Aplicación de HEC-RAS 4.0 en el cálculo del comportamiento hidráulico del rechazo de carga en mini- y pequeñas centrales hidroeléctricas

Una falla eléctrica o mecánica en una central hidroeléctrica inicia un evento que se llama rechazo de carga, el cual puede causar dos efectos transitorios en la central: golpe de ariete en los conductos cerrados (la tubería de presión) y una onda transitoria en el canal de aducción. Los métodos para calcular el golpe de ariete son muy estudiados y conocidos (Audisio, 2004, Tullis, 1989). Sin embargo, no existe mucha experiencia y falta una metodología para el análisis y control de la onda transitoria en los canales abiertos. Dichas ondas transitorias pueden dañar las obras civiles, además de arriesgar a personas y propiedades adyacentes. Se presenta HEC-RAS 4.0 como programa computacional de distribución libre (www.hec.usace.army.mil) para el diseño de los componentes hidráulicos del sistema de aducción y para realizar un análisis de sensibilidad en “steady state” (flujo no variable), así como también para el análisis de ondas transitorias.

Se presenta un ejemplo del análisis de una PCH (Pequeña Central Hidroeléctrica) de alta caída ubicada en la región del Bío Bío en Chile, con una potencia de 7.0 MW, una caída bruta de 245 m y un caudal de diseño de 3.5 m3/s. Primero se realiza un análisis de sensibilidad para evaluar los efectos de variación en el acabado del canal (afectando el coeficiente de rugosidad Manning n) y variaciones de caudal. Con HEC-RAS 4.0, se verifica que para caudales y rugosidades iguales o menores que los asumidos, el diseño actual del sistema de aducción es el adecuado; mientras que para valores mayores que los actuales, el canal se desborda. Posteriormente, se realiza un análisis de la onda transitoria, se simplifica la condición de borde aguas abajo (la entrada de la tubería de presión), suponiendo un cierre instantáneo y verificando que dicha simplificación sea razonable. Después, se evalúan dos alternativas para mitigar la onda con las soluciones de aumentar la altura de los muros del canal y la cámara de carga, empleando un vertedero de excedencias en la cámara de carga.
 
El ejemplo muestra la utilidad de HEC-RAS 4.0 para analizar problemas de ondas transitorias en centrales hidroeléctricas. No existen otras metodologías en la literatura para el análisis de dichos problemas. En este sentido, HEC-RAS 4.0 tiene la ventaja de estar disponible sin costo y contar con una buena documentación de apoyo.



Copyright: © CINER
Quelle: E & D 36 (Agosto 2010) (August 2010)
Seiten: 5
Preis inkl. MwSt.: € 2,50
Autor: Ing. Daniel B. Wright
Juan Marcus Schwenk

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