Informe Central Hidroelectrica San Gaban II

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 San Gabán Gabán,, para para turbi turbina narla rlas s y gener generar ar ener energí gía a eléctr eléctric ica a que que benec benecie ie a los los centr centros os poblad poblados, os, asient asientos os miner mineros os e indu industr strial iales, es, a través de la red eléctrica del sistema eléctrico interconectado nacional S!"#$. Características principales% Potencia aislada

&&'()

Potencia efectiva

&&*,&()

Salto bruto

+- m

Saldo neto

+ m

Caudal

m &- seg

/nidades

0122()3 4urbinas pelot5n de e6e vertical

3

OBRAS PRELIMINARES 7a construcci5n de las obras preliminares de la Central 8idroeléctrica San Gabán "" se inici5 en &--2 y con la nueva administraci5n, se asumi5 sus funciones funciones a nes de mayo mayo de &--+, se convocar convocaron on las licitaciones licitaciones de las obras civiles principales, cuya construcci5n empe95 el septiembre del mismo a:o.

OBRAS CIVILES

7as obras civiles ;an consistido en la construcci5n de las obras "$, formadas principalmente por un t?nel de desvío del rio San Gabán, de &+.+ m de longitud, una presa derribadora con  compuertas radiales de @12.2 m cada una, de un desarenador con  naves de +&.' m de longitud para tener partículas en suspensi5n de ;asta '.0 mm, de un embalse regulador de &',''' m de capacidad y de un conducto cubierto de *.0' m de diámetro y 0@.2 m de longitud. 7uego la construcci5n del t?nel de Aducci5n y sus obras compleme complementar ntarias ias lote#>0 lote#>0$$ cuya cuya caracter característic ística a princip principal al es que tiene tiene secci5n de ;erradura de *.+'m de diámetro y .0' m de longitud, e1cavados en plena roca en el denominado Batolito de San Gabán con 3 una capacidad de &- m   ⁄ seg   e íntegramente revestido con concreto

pulveri9 pulveri9ado ados;o s;otcr tcrete$ ete$,, para para su constru construcci5 cci5n n y manteni mantenimien miento to se ;a necesi necesitad tado o reali reali9a 9arr dos dos venta ventana nas s d acceso acceso,, una una en la local localida idad d de /ru;uasi, de &@@m &@@m de longitud longitud y la otra en la localidad localidad de Casa;uiri, Casa;uiri, de @2 m, con sus correspondientes carreteras de acceso, también consta de una c;imenea de equilibrio que consiste en un po9o vertical con dos cámaras de alimentaci5n y una de e1pansi5n, de *.+'m de diámetro y 0@- m de longitud, igualmente e1cavados e1cavados en plena roca e íntegramente íntegramente revestidos con concreto pulveri9ado y la construcci5n de la casa de máqu máquin inas as de sus sus obra obras s comp comple leme ment ntar aria ias s lot lote# e#>* >*$$ que que cons consis iste ten n principalmente de una galería de acceso a la casa de máquinas de 2.+' m de longitud, de una galería de descarga de &,''&.*+ m de longitud de una casa de máquinas en caverna, de 0-.@m de altura 1 2&.'2m de longitud 1 &@.+ m de anc;o, de un conducto for9ado de *.*2m *.*2m de diámet diámetro ro,, incli inclina nado do +'> +'> y con con una una difer diferenc encia ia de cotas cotas de +*@.2- m y una longitud apro1imada de *@m, asi como de las obras civiles para el patio de transici5n y para la subastaci5n de San Gabán "".

OBRAS ELECTROMECANICAS Y LINEA DE TRANSMISION Asimismo en lo que respecta al  lote#>$, $, consiste consiste principa principalmen lmente te del suminist suministro, ro, monta6e monta6e y pruebas para la casa de máquinas en caverna, de dos 0$ turbinas Pelton de e6e e6e vert vertic ical al cada cada una una con con 2 c;or c;orrros de 2&. 2&.* * r.p.m .p.m.. y para para -.2 -.2 3

m   ⁄ seg   de dos0$ generadores generadores de +*.2(D +*.2(DA A cada uno, uno, en &*.@ED +'

8F, incluidos todos los sistemas de protecci5n, control y mando, de su sistem sistema a de supervi supervisi5 si5n n de alarma alarmas, s, contr control olad ador ores es y de todos todos los servicio servicios s au1iliar au1iliares es requer requeridos idos también también tiene tiene equipam equipamient iento o para para las

obras de cabecera, consiste en  compuertas radiales para la presa derribadora y el equipamiento complementario para la toma, el desarenador de  naves y el edicio de control, incluyendo también todos los sistemas se:alados anteriormente del equipamiento de las compuertas de las ventanas de uru;uasi y de casa;uiri del equipamiento para S.! San Gabán "" y para el patio de transici5n para el traslado de la energía producida al sistema interconectado del sur se ;a tenido que reali9ar la construcci5n de la # línea de transmisi5n de &*@ED. !ntre la subestaci5n San Gabán "" y la subestaci5n de A9ángaro lote#>2$ de &+' il5metros de longitud, con 0 termas de conductores y con 0 cables de guarda una convencional y el otro implementado con bra 5ptica para comunicaciones$ que llevara la energía producida desde la central ;idroeléctrica, estas ?ltimas obras se iniciaron en &--, culminándose la línea de transmisi5n en agosto de &--- y se prevé que el monta6e de los equipos principales y pruebas de la central ;idroeléctrica se culminen en diciembre de &---, determinándose un pla9o total de construcci5n de la central ;idroeléctrica de San Gabán "" de las subestaciones de salida y de llegada así como la línea de transmisi5n, de unos '* a:os desde el inicio de su construcci5n.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA /n esquema general de una instalaci5n para generar energía ;idroeléctrica, corresponde en términos generales al indicado en la gura &.0 en ella se observa que el proceso de conversi5n de energía es dinámico, la energía es ;idráulica es transformada en mecánica por la turbina y esta a su ve9 es transformada en energía eléctrica por un generador para suministrársela de la demanda a través de las líneas de intercone1i5nver gura &.0$ este proceso de conversi5n de energía se reali9a manteniendo constantes dos parámetros eléctricos% volta6e y frecuencia. !sto se logra si en la instalaci5n se tiene un regulador de tensi5n y un regulador de velocidad traba6ando en perfecta armonía, ya que cualquier cambio en la demanda de energía afecta a estos dos parámetros. !l primero de ellos es un parámetro eléctrico, que se regula en funci5n de los reactivos de la maquina eléctrica regulador de tensi5n$ y el segundo parámetro es mecánico esto indica que su regulaci5n es funci5n del Hu6o másico, es decir del caudal y por tal motivo la turbina debe tener un dispositivo para tal n regulador de velocidad$, tal como se indica en la gura &,0.

LA ENERGIA HIDRAULICA Corresponde a un proceso de conversi5n de energía gravitacional, originada a partir del Hu6o másico del agua m a través de la tubería de presi5n ver gura &.*$. !s decir la energía ;idráulica suministrada a la turbina equivale al peso del agua que se despla9a en el tramo, comprendido en la secci5n de entrada o3o$ y la salida de la tubería de presi5n &3&$ y corresponde a%  E H = H est  m

I5nde%

 H est 

 es la altura estática, que corresponde a la diferencia entre

el nivel superior #S e inferior #" ver gura &.*$, esto es

 H est =Z  NS− Z ¿

,

el peso del agua m corresponde a% #J pgv en esta ecuaci5n el volumen v equivale al producto del caudal K en una magnitud de tiempo t % v Ie esta forma la energía ;idráulica suministrada da a la turbina corresponde a%  E H = H est  pgOT 

 L l potencia ;idráulica obtenía en este tramo equivale a%  E H   P H = = H est  PQ t 

Al sustituir los valores de la densidad del agua y la aceleraci5n de la gravedad se tiene que la potencia ;idráulica total dada en E) es igual a%  P H =9,81 H est Q ; ( KW )

I5nde% K es el caudal dado en mMs$ y 8est está en n$.

Sin embargo es importante se:alar que en la ecuaci5n anterior, la altura estática no incluye las pérdidas por la longitud y accesorios en la tubería de presi5n además no considera el efecto del gradiente cinético en la tubería de presi5n y la recuperaci5n de parte de la energía cinética del agua a la salida del tubo de succi5n. Por tal motivo para tener un mayor detalle y considerar las perdidas por longitud y accesorios en la tubería de presi5n de alta la potencia ;idráulica total se determina de la siguiente forma%  P H =9,81 ( H est − ∆ h ) Q

!l efecto del gradiente cinético en la tubería de presi5n se reere a la diferencia de velocidades entre la toma de agua y el nal de la tubería de presi5n .Para esta condici5n, la caída de la tubería 8 corresponde a la diferencia entre la caída bruta de la turbina y las perdidas ;idráulicas por longitud y accesorios en la tubería de presi5n

OBRAS DE CAPTCION

7as obras de captaci5n por derivaci5n a lo de afua, captan el recurso del aHuente sin almacenamiento, aprovec;ando el caudal que ;ay en el momento dado. !stas obras deben cumplir las siguientes condiciones% 3con cualquier calado del rio deben captar una cantidad prácticamente constate de caudal 3deben impedir al má1imo la entrada a la conducci5n de material s5lido, Hotante o en suspensi5n y ;acer que este siga por el cause 3satisfacer las condiciones mínimas de seguridad 3la obra de conducci5n debe disponer de una estructura de retenci5n, que garanti9e una cota de nivel, con cualquier caudal del rio, una obra de toma, para captaci5n de caudal de dise:o, acompa:ada de una re6illa, que evita el paso de material solido Hotante y una obra de lavado de material solido en la estructura de retenci5n 7os elementos que componen la bocatoma, deben garanti9ar su buen funcionamiento por ello deben cumplir con los siguientes requerimientos básicos% !l agua captada debe ser en lo posible, libre de s5lidos , con el n de no cargar de material de acarreo la conducci5n y NMo el desarenador - !l material solido depositado aguas arriba detrás de barra6e, deberá ser evacuado por el Hu6o de un c;orro de lavado intermitente. - !l tipo de construcci5n debe ser sencillo y econ5mico de tal forma que facilite una operaci5n con poco mantenimiento y raba9os rápidos de reparaci5n. - 7as descargas de crecida deben ser evacuadas de la obra de captaci5n en forma segura.

Tipos de cp!ci"# % puede reali9arse directamente sin ninguna obra en el cauce, aunque es más com?n y conveniente construir una presa cerrando este. !n este caso el caudal es llevado directamente por un canal lateral, sin embargo la obra está e1puesta a deterioro por avenidas del rio. !sta captaci5n 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 ;asta una cota determinada, donde se

vierte a través de un vertedero, toma convencional o se capta directamente en el cuerpo del dique toma tirol. /$icci"#: la obra de captaci5n se debe ubicar en la orilla c5ncava del rio, para disminuir la entrada de sedimentos y un poco despla9ada agua aba6o, ya que por lo general en la parte c5ncava e1iste un barranco. 7a toma se ubica de una manera más adecuada en la terminaci5n de parte c5ncava e inicio de la conve1a, puesto que se caracteri9a por tener un terreno plano suciente para situar el desrripiador y la transici5n.

OBRA DE CONDUCCION 7a conducci5n del caudal que será aprovec;ada 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 presi5n atmosférica, en su tra9ado para diferentes accidentes topográcos que son sorteados con obras especiales como son% los viaductos sifones, rellenos y t?neles ;asta llegar al tanque de carga. Iebido a que el agua captada contiene elementos en suspensi5n se requiere colocar en le tra9ado un desarenador que los elimine, el cual puede estar ubicado contiguo a la boca toma o acompa:ado al tanque de carga. !l tra9ado de la conducci5n se reali9a en funci5n de conseguir una mayor eciencia y seguridad de la sobras a menor costo, manteniendo una pendiente longitudinal positiva menor que la del rio aguas aba6o en direcci5n del aHuente$, y variando solo de ciertos límites. 7a pendiente de las conducciones establece con un criterio técnico econ5mico, estudiando varias alternativas. !l criterio técnico está su6eto a las características de los sitios posibles de toma y la variaci5n de caudal, que generalmente disminuye aguas arriba. !l criterio econ5mico lo establece la longitud de la conducci5n, esto es un aprovec;amiento ;idroenergetico con una peque:a pendiente del recurso eHuente, ocasi5n 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 conducci5n, por medio de t?neles, acueductos, rellenos u otro tipo de obras.

7oas t?neles se construyen cuando representan una soluci5n más econ5mica que un canal abierta es una alternativa más econ5mica.

BOCA TOMA !s una estructura que permite captar el agua de la fuente ;ídrica y derivarla ;acia el canal de acceso. Iebe disponer de componentes que permitan el ingreso del agua sin presencia de elementos e1tra:os, asimismo debe permitir regular el caudal de ingreso tanto en épocas de estia6e y avenidas.

DESERANADOR !s una obra ;idráulica que sirve para sedimentar partículas, de material solido suspendido en el agua, de la conducci5n las partículas se mantienen en suspensi5n a que la velocidad de entrada en la boca toma es elevada y suciente e para arrastrar partículas s5lidas, en especial durante las crecidas puede entrar gran cantidad de sedimentos. !l volumen de solidos durante las crecientes para ríos de monta:a es apro1imadamente del  al + el volumen de caudal y en ríos de llanura de ',0 a &,' . Al no disponer de esta obra genera da:o en las obras, algunos de ellos son% 





Iisminuci5n de la secci5n de la conducci5n por sedimentaci5n, estos conlleva a aumentar el mantenimiento de la obra. Iisminuci5n de la capacidad del tanque de carga por acumulaci5n de material s5lido, debido a la sedimentaci5n, ocasionada por la ba6a velocidad e1istente en esta obra. Cuando mayor es la velocidad de las partículas estas desgastan más rápidamente la tubería y las turbinas disminuyendo considerablemente su vida ?til.

PRESA O ESTAN%UE REGULADOR &'((((

m

3

PERSONAL ESPECIALI)ADO* DE MANTENIMIENTO DEL DESARENADOR

COMPUERTAS

+

TUBERIAS DE PRESION !sta debe ser preferiblemente recta, aunque en algunas ocasiones es difícil de obtener debido a las condiciones del terreno. !sto obliga a a6ustarse al perl tipográco de su tra9ado, con el apoyo de estructuras de concreto que la ayudan a sostenerse y a variar la pendiente. 7a tubería de presi5n esta compuesta por los siguientes elementos ver gura *.&$% 7a toma de agua en el tanque de carga la cual esta acompa:ada de una re6illa &$, ancla6es 0$ y apoyos *$, se encargan de sostener y variar la pendiente de la tubería de presi5n, codos $ para Dariaci5n de una pendiente, 6untas de uni5n 2$ y de e1pansi5n +$ estas ?ltimas ubicadas entre ancla6es, ellas asimilan la contracci5n o dilataci5n del material por variaci5n de temperatura bifurcaciones $ que permite dividir el caudal parea variar unidades, válvulas, son elementos

independientes a la tubería de presi5n, ubicadas entre en nal de la tubería y al turbina @$. Para su dimensionamiento la tubería de presi5n se debe tener en cuenta los siguientes parámetros% 





!l diámetro se selecciona de acuerdo con un análisis técnico y econ5mico, que permita determinar el diámetro que causa el menor n?mero de perdida y su costo sea elevado. !l espesor se determina de acuerdo con los esfuer9os generado por el golpe ariete, el o peso del agua y de la tubería. !l material de la tubería permite seleccionar tubería de mayor resistencia a los esfuer9os mecánicos.

ESTACION METEREOLOGICA

ESTACI,N DE CONTROL DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA SAN GAB-N II  4odo el control de la central ;idroeléctrica se ;ace desde esta estaci5n, todo el sistema esta completamente automati9ado y desde a;í se puede ;acer seguimiento de toda la central ;idroeléctrica, controlar o ;acer cambios.  4odo el monitoreo se ;ace desde esta estaci5n

PATIO DE LLAVES

CASA DE MA%UINAS !s el lugar donde se encuentra instalada el grupo ;idroeléctrico, conformado por% 4urbina ;idráulica, Generador !léctrico, 4ablero de Control, Qegulador Automático.

"ngreso a la casa de máquinas%

!l

de

ingreso a las casa de maquinas es mediante un t?nel de +m 1 +m y una longitud apro1imada ''m

Al ingresar a la casa de maquinas lo primero que se puede observar es dos rotores de paletas de una turbina pelt5n 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 monta6e o desmonta6e de las turbinas, generador y otros elementos pesados y su fácil desmonta6e. 7a 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 ?ltimo piso se encuentra el transformador Cada piso cuenta con equipos de refrigeraci5n y sistemas de lubricaci5n para su inspecci5n se pudo apreciar distintos tipos de man5metros los cuales el técnico especiali9ado toma datos para un control adecuado de los equipos en funcionamiento

ROTOR PALETAS DE LA TURBINA PELTON

SISTEMA DE LUBRICACION

VALVULAS 7as válvulas ubicadas antes de la turbina se utili9an para el cierre del caudal a través de la turbina y para operaciones de reparaci5n. Para P.C.8Rs de gran caída 8  que 0'' metros$ las válvulas antes de turbina son operativas que se cierran por parada de la turbina con el n de evitar cavitaci5n.

Para P.C.8Rs de ba6a caída se utili9an válvulas de compuerta en la entrada de la turbina y válvulas mariposa para caídas que oscilan entre *' a 0'' metros con un diámetro de la tubería de presi5n de &0'' mm y esféricas cuando la caída bruta es superior a los 0'' metros. 7a válvula esférica. !s prácticamente la continuaci5n de la tubería de presi5n, está compuesta por una esfera, por donde Huye el caudal ver gura &*.&2$. Se caracteri9a por tener ba6as perdidas y un cierre ;ermético que evita la cavitaci5n.

EJE DE LA TURBINA AL GENERADOR

apro1imadamente 2'cm de diámetro del e6e de transmici5n

C,DIGO DE SE.ALES Y COLORES

TURBINA 7a turbina es el equipo en el cual se transforma la energía ;idráulica en mecánica, esta acoplada directamente al generador en con6unto atienden la demanda de energía eléctrica. /n esquema general de la instalaci5n de una turbina en una central ;idroeléctrica se indica en la gura &+.& en ella se observa que el caudal captado por la toma de agua es llevado a través de la tubería de presi5n ;asta la turbina. !l agua se le entrega la rodete a turbina para reali9ar el proceso de conversi5n de energía ;idráulica en mecánica el cual se puede reali9ar de 0 formas% !l caudal cambia solamente de direcci5n mas no de aceleraci5n turbina de acci5n$, y el caudal entra a presi5n y en los conductos m5viles del rodete cambia de direcci5n y aceleraci5n turbina de reacci5n$ tal como se ilustra en la gura &+.&.

CONCLUSI,N:

•

•

•

•

•

Observamos como es que funciona la boca toma el cual es el principio de la obra observamos q la central ;idroeléctrica de San Gabán no cuenta con caudal de ecol5gico ya q un trayecto del rio se encuentra seco Iebido a la época de estia6e el caudal del rio ba6a para compensar el caudal de dise:o se cuenta con una presa que llena en ;oras del día y por la noc;e ;a ;oras punta alimenta al caudal de alimentaci5n teniendo así una potencia optima la central ;idroeléctrica #o pudimos observar la cámara de carga ni la tubería de presi5n ya que el canal se encuentra en un t?nel apro1imadamente de  m deba6o del cerro, y de la misma manera la tubería de presi5n se encuentra subterráneamente deba6o del cerro 7a casa de maquinas se encuentra al interior del cerro apro1imada mente a ''m 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 e6e vertical ambas turbinas Dimos como era el funcionamiento de la central. L comparando con la teoría que ;icimos en clase complementa correcta mente

ANE/OS