INFORME DE VISITA TECNICA ALA CENTRAL HIDROELECTRICA SAN GABAN II

OBJETIVO: Conocer el funcionamiento y los equipos para tener claro la teoría que nos motive a aprender más. Para ello la central capta aguas del rio San Gabán, para turbinarlas y generar energía eléctrica que beneficie a los centros poblados, asientos mineros e industriales, a través de la red eléctrica del sistema eléctrico interconectado nacional (SEIN).

Características principales:

Potencia aislada 110MW

Potencia efectiva 113,1MW

Salto bruto 679 m

Saldo neto 644 m

Caudal 19 m3

seg

Unidades 2x55MW- Turbinas pelotón de eje vertical

OBRAS PRELIMINARES

La construcción de las obras preliminares de la Central Hidroeléctrica San Gabán II se inició en 1995 y con la nueva administración, se asumió sus funciones a fines de mayo de 1996, se convocaron las licitaciones de las obras civiles principales, cuya construcción empezó el septiembre del mismo año.

OBRAS CIVILES

Las obras civiles han consistido en la construcción de las obras “obras de cabecea” (lote N°I), formadas principalmente por un túnel de desvío del rio San Gabán, de 167.46 m de longitud, una presa derribadora con 4 compuertas radiales de 8x5.5 m cada una, de un

desarenador con 4 naves de 61.70 m de longitud para tener partículas en suspensión de hasta 0.2 mm, de un embalse regulador de 140,000 m de capacidad y de un conducto cubierto de 3.20 m de diámetro y 428.45 m de longitud.

Luego la construcción del túnel de Aducción y sus obras complementarias (loteN°2) cuya característica principal es que tiene sección de herradura de 3.60m de diámetro y 7.270 m de longitud, excavados en plena roca en el denominado Batolito de San Gabán con una capacidad de 19m3 ⁄ seg e íntegramente revestido con concreto pulverizado(shotcrete), para su construcción y mantenimiento se ha necesitado realizar dos ventanas d acceso, una en la localidad de Uruhuasi, de 188m de longitud y la otra en la localidad de Casahuiri, de 485 m, con sus correspondientes carreteras de acceso, también consta de una chimenea de equilibrio que consiste en un pozo vertical con dos cámaras de alimentación y una de expansión, de 3.60m de diámetro y 289 m de longitud, igualmente excavados en plena roca e íntegramente revestidos con concreto pulverizado; y la construcción de la casa de máquinas de sus obras complementarias (loteN°3) que consisten principalmente de una galería de acceso a la casa de máquinas de 544.60 m de longitud, de una galería de descarga de 1,001.36 m de longitud de una casa de máquinas en caverna, de 29.8m de altura x 51.05m de longitud x 18.6 m de ancho, de un conducto forzado de 3.35m de diámetro, inclinado 60° y con una diferencia de cotas de 638.59 m y una longitud aproximada de 738m, asi como de las obras civiles para el patio de transición y para la subastación de San Gabán II.

OBRAS ELECTROMECANICAS Y LINEA DE TRANSMISION

Asimismo en lo que respecta al “equipamiento electromecánico de la central” (loteN°4), consiste principalmente del suministro, montaje y pruebas para la casa de máquinas en caverna, de dos (2) turbinas Pelton de eje vertical cada una con 5 chorros de 514.3 r.p.m. y para 9.5m3 ⁄ seg de dos(2) generadores de 63.5MVA cada uno, en 13.8KV 60 HZ, incluidos todos los sistemas de protección, control y mando, de su sistema de supervisión de alarmas, controladores y de todos los servicios auxiliares requeridos; también tiene equipamiento para las obras de cabecera, consiste en 4 compuertas radiales para la presa derribadora y el equipamiento complementario para la toma, el desarenador de 4 naves y el edificio de control, incluyendo también todos los sistemas señalados anteriormente del equipamiento de las compuertas de las ventanas de uruhuasi y de casahuiri; del equipamiento para S.E San Gabán II y para el patio de transición para el traslado de la energía producida al sistema interconectado del sur se ha tenido que realizar la construcción de la N línea de transmisión de 138KV. Entre la subestación San Gabán II y la subestación de Azángaro (loteN°5) de 160 kilómetros de longitud, con 2 termas de conductores y con 2 cables de guarda (una convencional y el otro implementado con fibra óptica para comunicaciones) que llevara la energía producida desde la central

hidroeléctrica, estas últimas obras se iniciaron en 1997, culminándose la línea de transmisión en agosto de 1999 y se prevé que el montaje de los equipos principales y pruebas de la central hidroeléctrica se culminen en diciembre de 1999, determinándose un plazo total de construcción de la central hidroeléctrica de San Gabán II de las subestaciones de salida y de llegada así como la línea de transmisión, de unos 03 años desde el inicio de su construcción.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

Un esquema general de una instalación para generar energía hidroeléctrica, corresponde en términos generales al indicado en la figura 1.2 en ella se observa que el proceso de conversión de energía es dinámico, la energía es hidráulica es transformada en mecánica por la turbina y esta a su vez es transformada en energía eléctrica por un generador para suministrársela de la demanda a través de las líneas de interconexión(ver figura 1.2) este proceso de conversión de energía se realiza manteniendo constantes dos parámetros eléctricos: voltaje y frecuencia. Esto se logra si en la instalación se tiene un regulador de tensión y un regulador de velocidad trabajando en perfecta armonía, ya que cualquier cambio en la demanda de energía afecta a estos dos parámetros. El primero de ellos es un parámetro eléctrico, que se regula en función de los reactivos de la maquina eléctrica (regulador de tensión) y el segundo parámetro es mecánico esto indica que su regulación es función del flujo másico, es decir del caudal y por tal motivo la turbina debe tener un dispositivo para tal fin (regulador de velocidad), tal como se indica en la figura 1,2.

LA ENERGIA HIDRAULICA

Corresponde a un proceso de conversión de energía gravitacional, originada a partir del flujo másico del agua m a través de la tubería de presión (ver figura 1.3). Es decir la energía hidráulica suministrada a la turbina equivale al peso del agua que se desplaza en

el tramo, comprendido en la sección de entrada (o-o) y la salida de la tubería de presión (1-1) y corresponde a:

EH=H estm

Dónde: H est es la altura estática, que corresponde a la diferencia entre el nivel superior NS e inferior NI (ver figura 1.3), esto es H est=Z NS−Z¿, el peso del agua m corresponde a:

N= pgv en esta ecuación el volumen v equivale al producto del caudal Q en una magnitud de tiempo t : v

De esta forma la energía hidráulica suministrada da a la turbina corresponde a:

EH=H est pgOT

Y l potencia hidráulica obtenía en este tramo equivale a:

PH=EHt

=H est PQ

Al sustituir los valores de la densidad del agua y la aceleración de la gravedad se tiene que la potencia hidráulica total dada en KW es igual a:

PH=9,81H estQ;(KW )

Dónde: Q es el caudal dado en (m/s) y Hest está en (n).

Sin embargo es importante señalar que en la ecuación anterior, la altura estática no incluye las pérdidas por la longitud y accesorios en la tubería de presión además no considera el efecto del gradiente cinético en la tubería de presión y la recuperación de parte de la energía cinética del agua a la salida del tubo de succión.

Por tal motivo para tener un mayor detalle y considerar las perdidas por longitud y accesorios en la tubería de presión de alta la potencia hidráulica total se determina de la siguiente forma:

PH=9,81 (H est−∆h )Q

El efecto del gradiente cinético en la tubería de presión se refiere a la diferencia de velocidades entre la toma de agua y el final de la tubería de presión .Para esta condición, la caída de la tubería H corresponde a la diferencia entre la caída bruta de la turbina y las perdidas hidráulicas por longitud y accesorios en la tubería de presión

OBRAS DE CAPTCION

Las obras de captación por derivación a filo de afua, captan el recurso del afluente sin almacenamiento, aprovechando el caudal que hay en el momento dado.

Estas obras deben cumplir las siguientes condiciones:

-con cualquier calado del rio deben captar una cantidad prácticamente constate de caudal

-deben impedir al máximo la entrada a la conducción de material sólido, flotante o en suspensión y hacer que este siga por el cause

-satisfacer las condiciones mínimas de seguridad

-la obra de conducción debe disponer de una estructura de retención, que garantize una cota de nivel, con cualquier caudal del rio, una obra de toma, para captación de caudal de diseño, acompañada de una rejilla, que evita el paso de material solido flotante y una obra de lavado de material solido en la estructura de retención

Los elementos que componen la bocatoma, deben garantizar su buen funcionamiento por ello deben cumplir con los siguientes requerimientos básicos:

El agua captada debe ser en lo posible, libre de sólidos , con el fin de no cargar de material de acarreo la conducción y ]/o el desarenador- El material solido depositado aguas arriba detrás de barraje, deberá ser

evacuado por el flujo de un chorro de lavado intermitente.- El tipo de construcción debe ser sencillo y económico de tal forma que facilite

una operación con poco mantenimiento y rabazos rápidos de reparación.

- Las descargas de crecida deben ser evacuadas de la obra de captación en forma segura.

Tipos de captación: puede realizarse directamente sin ninguna obra en el cauce, aunque es más común y conveniente construir una presa cerrando este. En este caso el caudal es llevado directamente por un canal lateral, sin embargo la obra está expuesta a deterioro por avenidas del rio. Esta captación se llama toma lateral con espigones.

Oro tipo de boca toma dispone de un dique, que cierre el cauce del rio y eleve el nivel del agua hasta una cota determinada, donde se vierte a través de un vertedero, toma convencional o se capta directamente en el cuerpo del dique toma tirol.

Ubicación: la obra de captación se debe ubicar en la orilla cóncava del rio, para disminuir la entrada de sedimentos y un poco desplazada agua abajo, ya que por lo general en la parte cóncava existe un barranco. La toma se ubica de una manera más adecuada en la terminación de parte cóncava e inicio de la convexa, puesto que se caracteriza por tener un terreno plano suficiente para situar el desrripiador y la transición.

OBRA DE CONDUCCION

La conducción del caudal que será aprovechada para generar energía eléctrica es captado en la boca toma y llevando a través de un canal que puede estar a cielo abierto o cerrado manteniéndose el caudal a presión atmosférica, en su trazado para diferentes accidentes topográficos que son sorteados con obras especiales como son: los viaductos sifones, rellenos y túneles hasta llegar al tanque de carga.

Debido a que el agua captada contiene elementos en suspensión se requiere colocar en le trazado un desarenador que los elimine, el cual puede estar ubicado contiguo a la boca toma o acompañado al tanque de carga.

El trazado de la conducción se realiza en función de conseguir una mayor eficiencia y seguridad de la sobras a menor costo, manteniendo una pendiente longitudinal positiva menor que la del rio (aguas abajo en dirección del afluente), y variando solo de ciertos límites.

La pendiente de las conducciones establece con un criterio técnico económico, estudiando varias alternativas. El criterio técnico está sujeto a las características de los sitios posibles de toma y la variación de caudal, que generalmente disminuye aguas arriba. El criterio económico lo establece la longitud de la conducción, esto es un aprovechamiento hidroenergetico con una pequeña pendiente del recurso

efluente, ocasión a una mayor longitud y mayor costo inversamente disminuye si la pendiente es elevada.

Podrá seleccionar alternativas de menor costo y que cumplan los requerimientos técnicos, se pueden reducir la longitud de la conducción, por medio de túneles, acueductos, rellenos u otro tipo de obras.

Loas túneles se construyen cuando representan una solución más económica que un canal abierta es una alternativa más económica.

BOCA TOMA

Es una estructura que permite captar el agua de la fuente hídrica y derivarla hacia el canal de acceso. Debe disponer de componentes que permitan el ingreso del agua sin presencia de elementos extraños, asimismo debe permitir regular el caudal de ingreso tanto en épocas de estiaje y avenidas.

DESERANADOR

Es una obra hidráulica que sirve para sedimentar partículas, de material solido suspendido en el agua, de la conducción; las partículas se mantienen en suspensión a que la velocidad de entrada en la boca toma es elevada y suficiente e para arrastrar partículas sólidas, en especial durante las crecidas puede entrar gran cantidad de sedimentos.

El volumen de solidos durante las crecientes para ríos de montaña es aproximadamente del 4 al 6% el volumen de caudal y en ríos de llanura de 0,2 a 1,0 %.

Al no disponer de esta obra genera daño en las obras, algunos de ellos son:

Disminución de la sección de la conducción por sedimentación, estos conlleva a aumentar el mantenimiento de la obra.

Disminución de la capacidad del tanque de carga por acumulación de material sólido, debido a la sedimentación, ocasionada por la baja velocidad existente en esta obra.

Cuando mayor es la velocidad de las partículas estas desgastan más rápidamente la tubería y las turbinas disminuyendo considerablemente su vida útil.

PRESA O ESTANQUE REGULADOR 140000m3

PERSONAL ESPECIALIZADO, DE MANTENIMIENTO DEL DESARENADOR

COMPUERTAS

}

TUBERIAS DE PRESION

Esta debe ser preferiblemente recta, aunque en algunas ocasiones es difícil de obtener debido a las condiciones del terreno. Esto obliga a ajustarse al perfil tipográfico de su trazado, con el apoyo de estructuras de concreto que la ayudan a sostenerse y a variar la pendiente.

La tubería de presión esta compuesta por los siguientes elementos (ver figura 3.1):

La toma de agua en el tanque de carga la cual esta acompañada de una rejilla (1), anclajes (2) y apoyos (3), se encargan de sostener y variar la pendiente de la tubería de presión, codos (4) para Variación de una pendiente, juntas de unión (5) y de expansión (6) estas últimas ubicadas entre anclajes, ellas asimilan la contracción o dilatación del material por variación de temperatura; bifurcaciones (7) que permite dividir el caudal parea variar unidades, válvulas, son elementos independientes a la tubería de presión, ubicadas entre en final de la tubería y al turbina (8).

Para su dimensionamiento la tubería de presión se debe tener en cuenta los siguientes parámetros:

El diámetro se selecciona de acuerdo con un análisis técnico y económico, que permita determinar el diámetro que causa el menor número de perdida y su costo sea elevado.

El espesor se determina de acuerdo con los esfuerzos generado por el golpe ariete, el o peso del agua y de la tubería.

El material de la tubería permite seleccionar tubería de mayor resistencia a los esfuerzos mecánicos.

ESTACION METEREOLOGICA

ESTACIÓN DE CONTROL DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA SAN GABÁN II

Todo el control de la central hidroeléctrica se hace desde esta estación, todo el sistema esta completamente automatizado y desde ahí se puede hacer seguimiento de toda la central hidroeléctrica, controlar o hacer cambios. Todo el monitoreo se hace desde esta estación

PATIO DE LLAVES

CASA DE MAQUINAS

Es el lugar donde se encuentra instalada el grupo hidroeléctrico, conformado por: Turbina hidráulica, Generador Eléctrico, Tablero de Control, Regulador Automático.

Ingreso a la casa de máquinas:

El ingreso a las casa de maquinas es mediante un túnel de 6m x 6m y una longitud aproximada de 400m

Al ingresar a la casa de maquinas lo primero que se puede observar es dos rotores de paletas de una turbina peltón el cual esta listo si fallara alguna de la turbinas en funcionamiento luego pudimos observar que cuentan con un puente grua el cual es para el montaje o desmontaje de las turbinas, generador y otros elementos pesados y su fácil desmontaje.

La casa de máquinas cuenta con tres niveles eln los cuales están distribuidos la turbina en el primer piso luego se encuentra el generador y en el último piso se encuentra el transformador

Cada piso cuenta con equipos de refrigeración y sistemas de lubricación para su inspección se pudo apreciar distintos tipos de manómetros los cuales el técnico especializado toma datos para un control adecuado de los equipos en funcionamiento

ROTOR PALETAS DE LA TURBINA PELTON

SISTEMA DE LUBRICACION

VALVULAS

Las válvulas ubicadas antes de la turbina se utilizan para el cierre del caudal a través de la turbina y para operaciones de reparación. Para P.C.H´s de gran caída (H > que 200 metros) las válvulas antes de turbina son operativas que se cierran por parada de la turbina con el fin de evitar cavitación.

Para P.C.H´s de baja caída se utilizan válvulas de compuerta en la entrada de la turbina y válvulas mariposa para caídas que oscilan entre 30 a 200

metros con un diámetro de la tubería de presión de 1200 mm y esféricas cuando la caída bruta es superior a los 200 metros.

La válvula esférica. Es prácticamente la continuación de la tubería de presión, está compuesta por una esfera, por donde fluye el caudal (ver figura 13.15). Se caracteriza por tener bajas perdidas y un cierre hermético que evita la cavitación.

EJE DE LA TURBINA AL GENERADOR

aproximadamente 50cm de diámetro del eje de transmición

CÓDIGO DE SEÑALES Y COLORES

TURBINA

La turbina es el equipo en el cual se transforma la energía hidráulica en mecánica, esta acoplada directamente al generador en conjunto atienden la demanda de energía eléctrica.Un esquema general de la instalación de una turbina en una central hidroeléctrica se indica en la figura 16.1 en ella se observa que el caudal captado por la toma de agua es llevado a través de la tubería de presión hasta la turbina. El agua se le entrega la rodete a turbina para realizar el proceso de conversión de energía hidráulica en mecánica; el cual se puede realizar de 2 formas:El caudal cambia solamente de dirección mas no de aceleración (turbina de acción), y el caudal entra a presión y en los conductos móviles del rodete cambia de dirección y aceleración (turbina de reacción) tal como se ilustra en la figura 16.1.

CONCLUSIÓN:

Observamos como es que funciona la boca toma el cual es el principio de la obra observamos q la central hidroeléctrica de San Gabán no cuenta con caudal de ecológico ya q un trayecto del rio se encuentra seco Debido a la época de estiaje el caudal del rio baja para compensar el caudal de diseño se cuenta con una presa que llena en horas del día y por la noche ha horas punta alimenta al caudal de alimentación teniendo así una potencia optima la central hidroeléctrica No pudimos observar la cámara de carga ni la tubería de presión ya que el canal se encuentra en un túnel aproximadamente de 7 km debajo del cerro, y de la misma manera la tubería de presión se encuentra subterráneamente debajo del cerro La casa de maquinas se encuentra al interior del cerro aproximada mente a 400m desde la entrada la casa de maquinas cuenta con tres niveles en el cual esta distribuido todos los componentes de la casa de maquinas Cuenta con dos turbinas pelton, los cuales son de eje vertical ambas turbinas

Vimos como era el funcionamiento de la central. Y comparando con la teoría que hicimos en clase complementa correcta mente

ANEXOS