Montaje, de una Pequeña Central Hidroeléctrica I

Por Ing. Eusebio Fernández Melo

MONTAJE, MANTENIMIENTO, OPERACIÓN Y SEGURIDAD DE UNA MINI Y PEQUEÑA

CENTRAL HIDROELÉCTRICA

MONTAJE DE UNA PEQUEÑA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

Objetivo Dar a conocer el montaje e instalaciones electromecánicas en campo de una Pequeña Central Hidroeléctrica Alcance:Comprende el montaje de los equipos turbogeneradores, los equipamientos hidromecánicos, los servicios auxiliares y la subestación de salida.Generalidades:Conforme a la nueva norma del MEM de Electrificación Rural en zonas aisladas y zonas de frontera es conveniente continuar con la electrificación, con la finalidad de ampliar el coeficiente de electrificación Nacional y que para ello es necesario implementar las micros, minis, pequeñas centrales hidroeléctricas y tener una operación sostenida de dichas centrales.

MONTAJE HIDROMECÁNICOS

Montaje de los Equipos HidromecánicosSe considera a todos los sistemas de control de aducción de agua desde el barraje o bocatoma hasta la válvula de admisión, son las: compuertas, ataguías, rejillas, tubería forzada, válvula mariposa, válvula principal y otrosConsideraciones para el montaje de las compuertasDurante las obras civiles se deben colocar los insertos de primera y segunda fase para un buen montaje:Los insertos de primera fase va instalado en los enfierrados de los encofrados, se colocan unas bases rectangulares o cuadradas de hierro con patas amarradas a los hierros o encofrados.

Montaje Hidromecánicos

Los insertos de segunda fase son soldadas a las bases de los insertos de primera fase, en el caso de las compuertas son los canales de hierro, marcos, dinteles y soleras; en la parte donde va sellar son de acero inoxidable. El montaje de estos elementos es muy preciso en cuanto al nivel, la verticalidad para el sellado principal.El montaje de las compuertas se realizará colocando los sellos (la nota musical) antes del izaje, el montaje de las compuertas será utilizando unos pórticos o unas grúas pescantes, dependiendo del tipo de compuerta.


En los casos cuando la captación es directamente del río, sin presa, el montaje de las compuertas, rejillas, son similares que se realizará durante la construcción de las obras civiles.Generalmente estos trabajos deben realizarse en los meses de estiaje o en verano, con la finalidad que estos concretos finales fragüen naturalmente sin utilización de acelerantes porque los costos son altos y además es peligroso por las grandes avenidas naturales que puedan presentarse


El montaje en los casos de los equipos hidromecánicos de los desarenadores se realizará durante la construcción de obras civiles y son similares a las obras de captación en los montajes de las compuertas de limpia, de los by pass para los casos de mantenimiento.En algunos casos es necesario el montaje de rejillas al inicio del desarenador porque pueda ingresar ramas, troncos en el caso de los canales de grandes longitudes y obstaculizar el agua en las compuertas poniendo en peligro la aducción del agua y la estabilidad del canal porque puede rebasar y erosionar


El montaje en los casos de los equipos hidromecánicos de las cámaras de carga o tazas se realizará durante la construcción de obras civiles, en las compuertas de ingreso a la tubería forzada, de limpia y de alivio, así como también las rejillas de limpia En algunos casos no es necesario el montaje de las compuertas de ingreso a las tuberías forzadas porque requiere de una instalación de una tubería de aireación porque podría colapsar la tubería.


Montaje de tubería forzadaPara el montaje de la tubería forzada es necesario el seguimiento desde la fabricación, el montajista debe conocer a donde corresponde cada elemento de la tubería como son los tramos de las tuberías (virolas), manguitos, codos, juntas de dilatación y desmontaje. El montaje de la tubería forzada debe iniciarse desde la casa de máquinas hasta la cámara de carga, el suministro de cada elemento es desde aguas arriba.


Procedimiento de montajeControl del nivel de las sillas de apoyo y bloques de anclaje, alineamiento conforme a los planos de diseñoAcercamiento de cada elemento hasta pie de obra con transporte móvil o grúa, preliminarmente se hacen los accesos. En caso que no hay accesos el acercamiento se realizará con maniobristas y equipos de maniobras como son los tirfor, tecles, rondanas, estrobos, sogas; pero como las pequeñas centrales aisladas se encuentran alejadas es mejor considerar estos equipos desde el inicio del montaje.


El técnico armador o tubero indicará al maniobrista como debe dejar cada elemento sobre los bloques de anclaje y sillas de apoyo. El armador alineará, nivelará y preparará los bordes (bisel) y el control longitudinal entre ambas tuberías y entregará los controles al supervisor para el inicio de la soldadura, En un cambio de dirección (montaje de codos o derivación) conforme a los planos de diseño y la topografía del terreno el armador dejará premontado exactamente coincidente con la tubería de la junta de dilatación y con el borde superior aguas arriba para continuar el montaje de la tubería. Debe considerar la variación de las pendientes horizontal y vertical, vista en las tres dimensiones tal como indica los planos; una equivocación implicaría rechazo y suspensión del montaje.

Montaje de codos en un bloque de anclaje para variar pendiente horizontal y vertical


La soldadura de la tubería se realizará con personal homologada, calificado, que puede soldar en pendiente alrededor del tubo y que no haya dejado de soldar más de 6 meses, los procedimientos de soldadura son de la siguiente manera.Para tubos las soldaduras se realizará un pase de raíz, relleno y acabado, antes de cada pase de soldadura se realizará un control de líquidos penetrantes para verificar si hay porosidad, escoria o fisura.


Concluido la soldadura, dependiendo de cuantas costuras hay, se realizará las pruebas no destructivas, como son las de ultrasonido y las pruebas radiográficas que podría ser al 100 %.

Cuando se haya culminado el montaje de la tubería se realizará una prueba hidrostática hasta una presión mas el 50 % de su altura útil, para ello será necesario una bomba hidráulica y manómetros de control.

Montaje de las juntas de dilatación Generalmente se realiza en los tramos rectos debajo del cambio de dirección, aquí hay que considerar las tolerancias de los corrimientos de la tubería por la dilatación o contracción, el armador indicará en que momento debe realizarse la soldadura, si el montaje es incorrecto no tendrá una adecuada tolerancia y la tubería puede sufrir levantamientos o desalineamiento.


Montaje Turbogenerador

El montaje electromecánico en el interior de la casa de máquinas de una PCH se realiza cuando se haya instalado el puente grúa o el pórtico de izajeMontaje de turbinas El montaje de turbinas en las PCH, sobre todo las turbinas Francis generalmente requiere de mayor control, por ser mas complejo el montaje del caracol, distribuidor y la tubería de succión, en donde es necesario precisar las alturas del eje del rodete y la altura de succión y hacer el seguimiento a las obras civiles para el anclaje de las fundaciones.

Montaje de una Turbina Francis

El montaje puede llevarse de una manera sistematica:Comprobar que se sigue un metodo de trabajo seguro.Marcar todas las superficies de contacto para indicar la posición correcta durante el montaje.

Turbina Peltón

Modelo computacional de la geometría de una rueda Pelton

Turbina Peltón

La fundición por separado de disco y alabes ha sido la forma más tradicional, ya que no sólo se facilita la construcción (fundición, maquinado y pulido de piezas) sino que también hace posible la reposición de cucharas averiadas por la erosión. Sin embargo, modernamente se advierte una gran tendencia a fundir el disco y alabes en una sola pieza, sobre todo cuando se trata de ruedas de alta velocidad específica. Se consigue con este procedimiento mayor rigidez y solidez; uniformidad en la resistencia y montaje rápido; para la misma potencia, las ruedas resultan más ligeras. Existen métodos modernos de fundición y de control de calidad (Magnaflux, Magnaglo, ultrasonidos, etc.) que permiten obtener piezas sin grietas ni fisuras en el templado.

Turbina Peltón

El material de los alabes debe resistir a la fatiga, a la corrosión y a la erosión. Cuando estas acciones son moderadas puede bastar la fundición de grafito laminar. Si las condiciones de trabajo son más drásticas debe recurrirse al acero, al carbono aliado con níquel (0.7 a 0.1)-molibdeno (0.3). Aceros con 13% de cromo y los aceros austeno-ferríticos (Cr 20, Ni 8, Mo 3) presentan una resistencia extraordinaria a la cavitación y la abrasión. El material del disco de la rueda es de acero fundido o forjado.

MONTAJE TURBOGENERADOR

En las turbinas Peltón en el montaje del rodete sólo es necesario en algunos casos un inyector de aceite a una determinada presión para su ajuste, el montaje de los inyectores y deflectores es menos pesado éstos son unidas por pernos (embridadas) a la tubería, los servomotores se encuentran directamente con los inyectores y los deflectores ya vienen incorporados, es necesario el seguimiento de las obras civiles.

MONTAJE DE UNA TURBINA PELTÓN

A. Rodete al eje del alternador

Bajar el rodete a través de la abertura de la carcasa de la turbina que esta bajo la tapa de la turbina. Fijar el rodete a la brida del alternador con las tuercas y pernos provistos. Asegurar tuercas con tornillos de presión y loctite. El eje del alternador se comprueba o alinea, si es necesario, usando un posicionador de alineamiento.

Fijar el anillo de aislamiento al eje. Fijar las placas amortiguadoras y la guarda de la cubierta del eje con tornillos.

Aplicar sello de bridas a las superficies de contacto de la cubierta del rodete y fijar con pasadores y tornillos.


El montaje de la turbina en una PCH, cuando viene montado el caracol en el chasis del turbogenerador, es necesario dejar los pernos de anclaje o dejar cajuelas, cuando se haya alineado y nivelado el chasis, se realiza el grauteado o concreto de alta resistencia; se verifica los ajustes del eje con la volante, la chumacera o cojinete y su sistema de refrigeración, se comprueba el alineamiento, nivelación y se coloca los pines de seguridad del montaje.


Montaje del generador El montaje del generador en una PCH, es simple porque generalmente viene montado en el chasis del turbogenerador, sólo se verificara los ajustes del eje con la volante, comprobar el alineamiento, comprobar el entrehierro entre la carcaza y rotor, verificar el cojinete y fijar los seguros al chasis.En los montajes independientes turbina y generador en PCH, para el montaje del generador es necesario dejar también los pernos de anclaje o dejar las cajuelas y cuando se haya alineado y nivelado el generador se realiza el grauteado o concreto de alta resistencia, la nivelación final se hace ajustando los pernos, colocando lainas o platinas de diferentes espesores.

Montaje de Subestación

En el montaje de la subestación, lo fundamental es antes de las fundaciones hacer la malla de tierra profunda y sacar las mechas de los conductores desnudos cercanas a todas las estructuras, pórticos, armazones, celdas, cubiertas y cajas registradoras.

Seguidamente realizar las fundaciones o bases para el izaje de los pórticos, estructuras de los equipos y base del transformador principal, colocando los pernos o bastones de fundaciones con sus respectivas placas de nivelación juntos con las obras civiles.

Montaje de Subestación

Después de la colocación de las fundaciones se instalarán los pórticos, estructuras y soportes metálicos para el montaje de los equipamientos.

Finalmente se instalarán los equipamientos como son los sistemas de maniobras de los interruptores, transformadores de tensión, corriente, recloser, seccionadores y el montaje del transformador de potencia con todos sus equipamientos, además es necesario considerar que las canaletas o ductos de los cables de potencia sean totalmente herméticas y se puedan instalar cómodamente los soportes de cables.

El protocolo de pruebas debe ser efectuado por la entidad ejecutora o el contratista correspondiente, debiendo cumplir con los requisitos del fabricante y estipulaciones contractuales, teniendo en cuenta además lo indicado en el presente numeral.Las pruebas serán realizadas en presencia de un Ingeniero Inspector de la Dirección General de Electricidad, quien certificará el resultado de éstas.

PROTOCOLO DE PRUEBAS

En obras civiles:

Deberá verificarse que las principales obras de Ingeniería Civil como:- Presa, Aliviadero, Bocatoma, Desarenador, Canales, Túneles, Cámara de carga y/o pozo piezométrico.

Cumplan con los requisitos de diseño del proyecto aprobado, para lo cual se solicitará a la Empresa Supervisora de las obras, un informe sobre la ejecución de los trabajos y cumplimiento de las especificaciones técnicas.

Protocolo de Pruebas para Recepción de Obras en Centrales Hidroeléctricas

- Deberá verificarse que el sistema de regulación y control hidráulicos, neumáticos, etc. Actúe dentro de los períodos de seguridad previstos por los protocolos de prueba en fábrica, de modo que garanticen la seguridad y eficiencia a la instalación hidráulica.

- Específicamente deberá verificarse la operación de válvulas de compuerta en la toma y cámara de carga y válvulas tipo mariposa y esférica en la tubería forzada.

En el sistema de regulación y control hidráulico.

- Deberá verificarse la estanqueidad de las juntas en lostramos de tubería forzada y a lo largo de la misma.

- Deberá verificarse que el tiempo de cierre del distribuidor de la turbina y la velocidad del agua en la tubería forzada sean los indicados en las especificaciones técnicas, de modo que no se produzcan sobre presiones indebidas por golpe deariete.

- Deberá verificarse la presión y velocidad de agua en el tubo difusor.

En la tubería forzada y regulador de la velocidad de la turbina.

Deberá verificarse que las velocidades de embalamiento o fuga de la turbina estén enmarcados dentro de las especificaciones técnicas del protocolo de fábrica debiendo tomarse como valores referenciales los siguientes :

Para turbinas Pelton de 1.8 – 1.9 de la Velocidad Nominal.Para turbinas Francis de 3 a 2.2. de la Velocidad Nominal.Para turbinas Kaplan de 2.5 a 2.8 de la Velocidad Nominal.

El objeto de esta prueba será verificar las especificaciones técnicas del regulador de velocidad.

En la Turbina

- Verificar que las características del equipamiento eléctricodel sistema de generación, control, medición y protecciónsea el mismo que el indicado en las especificacionestécnicas del proyecto.- Verificar que el equipo electromecánico instalado tenga elnivel de aislamiento previsto en las especificacionestécnicas del proyecto.- Verificar la operación de los relés de la protección principal y secundaria contra perturbaciones en la terna o ternas de salida y perturbaciones internas.- Comprobación de la idoneidad del Personal Técnico queadministrará la Central Hidroeléctrica.

En el equipamiento electromecánico

MUCHAS GRACIAS

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