Los seres humanos aprendieron a aprovechar la energía del agua corriente hace muchos milenios. Durante más de un siglo, la electricidad se ha generado utilizando energía hidráulica. La mayoría de la gente asocia el uso de la energía hidráulica con la construcción de represas en los ríos, pero la energía hidroeléctrica también puede generarse aprovechando las mareas.
Las operaciones de generación hidroeléctrica abarcan un vasto terreno y muchos climas, desde el permafrost ártico hasta la selva tropical ecuatorial. La ubicación geográfica de la planta generadora afectará las condiciones peligrosas que puedan estar presentes, ya que los riesgos laborales tales como insectos y animales agresivos, o incluso plantas venenosas, variarán de un lugar a otro.
Una estación hidrogenadora generalmente consta de un presa que atrapa una gran cantidad de agua, un aliviadero que libera los excedentes de agua de forma controlada y central eléctrica. Diques y otras estructuras de contención y control de agua también pueden formar parte de la central hidroeléctrica, aunque no estén directamente involucradas en la generación de electricidad. La casa de máquinas contiene canales conductores que guían el agua a través de turbinas que convierten el flujo lineal del agua en un flujo giratorio. El agua caerá a través de las palas de la turbina o fluirá horizontalmente a través de ellas. La turbina y el generador están conectados entre sí. Así, la rotación de la turbina provoca la rotación del rotor del generador.
El potencial de energía eléctrica del flujo de agua es el producto de la masa del agua, la altura a través de la cual cae y la aceleración gravitacional. La masa es una función de la cantidad de agua disponible y su tasa de flujo. El diseño de la central eléctrica determinará la altura del agua. La mayoría de los diseños extraen agua de cerca de la parte superior de la presa y luego la descargan en el fondo en un lecho de río existente aguas abajo. Esto optimiza la altura mientras mantiene un flujo razonable y controlable.
En la mayoría de las centrales hidroeléctricas modernas, los turbogeneradores están orientados verticalmente. Estas son las estructuras familiares que sobresalen por encima del piso principal en estas estaciones. Sin embargo, casi toda la estructura está ubicada debajo de lo que es visible al nivel del piso principal. Esto incluye el foso del generador y, debajo, el foso de la turbina y el tubo de admisión y descarga. Estas estructuras y los canales de conducción de agua se ingresan en ocasiones.
En centrales de época más antigua, el turbogenerador se orienta horizontalmente. El eje de la turbina sobresale de una pared hacia la central eléctrica, donde se conecta al generador. El generador se parece a un motor eléctrico de caja abierta muy grande y de estilo antiguo. Como testimonio del diseño y la calidad de construcción de este equipo, aún funcionan algunas instalaciones de principios de siglo. Algunas estaciones actuales incorporan versiones actualizadas de los diseños de las estaciones más antiguas. En dichas estaciones, el canal de agua rodea completamente al turbogenerador y la entrada se realiza a través de una carcasa tubular que atraviesa el canal de agua.
Se mantiene un campo magnético en los devanados del rotor en el generador. La energía para este campo es proporcionada por bancos de baterías de plomo-ácido o de níquel-cadmio con carga cáustica. El movimiento del rotor y el campo magnético presente en sus devanados inducen un campo electromagnético en los devanados del estator. El campo electromagnético inducido proporciona la energía eléctrica que se suministra a la red eléctrica. El voltaje eléctrico es la presión eléctrica que surge del agua que fluye. Para mantener la presión eléctrica, es decir, el voltaje, a un nivel constante, se requiere cambiar el flujo de agua a través de la turbina. Esto se hará a medida que cambien la demanda o las condiciones.
El flujo de electricidad puede provocar arcos eléctricos, como por ejemplo, en el conjunto excitador del rotor. Los arcos eléctricos pueden generar ozono que, incluso a niveles bajos, puede afectar negativamente al caucho de las mangueras contra incendios y otros materiales.
Los generadores de energía hidroeléctrica producen corrientes muy altas y altos voltajes. Los conductores de los generadores se conectan a un transformador unitario y de éste a un transformador de potencia. El transformador de potencia aumenta el voltaje y reduce la corriente para la transmisión a largas distancias. La baja corriente minimiza la pérdida de energía debido al calentamiento durante la transmisión. Algunos sistemas utilizan gas hexafluoruro de azufre en lugar de aceites convencionales como aislante. Los arcos eléctricos pueden producir productos de descomposición que pueden ser significativamente más peligrosos que el hexafluoruro de azufre.
Los circuitos eléctricos incluyen interruptores que pueden desconectar rápida e impredeciblemente el generador de la red eléctrica. Algunas unidades utilizan una ráfaga de aire comprimido para romper la conexión. Cuando una unidad de este tipo se activa, producirá un nivel extremadamente alto de ruido impulsivo.
Administración y Operaciones de la Estación
La mayoría de la gente está familiarizada con los aspectos de administración y operaciones de la estación de generación hidroeléctrica, que generalmente crean el perfil público de la organización. La administración de la central eléctrica busca garantizar que la central brinde un servicio confiable. La administración incluye el personal de oficina involucrado en funciones comerciales y técnicas, y la gestión. El personal de operaciones de la estación incluye gerentes y supervisores de planta y operadores de procesos.
La hidrogeneración es una operación de proceso pero, a diferencia de otras operaciones de proceso, como las de la industria química, muchas estaciones de hidrogeneración no tienen personal operativo. El equipo generador es operado por control remoto, a veces desde largas distancias. Casi toda la actividad laboral ocurre durante el mantenimiento, reparación, modificación y mejora de la planta y el equipo. Este modo de operación exige sistemas efectivos que puedan transferir el control de la producción de energía al mantenimiento para evitar un arranque inesperado.
Los peligros y la estructura de gestión
Las empresas eléctricas se gestionan tradicionalmente como organizaciones "de abajo hacia arriba". Es decir, la estructura organizativa tradicionalmente ha proporcionado un camino de movilidad ascendente que comienza con puestos de nivel de entrada y conduce a la alta dirección. Relativamente pocas personas ingresan lateralmente a la organización. Esto significa que la supervisión y la gestión en una empresa de energía probablemente habrán experimentado las mismas condiciones de trabajo que las personas que actualmente ocupan puestos de nivel de entrada. Tal estructura organizacional puede tener implicaciones con respecto a la posible exposición de los trabajadores a agentes peligrosos, especialmente aquellos que tienen efectos acumulativos crónicos. Por ejemplo, considere el ruido. Los empleados que actualmente se desempeñan en puestos gerenciales podrían haber sufrido una pérdida auditiva grave cuando estaban empleados en trabajos que tenían exposición al ruido ocupacional. Su pérdida auditiva podría pasar desapercibida en los programas de pruebas audiométricas de la empresa, ya que dichos programas generalmente incluyen solo a aquellos empleados que actualmente están expuestos a altos niveles de ruido en el trabajo.
Mantenimiento de Equipos de Generación
El mantenimiento de equipos de generación se subdivide en dos tipos principales de actividad: mantenimiento eléctrico y mantenimiento mecánico. Si bien ambos tipos de trabajo pueden ocurrir simultáneamente y en paralelo, las habilidades y el trabajo necesarios para realizarlos son completamente diferentes.
El mantenimiento podría requerir apagar y desmantelar una unidad. El flujo de agua en la toma está controlado por compuertas. Las compuertas son estructuras de acero que se bajan al canal de entrada para bloquear el flujo de agua. El bloqueo del flujo permite que el agua se drene de los canales interiores. El nivel de agua en reposo en la salida de la turbina (tubo de tiro) está por debajo del nivel de la caja espiral y las palas del rodete de la turbina. Esto permite el acceso a estas estructuras. La caja espiral es una estructura cónica en forma de espiral que dirige el flujo de agua alrededor del rodete de la turbina de manera uniforme. El agua pasa desde la caja del pergamino a través de paletas guía que dirigen el flujo y paletas móviles (puertas peatonales) que controlan el volumen.
Cuando sea necesario, el generador y la turbina pueden retirarse de sus ubicaciones normales y colocarse en el piso principal de la central eléctrica. Puede ser necesario retirarlos para volver a pintar o desengrasar y reparar y reemplazar bobinados, cojinetes, frenos o sistemas hidráulicos.
A veces, las palas del rodete, así como las compuertas, las paletas guía y las estructuras conductoras de agua en la caja espiral y el tubo de tiro, sufren daños por cavitación. La cavitación ocurre cuando la presión en el agua cae por debajo de su presión de vapor. Cuando esto sucede, se forman burbujas de gas y la turbulencia provocada por estas burbujas erosiona los materiales que toca el agua. Puede ser necesario reparar los materiales dañados mediante soldadura o reparando y recubriendo las superficies de acero y hormigón.
Las estructuras de acero también pueden requerir reparación y recubrimiento si se han corroído.
Peligros
Hay una variedad de peligros asociados con la generación de energía hidroeléctrica. Algunos de estos peligros son compartidos por todos los empleados que trabajan en la industria, mientras que otros están restringidos a aquellos involucrados en actividades de mantenimiento eléctrico o mecánico. La mayoría de los peligros que pueden surgir se resumen en la tabla 1 y la tabla 2, que también resumen las precauciones.
Tabla 1. Control de exposiciones a peligros químicos y biológicos seleccionados en la generación de energía hidroeléctrica
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Exposición |
Dónde se puede encontrar |
Trabajadores afectados |
Enfoques de control |
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Polvos abrasivos |
El polvo puede contener material de explosión y polvo de pintura. La pintura aplicada antes de 1971 puede contener PCB. |
Mecánico |
-Sistema de control de polvo |
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Amianto |
El asbesto puede estar presente en frenos de generadores, tuberías y aislamiento eléctrico, recubrimientos por aspersión, cemento de asbesto y otros productos; la exposición depende de la friabilidad y la proximidad a la fuente. |
Mantenimiento eléctrico |
-Adoptar las mejores prácticas actuales para trabajos que involucren asbesto- |
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Baterías |
Un cortocircuito entre los terminales de los bancos de baterías podría provocar una explosión, un incendio y la exposición a líquidos y aerosoles del electrolito. |
Mantenimiento eléctrico |
-Blindaje de terminales de batería y conductores no aislados |
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Estucado |
Las emisiones pueden incluir: monóxido de carbono, pigmentos inorgánicos que contienen plomo y otros cromatos y productos de descomposición de resinas de pintura. Es posible que los PCB se hayan utilizado como plastificantes antes de 1971. Los PCB pueden formar furanos y dioxinas cuando se calientan. |
Mecánico |
-Ventilación de escape local |
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Cloro |
La exposición al cloro puede ocurrir durante la conexión/desconexión de los cilindros de cloro en los sistemas de tratamiento de agua y aguas residuales. |
telecomunicaciones |
-Siga las pautas de la industria del cloro cuando trabaje con cilindros de cloro |
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Desengrase |
El desengrase de equipos eléctricos requiere solventes con propiedades específicas de inflamabilidad, solvatación y rápida evaporación sin dejar residuo; los disolventes que cumplen estas características son volátiles y pueden presentar riesgos de inhalación. |
Mantenimiento eléctrico |
-Ventilación de escape local |
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Diesel |
Las emisiones incluyen principalmente dióxido de nitrógeno, óxido nítrico, monóxido de carbono, dióxido de carbono, dióxido de azufre y partículas que contienen hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) de vehículos o motores operados en la casa de máquinas. |
Todos los trabajadores |
-Prohibir la operación de automóviles y camiones en los edificios. |
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restos de insectos |
Algunos insectos se reproducen en las aguas rápidas que rodean la estación; después del apareamiento, los adultos mueren y los cadáveres se pudren y se secan; algunas personas desarrollan alergias respiratorias
Después del drenaje, las larvas de insectos que viven en los canales de agua pueden intentar bajar sus cuerpos al agua restante mediante la producción de cuerdas en forma de hilo; algunas personas pueden desarrollar sensibilidad respiratoria alérgica al polvo como resultado del secado de estos materiales. |
Todos los trabajadores
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-Los insectos que pasan parte de su vida en aguas rápidas pierden su hábitat como resultado de la construcción de un |
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Aceites y lubricantes |
Los aceites y fluidos hidráulicos recubren los devanados del rotor y el estator; la descomposición de los hidrocarburos en contacto con superficies calientes puede producir hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). La exposición puede ocurrir por inhalación y contacto con la piel. El contacto con la piel puede causar dermatitis. |
Mantenimiento eléctrico |
-Equipo de protección personal (depende de las circunstancias) |
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Ozone |
El ozono generado por la formación de arcos en el rotor y otros equipos eléctricos podría plantear un problema de exposición, dependiendo de la proximidad a la fuente. |
Todos los trabajadores |
-Mantener el equipo eléctrico para evitar arcos |
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Vapores de pintura |
Los aerosoles de pintura contienen pintura en aerosol y diluyente; el solvente en gotas y vapor puede formar una mezcla inflamable; El sistema de resina puede incluir isocianatos, resinas epoxi, aminas, peróxidos y otros intermedios reactivos. |
Transeúntes, pintores |
-Cabina de pintura |
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policlorado |
Los PCB se utilizaron en fluidos aislantes eléctricos hasta principios de la década de 1970; fluidos originales o residuos pueden estar todavía presentes en cables, capacitores, transformadores u otros equipos; la exposición puede ocurrir por inhalación o contacto con la piel. El fuego o el calor extremo durante el servicio pueden convertir los PCB en furanos y dioxinas. |
Mantenimiento eléctrico |
-Equipo de protección personal |
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hexafluoruro de azufre |
La ruptura por arco eléctrico del hexafluoruro de azufre produce sustancias gaseosas y sólidas de toxicidad considerablemente mayor. |
Mantenimiento eléctrico |
-Ventilación de escape local |
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Soldadura y soldadura fuerte |
Cadmio, plomo, plata en soldadura |
Electricidad
Mecánico |
-Ventilación de escape local |
Tabla 2. Control de exposiciones a peligros químicos y biológicos seleccionados en la generación de energía hidroeléctrica
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Exposición |
Dónde se puede encontrar |
Trabajadores afectados |
Enfoques de control |
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trabajo incómodo |
El trabajo prolongado en una postura incómoda puede provocar lesiones musculoesqueléticas. |
Todos los trabajadores |
-Equipo diseñado para reflejar los principios ergonómicos |
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Espacios confinados |
La presa, las estructuras de control, las compuertas de control, los canales de conducción de agua, la maquinaria del generador y la turbina contienen muchos pozos, sumideros, tanques y otros espacios cerrados y parcialmente cerrados que pueden volverse deficientes en oxígeno, pueden confinar atmósferas peligrosas o pueden contener otras condiciones peligrosas. |
Todos los trabajadores |
-Dispositivos de prueba de aire |
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Ahogo |
El ahogamiento puede ocurrir después de una caída en aguas rápidas en la cámara de carga (zona de entrada) o en el canal de descarga (zona de descarga) u otra área. El agua extremadamente fría está presente en latitudes más altas durante los meses de primavera, otoño e invierno. |
Todos los trabajadores |
-Barreras de contención de personal |
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Electrocución |
Las áreas de la estación contienen conductores energizados sin blindaje; los equipos que contienen conductores blindados pueden volverse activos después de retirar el blindaje. El riesgo de electrocución resulta de la entrada deliberada en áreas no autorizadas o de la falla accidental de los sistemas de protección. |
Todos los trabajadores |
-Establecer prácticas y procedimientos para garantizar condiciones seguras de trabajo con equipos eléctricos. |
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Electromagnético |
Los equipos generadores y otros equipos eléctricos producen campos de CC y CA de 60 Hz (y superiores); la exposición depende de la proximidad a la fuente y el blindaje ofrecido por las estructuras. Los campos magnéticos son especialmente difíciles de atenuar mediante protección. Aún no se ha establecido la importancia de la exposición. Radiofrecuencia: Efectos en humanos no completamente establecidos. |
Todos los trabajadores |
-Peligro no establecido por debajo de los límites actuales |
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PROCESADOR |
Los generadores desarrollan un calor considerable; los generadores y los intercambiadores de calor pueden descargar aire caliente en la casa de máquinas; la estructura de la central eléctrica puede absorber e irradiar energía solar hacia el edificio; Las lesiones por calor pueden ocurrir durante los meses más cálidos, según el clima y el nivel de esfuerzo. |
Trabajadores de interior |
-Desviar el aire caliente hacia el techo, blindaje, controles de ingeniería |
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ruido |
El ruido de estado estacionario de los generadores y otras fuentes y tareas podría exceder los límites regulados; los rompedores de chorro de aire producen niveles muy altos de ruido de impacto; estos podrían descargarse en cualquier momento. |
Todos los trabajadores |
-Aplicar tecnología de control de ruido. |
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trabajo por turnos |
Las operaciones por turnos pueden producir tensiones fisiológicas y psicosociales; el estrés psicosocial puede ser especialmente grave para el pequeño número de personas involucradas en comunidades pequeñas y aisladas donde suelen ubicarse estas operaciones. |
telecomunicaciones |
-Adoptar horarios de trabajo que reflejen los conocimientos actuales sobre los ritmos circadianos. |
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Vibración mano-brazo |
La vibración producida por herramientas manuales motorizadas y equipos manuales se transmite a través de empuñaduras. |
Mantenimiento eléctrico |
-Utilizar herramientas que cumplan con los estándares actuales de vibración mano-brazo. |
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Vibración, todo el cuerpo |
La vibración transmitida por la estructura que se origina en el movimiento de rotación de los generadores y la turbulencia de los flujos de agua se transmite a través de pisos y paredes. |
Todos los trabajadores |
-Supervisar y dar servicio a los equipos rotativos para minimizar las vibraciones. |
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Unidades de visualización |
El uso eficaz de las estaciones de trabajo informatizadas depende de la aplicación de principios ergonómicos visuales y de oficina. |
Trabajadores de oficina |
-Aplicar principios ergonómicos de oficina a la selección y utilización de pantallas de video. |
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Relacionado con el clima |
La energía ultravioleta puede causar quemaduras solares, cáncer de piel y cataratas. El frío puede causar estrés por frío y congelación. |
Trabajadores al aire libre |
-Ropa de trabajo que proteja del frío |
Efectos ambientales
La generación hidroeléctrica de energía ha sido promovida como amigable con el medio ambiente. Por supuesto, proporciona un tremendo beneficio a la sociedad mediante el suministro de energía y la estabilización del flujo de agua. Pero tal generación de energía no viene sin un costo ambiental, que en los últimos años ha recibido cada vez más reconocimiento y atención pública. Por ejemplo, ahora se sabe que la inundación de grandes áreas de la tierra y de las rocas con agua ácida conduce a la lixiviación de metales de estos materiales. Se ha encontrado bioacumulación de mercurio en peces capturados en el agua de tales áreas inundadas.
Las inundaciones también cambian los patrones de turbulencia en el agua, así como el nivel de oxigenación. Ambos pueden tener serios efectos ecológicos. Por ejemplo, las corridas de salmón han desaparecido en los ríos represados. Esta desaparición ha ocurrido, en parte, porque los peces no pueden ubicar o atravesar un camino hacia el nivel más alto del agua. Además, el agua ha llegado a parecerse más a un lago que a un río, y el agua tranquila de un lago no es compatible con las corridas de salmón.
Las inundaciones también destruyen el hábitat de los peces y pueden destruir las áreas de reproducción de los insectos, de los cuales dependen los peces y otros organismos para su alimentación. En algunos casos, las inundaciones han destruido tierras agrícolas y forestales productivas. La inundación de grandes áreas también ha generado preocupación por el cambio climático y otros cambios en el equilibrio ecológico. La retención de agua dulce que estaba destinada a fluir hacia un cuerpo de agua salada también ha generado preocupación por los cambios en la salinidad.