ÍNDICE
ÍNDICE..........................................................................................................................................................2 1 INTRODUCCION.................................................................................................................................3 2 OBJETIVO............................................................................................................................................3 3 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA HIDROENERGÉTICO DE INGENIO............................................3 3.1 RESEÑA HISTÓRICA...................................................................................................................3
4 5
3.2
UBICACIÓN...................................................................................................................................4
3.3
CARACTERÍSTICAS GENERALES............................................................................................5
3.4
ESQUEMA HIDROENERGÉTICO DE LA CENTRAL...............................................................6
3.5
INSTALACIONES ELECTROMECANICAS.............................................................................10
3.6
ASPECTOS OPERATIVOS..........................................................................................................10
AREAS PROBLEMATICAS CENTRALES......................................................................................11 REFERENCIA BIBLIOGRAFICA.....................................................................................................15
2
1 INTRODUCCION
3
El presente informe se realiza una descripción del sistema hidroenergético de Ingenio, es decir la cuenca que lo abastece. Se detalla su ubicación, als características generales como también el sistema hidroenergetico de la central.
2 OBJETIVO Analizar conceptos fundamentales de la centra hidroeléctrica de ingenio
3 DESCRIPCIÓN INGENIO
DEL
SISTEMA
HIDROENERGÉTICO
DE
3.1 RESEÑA HISTÓRICA La central Hidroeléctrica Ingenio es una central de derivación. Aprovecha las aguas provenientes de los ríos Rangra y Chía. Se tiene conocimiento que la central fue construida el año 1935 y que fue completamente renovada en 1950, año en el que se cambiaron las dos unidades Pelton por una sola Francis; se deduce que las obras civiles tienen una antigüedad de 67 años aproximadamente. La Central hidroeléctrica fue construida para brindar energía eléctrica a las fábricas textiles de Huancayo como eran la fábrica Los Andes y Manufacturas del Centro, principales centros industriales de esa época. Asimismo esta central abastecía de energía a la ciudad de Huancayo. La energía llegaba a Huancayo a través de una línea de transmisión en 33 kV de 25 km de longitud. En la vista fotográfica se puede apreciar el primer grupo generador cuya turbina es el del tipo Pelton de doble rueda y el generador de polos salientes.
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3.2 UBICACIÓN La central Ingenio, se encuentra en el Distrito de Ingenio, Provincia de Huancayo, Departamento de Junín, sus coordenadas de ubicación UTM de la casa de máquinas son 8 685 997 Norte y 470 576 Este, a una altura de 3 478 m.s.n.m., Se sitúa en la margen derecha del río Achamayo formado por los tributarios Chía y Rangra. El acceso desde la ciudad de Huancayo se realiza a través de una carretera afirmada derivada de la carretera Central y que conduce al Distrito de Ingenio.
3.3 CARACTERÍSTICAS GENERALES Los principales parámetros de la central son: Altura neta:
60.50 m.
Descarga máxima:
3.0 m3/seg
Capacidad instalada:
1 456 KW
Velocidad nominal:
900 RPM 5
Número de unidades:
1, tipo Francis
3.4 ESQUEMA HIDROENERGÉTICO DE LA CENTRAL
6
La central Ingenio es una central de derivación, conformada por una bocatoma directa localizada en el río Rangra, un canal de conducción que atraviesa dos túneles y un conducto cerrado contra derrumbes, una presa de sedimentación y de confluencia de las aguas de los ríos Rangra y Chía, una cámara de carga, una tubería forzada y la casa de máquinas. En el Anexo 1, se detallan las fotográficas del Sistema Hidroenergético de Ingenio Obras de Toma Capta las aguas del río Rangra a través de una toma lateral directa con compuerta de admisión metálica. En este sistema se observa: • La captación no está provista de estructuras fijas de desviación; utiliza piedras, ramas y troncos como barraje de desvío, resultando un sistema de captación precario y de bajo rendimiento. Es recomendable construir un sistema de derivación adecuado.
7
• La cámara de sedimentación cuenta con una compuerta de fondo, actualmente se encuentra colmatada y se puede apreciar la velocidad con que circula el agua, de lo cual se deduce que esta cámara no cumple con sedimentar los sólidos en suspensión. Para ser considerado como una cámara de sedimentación eficiente se debe mejorar el sistema de eliminación de estos sólidos, con un diseño adecuado. • Entendemos que actualmente está en proceso un estudio para el afianzamiento de las obras de toma. • Canal de Conducción El canal de aducción desde la toma en el río Rangra hasta la cámara de carga tiene una longitud de 3.22 Km. El revestimiento es mayormente de mampostería de roca y en el recorrido presenta túneles y conductos cubiertos para protección contra los deslizamientos. A lo largo del canal se observa tramos con sistemas de conducción especiales, como son: • Km. 0+000 – Km. 0+230 Canal abierto de sección trapezoidal con pendiente de 1%. En los primeros tramos la sección es de B = 1.60 m, b= 1.15m y 1.10 m de altura. Este canal tiene una conductividad de 23.87 considerando una rugosidad de 0.023, un borde libre de 0.30 m y una pendiente de 1%, el canal tendría una capacidad de 2.39 m3/seg. 8
• Km. 0+ 256.80 – Km. 0+284.-
Primer túnel aductor tipo baúl de
1.50x1.65m. • Km. 0+558.10 – Km. 0+965.00. Conducto cerrado para efectos de protección contra deslizamientos. • Km. 1+069.75 Inicio del segundo túnel aductor, que tiene una longitud de 174 m. Hay varios puntos en los que se extrae agua para riego desde los terrenos bajo el canal, inclusive se extrae agua desde el túnel mediante tuberías. Poza de sedimentación Ingenio El propósito de esta poza, aparte de servir como sedimentador, es constituir un sistema de captación de las aguas provenientes de la sub cuenca del río Chía. Está provisto de obras de regulación y de compuertas de purga. Se observa el vertedor frontal de demasías y las dos compuertas de fondo. Aguas abajo de esta estructura,
en el piso (zampeado) se
observa bloques de concreto desprendido. Las compuertas y los sistemas de izaje requieren de una revisión y
pintura de protección contra la
corrosión. Cámara de carga Compuesta por una poza de sedimentación, la taza, dos compuertas de fondo y un vertedor de alivio. El conjunto tiene una capacidad aproximada de 420 m3. Tubería de presión La tubería forzada es de acero estructural rolado con costuras de soldadura, de aproximadamente 1.25 m de diámetro, 3/8” de espesor y 120 m de longitud. Se constató que la superficie exterior de la tubería se encuentra adecuadamente protegida. No hay visos de fuga a pesar de los años de funcionamiento, aparentemente las juntas de dilatación están trabajando adecuadamente 9
En la llegada la tubería tiene un pantalón con tres derivaciones. Anteriormente existieron dos unidades Pelton que fueron reemplazadas por una sola unidad Francis Turbina Existe una sola unidad con las siguientes características: Marca:
ESCHERWISS
Tipo:
Francis
Año de fabricación:
1947
Potencia nominal:
2 440 HP
Salto:
60.5 m.
Caudal:
3.0 m3/seg
Velocidad:
900 RPM.
La válvula de ingreso es del tipo mariposa, de 930 mm de diámetro y accionamiento mecánico, el regulador de velocidad es automático movido con fajas y accionado hidráulicamente. Canal de descarga Consiste de un conducto de mampostería de piedra perpendicular a la salida de la turbina que devuelve el agua turbinada al río Achamayo. No se ha encontrado problemas en su estructura. El agua es devuelta al río y es utilizada para riego a través de varios canales de regadío, prácticamente todo el agua turbinada ¨desaparece¨ en los campos de cultivo que están aguas debajo de la central.
3.5 INSTALACIONES ELECTROMECANICAS Generador 10
El único generador de la central Ingenio tiene las siguientes características: Marca:
OERLIKON
Potencia nominal:
1820 KVA
Tensión nominal:
2300 V
Corriente nominal:
457 A
Factor de potencia:
0.8
La excitatriz es del tipo autoexcitación de 20 KVA de potencia. Transformación La subestación de transformación se compone de un solo transformador trifásico de 1250 KVA, con una tensión nominal de 2300/13200 voltios. Transmisión Existen cuatro líneas de transmisión para evacuar la energía generada al sistema
eléctrico
de
la
empresa
concesionaria.
La
Central
está
interconectada al Sistema Eléctrico Nacional.
3.6 ASPECTOS OPERATIVOS La central Ingenio opera las 24 horas del día, entregando toda la potencia que le permite el agua que llega hasta la cámara de carga. En época de estiaje la energía que se genera está limitada por la poca cantidad de agua. El caudal se ve disminuido por: • El uso compartido de los ríos Rangra y Chía con regantes en el trayecto Toma – Presa Ingenio. • La captación ineficiente en la toma del río Rangra, sobre todo en época de estiaje, por carecer de un sistema adecuado de desvío.
11 La velocidad es en
m/seg
4 AREAS PROBLEMATICAS CENTRALES Caja Negra del Grupo: El área problemática global lo constituye la Central Hidroeléctrica de Ingenio representado por la caja negra siguiente:
GENERACIÓN EFICIENTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA
RECURSOS HIDROENERGÉTICOS
CENTRAL HIDROELECTRICA INGENIO
Variable Independiente
Variable Dependiente
Figura N° 2: Caja Negra Matriz de Funciones: En el proceso de identificación de problemas de ineficiencia en la Central Hidroeléctrica de Ingenio, el objeto se fragmenta en sus 6 elementos principales las mismas que se muestran en la Tabla N° 1, asimismo se definen las funciones que cumple cada elemento dentro de la CH Ingenio. Considerando un enfoque sistémico, estos elementos se constituyen en subsistemas que tienen íntima relación entre sí para cumplir con el objetivo de generar energía eléctrica a partir de la capacidad energética del agua. Estos subsistemas serán de por sí, objetos de investigación Tabla N° 1 Identificación de elementos y sus funciones ITEM 1 2
ELEMENTOS Obras Civiles Conducto Forzado
FUNCIONES Infraestructura y Elementos que permiten la captación, conducción y control de caudal para generación hidroeléctrica. Tubería de presión que guía el caudal a las turbinas hidráulicas, suelen ser de acero con refuerzos regulares a lo largo de su longitud o de cemento armado reforzado con 12
espiras de hierro que deben estar ancladas al terreno
3
Sistema de Control
Sistemas que gobiernan la turbina, el generador y controlan la operación de los grupos de generación, en función a la disponibilidad de caudal.
4
Turbina
Equipamiento electromecánico que convierte la energía cinética del agua en energía mecánica.
5
Generador
6
Sistema de Protección
Equipamiento eléctrico que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Sistemas que protegen la turbina, el generador y transformador en función a los parámetros de operación, aislando del sisma eléctrico e hidráulico ante condiciones anormales.
7
Sistema de Transformación
Tiene la función de "elevar" la tensión desde el generador hasta el nivel de tensión, para inyectar la energía eléctrica generada al sistema de utilización.
Síntesis de Funciones: Con la sintetización de funciones identificamos los elementos principales y secundarios. En este caso se ha identificado los elementos esenciales, realizando las siguientes preguntas:
Obras Civiles
: ¿Es necesario adecuar y/o construir nueva
infraestructura civil para lograr mayor eficiencia en generación propia
con el caudal existente y/o disponible? NO Conducto Forzado : ¿Es necesario rediseñar y reemplazar el conducto forzado para ampliar la capacidad portante a fin lograr
mayor eficiencia en generación en la CH Ingenio? NO Sistema de Control : ¿Es necesario implementar sistemas de control de Turbina Generador, para lograr mayor eficiencia en la
generación propia, con el caudal disponible? SI Turbina : ¿Es necesario adecuar el equipamiento turbina al caudal
disponible? SI Generador : ¿Es necesario adecuar el equipamiento generador para
mejorar la eficiencia? SI Sistema de Protección: ¿Es necesario implementar sistemas de protección de Turbina Generador, para garantizar la generación propia? SI
13
Sistema de Transformación : ¿Es necesario ampliar sistemas de transformación, para inyectar la generación propia al sistema de distribución primaria? SI
Tabla N° 2 Sintetización de Funciones ITEM
PRIMARI O
ELEMENTOS
SECUNDARIO
1
Obras Civiles
x
2
Conducto Forzado
x
3
Sistema de Control
X
4
Turbina
X
5
Generador
X
6
Sistema de Protección
X
7
Sistema de Transformación
X
Caja blanca de la CH Ingenio Luego de haberse identificado los elementos constituyentes de la CH Ingenio y definido y sintetizado sus funciones, se determinaron sus interacciones mostradas en la caja blanca de la figura N° 3.
Recursos Hidroenergéticos Disponibles
Obras Civiles
Conducto Forzado
Turbina Sistemas de Control Generado r
Sistemas de Protección Sistema de Transformación
CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE INGENIO
Figura N° 3: Caja Blanca de la CH Ingenio 14
Generación Eficiente de Energía Elé
5 REFERENCIA BIBLIOGRAFICA Espinoza Montes, Ciro. Sistema problemático. Diseñando líneas de investigación. Huancayo, Perú: Imagen Gráfica, diciembre de 2011 Espinoza Montes, Ciro. Metodologia de Investigacion Tecnologica. Pensando en Sistemas. Huancayo, Perú: Imagen Gráfica, marzo de 2010 Mataix, Claudio. Turbomaquinas Hidraulicas. Madrid, España: Editorial ICAI, abrol de 1975 Mataix, Claudio. Mecánica de Fluidos y Maquinas Hidráulicas. Oxford: Oxford University Press, 2004. Federico Coz, Teodoro Sánchez, Jorge segura, Luis Rodriguez, Homero
Miranda,
Eusebio
Castromonte;
Manual
de
Mini
y
Microcentrales Hidraúlicas – Una Guía Para El Desarrollo De Proyectos; Intermediate Technology Developement Group, Idtg – Perú 2005. Adriana Castro, Minicentrales Hidroeléctricas – Manual De Energías Renovables; Instituto Para la Diversificación y Ahorro de la Energía – Madrid 2006. Rodríguez Ruíz, Pedro, Hidráulica de Canales, Agosto 2008. Chereque Morán, Wendor, Mecánica de Fluidos 2; Pontificia Universidad Católica del Perú; Lima-Perú. Rocha, Felices, HIDRÁULICA DE TUBERIAS Y CANALES. Vicente Méndez, Manuel; Tuberías a Presión en los Sistemas de Abastecimiento de Agua; Universidad Católica Andrés Bello; Caracas – 2007. http://www.alstom.com/static/minihydro_configurator/project_selection.html, acceso día 15 de Enero del 2012
15
Cossio de Vivanco, José Luis; Acabados Gráficos y Tablas para Flujo en Tuberías; Primera Edición.
16
ANEXO 1
PERFIL DE INGENIO
TUBERÍA
FORZADA
17
EXISTENTE
EN
LA
CH
18
ANEXO 2 REGISTRO FOTOGRÁFICO
19
CANAL AFLUENTE DEL RIO CHIA A LA REPRESA – POZA DE SEDIMENTACION.
LA FOTOGRAFÍA MUESTRA LAS PARTES LATERALES QUE DESEMBOCA A LA POZA DE SEDIMENTACIÓN.
IZQUIERDA DEL CANAL PRINCIPAL DEL RÍO CHÍA
REPRESA – POZA DE SEDIMENTACION.
20
CANAL DE CONDUCCIÓN.
CÁMARA DE CARGA
21
TUBERÍA DE PRESIÓN.
LA FOTOGRAFÍA MUESTRA LA TUBERÍA FORZADA
CASA DE MÁQUINAS
LA FOTOGRAFÍA MUESTRA A LA CASA DE MAQUINAS
22
CANAL DE DESCARGA O SALIDA
SUBESTACION DE TRANSFORMACION Y PATIO DE LLAVES
23
