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CICPERU AM BUSINESS www.ambperu.com 1 Ing. Reynaldo Villanueva Ure ENERGÍA 2

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Operación y Mantenimiento de Centrales Hidroeléctricas

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    Ing. Reynaldo Villanueva Ure

    ENERGA

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    Energa es la capacidad de un cuerpo o un sistema para producir un trabajo

    La energa es una propiedad de todo cuerpo o sistema material en virtud de la cual ste puede transformarse, modificando su estado o posicin, as como actuar sobre otros originando en ellos procesos de transformacin.

    Propiedades bsicas: La energa total de un sistema aislado se conserva.

    Por tanto en el Universo no puede existir creacin o desaparicin de energa.

    La energa puede transmitirse (transferirse) de unos cuerpos, o sistemas materiales, a otros.

    La energa puede transformarse de unas formas a otras

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    La ENERGA permite generar calor y trabajo a travs de transformaciones apropiadas. Es uno de los elementos ms importantes para satisfacer las necesidades bsicas y humanas.

    Su utilizacin va desde la coccin de alimentos hasta el procesamiento de insumos industriales.

    La principal fuente de energa que disponemos es la radiacin que recibimos en forma de LUZ y CALOR, se denomina comnmente ENERGIA SOLAR siendo sta adems de la formacin de:

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    Las energas fsiles como el petrleo, el carbn y el gas.

    La energa obtenida a partir del movimiento del agua (en conjunto con la energa de atraccin gravitacional) y los vientos.

    La energa para vivir que obtenemos de los alimentos.

    Al conocerse la relacin entre masa y energa (E=mc) que permite que un gramo de materia pueda producir energa equivalente de la combustin de 1,850 toneladas de gasolina fue fcil expresar la energa que contienen la luz y el calor radiadas por el sol.

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    La fusin de dos tomos de hidrogeno en un tomo de helio, produce en el sol un sobrante de masa que se convierte en energa a razn de 46,000,000 toneladas por segundo; este proceso que lleva mas de 4,000 millones de aos, tiene para otros 10,000 millones ms.

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    El resultado produce una radiacin permanente de ondas electromagnticas en diversas frecuencias, entre las cuales estn la luz y calor. En la tierra recibimos una pequea parte (dos millonsima) de esta radiacin, pero aun as es suficiente para alimentar a todos los procesos que se llevan a cabo en nuestro planeta.

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    Tambin existe energa que llega a la superficie terrestre en forma de calor, proveniente del decaimiento radioactivo de materiales en el interior de la tierra (energa geotrmica). Normalmente no estamos conscientes de este calor subterrneo debido a que recibimos 25 mil veces ms calor a travs de la radiacin solar

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    En la utilizacin de la energa se conforma la siguiente estructura: Energa Primaria, Transformacin, Energa Secundaria, Consumo Final.

    Energa Primaria se denomina as a las distintas formas de energa tal como son provistas por la naturaleza ya sea en forma directa como la Hidroenerga o despus de atravesar procesos de extraccin mineras.

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    LAS ENERGAS PRIMARIAS ms conocidas son: petrleo crudo, gas natural, carbn mineral, lea, residuos animales, combustibles nucleares, la Hidroenerga, el aire y el sol.

    TRANSFORMACIN son centros en los cuales se desarrollan procesos determinados a modificar las propiedades o naturaleza original de las energas primarias y/o secundarias. Los procesos de transformacin mas conocidos son: carboneras, coquearas, plantas de tratamiento o refineras, centrales elctricas, etc.

    CONSUMO FINAL son los lugares en los cuales los flujos energticos son utilizados. As podra citarse que las reas residenciales requieren consumir energa elctrica, gas, carbn, etc.; el sector transporte requiere de gasolina , petrleo, diesel, energa elctrica, etc.

    Como puede apreciarse, la mayor parte de energa primaria existente tiene que previamente transformarse para su uso por los diversos sectores de consumo.

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    POR EL NIVEL DE SUS RESERVAS

    Fuentes renovables: son aquellas que su flujo es permanente y su duracin es infinita, o sea que se renuevan continuamente. Provienen bsicamente de la energa solar y proporcionaban el 100% de la energa utilizada por el ser humano antes de la revolucin industrial.

    Entre estas tenemos: el sol (energa calorfica), la lea (energa qumica), los alimentos (energa muscular), el viento y el agua (energa mecnica).

    Fuentes semirenovables: son aquellas que segn se utilicen pueden ser o no renovables; as, una laguna puede convertirse en una fuente no renovable si para producir energa se utiliza una cantidad de agua superior a la que recibe (Aricota).

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    Fuentes no renovables son aquellas cuyas reservas estn limitadas o su proceso de renovacin es extremadamente lento. Ejemplo: el carbn y los hidrocarburos que son combustibles fsiles (o, expresado de otra manera, energa solar almacenada, que comenzaron a ser explotados hace cerca de 300 y 100 aos respectivamente), los minerales radioactivos que son combustibles fsiles, el Gas Natural.

    Fuentes convencionales:

    Petrleo, Carbn, Hidroenerga, Minerales Radioactivo, Gas Natural.

    Fuentes no convencionales:

    El Sol, El Viento, La Biomasa, La Geotermia.

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    CENTRAL ELCTRICA: estacin de Instalacin cuyo fin es generar energa elctrica por conversin de alguna otra forma de energa (por generacin ejemplo, qumica, nuclear, solar, mecnica o hidrulica) por medio de aparatos apropiados y que incluye obras de ingeniera civil, equipos de conversin de energa y todos los equipos auxiliares necesarios. No se incluyen las estaciones que producen potencia para uso exclusivo de sistemas de comunicaciones.

    GRUPO GENERADOR :Grupo de mquinas rotativas que transforman la energa mecnica o trmica en energa elctrica.

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    CARACTERSTICAS:

    Desintegracin Vertical

    Libre acceso al mercado

    Sistema marginalista y Desintegracin Vertical

    Libertad de precios y niveles de competencia

    Clientes libres / regulados

    Propicia la interconexin de los sistemas elctricos

    Administracin privada de los sistemas elctricos.

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    SEGN EL SERVICIO QUE BRINDAN:

    Centrales de Base Su funcin es suministrar energa elctrica en forma permanente; suele

    estar en marcha durante largos perodos de tiempo y no debe sufrir interrupciones de instalacin. Generalmente se trata de centrales hidrulicas.

    Centrales de Media Base Son las centrales que suministran energa cuando la demanda supera a

    la entregada por las centrales de base.

    Centrales de Punta Tienen como principal funcin cubrir la demanda de energa elctrica

    cuando existen picos de consumo. Trabajan en espacios cortos de tiempo durante determinadas horas, su funcionamiento es peridico. Son de alta potencia.

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    24.5%

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    CENTRALES

    HIDROELCTRICAS

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    La disponibilidad de la energa ha sido siempre esencial para la humanidad que cada vez demanda ms recursos energticos para cubrir sus necesidades de consumo y bienestar

    Existe una tendencia cada vez mayor sobre los efectos medioambientales que conlleva el actual sistema de desarrollo econmico, como son el cambio climtico, la lluvia cida o el agujero de la capa de ozono.

    Actualmente las energas renovables son cada vez ms competitivas y eficaces a fin de a cubrir las necesidades de la demanda. Dentro de estas energas renovables se encuentra la energa hidroelctrica, como principal aliado en la generacin de energa limpia.

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    Sistemas Interconectados: En los sistemas interconectados las C.H. regulan la frecuencia del sistema, debido a la gran inercia que poseen las turbinas hidrulicas

    Minera: En grandes y complejos centros mineros, los cuales casi siempre se encuentran lejos de los centros urbanos, por lo que tienen que contar con su propia fuente de generacin.

    Aserraderos: Igualmente, se encuentran en zonas de extensa vegetacin lo que impide cualquier interconexin elctrica.

    Electrificacin rural: En zonas donde se pueda disponer de un pequeo caudal y un salto moderado.

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    La energa del agua es una manifestacin ms de la energa solar.

    La energa aprovechable

    depende de:

    La altura

    El volumen de agua que

    circula

    [Fuente: Guia de las energas renovables aplicada a las PYMES, 2005]

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    Las centrales hidrulicas captan la

    energa cintica y potencial del agua

    convirtindolas en energa mecnica y

    elctrica

    e. cintica

    e. potencial

    e. elctrica

    e.

    mecnica

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    POTENCIAL HIDROELECTRICO DEL PERU El Potencial Hidroelctrico del Per es de

    aproximadamente 6O,OOO MW de los cuales se est utilizando actualmente el 8%.

    El 8O% de este potencial se encuentra en nuestra Amazona en los ros que desembocan en el Ocano Atlntico y el 2O% restante se concentra en la cuenca del Ocano Pacfico.

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    ENERGIAS RENOVABLES

    Hidrulica con potencias hasta 20 MW

    Elica

    Solar (Fotovoltaica y Trmica)

    Geotrmica

    Mareomotriz

    Biomasa

    Biogas

    Residuos Industriales

    Residuos Urbanos

    COMPORTAMIENTO HIDROLOGICO DE UNA CUENCA

    Una avenida (en algunos lugares se denomina tambin como crecida, riada o aguas altas) es la elevacin

    del nivel de un curso de agua significativamente mayor que el flujo medio de ste. Durante la crecida, el

    caudal de un curso de agua aumenta en tales proporciones que el lecho del ro puede resultar insuficiente

    para contenerlo, entonces el agua lo desborda e invade el lecho mayor, tambin llamado llanura aluvial.

    El estiaje es el nivel de caudal mnimo que alcanza un ro o laguna en algunas pocas del ao, debido

    principalmente a la sequa; el trmino se deriva de esto o verano, debido a que en la regin del

    Mediterrneo, el esto es la poca de menor caudal de los ros debido a la mayor escasez de

    precipitaciones en esta estacin.

    HQP 477.8 (KW)

    Potencia Instalada

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    COMPORTAMIENTO HIDROLGICO DE UNA CUENCA

    AVENIDA ESTIAJE

    LLUVIOSO

    NORMAL

    SECO

    t (meses)

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    Domina la generacin elctrica con renovables

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    SALTO El salto es la diferencia de nivel entre la lmina de agua en la toma y el punto del ro en el que se restituye el agua turbinada.

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    Mtodo de llenado del corrontmetro (molinete hidrulico):

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    MOLINETE HIDRAULICO:

    Se entiende por molinete al conjunto de elementos que permitan la obtencin y registro del nmero de revoluciones obtenidas.

    Las mediciones se realizan sumergiendo en el curso de agua una rueda con paletas que de alguna manera transmita la cantidad de rpm a un contador.

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    Mediante una formulacin propia del equipo, se transforma la lectura de rpm en velocidad (m/s).

    Existen diversos tipos de molinetes, desde los mecnicos simples hasta los ms recientes en los que su sensor no tines elementos de movimiento.

    Mide la cantidad de revoluciones en un periodo determinado, con est informacin y mediante las frmulas de vinculacin se obtiene la velocidad el agua.

    El molinete debe ubicarse en secciones de poca profundidad, a una altura medida desde el pelo del agua, del 60% de la altura en el punto de medicin.

    El curso del agua se divide en secciones y se obtiene la velocidad en cada una de ellas.

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    0.6

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    Mtodo del sales (salinidad):

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    El caudal nominal es el caudal base de diseo con que se proyecta la Central.

    El caudal que se generar en un deshielo o tormenta cuyo perodo de retorno es cada 1,000 o 10,000 aos se denomina caudal milenario.

    Son tormentas muy raras y poderosas lo que implica grandes caudales de inundacin.

    Estos caudales se hallan por mtodos estadsticos segn una lectura de caudales en un periodo de aos.

    La probabilidad de estos caudales son inversamente proporcional a los aos de retorno

    Las causas de estas inundaciones se deben a lo siguiente:

    Lluvias intensas

    Fisiologa del terreno

    Humedad del suelo

    rea de inundacin

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    Los mtodos estadsticos se basan en considerar que el caudal mximo anual es una variable aleatoria que tiene una cierta distribucin.

    Para utilizarlos se requiere tener como datos un registro de caudales mximos anuales; cuanto mayor sea el tamao del registro mayor ser tambin la aproximacin del clculo de caudal de diseo.

    Existen diversos mtodos estadsticos para hallar este caudal:

    Gumbel

    Nash

    Log-Pearson III

    Levediev

    Uno de los mtodos ms exacto para este caso es el Mtodo de Levediev

    El ciclo del agua, o Ciclo Hidrolgico, explica el campo de aplicacin de la Hidrologa y su relacin con otras disciplinas como son la Meteorologa, la Oceanografa, la Hidrulica, la Geotecnia, las Ciencias naturales, etc.

    El Ciclo comprende la circulacin del agua desde los ocanos hasta la atmsfera, luego a los continentes y nuevamente a los ocanos.

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    El aprovechamiento del recurso hdrico para la generacin de energa comenz en tiempos antiguos con el uso de ruedas hidrulicas muy rudimentarias pero que permitan la produccin de fuerza motriz para aliviar el trabajo manual del hombre.

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    Ruedas hidrulicas mas evolucionadas acompaaron el nacimiento de la era industrial, an antes de la llegada del motor a vapor. La revolucin industrial con su fuerte demanda energtica moviliz el desarrollo tecnolgico de los procesos de conversin de energa y la rueda hidrulica fue superada por la turbina a partir del inicio del siglo XIX.

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    Fuerza motriz primero y energa elctrica despus fueron los productos energticos, con que el recurso hdrico contribuy, y lo contina haciendo en la actualidad, con el progreso econmico y la mejora de la calidad de vida

    de la poblacin.

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    CUENCA DEL PACFICO

    (Elevadas pendientes, bajos caudales)

    CUENCA DEL ATLNTICO

    (Pendientes reducidas, grandes

    caudales)

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    Aparato destinado a medir la cantidad de agua cada, ya sea en forma de lluvia, nieve o granizo, expresada a travs de la cantidad de litros o milmetros cados por metro cuadrado.

    El pluvimetro tipo Hellmann es el instrumento meteorolgico ms generalizado.

    20 cm

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    Es un instrumento registrador que mide la cantidad de precipitacin e indica la intensidad cada.

    El grfico que se genera se conoce como pluviograma.

    Pluviograma

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    Estaciones automticas Registran parmetros hasta

    cada minuto

    Bajo costo

    Pueden verse los datos en tiempo real

    Proceso se hace mediante un programa especializado

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    CAUDAL NOMINAL Para poder determinar la potencia a instalar y la energa producible a lo largo del ao en una central hidroelctrica, es imprescindible conocer el caudal circulante por el ro en la zona prxima a la toma de agua.

    Aforar es medir el caudal de una corriente de agua en un punto de la misma en un instante determinado.

    En aquellos aprovechamientos en los que no existe una estacin de aforo prxima a la central, se realiza un estudio hidrolgico aplicando un modelo matemtico de simulacin basado en los datos de precipitaciones sobre la cuenca y caudales de una cuenca de similares caractersticas.

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    DETERMINACIN DEL CAUDAL NOMINAL

    t (meses)

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    El caudal ecolgico suele indicarlo el Organismo de Cuenca o las Diputaciones Forales. En el caso de no ser as, una buena estimacin es considerar el caudal ecolgico igual al 10% del caudal medio interanual. Una vez que se le ha descontado el caudal ecolgico a la curva de caudales clasificados, se elige el posible caudal de equipamiento en el intervalo de la curva comprendido entre el Q80 y el Q100, siendo el Q80 el caudal que circula por el ro durante 80 das al ao y el Q100 el que circula durante 100 das al ao .

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    HIDROLGICOS: Tennant, Hope,

    Ecuatoriano, Escoses

    HIDRALICOS: Permetro Mojado,

    Variacin Hidrulica, Life

    HIDROBIOLGICOS: IFIM, PHAS, BIM

    HOLISTICOS: BBM, TUP DOWN, EPP

    ECOHIDROLOGICOS: Suizo, Asturiano

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    La importancia de una laguna y sus alrededores radica en dos factores fundamentales: Representa un importante espacio natural que alberga una gran diversidad de especies de flora y fauna silvestre. Es la cabecera de cuenca y origen de algn ro.

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    La cantidad de agua que contenga una laguna ser motivo de muchos estudios as como tambin de una demanda de agua para

    hidroelectricidad.

    Pues para que una central pueda generar la potencia que requiere la demanda, es necesario que el recurso hdrico sea proporcionado de forma ininterrumpida mediante el cauce de algn ro que ser conducido hasta la toma de la central.Los registros y parmetros de una laguna son los siguientes:

    Registros metereolgicos

    Monitoreo de calidad de agua

    Nivel y caudal de agua

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    Por ejemplo para la laguna de Conococha tenemos:

    Registro anual de la precipitacin total y Precipitacin total anual acumulada, temperaturas mximas y mnimas (2002-2005)

    Segn la potencia instalada:

    CLASE RANGO DE POTENCIA

    Pico hidro hasta 10 Kw

    Micro hidro 10 a 100 Kw

    Mini hidro 100 Kw a 1Mw

    Pequea hidro 1 Mw a 10 Mw

    Media hidro 10 Mw a 100 Mw

    Gran hidro por encima de 100 Mw

    [Fuente de datos: ITDG, 2005]

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    Central derivacin a pelo libre

    1. Azud

    2. Toma de agua

    3. Canal de derivacin

    4. Cmara de carga

    5. Tubera forzada

    6. Edificio con su equipamiento

    Electromecnico

    7. Canal de salida

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    TIPOS DE CENTRALES HIDRULICAS

    (1) Tipo: Central Derivacin a Pelo Libre

    Ejemplo: Moyopampa, Cahua y Callahuanca 76

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    Cielo abierto Conduccin a presin

    CENTRALES DERIVACION A PELO LIBRE Y A PRESION

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    TIPOS DE CENTRALES HIDRULICAS

    (2) Tipo: Central Derivacin a Presin

    Ejemplo: Huinco y Mantaro 78

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    P=f(Q,H)

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    Centrales a Pie de Presa Son elementos principales de estas centrales:

    1.- Presa

    2.- Toma de agua

    3.- Tubera forzada

    4.- Edificio con su equipamiento

    electromecnico

    5.- Canal de salida

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    41

    El primer elemento que encontramos en una central hidroelctrica es la presa o azud, que se encarga de atajar el ro y remansar las aguas. Con estas construcciones se logra un determinado nivel del agua antes de la contencin, y otro nivel diferente despus de la misma. Ese desnivel se aprovecha para producir energa.

    81

    De gravedad: Como se muestra en la figura

    tienen un peso adecuado para

    contrarrestar el momento de

    vuelco que produce el agua

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    Necesita menos materiales que las de gravedad y se suelen utilizar en

    gargantas estrechas.

    En stas la presin provocada por el

    agua se transmite ntegramente a las

    laderas por el efecto del arco.

    De bveda:

    Las presas de contrafuertes tienen una pared que soporta el agua y una serie de contrafuertes o pilares, de forma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base. Estas presas precisan de un 35 a un 50% del hormign que necesitara una de gravedad de tamao similar.

    De contrafuertes

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    43

    Fotografa del dragado de una presa mediante maquinaria pesada

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    Se contratan

    camiones-volquetes que

    recojan la arena removida

    de las presas y las lleven

    a lugares en los cuales no

    se produzca un impacto

    ambiental.

    Maquinaria pesada

    removiendo la arena

    compactada en el fondo

    de la presa

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    44

    TIPOS DE CENTRALES HIDRULICAS

    (3) Tipo: Pie de Presa

    Ejemplo: Itaip e Inambari

    Penstocks Spillway

    Powerhouse

    Dam

    Control

    Building

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

    Units

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    Esquema de presa

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    45

    Presa de Concreto.

    Presa de la Central 3 Gargantas en China

    Vertedero.

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    46

    Central a Pie de Presa: Itaip, Inambari

    91

    Central a pie de presa.

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    Metano acumulado en los depsitos de C.H. puede generar ms

    energa.

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    Un equipo de investigadores del Instituto Nacional de Investigaciones Especiales (INPE, su sigla en portugus), con sede en la localidad de San Jos de los Campos, en Sao Paulo, ha creado un sistema para capturar el metano acumulado en los depsitos de centrales hidroelctricas y con l producir energa elctrica.

    Toda las represas del mundo emiten

    entre 18 y 24 millones de toneladas

    de metano por ao.

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    El dixido de carbono (CO2) y el gas metano (CH4) son los principales gases de efecto invernadero del planeta.

    - El CH4 tiene un potencial de calentamiento 21 y 25 veces mayor

    que el del gas carbnico.

    OBSERVACION: La solucin de los investigadores brasileos podra elevar en 30% la capacidad productiva de las hidroelctricas localizadas en la cuenca del ro Amazonas.

    95

    Afirman que hay evidencias de las grandes existencias de metano en fondo de Itaip. Todava nadie fue an all para medir, pero el gas tendra origen en los detritos lanzados en el lago por haciendas y granjas de cra de animales situadas en el entorno del depsito.

    Represas en la cuenca del rio Amazonas

    Tucuru(mas grande) Balbina Petit Saut

    Libera entre 700 mil y 1,2 millones de

    toneladas de metano por ao

    Otras represas ubicadas en la cuenca del rio

    Amazonas

    Brasil

    Otras represas (Brasil)

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    49

    Es producido principalmente por bacterias que participan del ciclo de descomposicin subacutica del carbono existente en la materia orgnica remanente de la poca de la formacin de la represa o llevada, en la forma de sedimentos, por los ros que desaguan en el depsito.

    El gas permanece disuelto en el agua, principalmente en las camadas ms profundas del lago y escapa para la atmsfera cuando pasa por las turbinas y por los vertederos de las centrales.

    EL METANO DE LOS DEPSITOS:

    Es parecido como abrir una botella de refresco. El agua de la represa sbitamente pierde la presin y libera el gas (en este caso el metano) disuelto en ella.

    97

    ESQUEMA DE CAPTURA DE METANO EN HIDROELECTRICA

    Una lona sujeta en la parte inferior del deposito(1) evita que las turbinas (2)

    succionen aguas ricas en metano.

    Tuberas (3) conectadas a bombas llevan el gas a la

    superficie (balsas) (4), donde se produce la

    extraccin de metano por vaporizacin.

    El agua residual vuelve al fondo y el gas extrado se

    lleva a barcos (5) que lo conduce a una

    termoelctrica (6) 98

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    50

    La construccin de un sistema para la captacin de 1

    milln de toneladas de metano por ao exigira una

    inversin de 100 millones de dlares.

    1 milln de toneladas de

    metano

    Generara 1,780 MW de energa

    La potencia de una C.H. de medio porte, ejemplo Tacuru , tiene 3,600 MW

    de potencia instalada.

    99

    Llevara 3 4 aos para convertirse operacional.

    La barrera fsica instalada

    tendra 25m de altura y 850m de longitud.

    Costo de la barrera 1 a 2

    millones de reales. La lamina de agua libre con

    cerca de 10 para que los peces y otras especies acuticas se muevan.

    Represa: BALBINA 250 WM de potencia

    instalada Un largo camino

    El trabajo del grupo fue publicado en la revista cientfica Energy, en junio. los investigadores estn intentando obtener financiacin para construir el primer prototipo. Ellos estiman que el modelo experimental quedar listo en un ao.

    Ejemplo

    100

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    51

    Nadie produce an energa en escala industrial a partir del metano encontrado en reservorios, pero hay un camino a ser recorrido para su madurez.

    Una importante etapa a ser cumplida es el anlisis de las existencias

    de metano de los reservorios brasileos y en el mundo, que puede ser realizado por sonda o por muestreo, con el anlisis del agua del fondo del lago.

    Para que el sistema sea econmicamente factible, es necesario que la

    represa tenga concentraciones en el rango de 20 gramos de metano por metro cbico de agua, nivel encontrado a 60 metros de profundidad en el lago de Tucuru.

    Es posible tambin que exista mucho metano en los reservorios de

    So Paulo, en funcin de la contaminacin que ellos reciben de los ros. Pero solamente con el anlisis de las existencias sabremos el real potencial de la solucin que se est proponiendo.

    Finalmente:

    101

    Central Hidroelctrica de Bombeo

    Bombea agua hacia el embalse

    superior en horas fuera de punta y

    genera electricidad en horas punta. Es

    una Central Reversible.

    Posee dos embalses: Superior (Se

    puede habilitar un embalse artificial) e

    Inferior (Puede ser una laguna de

    oxidacin).

    102

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    52

    COMPONENTES DE UNA CENTRAL HIDROELCTRICA

    103

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    53

    Toma

    Escaleras para peces Un aspecto ambiental Representativo. Consideramos que es un aspecto para resaltar debido a la importancia que tiene en la conservacin de especies ictiolgicas, por ejemplo el salmn. Los ingenieros tambin debemos pensar en la esttica y el buen gusto

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    54

    107

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    55

    109

    Z X

    R

    Z X

    R

    S Q

    P

    110

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    56

    111

    112

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    57

    Identificar la configuracin del sitio estudiado

    Evaluar el recurso hdrico

    Definir un esquema de obras civiles posibles

    Definir en general el equipo electromecnico

    Identificar necesidades de estudio de impacto ambiental

    Prefactibilidad econmica del proyecto

    Considerar los aspectos legales

    Factibilidad Econmica.

    Factibilidad Ambiental.

    Factibilidad Tcnica.

    113

    Tubera Forzada

    Vlvulas y compuertas

    Turbinas y Alternadores

    Cojinetes de Apoyo y Empuje

    Excitatrices

    Reguladores de velocidad y de tensin

    Transformadores

    Elementos de maniobra

    Sistemas de proteccin

    Lnea elctrica de interconexin

    114

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    59

    117

    Equipo especialmente compacto y reducido, que presenta la ventaja de que todos los elementos motrices estn en la parte area del canal, pero a su vez esta parte area puede ser muy reducida, debido al empleo de cilindros telescpicos.

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    60

    El rastrillo se desplaza hasta la parte inferior de la reja, se coloca entre las barras, y asciende arrastrando la basura hasta la parte superior de aquella, lugar donde son extradas.

    La principal ventaja es que todos los componentes que precisan actuacin de mantenimiento estn por encima del nivel de agua, por tanto su inspeccin y mantenimiento no hace necesario el vaciado del canal.

    119

    120

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    61

    121

    Las rejas sirven para impedir el paso de elementos no deseados que son

    arrastrados a travs del cauce del canal ya sean musgos, ramas o desechos

    arrojados por el hombre.

    Ya que si estos objetos pasaran, daaran las partes de la central que se

    encuentran aguas abajo, como la turbina.

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    125

    DESARENADOR

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    66

    El estudio de las velocidades de sedimentacin se puede realizar utilizando las frmulas de Stokes (en rgimen laminar), de Newton (en rgimen turbulento) de Allen (en rgimen transitorio). Deben aplicarse algunas correcciones para tener en cuenta:

    Dimetro de las partculas eliminadas

    Velocidad de sedimentacin

    0,150 mm 40-50 m/h

    0,200 mm 65-75 m/h

    0,250 mm 85-95 m/h

    0,300 mm 105-120 m/h

    La forma de las partculas (factor

    esfericidad)

    La concentracin de slidos en

    suspensin

    La velocidad de flujo horizontal

    La temperatura del agua residual

    El diseo del desarenador ser efectivo

    si adems de lograr la extraccin de las

    arenas descritas con suficiente

    rendimiento, consigue que stas sean

    realmente elementos minerales, cuyo

    contenido en materia orgnica sea

    nfimo. Para evitar que la materia

    orgnica de granulometra similar a la de

    las arenas sedimente con ellas se

    disean los desarenadores de forma que

    se asegure en ellos un "barrido o

    limpieza de fondo".

    132

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    67

    CANAL A PELO LIBRE

    133

    134

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    68

    En el caso de las irrigaciones, estos canales son telescpicos y por lo general de seccin trapezoidal, lo primero porque su seccin transversal

    se ir reduciendo en la medida que se vaya entregando agua a los

    campos de cultivo. En el siguiente grafico podemos observar un ejemplo

    de revestimiento de un canal con lozas prefabricadas .

    Galera de seccin de tnel a presin Galera de tnel a pelo libre

    Galera de aduccin

    136

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    69

    137

    Cuando los tneles para conducir agua trabajan a pelo libre, tienen por lo regular forma trapezoidal y cuando van a estar a presin, su forma es

    generalmente circular.

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    70

    El revestimiento de las galeras puede variar desde un

    recubrimiento con concreto lanzado (shotcrete) en una o dos

    capas (con o sin refuerzo de malla de alambre y ltimamente de

    fibra) hasta un revestimiento de concreto vaciado

    neumticamente detrs de encofrados metlicos deslizantes

    Sin embargo, siempre y cuando el tnel vaya a trabajar a pelo libre, esta metodologa puede cambiarse por aquella de revestir solamente los hastales hasta la altura ms conveniente de la seccin bal adoptada en este caso, dejando los arranques y el arco de medio punto de la bveda de la galera sin revestir u opcionalmente, recubierta con una o dos capas de shotcrete.

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    71

    141

    GOLPE DE ARIETE

    Es una fuerza vibradora generada en una

    conduccin a presin cuando la circulacin de

    un fluido no compresible es detenido

    abruptamente o cuando se tiene una

    desaceleracin de la misma .

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    72

    143

    GOLPE DE ARIETE

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    73

    145

    146

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    74

    Debido a las variaciones de carga del alternador o a condiciones imprevistas

    se utilizan las chimeneas de equilibrio que evitan las sobrepresiones en las tuberas forzadas. A estas sobrepresiones se les denomina "golpe de ariete". Cuando la carga de trabajo de la turbina disminuye bruscamente se produce una sobrepresin positiva, ya que el regulador automtico de la turbina cierra la admisin de agua.

    CHIMENEA DE EQUILIBRIO

    En el caso de depresin ocurrir lo contrario y el nivel bajar. Con esto se consigue evitar el golpe de ariete. Acta de este modo la chimenea de equilibrio como un muelle hidrulico o un condensador elctrico, es decir, absorbiendo y devolviendo energa.

    La chimenea de equilibrio consiste en un pozo vertical situado lo ms cerca posible de las turbinas. Cuando existe una sobrepresin

    de agua, sta encuentra menos resistencia para penetrar al pozo que a

    la cmara de presin de las turbinas haciendo que suba el nivel de la

    chimenea de equilibrio.

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    75

    149

    150

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    155

    156

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    79

    CMARA DE CARGA

    158 158

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    80

    Tubera Forzada 159

    Tubera Forzada.

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    81

    161

    Entre cada dos anclajes consecutivos se intercala una junta de dilatacin .

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    82

    El momento de flexin ser el correspondiente a una viga continua. Las reacciones sobre los apoyos, propias de una viga continua, se transmiten, por esfuerzo cortante,

    entre chapa y anillo. Para ello los anillos se sueldan a la chapa con soldaduras continuas en rincn, y se rigidizan mediante diafragmas

    Para dimetros mas pequeos hay un gran abanico de opciones:

    tubo de acero estirado, con uniones de enchufe y cordn y anillos de cierre, o con bridas soldadas

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    83

    Tuberias reforzadas: a) Zunchada ; b)Blindada ; c)Predeformada

    Vlvula Mariposa

    166

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    84

    Vlvula Mariposa.

    Vlvula Esfrica

    168

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    85

    Vlvula Esfrica.

    Vlvula de Alivio.

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    86

    SECCION INICIAL

    171

    Tubera a presin de 170 m. y Q=18m3 s-1

    C.H. HUAMPAN 172

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    87

    DIMETRO ECONMICO

    DE LA TUBERA

    173

    C, el coste total de la tubera.

    c, valor del kilogramo de la tubera instalada.

    c, coste del Kwh. de energa generada.

    e, espesor de la tubera en centmetros, supuesta de acero laminado

    d, el dimetro interior en metros.

    L, longitud de cada tramo de tubera en metros.

    H, la altura mxima de carga hidrulica mas la sobrepresin (H1+H)

    t, traccin admisible en el acero, en Kg./cm2

    m, fraccin anual recuperada del capital

    M = mC, amortizacin anual

    p, perdidas anuales de energa, en Kwh.

    M = cp, valor anual de las prdidas de energa

    k, coeficiente de reduccin en la carga admisible, por soldaduras, uniones,

    etc., en la tubera.

    174

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    88

    a) Cargas fijas anuales

    28.1 mLHcdmCM

    Para un periodo de amortizacin de n = 50 aos, la suma de

    los trminos componentes de m (amortizacin, inters del

    capital, utilidades, seguros e impuestos) puede tomarse:

    11.0m

    quedando:

    22.0 LHcdM175

    b) Prdidas anuales : g

    V

    d

    Lfb

    2'

    2

    y, con f = 0.015, , y g = 9.8, se tiene: 2785.0 d

    QV

    5

    2

    00124.0'd

    QLb

    5

    3

    '4.85'd

    QLcM

    Sumando las prdidas se tiene:

    5

    32 '4.8520.0'

    d

    QLcLHcdMM

    7

    1

    3'1068

    H

    Q

    c

    cd

    176

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    89

    CALCULO DEL DIAMETRO Y EL ESPESOR

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    90

    179

    En resumen, el clculo de la tubera, como en el ejemplo considerado,

    puede resumirse as:

    Seccin de la

    tubera

    Longitud de

    la

    proyeccin

    sobre un

    perfil

    vertical por

    el eje comn

    m

    Longitud de

    la

    proyeccin

    horizontal

    del eje del

    tubo

    m

    Longitud

    real

    m

    d

    cm

    e

    pulgadas

    1 2 3 4 5 6

    I

    II

    III

    IV

    V

    VI

    VII

    VIII

    VII, 2 ramal

    6.00

    7.50

    8.22

    13.78

    18.17

    18.17

    4.54

    5.75

    6.324

    7.537

    7.627

    10.402

    13.707

    13.707

    3.427

    5.160

    6.324

    7.537

    8.261

    13.849

    18.261

    18.261

    4.563

    5.750

    5.810

    300/205

    205

    205

    197

    191

    185

    185/137

    137

    9/32

    9/32

    9/32

    9/32

    11/32

    3/8

    5/16

    5/16

    180

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    91

    181

    182

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    92

    ACCESORIOS DE LA

    TUBERA

    183

    Huecos de inspeccin. En toda tubera de carga debe disponerse por lo menos de dos huecos de inspeccin, de dimetro libre

    no menor de 0.50 m, dispuesto uno al comienzo y otro al final de la

    tubera.

    184

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    93

    Juntas de dilatacin. Permiten la dilatacin longitudinal de la tubera por accin del calor, a fin de evitar las deformaciones y esfuerzos a que

    estara sometidas si no pudieran dilatarse libremente.

    185

    CLCULO DE LA SOBREPRESIN O GOLPE DE ARIETE

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    94

    187

    [Fuente: ITDG, 2005] 188

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    95

    CENTRAL

    HIDROELCTRICA

    DE CALLAHUANCA

    ALTURA DE CAIDA

    NETA: 424 m

    CAUDAL DE 20.5 m3 s-1

    189

    Casa de mquinas

    Es el ambiente donde se instalan todos los equipos de

    generacin y control. Asimismo, se devuelve el agua al ro

    por el canal de descarga.

    190

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    96

    Casa de Mquinas.

    Casa de Mquinas.

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    97

    Equipos de SS.AA.

    Regulador de Velocidad Bombas de Refrigeracin

    Equipos de SS.AA.

    Generador Emergencia Servomotor

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    98

    Equipos de SS.AA.

    Tablero de Control Sala de Rels

    CENTRAL

    HIDROELCTRICA

    DE MOYOPAMPA

    ALTURA DE CAIDA

    NETA: 460 m

    LONGITUD DE

    TUBERIA: 800 m

    CAUDAL DE 16.2m3s-1

    196

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    99

    Conducto forzado de las

    centrales hidroelctricas de

    Moyopampa y Mantaro

    197

    198 198

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    100

    SALA DE CONTROL

    199

    Los cojinetes soportan todo el peso del grupo generador; cuando el eje est en movimiento, una pelcula de aceite evita el rozamiento entre el eje y el cojinete, como el aceite se calienta es necesario refrigerarlo con circulacin de agua en un serpentn que se encuentra en el interior del cojinete.

    EJES Y COJINETE

    200

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    101

    201

    202

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    102

    203

    204

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    103

    205

    206

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    104

    SERVICIOS AUXILIARES

    El motor Diesel es seleccionado por su fiabilidad y por el hecho de que se ha diseado especficamente para accionar Grupos Electrgenos. La potencia til que se quiera suministrar nos la proporcionar el motor, as que, para una determinada potencia, habr un determinado motor que cumpla las condiciones requeridas.

    208

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    105

    209

    210

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    106

    Filtro

    Transformador

    Pozo de agua de refrigeracin

    Excitatriz

    Interruptor

    Canal de descarga(Agua turbinada)

    SISTEMA DE REFRIGERACIN

    211

    212

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    107

    213

    La potencia elctrica terica que puede generar una central

    Hidroelctrica:

    P = 9,8 Q H

    donde:

    P : Potencia instalada en Kw.

    Q : Caudal en m3/s

    H : Salto bruto en m

    POTENCIA DE LA CENTRAL

    214

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    108

    215

    216

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    218

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    110

    219

    220

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    111

    [ 221

    222

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    112

    La seleccin del tipo de turbina.

    Otra carta de seleccin de turbinas.

    Esta carta de

    seleccin es para

    turbinas pequeas,

    a diferencia de la

    anterior que se

    aplica para grandes

    desarrollos

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    113

    Tipos de turbinas

    225

    Turbina Pelton.

    6 chorros

    1237 m de cabeza

    260 MW

    Se pueden apreciar

    los inyectores y sus

    respectivos

    deflectores

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    114

    Turbina Pelton.

    Podemos ver

    el tamao del

    Hombre en

    Comparacin con

    La turbina que

    Tiene 21

    cangilones

    Turbina Pelton

    Disposicin Horizontal Disposicin Vertical

    228

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    115

    Inyector de la turbina Pelton. Esquema y montaje en fbrica Del inyector. Se muestra el eje del deflector. En el servomotor de la aguja en el esquema superior se observa un resorte en la parte de atrs que implica tendencia al cierre de esta vlvula.

    Abrasin producida por los slidos

    en suspensin en el agua.

    Aguja Alabe

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    116

    Fallas en cangilones

    de turbina Pelton.

    Eje de turbina Zona de rodamiento

    El objeto de incluir

    esta fotografa es

    mostrar la superficie

    de rodamiento, su

    acabado y precisin

    de maquinado.

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    117

    Suministro de rodetes, con 19 cucharas fundidas y soldadas,

    fabricados a partir de un disco fundido y maquinado.

    Suministro de nuevos juegos

    de pernos y tuercas para la

    fijacin de los rodetes con los ejes actuales.

    Rodetes

    Rodete de Turbina Pelton de Eje Horizontal

    233

    Suelen ser mquinas de eje vertical. La velocidad del fluido, al entrar en la turbina, est contenida en un plano perpendicular al eje y tiene las componentes, radial y circunferencial.

    234

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    118

    Vlvula esfrica y Turbina Francis.

    Se aprecia la vlvula

    esfrica en posicin

    abierta y en el fondo la

    Turbina Francis en un

    plano diferente al de

    trabajo normal, dado

    que estas grandes

    turbinas trabajan en un

    plano horizontal,

    moviendo un eje

    vertical.

    Grupo: Generador con Turbina Francis 236

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    119

    A medida que el agua recorre la mquina, la componente radial se transforma gradualmente en componente axial y la componente circunferencial se va reduciendo, de tal manera que a la salida del rodete, el flujo es prcticamente axial con un pequeo torbellino.

    237

    La presin de salida se hace inferior a la atmosfrica, y la energa cintica con la que sale el agua de la turbina se convierte en energa de presin en la tubera de salida.

    238

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    120

    Turbina Francis.

    Turbina Francis, detalle.

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    121

    Turbina Francis, detalle.

    Rodete Francis de acero inoxidable.

    242

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    122

    ALABES DIRECTRICES

    243

    Distribuidor (alabes directrices), todos tienen que quedar en buen estado.

    244

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    123

    245

    Turbina Kaplan.

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    124

    Turbina Kaplan.

    La turbina Mitchell-Banki es una mquina utilizada principalmente para pequeos aprovechamientos hidroelctricos. Basa sus ventajas, fundamentalmente, en un sencillo diseo y fcil construccin lo que la hace especialmente atractiva en el balance econmico de un aprovechamiento en pequea escala.

    248

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    125

    Despiece de una turbina Michel Banki

    249

    Vista de una turbina Michel Banki

    250

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    126

    120 Kw.

    251

    252

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    127

    INYECTOR

    253

    De 10kW a 100kW

    254

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    128

    Prototipo de 25kW instalado en Las Juntas, Per, 2000 255

    ANTES DE LA REPOTENCIACIN

    Sala de mquinas de la C.H. Callahuanca 256

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    129

    257

    DESPUES DE LA REPOTENCIACIN

    Sala de mquinas con todos sus dispositivos repotenciados 258

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    130

    NORMAS DE OPERACIN DE CENTRALES

    HIDROELECTRICAS

    .

    La Operacin de una Central Hidroelctrica depende del

    ciclo hidrolgico; en tiempo de avenidas funcionar a

    plena carga y en el estiaje solo podr proporcionar la

    potencia con el caudal que escurra en la cuenca ms

    lo que puede captar del embalse de regulacin anual.

    Es imprescindible conocer y comprender el Diagrama

    Unifilar de la Central para poder efectuar , sin peligro, las

    diferentes maniobras que se tengan que realizar para la

    operacin normal y las diferentes pruebas que se deban

    realizar segn las circunstancias.

    260

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    131

    261

    Los mandos de interruptores y

    seccionadores preferentemente deben

    realizarse desde la SALA DE MANDO

    porque existe la posibilidad de establecer una

    SECUENCIA LGICA de maniobras.

    Igualmente se debe considerar los cuidados

    que se deben tener para que las actividades

    de mantenimiento no afecten al Medio

    Ambiente.

    262

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    132

    263

    264

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    133

    265

    266

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    134

    267

    268

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    135

    269

    SALA DE MANDO

    270

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    136

    SINCRONOSCOPIO, REG. DE TENSION Y RELES

    .

    SEALIZACION Y ALARMA

    .

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    137

    PUPITRE DE MANDO

    .

    MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA MANIOBRAS

    .

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    138

    Puesta en paralelo de generadores sncronos

    275

    POR QUE CONECTAR EN PARALELO? Varios generadores pueden alimentar una carga ms grande que una sola mquina.

    Tener varios generadores incrementa la confiabilidad del sistema de potencia, debido a que la

    falla de cualquiera de ellos no causa la prdida total de potencia en la carga. Tener varios

    generadores que operan en paralelo permite la remocin de uno o ms de ellos para cortes de

    potencia y mantenimientos preventivos.

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    139

    Condiciones

    1- Voltajes iguales

    Si los voltajes de los generadores no son exactamente iguales, habr un flujo de corriente

    muy grande cuando se cierre el interruptor. Para evitar este problema, cada una de las

    tres fases debe tener exactamente la misma magnitud de voltaje y ngulo de fase que el

    conductor al que se conectar.

    En otras palabras, el voltaje de fase a debe ser exactamente igual al voltaje en la fase a" y

    as en forma sucesiva para las fases b-b` y c-c`.

    2- Frecuencias iguales

    Las frecuencias de los dos o ms generadores al igual que los voltajes deben ser las

    mismas .

    3 -Secuencias de fase

    Los dos generadores deben tener

    la misma secuencia de fase.

    Condiciones de puesta en paralelo

    1. Las Tensiones de lnea de los dos generadores deben ser iguales.

    2. Los dos generadores deben tener la misma

    secuencia de fases.

    3. Las f.e.m. deben estar en perfecta oposicin de fase.

    4. Las frecuencias deben ser iguales.

    278

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    140

    1. Poner en funcionamiento el generador a conectar

    Se pone en funcionamiento el regulador de velocidad para poner presin de aceite al sistema hidrulico con lo que el servomotor correspondiente abrir la vlvula distribuidora de la turbina para que salga el chorro de

    agua que har que el grupo comience a girar hasta alcanzar la velocidad

    nominal.

    2. Excitacin

    Con la excitatriz correspondiente (auxiliar y principal) se comienza a

    elevar la corriente de campo que a su vez aumentar la tensin del

    alternador hasta que llegue al valor nominal.

    Luego, se verificar que todas las protecciones del grupo generador

    estn habilitadas para proceder con las maniobras de sincronizacin.

    3. Sincronizacin de los generadores El sincronoscopio se encarga de regular los parmetros el grupo generador

    para que se igualen a los de la red a la que se va a interconectar; luego se

    comienza a tomar carga lentamente hasta llegar al rgimen de carga

    establecido por el Despacho de Carga correspondiente.

    Luego, se pone en servicio el sistema de agua de refrigeracin para que se

    comience a refrigerar los cojinetes, el alternador, el transformador y el

    regulador de velocidad.

    Se acuerdo al estatismo asignado al grupo generador, se absorbern las

    variaciones de carga que se pueden presentar en la demanda

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    141

    Deben prender y apagar al mismo tiempo las tres lmparas. Esto indica que

    existe la misma secuencia de fase, si prenden y apagan muy rpido es debido

    a que tiene diferentes frecuencias, lo cual se arregla subiendo la velocidad del

    motor primo y/o aumentando el flujo de excitacin con el restato de campo.

    Mtodo de las lmparas giratorias

    282

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    142

    Mtodo del Sincronoscopio

    283

    Ondas de Tensin de la Red y del Grupo

    que va a entrar en Paralelo

    284

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    143

    Esquema elemental del generador. Se trata de un diagrama de

    los primeros generadores

    desarrollados, en los cuales

    el campo era esttico y el

    elemento giratorio era el

    inducido. Todos conocemos

    que actualmente es el

    campo es el que gira (rotor) y

    el inducido est en el

    estator.

    Isomtrico de un Generador.

    Se resalta la viga superior o

    cruceta superior, que tiene

    como funcin soportar todo

    el peso del generador y

    trasladarlo a su estructura.

    Se aprecian las zapatas del

    generador que a su vez

    transmiten los esfuerzos al

    cilindro (recinto) de la

    Mquina.

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    144

    Disposicin del Generador.

    Rotor del Generador.

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    145

    Estator del Generador.

    290

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    146

    291

    Grupos de Generadores. Grupo de generadores de los cuales

    Se resalta la parte superior que contiene

    La cruceta superior (vigas que soportan

    todo el peso del generador y lo

    transmiten a la parte estructural del

    estator)

    Actualmente los generadores no poseen

    este aspecto, dado que la excitacin est

    ubicada en un espacio aparte

    (independiente de la mquina), entonces

    su apariencia es plana en la parte

    superior.

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    147

    Generador de Itaip.

    Las mquinas generadoras

    ms grandes del mundo,

    hasta la entrada en operacin

    De Tres Gargantas en

    China.

    Rotores con pesos

    superiores a 1000

    toneladas, son mquinas

    de muy baja velocidad si

    se las compara con

    generadores

    convencionales.

    Caractersticas Generales :

    Pot. Instalada : 69 Mw

    Generacin anual media : 468 Gwh

    Caudal de la central : 17.5 m3/seg.

    Altura Bruta de cada : 468 m.

    Turbina Tipo : Pelton Eje Horiz.

    Nmero de Unidades : 3

    Puesta en Servicio(1ra. Unid.) : 1951

    294

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    148

    Caractersticas Generales :

    Pot. Instalada : 31 Mw

    Generacin anual media : 193 Gwh

    Caudal de la central : 21 m3/seg.

    Altura Bruta de cada : 177 m.

    Turbina Tipo : Francis Eje Horiz.

    Nmero de Unidades : 2

    Puesta en Servicio(1ra. Unid.) : 1960

    295

    La principal diferencia entre los diferentes tipos de generadores sncronos, se encuentra en su sistema de alimentacin en corriente continua para la fuente de excitacin situada en el rotor.

    Excitatriz principal y excitatriz piloto: la mquina principal de continua tiene como bobinado de campo otra maquina de excitacin independiente, accionada por el mismo eje.

    Electrnica de potencia: directamente, desde la salida trifsica del generador, se rectifica la seal mediante un rectificador controlado, y desde el mismo se alimenta directamente en continua al rotor mediante un juego de contactores (anillos y escobillas).

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    149

    298

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    150

    Generador Redes de

    distribucin Lneas de transmisin

    Un sistema de potencia se compone de tres partes principales:

    Las centrales generadoras, las lneas de transmisin y las redes de

    distribucin.

    La generacin de la potencia elctrica se refiere a la conversin de energa de

    una forma no elctrica (como la trmica, hidrulica y solar) en energa

    elctrica.

    Las lneas de transmisin constituyen los eslabones de conexin entre las

    centrales generadoras y las redes de distribucin y conduce a otras redes de

    potencia por medio de interconexiones.

    La red de distribucin conecta las cargas aisladas de una zona determinada

    con las lneas de transmisin.

    Carga

    299

    300

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    151

    La red de transporte de energa elctrica es la parte del sistema de suministro elctrico constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a travs de grandes distancias la energa elctrica generada en las centrales elctricas.

    Para ello, los niveles de energa elctrica producidos deben ser transformados, elevndose su nivel de tensin. Esto se hace considerando que para un determinado nivel de potencia a transmitir, al elevar la tensin se reduce la corriente que circular, reducindose las prdidas por Efecto Joule. Con este fin se emplazan subestaciones elevadoras en las cuales dicha transformacin se efecta empleando transformadores. De esta manera, una red de transmisin emplea usualmente voltajes del orden de 60, 138, 220, o 500 KV, denominados alta tensin.

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    152

    Parte de la red de transporte de energa elctrica son las lneas de transporte.

    Una lnea de transporte de energa elctrica o lnea de alta tensin es bsicamente el medio fsico mediante el cual se realiza la transmisin de la energa elctrica a grandes distancias.

    Crecimiento de la carga, llevando a que las lneas existentes operen cerca de sus lmites de estabilidad y capacidad trmica. Esto podra demostrarse, si los niveles de confiabilidad del sistema han cado debajo de los niveles aceptables.

    Por tanto la inclusin de lneas podr mejorar las caractersticas de estabilidad en rgimen transitorio de los generadores. El incremento de lneas permitir una mayor flexibilidad en la operacin del sistema.

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    153

    Est constituida tanto por el elemento conductor, usualmente cables de acero, cobre o aluminio, como por sus elementos de soporte, las torres de alta tensin. Generalmente se dice que los conductores "tienen vida propia" debido a que estn sujetos a tracciones causadas por la combinacin de agentes como el viento, la temperatura del conductor, la temperatura del viento, etc.

    Conductor : Es el medio por el que pasa la corriente elctrica .En alta tensin es de Aluminio desnudo

    Soporte: Permite mantener al conductor a una distancia adecuada de seguridad del suelo en funcin a su nivel de tensin .

    Aislamiento : Es el medio de unin con el soporte .

    Fundaciones

    Cable de guarda

    Puesta a tierra

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    154

    Existen una gran variedad de torres de transmisin como son conocidas, entre ellas las ms importantes y ms usadas son las torres de amarre (suspensin), la cual debe ser mucho ms fuertes para soportar las grandes tracciones generadas por los elementos antes mencionados, usadas generalmente cuando es necesario dar un giro con un ngulo determinado para cruzar carreteras, evitar obstculos, as como tambin cuando es necesario elevar la lnea para subir un cerro o pasar por debajo/encima de una lnea existente.

    Existen tambin las llamadas torres de suspensin, las cuales no

    deben soportar peso alguno ms que el del propio conductor. Este tipo

    de torres son usadas para llevar al conductor de un sitio a otro,

    tomando en cuenta que sea una lnea recta, que no se encuentren

    cruces de lneas u obstculos.

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    155

    Estas deben mantener los conductores a

    suficiente altura sobre tierra y distanciados

    entre s. En la parte ms alta de la torre,

    se ponen conductores desnudos, llamados

    de guarda, que sirven para apantallar la

    lnea e interceptar los rayos antes que

    alcancen los conductores activos situados

    debajo

    Por su funcin las estructuras se clasifican en: Estructuras de suspensin Los conductores estn suspendidos

    mediante cadenas de aisladores, que

    cuelgan de las mnsulas de las torres.

    Resisten las cargas verticales de todos

    los conductores (tambin los cables de

    guarda), y la accin del viento transversal

    a la lnea, tanto sobre conductores como

    sobre la misma torre.

    Estructuras de retencin Son para los lugares en donde la lnea debe

    soportar esfuerzos laterales, producto del cambio

    de direccin o finales de lnea bsicamente se

    distinguen tres tipos:

    Terminal.

    La disposicin de los conductores es

    perpendicular a las mnsulas, la torre se

    dimensional para soportar fundamentalmente el

    tiro de todos los conductores de un solo lado, y en

    general es la estructura ms pesada de la lnea.

    Angular.

    Se ubica en los vrtices cuando hay cambio de

    direccin de la lnea, la carga ms importante que

    soporta es la componente del tiro (debida al

    ngulo) de todos los conductores.

    Rompetramos.

    Algunas normas de clculo sugieren el uso de

    estas estructuras con la finalidad bsica de limitar

    la cada en cascada (domin) de las estructuras

    de suspensin, y para facilitar el tendido cuando

    los tramos rectilneos son muy largos. Cuando el

    diseo de las suspensiones se hace con criterio

    de evitar la cada en cascada el uso de

    estructuras rompetramos se hace innecesario.

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    156

    Las lneas areas de alta tensin que atraviesan predios rurales o urbanos, obligan a restringir el dominio sobre el uso de la tierra en una franja que es variable dependiendo de los niveles de tensin.

    Dentro de esta franja no se puede ejecutar ningn tipo de construccin destinado a vivienda. En el resto de la franja se admiten edificaciones de una planta, sin terrazas ni balcones. Adems se debe contemplar que la altura de los rboles adyacentes sea tal que si se produjera su cada pasaran como mnimo a 5 metros de los conductores.

    Tensin de Servicio

    Es el valor de la tensin realmente existente en un punto cualquiera de una instalacin en un momento determinado.

    312

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    157

    Tensin Nominal

    Valor convencional de la tensin con la que se disea un sistema o instalacin y para el que ha sido previsto su funcionamiento y aislamiento.

    313

    Niveles de tensin

    U1 KV 1 KV

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    158

    380 / 220 V 440 / 220 V

    20 kV (*) 22.9 kV

    33 kV 22.9 / 13.2 kV

    33 /19 kV

    60 kV 138 kV 220 kV

    500 kV

    Baja Tensin Media Tensin

    Alta Tensin

    Muy Alta Tensin

    (*) Tensin nominal en media tensin considerada en la NTP-IEC 60038: Tensiones normalizadas IEC.

    315

    Tensin de Impulso

    Es una tensin o una corriente transitoria aperidica aplicada intencionalmente que habitualmente crece rpidamente hasta alcanzar un valor de cresta, y despus decrece ms lentamente hasta cero.

    316

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    159

    Tensin de Prueba

    Se denomina prueba de tensin al ensayo que se realiza a un equipo elctrico durante un minuto para simular sobretensiones de maniobra.

    317

    La servidumbre elctrica es un gravamen que se impone sobre un predio

    (sirviente) en beneficio de una concesin elctrica para el uso de bienes pblicos

    y/o privados , se constituir nicamente con arreglo a las disposiciones de ley .

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    160

    Distribucin de los campos

    elctricos y magnticos de una

    lnea de transmisin de alta tensin

    320

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    161

    Equipos de Patio de Llaves

    Equipos de Patio de Llaves

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    162

    Equipos de Patio de Llaves

    324

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    163

    Mantenimiento basado en condiciones

    Parmetros de Operacin

    Comnmente los parmetros de operacin a monitorear incluyen :

    Vibracin

    Temperatura

    Anlisis de aceite.

    Ruido.

    Corriente Velocidad

    Presin

    flujo

    325

    El plan de mantenimiento predictivo est previsto para conocer el estado actual y la evolucin futura de los equipos principales de la Central, obteniendo la mxima informacin de cmo el funcionamiento afecta a la vida de la turbina, generador y transformador, con el objeto de detectar cualquier anomala antes de que origine un dao y como consecuencia una parada no programada.

    326

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    164

    Disminuir y evitar las paradas imprevistas Mantener y preservar la capacidad de produccin de la planta. Elevar y mantener la disponibilidad del equipamiento Contribuir a incrementar la productividad. Reduccin de los costos de mantenimiento correctivo. Evitar fallas que atenten contra los equipos y personas. Mantenimiento preventivo.- Comprende operaciones sistemticas y

    programadas para prevenir fallos de funcionamiento o deterioro.

    Mantenimiento correctivo.- Restituye el rgimen y estado de funcionamiento normal.

    Mantenimiento predictivo.- Aplicacin de tcnicas de anlisis temporal al comportamiento de variables significativas que indiquen tendencia al desgaste o fallo (pruebas de laboratorio y de campo).

    OBJETIVOS DEL MANTENIMIENTO

    327

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    165

    330

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    166

    331

    332

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    167

    A continuacin se mostrara un cuadro de ventajas y desventajas, de las alternativas a usar para realizar el mantenimiento en equipos hidrulicos; segn la experiencia de sus aplicaciones.

    Soldadura Blindaje postizos Masillas

    Ventajas

    Se utilizan en casi todas las piezas

    que requieren relleno por desgaste.

    Intercambiabilidad de blindaje de

    postizo en stock Aplicacin rpida y sencilla

    Experiencia y desarrollo de tecnologa

    nacional en su aplicacin

    Proteccin integral en la zona a

    colocar

    Costos comparativamente

    menor

    Resultados garantizados Resultados garantizados Ideal para usos de emergencia

    Requiere de un solo proceso

    de fabricacin(torneado)

    Versatilidad en su aplicacin

    con distintas piezas a

    recuperar

    Desventajas

    Requiere especial cuidado en la

    aplicacin a metales no ferrosos Uso en aplicaciones especficas

    su tecnologa aun no es muy

    desarrollada en nuestro medio

    Su tiempo de aplicacin es

    relativamente largo comparado con

    las masillas

    Requiera varios procesos de

    fabricacin (cortado, rolado,

    tornead, etc.) dependencia tecnolgica

    Alto costo en superficies importantes Requiere precisin en el trabajo

    333

    MANTENIMIENTO MECNICO Vlvulas Mariposa y Esfrica:

    Control prdidas de caudal, control de tiempo y cierre y apertura, control de prdida de aceite y revisin de empaquetaduras.

    Tubera Forzada:

    Revisin de pintura protectora, control de prdidas en junta de expansin, control de friccin en los apoyos.

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    168

    Tubera forzada en buenas condiciones y otra destruida por deficiente aplicacin de la pintura.

    335

    PREPARACION PARA EL PINTADO

    Cortar la tubera en las partes donde se encuentran las juntas de dilatacin y los tramos correspondientes. Se fijar al terreno para evitar escurrimiento vertical en el terreno de su actual emplazamiento; luego se ejecutar la limpieza a nivel del metal blanco para que as se pueda efectuar la aplicacin de las capas de pintura

    .

    336

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    169

    Dado que la tubera est en permanente contacto con el agua (internamente) y con el medio ambiente (externamente), es necesario la proteccin de la tubera con capas de pintura especial para disminuir el proceso de corrosin.

    En los trabajos deber indicarse:

    El N total de capas a emplearse.

    El espesor de cada capa.

    Los intervalos de tiempo para cada aplicacin.

    Precauciones y consideraciones que se deben tomar en cuenta antes de iniciar el trabajo.

    337

    .

    Turbina:

    Desmontaje de tapa para revisar estado de rodete, control de desgaste por abrasin, prueba de la proteccin contra embalamiento, medicin de la potencia efectiva, control de rendimiento mediante el diagrama Tiempo-Presin.

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    170

    339

    .

    Cojinetes:

    Control de mxima temperatura, control del agua de refrigeracin, control corrientes parsitas, control y relleno de nivel de aceite. Toma de muestra de aceite para Ferrografa.

    Acoplamiento:

    Revisin agujeros de alojamiento de los pernos, revisin estado de pernos.

    Regulador de Velocidad:

    Revisin y correccin de los parmetros de control,

    limpieza de filtros, ajuste de terminales.

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    171

    Chumaceras: Se cambiarn los dos filtros del sistema de refrigeracin de agua cuando estn con desgaste. El montaje se realizar colocando casquillos debajo de las chumaceras de apoyo junto a las de empuje axial..

    341

    Mecanizado de Precisin a Babbit de Cojinete radial para Turbina, para reparacin de chumaceras.

    342

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    172

    REGULADOR DE VELOCIDAD

    343

    El regulador de velocidad o gobernador es el mecanismo destinado a

    mantener sensiblemente constante, la velocidad de sincronismo del

    grupo generador ante todas las variaciones de cargas que tienden a

    reducir o aumentar el nmero de revoluciones del grupo.

    En las turbinas Pelton, la accin del regulador se realiza sobre la vlvula

    de aguja del inyector que grada el chorro de agua que acta en las

    cucharas del rodete, y tambin en el deflector, desviando parte del

    chorro hacia el exterior del rodete.

    En las turbinas Francis, la regulacin acta solo y exclusivamente sobre

    las palas directrices del distribuidor, mientras que en las turbinas Kaplan

    la regulacin acta tanto en las palas directrices como en las palas del

    rodete, a fin de que, con la adecuada posicin de las mismas, se pueda

    obtener el rendimiento idneo.

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    173

    El regulador de velocidad est compuesto por: El elemento sensible a la velocidad, consistente en un equipo mecnico, electromagntico o electrnico que

    censa las variaciones de velocidad de la turbina y las transmite al sistema de control.

    La vlvula de control o vlvula de distribucin, accionada a travs de los mandos del elemento sensible a la

    velocidad; su cometido es el de distribuir el aceite a presin y enviarlo al correspondiente lado del servomotor.

    El servomotor, que por medio de fuerzas hidrulicas controla la posicin de la varilla que acciona al

    distribuidor. Consiste en un pistn cuyo dimetro interior viene dado por la fuerza mxima necesaria que

    requiera el ajuste del distribuidor. La velocidad de respuesta del pistn es una funcin de la cantidad de

    aceite proporcionada por el cilindro.

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    174

    Botellas de CO2

    347

    Este electrobomba es para poner en presin al regulador de velocidad.

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    175

    Las caractersticas principales de la regulacin estn basadas en la curva de estaticidad (velocidad del grupo y potencia). Se dice que una regulacin es esttica cuando la velocidad disminuye al aumentar la potencia y es asttica cuando la velocidad permanece constante a cualquier potencia. El sistema de regulacin esttico permite una regulacin estable, es decir, reacciona rpidamente al presentarse el efecto perturbador.

    Estatismo: La funcin bsica del estatismo es permitir la reparticin proporcional de la carga total de la red entre los grupos que lo sirven; sta se efecta mediante la ley que define en todo momento la relacin entre la velocidad o frecuencia y la potencia activa de la mquina. Donde:

    S: estatismo. f: frecuencia para una determinada potencia fo: frecuencia para una potencia cero (vaco) P n: potencia nominal. P: cualquier potencia.

    El valor del estatismo se fija en el regulador de velocidad. Adems es funcin de la longitud de

    la tubera forzada y se cambia con el tiempo y la funcin de la central.

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    176

    REGULADOR DE TENSIN

    E

    351

    Ubicada en el perimetro de la sala de mquinas

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    177

    EL regulador de tension es aquel que controla la tension en los bornes del generador

    MANTENIMIENTO ELCTRICO Alternador: Medida de aislamiento, Control de desgaste de las escobillas del rotor, Limpieza anillos colector, Ajuste de borneras, Control agua de refrigeracin, Control de los pernos de fijacin de la carcaza, Control fijacin cuas del rotor, sopleteado con aire comprimido. Anlisis de vibraciones, ndice de polarizacin, ndice de absorcin, Intensidad de conduccin, inspeccin infrarroja.

    .

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    178

    Que es el alternador? El alternador es una mquina destinada a transformar la energa

    mecnica en elctrica, generando, mediante fenmenos de induccin, una corriente alterna. Los alternadores estn fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magntico variable se crea una tensin elctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y su valor del flujo que lo atraviesa.

    ALTERNADOR

    Un alternador consta de dos partes

    fundamentales, el inductor, que es el que crea el

    campo magntico y el inducido que es el

    conductor el cual es atravesado por las lneas de

    fuerza de dicho campo.

    Alternador moderno

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    179

    357

    Alternador antiguo: Fabricado por Cie. de

    L'industrie Electrique et Mecanique, de

    Geneve (Suiza). Trifsico. Potencia, 380

    kVA. Intensidad, 3x35,5 A. Tensin de

    salida, 5.700 V. 750 rpm. Frecuencia, 50 Hz.

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    180

    359

    El rotor del alternador va acoplado a la turbina (motor primo), entregndole la potencia mecnica necesaria (a una velocidad constante), que ser convertida a potencia elctrica. El medio que se emplea para el proceso de conversin de la energa es el campo elctrico.

    El alternador utiliza un estator constituido por un devanado trifsico distribuido a 120.

    El rotor esta formado por un devanado alimentado desde el exterior a travs de escobillas y anillos rozantes mediante corriente continua.

    El rotor puede ser lisos o de polos salientes.

    Es utilizado en la mayora de centrales elctricas: turboalternadores y grandes alternadores

    hidrulicos.

    360

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    181

    Son de 2 o 4 polos, movidos por turbinas de alta velocidad, de all que se les conozca como turboalternadores. Su entrehierro es uniforme, por lo que la reactancia de la maquina se considera uniforme, e igual a la reactancia directa (xd).

    Los rotores son de gran cantidad de polos, movidos por turbinas hidrulicas que giran a bajas velocidades. El rotor se caracteriza por presentar un entrehierro no uniforme.

    361

    362

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    182

    Caractersticas elctricas

    Estos generadores deben suministrar la potencia activa y reactiva de la

    red, y por ello se les impone la exigencia de que deben proporcionar la

    potencia nominal con un fdp ptimo. En la actualidad se fija la potencia

    nominal para un fdp=0,8. En las grandes unidades se llega a valores de

    fdp=0,9.

    363

    RF: resistencia de los devanados del rotor

    LF: inductancia de rotor R ajustable:

    resistencia que controla el flujo de campo

    Los voltajes V1, V2, V3 estn 120fuera de fase entre si. 364

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    183

    365

    Prdidas

    en el

    Ncleo

    Prdidas por

    friccin y

    rozamiento

    con el aire

    Prdidas

    miscelaneas

    Prdidas I2R (prdidas en el cobre)

    Psalida=

    3 cosT LV IPentrada=

    p m p m

    Pconv

    POTENCIA Y PAR EN UN GENERADOR SINCRONO

    366

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    184

    367

    .

    Transformador:

    Control de estanqueidad de empaquetaduras, verificacin nivel de aceite, limpieza de aisladores BT/AT, toma de muestra de aceite para pruebas de rigidez dielctrica y Cromatografa (Anlisis de los gases disueltos en el liquido aislante), control y cambio de la sal desecadora de humedad. Revisin del grado de polimerizacin del papel. Control de la Tangente Delta.

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    185

    369

    370

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    186

    Incremento brusco de corriente.

    Ruidos dentro del tanque.

    Humo y burbujas.

    Tanque conservador

    de aceite del

    Transformador

    372

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    187

    Segn el criterio observado estos ltimos aos con respecto al aislamiento, los transformadores se clasifican a base de un nmero limitado de clases de aislamiento, a cada una de las cuales corresponde cierto valor de la tensin compuesta respecto a las cuales estn referidas las prescripciones para el aislamiento y en particular la prueba de rigidez dielctrica, a la frecuencia industrial y a la de impulso. Para valores intermedios de la tensin compuesta, se adopta el aislamiento de clase superior.

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    188

    376

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    189

    Se tendr que aadir electrolito. Quitar los tapones y llenar cada celda con el electrolito hasta que el nivel del mismo est a 8 mm por encima del borde de los separadores. Dejar reposar la batera durante 15 minutos .Transcurrido 30 minutos despus de haber introducido el liquido electroltico en la batera, sta se encuentra preparada para su puesta en funcionamiento.

    Comprobacin de la carga. Para comprobar la carga de una batera se emplea un densmetro ; ste deber medir de 1,24 a 1,28 cuando esta totalmente cargada, de 1,17 a 1,22 cuando esta medianamente cargada y de 1,12 a 1,14 cuando est descargada.

    CARGADOR DE BATERIA

    377

    ELEMENTOS DE MANIOBRA

    Interruptor:

    Control computarizado del tiempo de cierre y apertura trifsico de las fases, limpieza del carbn de los contactos.

    Seccionadores:

    Control del cierre y apertura al 100%, limpieza y lubricacin de contactos, verificacin del alineamiento.

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    190

    Un interruptor es un dispositivo para cambiar el curso de un circuito. El modelo prototpico es un dispositivo mecnico que puede ser desconectado de un curso y unido (conectado) al otro. El trmino "el interruptor" se refiere tpicamente a la electricidad o a circuitos electrnicos.

    Interruptor tripolar

    de pequeo

    volumen de aceite

    para exteriores

    HPF 406 E y F de

    15/25,8KV.

    Los interruptores sirven para aislar un sistema para mantenimiento o para protegerlo de una falla.

    Trabajan con carga.

    380

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    191

    INTERRUTOR AUTOMATICO DE POTENCIA O DISYUNTOR Equipo que sirve de proteccin a un transformador, generador o lnea de transmisin o subtransmisin. Puede ser operado con carga y con tensin. Un Disyuntor puede abrir circuitos elctricos con corrientes de falla(sobrecarga y cortocircuito, aparte de la nominal).

    Operacin del interruptor de potencia

    La operacin de un interruptor de potencia es la operacin de cierre y apertura que se realiza por medios mecnicos, que los mantiene unidas bajo presin.

    Proceso de cierre:

    Despus de haberse interrumpido el suministro el interruptor va restablecer o cerrar el circuito y su tiempo de cierre es el tiempo que transcurre desde el momento de energizarse la bobina de cierre hasta la conexin metlica de los contactos principales.

    Proceso de apertura:

    si estando cerrado el interruptor se desea interrumpir el circuito, se libera un mecanismo de apertura el cual permite que los contactos principales se separen con cierta velocidad.

    El tiempo de interrupcin esta dado desde el momento en que se energiza la bobina de apertura hasta la extincin del arco elctrico.

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    192

    El interruptor de potencia debe cumplir con dos funciones fundamentales : Debe ser capaz de disipar la energa producida por el

    arco sin que se dae el equipo. Debe ser capaz de establecer muy rpidamente la

    rigidez dielctrica del medio comprendido entre los contactos una vez extinguido el arco.

    Ojo: En una subestacin el interruptor de potencia es el equipo de mayor costo despus del transformador de potencia.

    Mando de interruptores de potencia

    Generalmente en las subestaciones que los interruptores de potencia sean accionados a distancia desde los tableros de comando, ubicados en la sala de control.

    La indicacin de apertura o cierre, se puede observar en el panel de sealizacin, a travs de micro interruptores asociados a los mecanismos del seccionador.

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    193

    Tipos de interruptores de potencia

    las formas existentes para eliminar el arco elctrico se basa en el agente extintor del arco, por lo que se puede clasificar en :

    En aire.

    En aceite dielctrico.

    En aire comprimido.

    Soplo magntico.

    En SF6(hexafluoruro de azufre)

    Interruptor de potencia en aire:

    Cuyo aislante gaseoso es el aire mantiene sus propiedades dielctricas, tiene una alta constante de ionizacin , se renueva constantemente y cuesta nada.

    I


La Genética Forense aplicada a casos históricos - 1324 a. C: Tutankamón -Su genealogía -Enfermedades y causa de muerte.

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