ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN ÚTIL
En el diseño de un vaso de almacenamiento, en particular su volumen útil, el cual es volumen de agua almacenado entre el NAMO y el NAMINO, es necesario contar con: a. Topografía del sitio.- imágenes raster, cartas topográficas vectorizadas o modelos digitales de elevaciones. Con ellos se determina la curva E – A – C (Elevaciones, Áreas y Capacidades) del vaso
ELEVACIÓN Msnm 421.5
ÁREA km2 0.00
VOLUMEN Mm3 0.00
480
70.00
1 097.91
495
107.00
1 631.66
500
150.00
2 379.53
505
250.00
3 649.13
510
300.00
4 918.73
515
357.00
6 706.73
519
410.00
8 358.37
520
414.00
8 770.03
525
470.00
11 123.60
530
529.00
13 766.80
533
594.00
15 549.20
535
600.00
16 737.40
535.4
610.00
17 101.20
b. Registros hidrológicos históricos (escurrimientos, evaporaciones, precipitación), c. Registros del transporte de sedimentos para el cálculo del volumen de azolves y la vida útil de la presa. *Nota.- a mayor cantidad de registros, la estimación de los niveles y volúmenes de operación es más fiable
Métodos empíricos En los últimos años los métodos de planeación, diseño y operación de las obras de aprovechamientos hidráulicos, han cambiado considerablemente, por tal motivo la clasificación de los procedimientos de diseño desde la propuesta por Yevjevich en 1972, en métodos empíricos, experimentales y analíticos, hasta una de las más recientes que corresponde a McMahon y Mein, en métodos de periodo crítico, los cuales son procedimientos basados en datos generados y criterios derivados de la teoría de Moran o de la Matriz de probabilidades.
Método de W. Rippl o Método de la Curva masa Los métodos introducidos por W. Rippl en Inglaterra en 1883, están basados en la aplicación de la curva masa, la cual es la integral en tiempo de los escurrimientos y representa el volumen que ingresa al embalse durante cierto tiempo. La distancia vertical entre dos tangentes a la curva masa representa el volumen de almacenamiento necesario para regular las aportaciones o capacidad requerida, y permitir una demanda continua durante ese periodo, como se muestra en la figura Cuando la extracción, incluyendo las perdidas [infiltración y evaporación], es igual al volumen escurrido medio anual, se obtiene el aprovechamiento máximo.
𝑡
𝑣 = ∫𝑡 2 𝑄 𝑑𝑡 1
El método de la curva masa presenta la ventaja fundamental de incluir la estacionalidad y la correlación serial de los escurrimientos. Sin embargo, tiene como desventajas el utilizar los registros históricos, considerar el embalse lleno al inicio, no considerar las pérdidas por evaporación ni el uso de probabilidades de falla. Los métodos analíticos intentan resolver las ecuaciones exactas que relacionan la distribución de probabilidades de los escurrimientos partiendo del modelo de comportamiento de los déficits, excedentes y rangos. Dichos métodos parten de la derivación matemática de las propiedades exactas, asintóticas de las variables asociadas con el problema de la relación capacidad – demanda –confiabilidad Estimación del Volumen Útil
Componentes del Funcionamiento de Vaso Para simular el funcionamiento de un vaso se emplea la ecuación de continuidad, que expresada en un intervalo de tiempo dado es: 𝐸 − 𝑆 = ∆𝑉
Donde E =volumen de agua que entra al vaso durante intervalo Δt, en mm3 S=volumen de agua que sale del vaso durante el mismo intervalo, en mm3 ∆𝑉 =variación del volumen almacenado en el vaso durante el intervalo Δt, en mm3
Componentes de un Vaso de Almacenamiento. Los principales componentes de un vaso de almacenamiento se muestran en la figura
I. NAMIN.- (Nivel de Aguas Mínimas). Es el nivel de agua mínimo que puede alcanzar el embalase, ubicado en la misma elevación que el nivel de la obra de toma. II. NAMINO.- (Nivel de Aguas Mínimas de Operación). Determina el nivel mínimo en el que puede operar la presa para satisfacer una cierta demanda, el cual en el caso de las hidroeléctricas está determinado por el rango de operación de las turbinas. Para su cálculo se deben considerar los siguientes puntos: a. La carga mínima necesaria para que las turbinas operen bridando la eficiencia aceptable posible, b. Debe estar ubicado por encima de la obra de toma a un mínimo de 2.5 veces el diámetro de esta desde el nivel de la plantilla de la misma III. Volumen muerto.- Volumen de agua comprendido entre el NAMINO Y EL NAMIN. Se desprecia para la operación de la turbina. IV. Volumen de Azolves.- Volumen acumulado debido al transporte de sedimentos y acarreo de sólidos. La estimación de este volumen determina la vida útil de la presa, ya que cuando es sobrepasado, el sedimento se acumula, tapando completamente la obra de toma. V. NAMO.- (Nivel de Aguas Máximas Ordinarias o Nivel de Aguas Máximas de Operación). Determina el nivel máximo en el que puede operar la presa para satisfacer una cierta demanda; al sobrepasar este nivel se presenta la necesidad de derramar el agua por un vertedor. Si el vertedor no es controlado, el NAMO tiene la misma elevación que la cresta vertedora, pero en el caso de un vertedor controlado la elevación del NAMO puede ser mayor al nivel de la cresta vertedora. VI. Volumen Útil.- Volumen de agua almacenado entre el NAMO y el NAMINO, es el volumen que brinda la carga a la turbina para satisfacer las demandas.
VII. NAME.- (Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias). Nivel más alto que debe alcanzar el agua en el vaso bajo cualquier condición; cota a la cual puede llegar un almacenamiento ante la presencia de una avenida máxima, cuando el vertedor trabaja a su capacidad límite de descarga. VIII. Volumen de regulación.- Volumen comprendido entre el NAMO y el NAME, el cual tiene la función de regular las avenidas cuando el nivel del agua en el vaso se encuentre cerca del NAMO. IX. Bordo Libre.- Distancia vertical entre el nivel de la corona y el de las aguas máximas extraordinarias (NAME). El bordo libre debe de proteger a una cortina, con cierto margen de seguridad, de los efectos del oleaje generado por el viento o sismos y tomar en cuenta el asentamiento máximo de la corona.
Bibliografía: HUERTA. S (2010 .p 43,65) México
