Valor Creativo
2017 Autor: NASH SCHWAN NASH SCHWAN
CURSO : TU OMAQUINACIÓN S I DEL MAR ”AÑO DE LR LA ABCONSOLIDACIÓN CONSOLIDA M AR DE GRAU” SECCION :D UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA DOCENTE : TEMA : MONOGRAFÍA DE CENTRAL HIDROELECTRICA CHEVES FACULATD DE INGENIERÍA MECÁNICA GRUPO :1 ESTUDIANTES
:
CODIGO:
SECCIÓN:
CENTRAL HIDROELÉCTRICA CISNEROS LAVERIANO LAV ERIANO HANS CHRISTIAN CHRISTI AN CHEVES 2012114A DULANTO AMBICHO !ILL ARNOLD MEDRANO CHIPANA ANDRE GILMAR GILM AR PE#E GON$ALES #ORGE LUIS SANCHE$ SANCHE$ #ERSON RICARDO
201220"1E 20121"0I 20112%&F 201214%'
D D D D D
FECHA DE REALI$ACION : FECHA DE PRESENTACION : LUGAR: L()*+(,*+-* 4.F(/,( 3 -53-3+6( M3/7-/( 8A9 8A9 T;<(/ A=(+ 210 RIMAC8LIMA8PERU
RESUMEN EJECUTIVO
El Proyect Proyecto o Centra Centrall Hidroe Hidroeléc léctric trica a Cheves Cheves se prese presenta nta en respue respuesta sta a la necesidad que se tiene en el Perú de contar con una mayor oferta eléctrica para satisfacer el incremento de la demanda eléctrica, que es del orden de 7 a 8% anual (!! "#$, de&ido al desarrollo econ'mico del pas) *a e+ec e+ecuc uci' i'n n del del actu actual al proy proyec ecto to se conc concre ret' t' con con la part partic icip ipac aci' i'n n en el accionariado de la Empresa de eneraci'n Eléctrica Cheves -). (Cheves -).$, titular de la concesi'n definitiva del proyecto hidroeléctrico Cheves, por parte de -/ Po0er 1nvest .- (-/ Po0er$ a través de su su&sidiaria -/ Po0er Perú Holdin2 -)3)*) *a Central Hidroeléctrica Cheves, tiene por o&+etivo la 2eneraci'n de ener2a eléctrica mediante el aprovechamiento del potencial hidroeléctrico, captando las a2uas de los ros Huaura y Checras) *a potencia instalada de la central es 48 "#, con un caudal de dise5o de m6se2) *a potencia eléctrica es inte2rada al -istema 1nterconectado /acional en la -E Huacho, mediante una *nea de ransmisi'n ransmisi'n de 7 9m)
TABLA TABLA DE CONTENID 1Prospectivas del Sector Eléctrico - Presidencia del Directorio de OSINERGMIN – Septiembre 200
2
El Proyect Proyecto o Centra Centrall Hidroe Hidroeléc léctric trica a Cheves Cheves se prese presenta nta en respue respuesta sta a la necesidad que se tiene en el Perú de contar con una mayor oferta eléctrica para satisfacer el incremento de la demanda eléctrica, que es del orden de 7 a 8% anual (!! "#$, de&ido al desarrollo econ'mico del pas) *a e+ec e+ecuc uci' i'n n del del actu actual al proy proyec ecto to se conc concre ret' t' con con la part partic icip ipac aci' i'n n en el accionariado de la Empresa de eneraci'n Eléctrica Cheves -). (Cheves -).$, titular de la concesi'n definitiva del proyecto hidroeléctrico Cheves, por parte de -/ Po0er 1nvest .- (-/ Po0er$ a través de su su&sidiaria -/ Po0er Perú Holdin2 -)3)*) *a Central Hidroeléctrica Cheves, tiene por o&+etivo la 2eneraci'n de ener2a eléctrica mediante el aprovechamiento del potencial hidroeléctrico, captando las a2uas de los ros Huaura y Checras) *a potencia instalada de la central es 48 "#, con un caudal de dise5o de m6se2) *a potencia eléctrica es inte2rada al -istema 1nterconectado /acional en la -E Huacho, mediante una *nea de ransmisi'n ransmisi'n de 7 9m)
TABLA TABLA DE CONTENID 1Prospectivas del Sector Eléctrico - Presidencia del Directorio de OSINERGMIN – Septiembre 200
2
I-RESUMEN2 II TABLA DE CONTENIDO................ CONTENIDO.......................... ..................... ..................... ..................... ...................... .......................3 ............3 III INTRODUCCIÓN................ INTRODUCCIÓN.......................... ..................... ...................... ..................... ....................................... ................................ ...5 5
)
3
AGRADECIMIENTOS /os 2ustara mostrar nuestro a2radecimiento a todas las personas que han hecho posi&le que este tra&a+o se haya reali:ado satisfactoriamente) En primer lu2ar a nuestro tutor de pr;cticas por 2uiarnos y ayudarnos en todo el proceso de reali:aci'n del presente tra&a+o, y porque 2racias a ello nos comprometimos en un tra&a+o tan interesante y enriquecedor) En se2undo lu2ar, a la facultad por &rindarnos el transporte para reali:ar la visita técnica a la central hidroeléctrica Cheves, del cual trata este tra&a+o) Por último, nos 2ustara a2radecer a compa5eros de clase y de la secci'n < por su apoyo para nuestro via+e) -in todos ellos no ha&ra sido posi&le) racias a todos
INTRODUCCIÓN Concretar la 2eneraci'n y acceso de ener2a eléctrica que a&aste:ca las demandas de determinada po&laci'n es un reto de interés nacional) *as naciones como =potencias mundiales>, +unto con un adecuado uso de dicha capacidad eléctrica, han lo2rado sostener una oferta eléctrica como &ase de desarrollo para sus economas)
En nuestro pas, de&ido a la su 2ran diversidad y rique:a hdrica, la 2eneraci'n eléctrica por parte de las centrales hidroeléctricas representa alrededor del 4!% de la matri: ener2ética peruana total) El principio de una central hidroeléctrica consiste en transformar la ener2a cinética del a2ua en ener2a eléctrica mediante un alternador? lo cual se lo2ra por intermedio de una tur&ina que transmite la ener2a del a2ua a la tur&ina mediante un e+e)
. fin de poder o&tener un referente pr;ctico y palpar la aplicaci'n de al2unos de los principios ense5ados en el curso de Turbomáquinas I , se reali:' una visita técnica a las C)H) de Cheves, de estreno reciente el @! ostenta una 2ran modernidad con la automati:aci'n de sus procesos)
*a presente mono2rafa recopila las caractersticas particulares m;s saltantes de la central, el c;lculo de los par;metros de funcionamiento de dichas centrales, y las conclusiones o&tenidas en &ase a las visitas reali:adas)
5
1.
OBJETIVOS N S , N q ,ψ y ϕ
•
1dentificar los par;metros de dise5o
)
•
1dentificar los tri;n2ulos de velocidades de las tur&inas hidr;ulicas (@ 2ruos$ de la Central Hidroeléctrica de Cheves)
•
3eali:ar el dia2rama de -anAey de la central hidroeléctrica Cheves)
!
2.
IDENTIFICACIÓN DE LA CENTRAL
2.1. UBICACIÓN El Proyecto Central Hidroeléctrica Cheves se u&ica en la vertiente del Bcéano Pacfico, en la cuenca del ro Huaura, entre las localidades de -ay;n y Churn) Polticamente, las o&ras y las ;reas de concesi'n del Proyecto, se u&ican en la +urisdicci'n de los distritos de Paccho y Checras en la provincia de Huaura? y /av;n, .nda+es y Pachan2ara en la provincia de By'n, del departamento de *ima)
F-5 N> 1 U)-/(/-?
*as principales construcciones de la central son
"
2.1.1 CASA DE MÁQUINAS Entre los principales equipos de la casa de m;quinas tenemos)
2.1.1.1 TURBINA *a ur&ina es de tipo Pelton con un caudal nominal de 4) m 6s) .ltura de 4! metros) Potencia nominal de 8D "#, el nivel del rodete est; a 4 m)s)n)m) El flu+o de a2ua se reali:a a través de 4 inyectores y el control de los mismos se reali:a hidr;ulicamente a través del 3e2ulador de elocidad) El fa&ricante fue 3ainpo0er
2.1.1.2 #ENERADOR
Fi2) /G @ur&ina Pelton)
El enerador tiene una capacidad instalada de !D ". y la tensi'n de 2eneraci'n es de )8 A, la funci'n del enerador es transformar la ener2a mec;nica en ener2a eléctrica) .simismo, consta de un rotor de 4 polos que 2ira a D! 3P" y cuyo peso total es de 4 on) El estator tiene un peso total de ! n y cuenta con tres co+inetes (empu+e, 2ua superior y 2ua inferior$) El 2enerador consta de un sistema de eItinci'n de fue2o por a2ua (ne&lina$ u&icados en la ca&e:a de &o&inas) El fa&ricante fue JEK"B/ E*EC31C
Fi2) /G eneradores de la C)H Cheves)
$
Fi2) /G D K&icaci'n satelital de la entrada al túnel)
Fi2) /G ista de la entrada al tunel C)H) Cheves)
2.1.2 TOMA HUAURA *a oma Huaura se u&ica en los distritos .nda+es y Pachan2ara, provincia de By'n, departamento de *ima) *a funci'n de la oma Huaura es derivar las a2uas del ro Huaura a través de un túnel denominado únel de ransferencia (Conveyance unnel$ que tiene una capacidad de @! m 6s y una lon2itud de @) 9m)
%
Fi2) /G 4 K&icaci'n satelital de la toma Huaura)
Fi2) /G 7 ista de la toma Huaura)
2.1.3 REPRESA CHECRAS *a 3epresa Checras se u&ica en los distritos Pachan2ara y Checras, provincia de By'n y Huaura respectivamente, departamento de *ima) *a 3epresa Checras tiene como funci'n almacenar recurso hdrico para operar a mayor potencia en horas punta o en horas de mayor costo mar2inal que se presenta en el da (C"2$, asimismo tiene tres desarenadores y c;mara de car2a de ! !!! m)
1&
Fi2) /G 8 K&icaci'n satelital de la represa Checras)
Fi2) /G ista de la represa Checras)
2.1.4 REPRESA PICUNCHE *a 3epresa Picunche se u&ica en los distritos Pachan2ara y Checras, provincia de By'n y Huaura respectivamente, departamento de *ima) *a funci'n de la 3epresa Picunche es de naturali:ar el flu+o del ro Huaura haca los usuarios a2ua a&a+o del proyecto, las principales caractersticas son
11
/ivel de cresta @7) m)s)n)m) *on2itud de la represa metros .ltura m;Iima de la represa metros Compuertas radiales (Flood flushin2 2ate$ Compuertas de descar2a (Lischar2e flushin2 2ate$ @ Capacidad de almacenamiento útil 4 @D m Caudal de dise5o (M!!!$ 7 m 6s
Fi2) /G ! K&icaci'n satelital de la represa Picunche)
Fi2) /G ista de la represa Picunche)
12
3. METODOLOGÍA DE CÁLCULO 3.1 VARIABLES DE ENTRADA Presentamos los datos técnicos m;s relevante o&tenida del CBE- -1/.C, para ello resaltamos en amarillo los datos que usaremos)
Ta'la 1 Dato( )e*erale( o'te*i+o( +el COES - SINAC DATOS T,CNICOS DE LA CENTRAL ote*ia e/etiva 0M 1"!.35 *4ero +e *i+a+e( +e 2 tr'i*a( )e*erai6* elto*
Ta'la 2 Dato( t7*io( +e la( tr'i*a( +e a+a )r8o DATOS T,CNICOS DE TURBINA ote*ia e/etiva 0M ote*ia *o4i*al 0M Veloi+a+ +e rotai6* 0r84 Ca+al *o4i*al 0439( Salto *eto 04 Di:4etro 8elto* 04 N4ero +e ala'e( N4ero +e i*;etore( Di:4etro
#1 #2 $$.2&3 $$.12 $%.% $%.% 5& 5& 1!.5 1!.5 5%% 5%% 2.235 21 ! &.1$1
Ta'la 3 Dato( 8ri*i8ale( +e lo( )e*era+ore(
DATOS RINCIALES DE LOS #ENERADORES 1&&&& ote*ia No4i*al =VA Te*(i6* No4i*al 13$&& V >ree*ia !& ?@ Veloi+a+ 5& RM N4ero +e )e*era+ore( 2 ee #e*era+or vertial
13
Ta'la. Co*(i+eraio*e( 8ara )r8o1 ; )r8o2 CONSIDERACIONES *)e &.%$ *v 1 Nota: la eficiencia volumétrica y el coeficiente de resbalamiento adquieren valores unitarios en turbinas de acción porque todo el fluido entrega energía y porque no hay efecto vórtice relativo (no recircula el caudal!
Ta'la5. Re(lta+o( +e la o8ti4i@ai6* (e)* 8ro)ra4a Matla' #1 #2 *< F
OTIMIACI ON &.5 &.%" &.%15 &.%$
1
3.2 VARIABLES DE OBJETIVO 3.2.1 PARÁMETROS DE DISEO! Parametros de diseño N S
=
N × P eje H
1 2
5 4
1
, N q
=
N × Q 2 3 4
,ψ
=
H
8ara allar el
H R u2 2 g
y ϕ =
Q u × π × D 2 4
La( /6r4la( Ge (are4o(
N S , N q ,ψ y ϕ
3.2.2 TRIÁNGULO DE VELOCIDADES! Condicion de diseño ( β 2 C2
= 180°) :
= C0 = u 2 + w2
H r =
u2C2u − u1C1u g
C1u
= u − w1 cos
k
w1 / w2
=
C1
=
nh
=
u 2 + w12
( β 1 )
−
2 × u × w1 × Co s ( β 1 )
H r H u
15
3.2.3 POTENCIAS! Parametros nh
=
Qch Peje
H r H u
=
nTotal nmecanica * nvolumtrica * n generador
π
= × dch2 × C o
4 = nt × (ich × P ch )
3.3 CÁLCULOS
1!
3.3.1PARAMETROS DE DISEO! 2
!N!"#S#S P!R! $" %R&P'
!N!"#S#S P!R! $" %R&P'
Parametros de diseño
Parametros de diseño 1
1
N S =
N × P eje
2
=
5
÷ 0.746 = 5
=
N × Q
=
3
H R u
2
3
ϕ =
2
=
u ×π × D
ψ =
2
=
16.5 52.66 × π × 2.235 4
P electrica
η g 2
=
60
=
× ( 16.5) 2 3
u
2
2
= ϕ =
599 4 599
=
=
52.66
2
=
2 × 9.81 Q
u ×π × D
2
=
16.5 52.66 × π × 2.2352
=
4
Potencia al eje :
88.142 *+ 0.94
=
P eje
60
=
P electrica
η g 1
=
88.142 * + 0.94
=
)elocidad tangencial u1
π DN π × 2.235 × 450
=
1
2
3
H R
=
5
4 Para ello (artimos de :
= u2 = u
u=
N × Q
2 g
)elocid ad tangencial u1
=
÷
0.746 599 4
H 4
Pot encia al eje :
=
N q
2 × 9.81 Q
× =
1
=
4 Para ello (ar timos de :
P eje
5
599 4 52.66
2 g
=
93.768 2
H 4
450 × ( 16.5) 2
599
=
N S
N × P eje 2
1
2
H 4
ψ =
1
599 4 1
N q
1
2
450 ×
H 4
1
=
m s
= u2 = u
u=
π DN 60
=
π × 2.235 × 450 60
=
m s
1"
CAMBIAR ALGUNOS DATOS DE ESTO
3.3.2 TRIANGULO DE VELOCIDADES!
COMO SE ESPECIFICA ESTA IMAGEN@@@@@@@@ P31"E3 P.-B Con la optimi:aci'n hecha en el "atla& o&tenemos
#1 #2 *< F
OTIMIACI ON &.5 &.%" &.%15 &.%$
1$
*<
N&.%15
rupo
nt =nh x n m x nv =0.9415 x 0.92828 nm =0.9860
rupo @
nt =nh x n m x nv =0.9415 x 0.92763 nm =0.9853
1 V3*/-( T(53/-(
*a velocidad tan2encial de entrada y salida ser;n i2uales porque el an;lisis se reali:a en puntos que se encuentran a la misma distancia diametral del e+e de 2iro, entonces
u 1= u 2 = u Conociendo lo anterior, procederemos al c;lculo de la velocidad tan2encial
u=
2 πxNxD 60 x 2
=
2 πx 450 x 2.235 60 x 2
u=52.661 m / s
2 A5* 3 Á()3 ( ( 3,+((
Para una me+or condici'n de dise5o, consideraremos que el ;n2ulo relativo de entrada sea nulo (O@N!$, quedando los tri;n2ulos de velocidades de la si2uiente manera
1%
V3*/-( 3 /*++*
Como notamos en la ima2en ad+unta, la velocidad del chorro ser; i2ual la velocidad de entrada C@
C ch= C 2=
( )= ( ) ( )( ) Q z
πx d
16.5 6
2
πx 0.181
4
2
4
C ch= C 2=106.877 m / s
4 C*3-/-3,3 3 93*/-(
Con la velocidad del chorro podemos determinar el coeficiente de velocidad
2&
δ =
C ch
=
106.877
√ 2 xgxH √ 2 x 9.81 x 599
δ = 0.985 Nota: "oncuerda con la teoría que nos indica que el coeficiente de velocidad oscila entre #!$%&#!$'!
% V3*/-( +3(,-9( ( ( 3,+(( W 2=C 2−U 2 =106.877−52.661 W 2=54.216 m / s Nota: ya tenemos completo el triángulo de velocidades a la entrada!
especto al grupo )
P*,3/-( ( 33 Pelec efectiva 88.203 MW = Peje = ng 0.98 Peje =90003.061 Kw
P*,3/-( -+7-/( Phid!ulica = "xQxH =9810 x 16.5 x 599 Phid!ulica = 96957.14 Kw
& E-/-3/-( 3 ( ,+)-(,
Peje 90003.061 = =0.928 nt = P hid!ulica 96957.14
21
Conociendo el valor de la altura de Euler, tomaremos la si2uiente ecuaci'n con la finalidad de calcular el ;n2ulo relativo de salida (O $)
H =
u2 C 2 u−u 1 C 1u g u1=u2 =u , por lo que H =
Pero
u ( C 2 u−C 1u ) .dem;s la velocidad g
C 1 u se
puede reescri&ir como
C 1 u=u −w 1 cos # 1 Hecho esto, la altura de Euler tomar; la si2uiente forma
H =
u ( C 2 u−u + w1 cos # 1) g
Por otra parte
w 2=C 2 − u2=C −u $ ( 1 ) .dicionalmente conocemos el factor de dise5o
% =
w1 w2
$ ( 2)
3eempla:ando ($ y (@$ en la ecuaci'n de la altura de Euler, o&tendremos
22
H =
u ( C 0−u )( 1 + % cos #1 ) g
" Á5* 3 7()3 ( ( (-( 3eempla:ando datos
=
563.959
(
52.661 x 106.877
−52.661 )( 1 + % cos # ) 1
9.81
% cos # 1=0.938 $ ( & )
-e revis' &i&lio2rafa (";quinas Hidr;ulicas de "ataiI$ y se tra&a+a con ;n2ulos recomendados de ;la&e a la salida entre 8@Q) Conviene valores peque5os para m;Iimo aprovechamiento de ener2a del a2ua, pero se presenta el peli2ro de recirculaci'n y choque con los ;la&es aleda5os) enemos una restricci'n w 1 ' u ent(nces % '
u 52.661 = lueg( % ' 0.971 w 2 54.216
Entonces ta&ulando distintos valores de < en la ecuaci'n =1> tenemos
B1 $ % 1& 11 12 13 1 15 1! 1"
= &.%" &.%% &.%52 &.%55 &.%5% &.%!2 &.%!! &.%"1 &.%"! &.%$1
RESTRICCI ON SI SI SI SI SI SI SI SI NO NO
23
10 V3*/-( +3(,-9( 93*/-( ()*,( J 75* ()*,* 3 (-( w 1=% ∗( C 0−u ) c 1= √ u + w 1 −2∗u∗w 1∗cos ( #1 ) 2
2
c 1 u=u− w1∗cos ( # 1 ) cos
C 1
( ) )= C u 1
1
% =0.947 w 1=% ∗( C 0−u ) =0.97 ∗( 106.877−52.661 )= 51.341 m / s c 1=√ u
2
+ w −2∗u∗w ∗cos ( # )=√ 52.661 + 52.59 −2∗52.661 ∗52.59∗ cos (5 )=7.373 m / s 2
2
1
1
2
1
c 1 u=u− w1∗cos ( # 1 )=52.661 −52.59 ∗cos ( 5 )=0.271 m / s cos
C 1
0.271
( ) )= C u = 4.591 ent(nces) =75.712 * 1
1
1
"ostr;ndose los valores resultados en amarillo en la ta&la si2uiente
*< F
#1 &.%2" &.%"& &.%15 &.%$5%
RESULTADOS #2 OTIMIACION &.%2" &.5 &.%"& &.%" &.%15 &.%15 &.%$5% &.%$
2
3.3.3BALANCE DE POTENCIAS!
25
!N!"#S#S P!R! $" %R&P'
!N!"#S#S P!R! $" %R&P'
2
Potencia al eje : P eje
=
P electrica
η g 1
=
Potencia al eje :
88.142 *+ 0.94
P eje
=
Potencia hidraulica P H
=
γ .Q.H n
P eje P H
P H
=
i
π
=
2 g H n
γ .Q.H n
P eje P H
16.5 =
d ch 2
C ch
η g 1
=
88.142 *+ 0.94
=
=
=
16.5
Q
6
π
=
)elocidad de chorro
= 106.877 2
× 0.181
m s
4 4 Coe, iciente de velocidad cv
=
η =
=
Q =
P electrica
102 $,iciencia de la tur-ina
)elocidad de chorro
C ch
=
Potencia hidraulica
102 $,iciencia de la tur-ina
η =
1
106.877 2 × 9.81 × 599
C ch
=
i
π
=
d ch 2
6
π
= 106.877 2
× 0.181
m s
4 4 Coe, iciente de velocidad = 0.985
cv
=
C ch 2 g H n
=
106.877 2 × 9.81 × 599
= 0.985
2!
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS •
Con los valores calculados de s (u!ero es"ec#$#co de revoluc#ones de "o%enc#a)&52.745 y ' (u!ero es"ec#$#co de revoluc#ones de "o%enc#a) &15.096, "ode!os co!"roar con la s#u#en%e %ala 'ue corres"onde a una %ur#na *el%on con var#os #nyec%ores. +ala
•
Con el valor calculado de s (u!ero es"ec#$#co de revoluc#ones de "o%enc#a)&52.72 y el valor de -n (sal%o ne%o)&599! o%en#do de la "#na de C/ "ode!os co!"roar en la s#u#en%e %ala 'ue corres"onde a una %ur#na *el%on de 6 #nyec%ores.
2"
>i)ra NH
2$
F"#$%& N'
CONCLUSIÓN •
Se 8+o +e4o(trar o veriar Ge el *4ero +e
2%
•
E*
el
tri:*)lo
+e
(ali+a
01
o*
:*)lo(
0'
;
al8
•
Del 'ala*e e*er)7tio (e o*l;e Ge la( 4a;ore( 87r+i+a( (e +e'e* a la( 8er+i+a(
3&
FUENTES DE INFORMACION BIBLIOGRAFICA INTERNET http66000)coes)or2)pe6Portal6"arco/ormativo6Procedimientos6ecnicos
31
ANE(OS A*eo NH1 Dato( +e 8laa +e la( tr'i*a( 8elto*.
A*eo NH2 laa +e la tr'i*a.
32
