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Proyecto hidroeléctrico La Miel 1

La Presa más alta del mundo. Colombia, como escasas veces lo hace, se encamina hacia la realización de un verdadero hito en la historia de la ingeniería hidráulica. La construcción de la presa del proyecto hidroeléctrico Miel - 1 mediante la técnica del CCR (Concreto Compactado con Rodillo) batirá el record de altura de una estructura hidráulica construida bajo este sistema. Actualmente la presa más alta del mundo construida bajo el uso del CCR se encuentra localizada en Miyagase, Japón y cuenta con una altura de 155m desde la parte más baja de las fundaciones, pero en estos momentos se trabaja arduamente para ostentar el record de altura de una estructura levantada en el empleo de CCR, el proyecto de la hidroeléctrica de la Miel - 1, Localizada en el municipio de Norcasia, departamento de Caldas, tendrá 196m de altura desde su cota más baja encontrada en la fundación y 188m desde la cota promedio, es decir se supera la presa de los japoneses en 41m, lo que verdaderamente es un orgullo para la ingeniería del país.Miel - 1 será una desafiante presa construida cara aguas arriba vertical, terminada con una modalidad de doble protección - para impedir las infiltraciones- que son conocidas como CCR-

enriquecido y una membrana de PVC impermeable, lo que no solo habla de record sino de un aporte significativo a las nuevas tecnologías en el desarrollo de las pequeñas y medianas centrales hidroeléctricas. Orígenes del proyecto La central hidroeléctrica de Caldas (CHEC) inició la investigación y estudio de nuevas fuentes de energía hídrica en el área del viejo Caldas (Caldas, Risaralda y Quindío) en el año de 1960. Por esa época se organizó una comisión hidrológica para hacer aforos, registros pluviométricos y limnométricos (medición de caudales) en todos los ríos donde existiera potencialidad de ser desarrollados proyectos hidroeléctricos. El estudio, que se realizó en todas las zonas del departamento, dándole mayor énfasis a los estudios hechos para las cuencas de los ríos Risaralda, San Juan y La Miel.De los estudios resultaron 15 potenciales proyectos de generación hidroeléctrica, los cuales se clasificaron en menores y atractivos. Los proyectos menores fueron 8. Dentro de los proyectos denominados atractivos se destacaban 4 que se consideraron como proyectos mayores, estos eran: Miel - 1, Miel - 2, Samaná Medio y Butantan (sobre el río Samaná Sur), entre todos se calculó que se podían generar 1.168 Mw.Se tuvo que esperar hasta el año de 1982 para que se realizaran los diseños del proyecto hidroeléctrico Miel - 1 que era realizado como presa en enrocado con pantalla de concreto y un rebosadero lateral mediante el empleo de dos túneles.En 1990 surgió la necesidad de comparar los proyectos de generación eléctrica asentados en el rió Miel con el fin de adoptar la mejor opción de desarrollo, paralelamente se evaluó la alternativa de construir cualquiera de las dos presas bajo el sistema de CCR. La elección del CCR trae ventajas a nivel de costos y del tiempo necesario para la construcción, pues una estructura de este tipo permite la colocación del rebosadero sobre el cuerpo mismo de la presa, reduciendo notablemente los costos y tiempo de las obras civiles y genera mayor seguridad en el proyecto. El uso del CCR permitió un ahorro de 60 millones de dólares, es decir el 20% del costo total del proyecto.La licitación internacional para la construcción de la presa se hizo en 1993 y en 1997, cuando se finiquitó el cierre financiero del proyecto se iniciaron las obras físicas. Ubicación El Proyecto Hidroeléctrico Miel - 1 está localizado en el municipio de Norcasia, oriente del departamento de Caldas. Norcasia se encuentra a 45Km del municipio de La Dorada y dista de tres importantes ciudades del país (Medellín, Bogotá, Manizales) entre 174 y 180Km, en promedio, por vía terrestre. La cercanía con La Dorada le facilita el acceso al río Magdalena y al ferrocarril de Santa Marta.

Tomado de Noticreto.

Descripción

La influencia de la altura es aprovechada por las centrales hidroeléctricas para convertir la energía potencial del agua en energía eléctrica, utilizando las turbinas para tal fin, acoplando estas a los alternadores. En caso que el río tenga un aporte regular de agua, la energía cinética de éste puede aprovecharse sin necesidad de realizar embalses o bien, utilizando uno de pequeñas dimensiones, a este tipo de centrales se las conoce como fluyentes.

Por condiciones climáticas el curso y caudal de los ríos resultan frecuentemente irregulares, lo que obliga a retener el agua mediante una presa, formándose así un lago, reservorio o embalse que produce un salto de agua que libera fácilmente su energía potencial, almacenando agua para aquellas épocas de escasas lluvias, a estas centrales se denomina de regulación, como es el caso de La Miel – 1.

La estructura de la central puede ser muy diversa según las condiciones orográficos de su ubicación, sin embargo se pueden reducir a dos tipos pero con variantes particulares.

· Aprovechamiento por derivación de agua, que consiste en una pequeña presa que desvía el agua hacia un pequeño depósito llamado de carga; de aquí pasa a una tubería forzada y posteriormente a la sala de máquinas de la central.

· Aprovechamiento por acumulación de agua y consiste en la construcción de una presa de considerable altura en un lugar del río de condiciones orográficas adecuadas. El nivel del agua se situará en un punto cercano al extremo superior de la presa. A media altura se encuentra la toma de agua y en la parte inferior se encuentra la sala de máquinas con el

grupo turbina-alternador. A las centrales de estas características se la conoce con el nombre de pie de presa. La Miel- 1 se pude enmarcar más dentro de este tipo de presas.

Los elementos constructivos que forman una central hidroeléctrica son los siguientes: presa, aliviaderos y tomas de agua, canal de derivación, chimenea de equilibrio, tuberías de presión, cámaras de turbinas, canal de desagüe y sala de máquinas.

Área de la cuenca tributaria 770 km2

Caudal promedio del río sin trasvases 84.3 m3/s

Caudal que llega al embalse con la creciente máxima probable 12800 m3/s

Área del embalse 1220 ha

Volumen total embalsado 565 hm3

Capacidad de generación nominal instalada 375 MW

Capacidad máxima de generación 402 MW

Inicio de las obras civiles 8/04/00

Período de construcción de la central 54 meses

Especificaciones generales del proyecto.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS La presa, que es el elemento más importante de la central, depende en gran medida de las condiciones orográficas de terreno, así como también el curso de agua donde se realiza la instalación.

Por los materiales que están construidas, las presas pueden se de: tierra, mampostería, hormigón, concreto, concreto reforzado, concreto compactado (CC) y concreto compactado con rodillo (CCR), como es el caso de la Miel – 1.

El proyecto se basa en la construcción de una presa de concreto compactado con rodillo, con un rebosadero incorporado, que se ubica aguas arriba de la desembocadura del río Moro en el río La Miel. Las obras se complementan con un túnel de desviación con sus ataguías para la construcción de la presa.Para las obras de generación eléctrica se construye una conducción subterránea, una casa de máquinas conformada por tres cavernas, que se encargan de los procesos de generación, transformación y oscilación; un túnel de fuga que restituye las aguas al río, más o menos a 4Km aguas abajo de la presa.La geología del sitio muestra un cañón profundo y estrecho con pendientes pronunciadas, superiores a 45°. Las rocas del sitio del proyecto tienen una composición mineralógica donde predomina el gneis micáceo, duro y fresco con intercalaciones de cuarcita.

Características de la presa y del rebosadero.

Altura de la presa 188m

Ancho de la cresta 8m

Longitud de la cresta 341m

El rebosadero

Los aliviaderos son elementos vitales de la presa que tiene como misión liberar parte del agua detenida sin que esta pase por la sala de máquinas. Se encuentran en la pared principal de la presa y pueden ser de fondo o de superficie. La misión de los aliviaderos es la de liberar grandes cantidades de agua.Para evitar que el agua pueda producir desperfectos al caer desde gran altura; los aliviados se diseñan para que la mayoría se pierda en una zona que se encuentra en el pie de la presa, llamada de amortiguación.

El rebosadero será una estructura tipo rápido con salto de esquí, apoyado sobre la cara aguas abajo del cuerpo de la presa. Serán 65m en la apertura sobre la cresta y 32.50 m en el labio de salida del deflector. A ambos lados se tendrán muros convergentes como limitantes. No se realizaran compuertas de regulación, lo cual optimiza el manejo de las crecientes, al permitir solo el paso de las aguas realmente excedentes.Los muros laterales, convergentes varían en altura desde 5m en la cresta, hasta 4m en la parte final en el bloque deflector. La convergencia, diseñada y ensayada en los modelos hidráulicos elaborados para optimizar el diseño de dicha estructura, han permitido concluir que el chorro de las crecientes mayores no solo se afecta de la fundación de la presa, sino que choca contra el fondo del cauce en un tramo largo (150m de longitud aproximadamente). Lo cual disminuye sin duda los efectos de socavación por impacto.Esta situación hace que los riesgos asociados a los chorros durante las descargas de las crecientes se anulen, al trasladar sus efectos a una zona aguas abajo de la fundación de la presa, donde no tienen influencia sobre la estabilidad de la estructura. Obras paralelas · Obras de desviación

Con el fin de tener una zona seca para la construcción de la presa, el río se desvía alrededor del sitio de fundación de la misma a través de un túnel principal, localizado en el estribo derecho (margen derecha del río), que junto con la ataguía, permitirá descargar crecientes de hasta 10 años de periodo de retorno, equivalentes a un caudal de 1600m/s.

· Obras de captación

La toma de agua de las que parten varios conductos hacia las tuberías, se hallan en la pared anterior de la presa que entra en contacto con el agua embalsada. Estas tomas además de unas compuertas, para regular la cantidad de agua que llega a las turbinas, poseen unas rejillas metálicas que impiden que elementos extraños como troncos, ramas, etc., puedan llegar a los alabes y producir desperfectos.

El canal de derivación se utiliza para conducir agua desde la prensa de derivación hasta las turbinas de la central. Generalmente es necesario hacer la entrada a las turbinas con turbinas forzadas siendo por ello preciso que exista una cámara de presión donde termina el canal y comienza la tubería.

Debido a las variaciones de carga del alternador o a condiciones imprevistas se utilizan las chimeneas de equilibrio que evitan las sobrepresiones, o comúnmente llamado golpe de ariete. Cuando la carga de trabajo de la turbina disminuye bruscamente se produce una sobrepresión positiva, ya que el regulador automático de la turbina cierra la admisión de agua.

La chimenea de equilibrio consiste en un pozo vertical situado lo más cerca posible de las turbinas. Cuando existe una sobre presión de agua encuentra menos resistencia para penetrar al pozo que a la cámara de presión de las turbinas haciendo que suba el nivel de la chimenea de equilibrio. En el caso de depresión ocurrirá lo contrario y el nivel bajará. Con esto se consigue evitar el golpe de ariete. La bocatoma y el conducto de agua están ubicados en al margen izquierda del río La Miel. En su parte inicial el sistema de toma está compuesto por una estructura de captación, un tramo de túnel a presión y un pozo de compuertas de control, incluyendo las transiciones de control requeridas.La estructura de captación es una caja de concreto armado, con una losa superior y pilares, entre los cuales se alojan las rejas coladeras.El control del túnel de carga se realiza mediante la operación de una compuerta plana de operación, apoyada por otra compuerta de guarda, instalada en un pozo vertical ubicado a 68m de la entrada.· Las cavernas Las cavernas son de las estructuras de mayor importancia dentro del funcionamiento de una presa hidroeléctrica, pues allí se alojan las turbinas que son movidas por el agua y los equipos que convierten la energía mecánica en energía eléctrica.La central subterránea se localiza en la margen izquierda del rió la Miel y consta de las siguientes cavernas, de aguas arriba hacia aguas abajo.

Caverna de transformadores Caverna de máquinas Caverna de oscilación

La caverna de máquinas tiene 19.5m de ancho, 86.7m de longitud y 38.8m de altura, y alojará 3 turbinas Francis que son las más adecuadas en centrales de saltos intermedios y caudales variables, la regulación de velocidad se consigue mediante la válvula de aguja del inyector que es la encargada de variar el flujo del agua que llega a los alabes o cucharas de la turbina de una manera automática para conseguir que la velocidad de giro sea constante, pero la actuación del elemento de control se realiza sobre el distribuidor, variando el flujo de agua del rodete, consiguiéndose de esta manera que la velocidad se estabilice independientemente de las variaciones de la carga.

Turbina tipo Francis.

La turbina esta acompañada con sus respectivos equipos. El alternador, o grupo de alternadores acoplados al eje de la turbina genera una corriente alterna de alta intensidad y baja tensión, esta corriente posteriormente pasa a un transformador que la convierte en alta tensión y baja corriente, apta para su transporte a grande distancias con un mínimo de pérdidas.

La caverna de máquinas contará con ventilación permanente y forzada a través de un pozo vertical conectado con la superficie, localizado al nor-occidente de la caverna. Esta está equipada con dos puentes-grúas de capacidad de 150 ton cada uno, con una posibilidad de funcionar en tándem, apoyados sobre vigas que tienen columnas de apoyo adosados a las paredes de la caverna.

La caverna donde se encuentran los transformadores se ubica 19m aguas arriba de la caverna de máquinas. Los cables secos de 230Kw que salen de los transformadores, subirán al exterior por medio de una galería y de un pozo, hasta un puente-pórtico construido en la ladera de la montaña. De este puente- pórtico saldrán dos líneas aéreas, una de circuito sencillo y otra de doble circuito, hasta el patio de conexiones localizado en la cota 734 m.s.n.m de la margen izquierda del río.La caverna de oscilación está localizada aguas abajo de la caverna de máquinas y servirá para permitir que se acumule parte de las aguas que han pasado por las turbinas (turbinadas) y amortiguar así los efectos de las transientes de presión ocasionados por la operación de apertura de las válvulas de las máquinas. La caverna de oscilación cuenta con 52.2m de longitud, 15.2m de ancho y 46.6m de altura.

El túnel de acceso a la central subterránea tiene una longitud de 1.162Km y una sección de 8m de ancho por 6.5m de altura. El portal de entrada está ubicado en el cañón del río, aguas debajo de la presa en la cota de 318 m.s.n.m. Túnel de descarga El túnel de descarga, también denominado de fuga está en la margen izquierda del río La Miel y devuelve las aguas utilizadas para la generación de energía, al río.Este se inicia a continuación de la unión triple localizada debajo de la caverna de oscilación, mediante una estructura convencional de concreto con una longitud total de 4.1Km. En general tiene una sección de 9.05 x 9.00m, una solera de concreto y revestimiento. Se excavaron dos ventanas de construcción, a través de las cuales se establecieron varios frentes de trabajo para la construcción del túnel. Los dos tramos del túnel tienen una ligera pendiente descendente hasta la intersección con la ventana para facilitar el desagüe durante la construcción o en el caso de una inspección.En la salida del túnel se construirá una estructura de concreto reforzado con guías para tablones metálicos. El fondo de esta estructura está por debajo del cauce del río. Por las características de las máquinas, el tubo debe funcionar siempre a tubo lleno (flujo confinado) y por lo tanto se deben prever protecciones contra inundación desde el río durante la etapa de la construcción. La excavación Como toda la maquinaria de generación se instala en el subsuelo, es de vital importancia contar con buenos métodos para agilizar las obras y garantizar la seguridad de los trabajadores y que se conserve las características de estabilidad del suelo aledaño y la estructura geológica que será albergue de los equipos.El método de excavación empleado es el de detonaciones sucesivas, donde cada ciclo incluye:

· Perforación de barrenos mediante el equipo comúnmente llamado Jumbo.· Colocación de la carga de dinamita.· Detonación.· Retiro y transporte de material resultante.

La cuadrilla de excavación va seguida de por otro grupo encargado de colocar el concreto neumático lanzado vía seca o húmeda (según la humedad del sitio), los pernos y los soportes metálicos necesarios para estabilizar la roca. En general, los túneles son excavados primero en su sección superior (bóveda) y luego se realiza el banqueo, es decir la excavación de la parte inferior. Novedades en el ámbito de la ingeniería aplicadas en la obra Lo destacado del proyecto, además de su capacidad para la generación eléctrica y su altura que está batiendo record, es la utilización de técnicas que están a la vanguardia dentro del uso de maquinaria, de los métodos constructivos y del uso de materiales, relativamente modernos; que no-solo son innovadores en Colombia sino que se encuentran dentro de los nuevos desarrollos en la técnica de la construcción de las nuevas estructuras hidroeléctricas a nivel mundial.

1. Uso del Concreto Compactado con Rodillo Enriquecido (ME – CCR por sus siglas en inglés)Se determinó el uso de ME – CCR con base en estudios de campo desarrollados previamente en el lugar de construcción de la presa, se encontró que este reunía las mejores condiciones

de resistencia mecánica, de permeabilidad, de deformación y de optimización de los sistemas constructivos.2. Sistema de bandas y torre-grúa en cañón estrecho.La torre-grúa usada para la colocación del CCR directamente en la superficie de la presa consta de un sistema de bandas transportadoras con capacidad máxima de 400m3/h y una velocidad de 4m/s, y que está operando bajo condiciones de humedad altas y en un terreno de grandes pendientes, donde se dificulta el uso de cierto tipo de maquinaria.

Torre-Grúa 3. La torre grúa (Tower- Crane)Es la primera vez que se usa en Colombia una maquinaria de esta magnitud. La torre tiene 230m de altura, diseñada para levantar 25ton mediante un brazo de 100m. La torre se usa para levantar equipos, materiales, personal, mortero de pega en la totalidad de las instalaciones. Es destacable que en estos proyectos se tejen relaciones estrechas entre importantes disciplinas que son básicas para la ingeniería ambiental y la ingeniería civil tales como la hidráulica, la hidrología, las obras civiles, ecología.La verdadera importancia que proyectos de esta magnitud encierran están condicionados a los estudios previos sobre los impactos ambientales, culturales y sociales tengan para la zona afectada.Es este un proyecto de grandes beneficios económicos para el país, pero debe de revaluarse las gravísimas implicaciones que proyectos de esta magnitud generan, pues así se cumpla con todas la formas legales, no se están considerando efectos negativos en el ambiente, pues estos se contrarrestan con la ventajas económicas que trae el proyecto, según dicen los ejecutores e impulsores de la obra. Es hora de realizar un balance de la efectividad de los grandes y medianos proyectos hidroeléctricos en el tiempo, este es un tema en boga para la dirección de la construcción de hidroeléctricas en el mundo, los proyectos de mediana envergadura, como el caso de La Miel – 1, que no tiene una área gigante de inundación, ni afecta un río navegable, cosa que no generan tantos traumatismos sociales, económicos, ni ecológicos, son en realidad el punto de equilibrio de la generación de energía eléctrica si se realizan con un adecuado estudio preliminar en el cual no se tengan aspectos predominantes,

sino que se realice un balance equitativo de todas sus implicaciones. También debe examinarse con más detalle si estos proyectos de mediano tamaño, en ecosistemas frágiles están tomando en cuenta los impactos que causa el represamiento de un curso de agua, es decir el caudal remanente, decisiones que son vitales para asegurar la estabilidad de los ecosistemas.

Bibliografía

www.asocreto.org.co

www.isagen.gov.co

www.chec.gov.co

www.oni.esculas.edu.ar

www.novanet.it/vvol/scuola/

www.ideam.gov.co

Noticreto, la revista de técnica y la construcción. Número 58.STREETER, Víctor. Mecánica de fluidos. MacGrawHill.

Hugo Andrés Santamaría Rendón

Central Hidroeléctrica Miel I

La central Miel I, localizada en el municipio de Norcasia, forma parte del potencial hídrico del oriente del departamento de Caldas, región conformada por las cuencas de los ríos Guarinó, La Miel, Moro, Manso, Samaná Sur y afluentes menores como los ríos Pensilvania y Tenerife. La Central tiene una capacidad instalada de 396 MW (Megavatios) en tres unidades. Inició su operación comercial en diciembre de 2002.Desde el 2010 la Central cuenta con el Trasvase Guarinó en operación comercial, el cual aumentó la capacidad de generación de la Central en 308 GWh/año (gigavatios hora por año). En 2013 inició la operación del Trasvase Manso, el cual aumenta la capacidad de la Central en 104 GWh/año.Para la conexión al Sistema de Transmisión Nacional (STN), la energía se evacua hacia la subestación Miel I a 230 kV.La presa Patángoras está construida sobre el río La Miel. Es una estructura del tipo gravedad en concreto compactado con rodillo con 188 metros de altura (la segunda más alta del mundo) y 340 metros de longitud en la corona, formando el embalse Amaní (1.220 hectáreas), con una capacidad de almacenamiento de 571 millones de metros cúbicos.Características técnicas

588 KBTrasvase GuarinóSe encuentra localizado en el departamento de Caldas, en límites con el departamento del Tolima, sobre la vertiente Oriental de la Cordillera Central, en la cuenca media baja del río Guarinó, a la altura del municipio de Victoria.El Trasvase Guarinó inició su operación comercial en 2010. Las obras están conformadas por una presa en concreto hidráulico sobre el río Guarinó con una altura aproximada de 7 metros, las estructuras de la bocatoma, un canal de aducción, un canal de limpia, estructuras para el paso del caudal ecológico y un túnel de trasvase de 3.378 metros de longitud.La captación y el túnel de trasvase están ubicados en el sitio de mayor proximidad entre los ríos Guarinó y La Miel, en jurisdicción de la vereda Cañaveral, localizada aproximadamente a 29 kilómetros aguas arriba de la desembocadura del río Guarinó en el río Magdalena. El portal de salida del túnel de trasvase se encuentra próximo al cauce del río La Miel.Trasvase MansoSe encuentra localizado en el departamento de Caldas, en límites de los municipios de Samaná y Norcasia, en la vertiente Oriental de la Cordillera Central y consiste en trasvasar parte de las aguas del río Manso hasta el embalse Amaní de la Central Hidroeléctrica Miel I a través de un túnel.

Las obras del Trasvase Manso están conformadas por una pequeña presa en concreto sobre el río Manso y un túnel de 4.015 metros, para conducir las aguas trasvasadas del río Manso hasta la quebrada Santa Bárbara y luego al embalse Amaní de la central Miel I.Adicionalmente, el Trasvase incluye una vía para acceder al portal de salida del túnel. Esta vía posee dos puentes, uno sobre la quebrada Montebello y otro sobre la quebrada Soto.

http://www.isagen.com.co/metaInst.jsp?rsc=infoIn_centralMiel1