Geología y geotecnia durante el proceso constructivo de las centrales hidroeléctricas

La construcción de centrales hidroeléctricas hoy por hoy constituye el cambio más emblemático de la matriz energética instaurado en muchos países de Sur América, distribuidas en la vertiente Amazónica y otras cuantas, hacia la vertiente del Pacífico, aprovechando los recursos hídricos como fuentes de energía renovable no contaminante. Representando así, un punto de partida hacia la sostenibilidad energética e instaurando una de las condiciones habilitantes necesarias para el desarrollo de los países.
Detrás de la construcción de las centrales hidroeléctricas, existe todo un equipo multidisciplinario en áreas como la ingeniería civil, arquitectura, ingeniería eléctrica, ingeniería mecánica, ingeniería electrónica, ingeniería ambiental y por supuesto la ingeniería geológica, entre otras.

En la fase constructiva de una central hidroeléctrica, la geología y geotecnia juegan un papel determinante en cada frente de obra, por ser las herramientas técnicas que permiten precisar el contexto geológico como tipos de rocas, contactos litológicos, fallas geológicas, aguas subterráneas, entre otros, y su comportamiento geomecánico como grado de resistencia, grado de meteorización, grado de fracturamiento, estado de discontinuidades, estado tenso-deformacional y demás factores que interactúan con las obras constructivas de una central hidroeléctrica.
Un claro ejemplo es el caso del corazón mismo de una central hidroeléctrica, como es la casa de máquinas, y de ser subterránea, ésta constituye una inmensa caverna al interior del sustrato rocoso, que requiere una gran cantidad de trabajos, mismos que demandan de un correcto mapeo geológico-geotécnico.

Así, desde el primer paso en la excavación, dependiendo del contexto geológico y de su comportamiento geomecánico, se diseña el esquema de voladuras y longitud de avance de excavación. Una vez llevada a cabo la fase de voladura, el mapeo geológico-geotécnico basado en distintos métodos de clasificación geomecánica de carácter empírico, permite determinar en cada ciclo de excavación la calidad geotécnica del macizo rocoso y con ello, establecer los sistemas de sostenimiento idóneos para el control de deformaciones de la roca, roturas y caída de rocas, filtraciones de agua, entre otros de riesgo, de tal forma que se garantice la integridad física de la obra subterránea y del personal que labora en su interior.
Los trabajos geológico-geotécnicos no terminan ahí, pues es necesario plasmar en mapas, cortes, secciones abatidas e informes, todos los detalles geológicos y geotécnicos de las obras, tanto en superficie como en subterráneo, además de un exhaustivo proceso de monitoreo geotécnico mediante instrumentos de medición que permiten evaluar las condiciones o estado de las obras y su interacción con el entorno geológico.

Un eficiente levantamiento geológico y geotécnico durante el proceso constructivo, marca literalmente el cimiento favorable sobre el cual se emplazarán todas las obras de ingeniería que atañen a una central hidroeléctrica como presa, casa de máquinas, túneles de carga y descarga, túneles de acceso, y demás; así mismo, marcará en gran medida el tiempo de vida útil y la seguridad de dichas obras. Por el contrario, datos geológico-geotécnicos erróneos podrían desatar graves eventos como colapso de túneles, deslizamiento de taludes, hundimientos o subsidencias, infiltraciones, entre otros, lo que acarrearía como consecuencia la pérdida de vidas humanas y cuantiosas pérdidas económicas.
Pese a que el rubro económico por trabajos de geología y geotecnia durante la fase constructiva de un proyecto hidroeléctrico bordea entre el 5% y 10% del monto total de inversión (según comunicación personal del departamento de programación y control del proyecto hidroeléctrico Minas – San Francisco, año 2018), estos trabajos representan la base para la ejecución constructiva de las centrales hidroeléctricas.
Sensor Vital, dentro de sus competencias y capacidades técnicas, contempla la asistencia técnica y prestación de servicios especializados en el ámbito de la geología, la energía, hidrología, geofísica, hidrogeología, meteorología, entre otras, de ahí que la firma ha sido partícipe en proyectos hidroeléctricos durante la fase post-constructiva, brindando soporte técnico, colaborando con las entidades pertinentes en la toma de decisiones para solventar los escenarios identificados.

Nuestro proyecto de automatización para un sistema de monitoreo geotécnico, el cual consistió en adquirir datos de frecuencia y temperatura de sensores ubicados en los frentes de Casa de Máquinas, Embalse y Captación.

Ante esta problemática se propuso un sistema que adquiere datos mediante un equipo cerebro (Datalogger) que comanda equipos multiplexores, los cuales seleccionan el sensor a medir de acuerdo a la programación realizada; estos datos adquiridos pueden ser observados y trabajados al instante desde un ordenador ya que el sistema permite una conexión a una red existente en el sector, evitando de esta manera que el personal tenga la necesidad de realizar la medición y obtención de los datos en campo.

Se optó por realizar primero una inspección general en campo para conocer los lugares a intervenir y establecer los procesos a seguir en los trabajos, manteniendo de esta forma una correcta instalación del sistema.

En el proyecto se contempla intervenir en tres frentes de trabajo: Casa de máquinas, Embalse y Captación, en estos sitios se encuentran distribuidos los sensores que se van a utilizar para el proyecto.

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Estas cajas que permiten seleccionar y obtener los datos de los sensores son las que se van a cambiar por el sistema automatizado; de acuerdo a la información proporcionada por el personal de la hidroeléctrica y la inspección realizada se contabilizó 19 gabinetes distribuidos por la central.

De acuerdo a la inspección y planificación se estableció dividir al proyecto en 4 fases de instalación del sistema que se enlistan a continuación:

  • Fase 1: Instalación de infraestructura y obra civil.
  • Fase 2: Tendido de cable eléctrico y fibra óptica.
  • Fase 3: Instalación de Tableros con instrumentación.
  • Fase 4: Conexión del sistema a la red de datos de la central hidroeléctrica.

Al tener un panorama general de la manera en la que se va intervenir en la central para ejecutar el proyecto se procedió con el inicio de la obra.

Fase 1: Instalación de Infraestructura y Obra Civil

Como primera fase de este proyecto se tiene la parte civil que consiste en la instalación de tubería IMC y tubería corrugada en los tres frentes de trabajo: Casa de máquinas, Embalse y Captación, debido a que esta estructura albergará al cable eléctrico necesario para energizar los tableros de instrumentación y a la fibra óptica necesaria para las comunicaciones a realizar en el proyecto.

Fase 2: Tendido de Cable Eléctrico y Fibra Óptica

Con la tubería Instalada se procede a realizar el pasado de cable eléctrico y Fibra óptica, siguiendo los recorridos establecidos por la obra civil, desde gabinetes de instrumentación hasta gabinetes de comunicación y eléctricos.

Fase 3: Instalación de Tableros con Instrumentación

Concluida la fase de cableado y pasado de fibra hasta los gabinetes, es posible colocar los tableros con instrumentación en los gabinetes, luego de instalarlos se procede al cableado de sensores.

Terminada la instalación de los tableros, la instrumentación con los sensores de la central se procede a la última fase.

Fase 4: Conexión del Sistema a la Red de Datos

Para poder realizar la comunicación de los gabinetes con la red de datos con la que cuenta la central hidroeléctrica es necesario instalar primero los equipos de comunicación en los gabinetes.

Luego de instalar los equipos se realizan las conexiones internas entre los equipos de comunicación incluida las fusiones de la fibra que deben realizarse. Luego de configurar los datalogger para que se puedan conectar a la red de sensoes se culmina con la conexión a la red de datos, esto se verifica con el software asignado para estas pruebas, a continuación, se observan fotos de las instalaciones.

Culminado el proyecto se puede indicar:

    • El sistema se encuentra funcional en la parte operacional en su totalidad con base a las normas y regulaciones asignadas al proyecto.
    • La comunicación entre gabinetes y data center se encuentra activo con todos los gabinetes instalados en los tres frentes de trabajo, generando una transmisión de datos adecuada para la toma de decisiones.
    • Existe evidencia de desconexión de ciertos gabinetes, en especial del sector de Captación debido a que los operadores tienden a desconectar la alimentación eléctrica de donde se energizan los gabinetes, cortando la comunicación con la data center, pero sin impedir la adquisición de datos debido a que el sistema cuenta con un sistema de respaldo solo para la adquisición de datos y que solamente Sensor Vital ofrece garantizando el servicio.