgo.

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Estos mecanismos de control consisten en

pluviómetros, instrumentos de medida de

nivel y demás elementos de auscultación

distribuidos por toda la estructura de la

presa y en los terrenos de las laderas

colindantes, que permiten controlar en

tiempo real ciertos parámetros de la presa

que son indicativos del estado de la

seguridad de la misma También se ha

optado en muchos casos por instalar

cámaras de vigilancia que permiten al

personal encargado del mantenimiento

visualizar la presa y sus inmediaciones en

cualquier momento para una toma de

decisiones adecuada.

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Pero no toda la seguridad de la presa se deja en manos de la auscultación, ésta únicamente nos permite

conocer y controlar los parámetros característicos de la presa y actuar de forma correcta e inmediata en el caso

de que alguno muestre valores inusuales o fuera de los rangos de tolerancias. Los elementos de seguridad de la

presa son aquellos que permiten evacuar el agua en exceso que puede llegar hasta ella en determinados

momentos de su vida útil. Son los aliviaderos de superficie, bien operados por compuertas o de labio fijo, y los

desagües de fondo.

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Foto: Embalse de Peñarrubia (Galicia).

El desarrollo tecnológico ha tenido, como no

podría ser de otra forma, influencia en todo lo

relativo a las presas. La sensibilización cada vez

mayor en la seguridad y los estudios cada vez

más profundos en este tema, han encontrado

una gran ayuda en el desarrollo de la informática

y las telecomunicaciones. Gracias a este

desarrollo, hoy en día se cuenta con sistemas de

información que son capaces de registrar

parámetros de funcionamiento de la central así

como información acerca de los instrumentos de

control instalados en la presa y de esta forma

centralizar los datos para permitir optimizar la

gestión del embalse, garantizar el control de su

seguridad y disponer de una ágil respuesta en

caso de que sean requeridas actuaciones

extraordinarias.

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Decía Estrabón hace 2.000 años que Iberia era un país

desigualmente regado. Y, efectivamente, así sigue

siendo, pues, como es bien sabido, en España (o

mejor dicho, en casi toda España) llueve poco y,

además, llueve mal. Por ello la construcción de

embalses y presas se extendió rápidamente por todo

el territorio español, pero al igual que en los países

anteriormente comentados, con fines de

abastecimiento y regadío mayoritariamente.

Con la aparición de la Ley de Conservación de la

Energía en 1982, se pretendía favorecer la inserción

en el mercado de la generación de empresas privadas

y particulares. En ese momento, uno de los puntos

más atractivos para empresas e inversores fueron los

proyectos de construcción de centrales de la

modalidad “pie de presa”.

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3 - ANTECEDENTES DE LA CONSTRUCCIÓN DE CENTRALES DE PIE DE PRESA EN ESPAÑA

Parte del atractivo de este tipo de proyectos radicaba en que casi la totalidad de la infraestructura necesaria para

la generación ya estaba construida y solo hacía falta diseñar los elementos de toma y el edificio de la central

donde irían alojados los equipos de generación y de traspaso a la red.

Esta figura obligó a las ingenierías a desarrollar conceptos de diseño nuevos y a adaptarse a las grandes obras de

infraestructura ya existentes y con las que tenía que convivir y colaborar la nueva central de pie de presa. También

se generó un nuevo reto para los fabricantes de equipos con la necesidad de adaptar sus equipos a una nueva

modalidad de explotación de una central hidroeléctrica con variaciones de salto importantes.

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OBRA DE CAPTACIÓN: EL RETO DE LAS INGENIERÍAS

Se han tomado varias soluciones para este cometido. Por un lado está la construcción de una torre de captación,

independiente del cuerpo de la presa, esa junto con el hecho de que no se tocan los órganos de desagüe de la

presa son las principales ventajas de este tipo de construcción. El principal inconveniente es la necesidad de

vaciar el embalse para proceder a su construcción, lo que conlleva habilitar depósitos u otros sistemas

alternativos de almacenamiento de agua para dar servicio a los usuarios que la necesiten.

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4 - VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA CONSTRUCCIÓN DE LOS DIFERENTES ELEMENTOS DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA A POSTERIORI.

Foto: Torre de toma en el embalse de La Pinilla (Comunidad de Madrid).

Foto: Torre de toma en el embalse El Portillo (Comunidad de Madrid).

La otra opción a tener en cuenta es el empleo de los elementos de desagüe de fondo. En este caso el principal

inconveniente está en las elevadas velocidades del flujo para las que están diseñados los mismos, ya que para su

cometido inicial que es el vaciado de la presa, no importan las pérdidas de carga que se puedan producir en

dicho proceso pero para la generación de energía es primordial la minimización de dichas pérdidas.

En aquellas presas cuya función es mantener un nivel suficiente para derivar las aguas a un canal de regadío, se

han realizado tomas en paralelo al canal mediante un aliviadero llamado de “pico de pato”, el cual, por la gran

longitud de desarrollo, permite captar el caudal sobrante en el canal con una lámina de agua mínima sobre la

cresta del aliviadero. Esta solución se ha realizado, por ejemplo, en el canal que abastece al embalse de La

Sotonera, en la provincia de Huesca (Aragón, España).

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Foto: Aliviadero en “pico de pato” en el embalse La Sotonera (Aragón).

Siempre se proyectará de forma que su

ubicación quede fuera de la zona de influencia

de la presa para no afectar a la cimentación de

la misma. Se protegen con muros de

encauzamiento que eviten la inundación de la

casa de máquinas en caso de una avenida

extrema. Generalmente se toma como

referencia la cota de inundación de una avenida

con periodo de retorno de 500 años.

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EDIFICIO DE LA CENTRAL

Foto: Edificio de la central hidroeléctrica Navallar (Comunidad de Madrid).

En los casos de centrales de pie de presa en los

que la central se construye a posteriori hay que

cambiar el concepto que se tiene habitualmente

para el caudal de diseño. En estos casos, el

sistema hidráulico e hidrológico al que está

acostumbrada la cuenca y sus inmediaciones no

puede cambiar por lo que el caudal a turbinar

será el caudal desembalsado, el cual a su vez está

definido por la concesión de agua existente fijada

para abastecimiento, regadío o la combinación de

ambas. Este hecho hace que se pueda dar el caso,

y se da bastante a menudo, de que haya que

turbinar el caudal máximo con el salto mínimo, lo

cual conlleva al diseño de máquinas de gran

diámetro y velocidades muy lentas.

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EQUIPOS PRINCIPALES TURBINA Y GENERADOR: EL RETO DE LOS FABRICANTES

La variedad de los caudales desembalsados a lo

largo del año exige máquinas que permitan la

turbinación de caudales parciales con un buen

rendimiento. Para ello son adecuadas máquinas

con simple o doble regulación, según las

condiciones de caudal y salto que se den.

La optimización económica de la instalación

exige a veces el acoplamiento de los generadores

mediante multiplicadores, y grupos compactos

que permitan su instalación en un espacio

mínimo. En pequeños salto adquiere especial

importancia la minimización de las pérdidas de

carga, lo cual se consigue con un diseño

hidráulico lo más directo posible, evitando los

codos.

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Tal y como se ha explicado anteriormente, la presencia de la central hidroeléctrica no supone una merma del

recurso hídrico, pero si supone un aumento en la seguridad de la presa. Muchas veces, a la hora de diseñar los

elementos de seguridad de una presa y los protocolos de funcionamiento de los mismos surge el conflicto de si

es mejor garantizar una operación a distancia, aún a riesgo de que pudiera darse una mala gestión, o bien exigir

la operación in situ con presencia física de personal de mantenimiento. El problema de la última opción es que

no siempre se puede garantizar el acceso a la presa, sobre todo en el caso de presas alejadas o en situaciones

meteorológicas extremas.

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LAS CENTRALES DE PIE DE PRESA Y LA SEGURIDAD DE LAS INFRAESTRUCTURAS ASOCIADAS A ELLAS.

Además de este dilema, el problema que

supondría que la presa, y por lo tanto los

sistemas de emergencia de la misma, se

quedaran sin alimentación eléctrica para su

puesta en marcha, hacen que frecuentemente

se recomiende la colocación de aliviaderos de

labio fijo que permiten la evacuación de

avenidas sin necesidad de la intervención

humana ni mecánica.

El problema de la falta de alimentación se ve

reducido con la construcción de la central de

pie de presa. En caso de avería en las líneas

que la alimentan, la energía generada por la

central podría satisfacer los servicios de

emergencia, así como el resto de

instrumentación de la central. Todo ello se

consigue con la instalación de equipos que

garanticen el funcionamiento en “isla” de la

turbina.

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Foto: Azud en el embalse de Gualtaminos (Extremadura).

Un ejemplo de este tipo de proyecto es la

central hidroeléctrica de Pedrezuela

perteneciente al Canal de Isabel II en la

Comunidad de Madrid, cuyo embalse data

del año 1967. Ubicada en el río Guadalix, la

presa se realizó con el fin de almacenar y

regular los enormes caudales que

transportaba dicho río. Se trata de una

presa de tipo arco de gravedad con una

capacidad de embalse de 41 Hm3. La

construcción de la central asociada a la

presa se llevó a cabo en el año 2004.

Foto: Presa de Pedrezuela (Comunidad de Madrid).

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EJEMPLOS REALES:

Otro ejemplo es la central hidroeléctrica de Undurraga, situada aguas abajo de la presa de Undurraga en el río

Arratia. Se trata de una presa de materiales sueltos con pantalla de hormigón con una capacidad de embalse de

2 Hm3. La construcción de la estructura de contención data del año 1973. El objetivo de la construcción de la

presa era el de almacenar agua para abastecer al municipio de Bilbao. En el año 1987 se decidió incorporar al

sistema la central hidroeléctrica en el pie de la presa.

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Foto: Embalse de Undurraga (País Vasco).

Otro ejemplo más, la central

hidroeléctrica El portillo en la provincia

de Granada. Situada el pie del embalse El

Portillo en el término municipal de El

Castril. Se trata de un dique de materiales

sueltos con núcleo de arcilla de 327 m de

longitud en la coronación, con una

capacidad de almacenamiento de 33

Hm3. Su construcción data de 1999 y su

finalidad es la regulación para

alimentación de una zona regable situada

aguas abajo del mismo. La construcción

de la central se acometió en 2011.

Foto: Presa de El Portillo (Andalucia).

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GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Ponente: Ing. Juan José Sanz Bozal

Director Hidroproyectos

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