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domingo, 27 de marzo de 2016

Central hidroeléctrica El Chocón

La Central hidroeléctrica El Chocón está ubicada sobre el Río Limay,  a una distancia de 80Km aguas arriba de su confluencia con los ríos Neuquén y Negro. El Río Limai es quien marca el límite entre las provincias de Neuquén y Río Negro.
El propósito de la obra fue la generación de energía eléctrica y la regulación de crecientes del Río Limay. Ver Fig.1.

Fig. 1 – Ubicación geografica del embalse El Chocón (en las Provincias de Neuquén y Río Negro)

Descripción general
Las obras del Aprovechamiento de El Chocón se componen de una Central Hidroeléctrica, una Presa de material granular y núcleo impermeable, un Vertedero con 4 compuertas radiales, una Obra de Tomas y Tuberías Forzadas.
La energía eléctrica es producida por seis generadores de 200 MW cada uno, accionados por las correspondientes turbinas hidráulicas de 204 MW, impulsadas a su vez por el agua que llega a sus álabes mediante tuberías forzadas, con una capacidad máxima total de evacuación de 2.400 m3/s. La generación media anual de proyecto es de 3.350 GWh.
La Presa (Fig.2 y Fig.3)
La presa (o represa) es de materiales sueltos granulados, empotrada en las laderas del río, con un núcleo impermeable de arcilla compactada, inclinado hacia aguas abajo*, del tipo llamado “de tierra”. Mide 2.400 m de largo (en el coronamiento) y 87m de altura máxima con respecto a la fundación y 71m con respecto al lecho del río, en el tramo que está sobre el cauce del río, el que abarca algo más de 900 m de longitud. La mayor parte de la longitud restante queda en la margen izquierda del río, donde la presa tiene una altura menor (no supera los 40m). El estribo derecho de la represa es el más alto y en él se encuentra ubicado el vertedero. El núcleo, ubicado centralmente, está fundado en la roca e inclinado hacia aguas abajo en la mayor parte de su altura.
También la presa es considerada del tipo “de gravedad”, ya que se sustenta por su propio peso. 
Las presas de materiales sueltos son presas de gravedad en las que materiales provistos por la naturaleza no sufren ningún proceso químico de transformación, siendo tratados y colocados mediante procedimientos de compactación propios de la mecánica de suelos. En su composición intervienen piedras, gravas, arenas, limos y arcillas, siendo denominadas como “presas de escollera” cuando más del 50 % del material está compuesto por piedra y “presas de tierra” cuando el volúmen principal de la presa son materiales de granulometrías más pequeñas (arcillosos, arenosos, o gravas de grano fino).
* Ver también la Fig.4
Al lago, formado por la presa, se lo llamó Ezequiel Ramos Mejía y tiene 816 Km ² de superficie y un volúmen de 20.200Hm³.
El volúmen de materiales que componen la presa es de 13.000.000 m³.

Fig. 2 – Complejo hidroeléctrico El Chocón. Vista panorámica desde la Provincia de Río Negro.
En la Fig.3 se puede observar una vista esquemática en planta de toda la represa El Chocón.

Fig. 3 – Vista en planta de represa El Chocón
Corte transversal de la represa
En la Fig.4 se puede observar un corte transversal de la represa El Chocón en su parte más alta. Los números con sub-índices en letras minúsculas, en las leyendas ubicadas en la parte superior izquierda de la figura y en el interior de ella, nos indican los nombres de las distintas partes que componen la estructuara interna de la presa. Así, por ejemplo, el Nº1 nos está indicando cual es el núcleo de arcilla impermeable.
También nos muestra las cotas, con respecto al nivel del mar, de los niveles máximos y mínimos  del lago, esperados según proyecto y el nivel de la fundación y de coronación también con respecto al nivel del mar.
Si restamos a la cota de coronación el valor de la cota de la fundación, indicadas en la figura, tendremos:
386,00m – 299,00 = 87 m, que es el valor que habíamos especificado anteriormente para la altura de la presa con respecto a la fundación.

Fig.4 – Corte transversal de la represa El Chocón
Obra de Toma y Tuberías Forzadas
La estructura de la Obra de Toma fue construida en su mayor parte de hormigón armado in situ, aunque se utilizaron premoldeados como vigas y losas del muro de protección aguas arriba sobre el nivel 363.50 m y en las losas de la parte superior de la estructura de toma.
Las tuberías Forzadas incluyen seis tomas de agua que se comunican con las seis turbinas mediante sendos túneles, cavados en la roca, revestidos con hormigón y acero.
Cada una de las aberturas de toma está provista de rejas y compuertas tipo vagón con rodadura de oruga, con la función de compuerta de emergencia. La operación de dichas compuertas es automática cuando se presentan problemas mecánicos urgentes en los turbogrupos.
Las compuertas de emergencia se encuentran vinculadas a servomotores oleohidráulicos comandados
con un sistema de control, que permite una adecuada vigilancia de la tubería.
La central hidroeléctrica es exterior a la represa, ubicada “a pie de presa”, de tipo convencional, emplazada en la barranca izquierda del río.
En la Fig.5 se puede ver un corte transversal de obras de toma, represa y Central.

Fig.5 – Corte transversal de obras de toma,  represa y Central
Composición de fuerzas en una presa de gravedad

Fig.6 – Suma vectorial de la fuerza de empuje del agua
sobre la represa con el peso de la represa
Si llamamos E a la fuerza de empuje del lago sobre la represa y P al peso de la represa de gravedad y las sumamos, como se muestra en la Fig.6, si la relación entre la magnitud de las fuerzas es adecuada (P>E), la resultante caerá sobre la fundación de la represa y será absorbida por esta, por lo que se requieren terrenos resistentes (rocosos a baja profundidad).














El vertedero
El aliviadero (o vertedero) está en la margen derecha, construído de hormigón, con compuertas radiales y una longitud total del canal de descarga de 500m. El último tramo, el de mayor pendiente, antes de llegar al río (“rápida de descarga”), finaliza en una platea de hormigón con dados disipadores de energía, para evitar que la salida del agua impacte con violencia sobre el río al salir, erosionando el lecho. La capacidad de descarga del vertedero (caudal máximo de descarga) es de 8.000 m³/seg., a través de 4 compuertas radiales de 15.5 m de altura, 16.5 m de ancho y 80 t oneladas de peso, accionadas por cadenas motoreductores sobre sistema de eje eléctrico. Ver Fig. 7 y Fig.8.

Fig.7 – Vista panorémica del vertedero en pleno funcionamiento desde aguas abajo de la presa


Fig.8 – Vista de las 4 compuertas del aliviadero, vistas desde el canal de descarga

La Central
El agua, proveniente de la obra de toma, llega a los álabes de cada una de las 6 turbinas Francis de eje vertical, de 278.000CV (204,5 MW) de potencia nominal,  por medio de su respectiva tubería forzada, entregandoles la energía cinética obtenida del salto  nominal de 58,4 m de altura. Cada una de las 6 turbinas entrega su energía mecánica de rotación a cada uno de los 6 generadores eléctricos marca Siemens, de una potencia nominal de 200MW cada uno, que generarán una tensión trifásica de 16KV de salida.
Las salidas de los generadores están conectadas en paralelo de a pares. Cada par de generadores en paralelo se conecta a uno de los 3 bancos de transformadores monofásicos existentes en la central. Cada banco de transformadores monofásicos se compone de 3 transformadores monofásicos conectados su primarios entre si y sus secundarios entre si, de modo que constituyen un transformador trfásico con nucleos de hierro separados. La entrada trifásica de 16KV de cada banco monofásico es elevada por este a 500KV a su salida. La potencia aparente de cada banco es de 540MVA.
La central El Chocón entrega al SADI (Sistema Argentino de Interconexión) 3 salidas trifásicas en 500KV c/u. Para el tendido de las líneas de salida se usan 3 pórticos de hormigón armado, como se puede ver en la Fig.9, donde vemos a la central desde aguas arriba y la salida de una línea trifásica en 500KV desde cada pórtico (tres en total), correspondientes a la salida de cada uno de los tres bancos de tres transformadores monofásicos cada uno.

Fig.9 – Vista exterior de la central eléctrica El Chocón, donde se pueden observar los 3 pórticos usados para el tendido de las tres líneas de salida trifásicas de 500Kvhacia los postes del SADI.

En la Fig.10 se pueden apreciar las especificaciones técnicas de la central eléctrica de El Chocón.

Fig.10 – Especificaciones Técnicas de la Central Hidroeléctrica El Chocón
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Resumen de Datos de la Central y detalles adicionales
Central hidroeléctrica
Ubicada en la margen izquierda del río inmediatamente  aguas debajo de la Presa, cuenta con seis grupos - generadores de una potencia Total de 1.200 MW. Las turbinas son tipo Francis de eje vertical.
Dispone de 3  bancos de transformadores monofásicos de 540 MVA cada uno  que elevan la tensión de generación de 16 KV a 500 KV, siendo ésta la tensión del Sistema de Transmisión de Energía.
El edificio de la Central está cimentado sobre arenisca y las fundaciones son de hormigón armado incluyendo  la de las turbinas, túneles de entrada y tubos de aspiración.
El espaciamiento de los turbogrupos es de 28 m, siendo la longitud de la superestructura de 225 m. El ancho interno de la sala de máquinas entre  las caras interiores de los pórticos es de 24.50 m.
En el extremo norte y sur se dispone de dos amplias playas destinadas a la descarga, montaje y mantenimiento de equipos dentro de la zona de operación de los puentes grúas de la central.
La Central tiene siete juntas que separan los bloques de las máquinas y las áreas de montajes extremas.
Aguas arriba de la sala máquinas y a la intemperie se ubican los tres Bancos Monofásicos de Transformadores Principales y los pórticos de salida de las líneas de transmisión de 500 KV que vinculan la central con el Sistema Argentino de Interconexión (SADI).
Aguas debajo de la sala de máquinas se sitúan la galería de refrigeración de máquinas, tableros de 13,2 KV y 0,380 KV y en un nivel superior la Sala de Supervisión con el equipamiento necesario para la operación de las unidades generadoras de la Central El Chocón y el telecomando de las unidades generadoras de la Central Arroyito.
Turbinas
La central Hidráulica está equipada con seis turbinas de 278.000 CV de potencia nominal, cada una, con un salto nominal de 58,4 m
El agua proveniente de la  obra de toma a través de la tubería  forzada, ingresa a la cámara espiral  de cada  máquina. Las  turbinas son  del  tipo Francis de eje vertical, giran  a 88.3 rpm en sentido horario y  cuentan  con  dos cojinetes: uno superior de empuje  y  guía  ubicado  debajo  del  generador y  otro de guía inferior próximo al rodete.
El tubo de aspiración que completa el circuito hidráulico de la turbina, posee blindajes en zona inferior próxima al rodete para protección contra erosión.
Los generadores acoplados a las turbinas son del tipo polos salientes, generan en 16 KV y esta tensión es elevada a 500 KV en los transformadores principales
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Fig. 11 – Vista del Chocón desde la Prov. de Neuquén


Fig.12 – Obra de toma, Central, y Póticos de salida de 3 líneas trifásicas

Fig.13 – Salidas de los bancos de transformadores monofásicos hacia los pórticos


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