20-4-2018
[Título del documento] (CURSO DE TURBOMÁQUINAS I) INTEGRANTES:
ANCCASI HUAYLLA EDUARDO
LUGO MAMANI JEAN
GARCÍA NUÑE PEDRITO
SIMEÓN HUAYNATE CHRISTIAN
LIMA- PERÚ 2018
Contenido 1.
2.
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................2 1.1.
CENTRALES HIDROELÉCTRICAS ..........................................................................2
1.2.
COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA ...... 3
CENTRAL HIDROELÉCTRICA HERCCA ............................................................4
3. AREA DEL PROYECTO .......................................................................................5
4.
3.1.
Ubicación del área del Proyecto . ................................................................................5
3.2.
Clima ...............................................................................................................................6
CRITERIOS TECNICOS DEL ESQUEMA SELECCIONADO .............................6 4.1.
5.
4.1.1.
Tipo de turbina y número de unidades ...................................................6
4.1.2.
Válvulas de las turbinas ..........................................................................7
4.1.3.
Reguladores de velocidad ......................................................................7
INGENIERÍA DEL PROYECTO ............................................................................8 5.1.
6.
EQUIPO MECÁNICO HIDRAÚLICO .........................................................................6
Equipamiento Mecánico e Hidráulico de la Casa de Máquinas
............................ 8
5.1.1.
Turbinas ..................................................................................................8
5.1.2.
Válvulas ...................................................................................................9
5.1.3.
Regulador de velocidad ....................................................................10
PLANOS DE OBRAS ELECTROMECÁNICAS ..................................................12 6.1.
PLANO CASA DE MÁQUINAS DISPOSICIÓN DE EQUIPOS ...........................12
6.2.
PLANO LÍNEA DE INTERCONEXIÓN ....................................................................14
1
1.
INTRODUCCIÓN
Indudablemente
la electricidad es uno de los principales elementos del desarrollo
humano en la era moderna, pero para que ésta se encuentre presente en nuestra vida diaria ha sido poco y
necesario
que
el hombre la fuera conociendo poco
a
fuera descubriendo sus diversas formas de generación y sus
diferentes aplicaciones. Hoy se sabe que la electricidad se genera de distintas fuentes como la hidráulica, geotérmica, eólica, atómica, solar y térmica, donde se utiliza el carbón, el petróleo y el gas natural, que son recursos no renovables. En nuestro país se utiliza el gran potencial hídrico de los ríos, lagos y lagunas para generar la electricidad que utilizamos. Esta generación hidroeléctrica representa el 60% del total de nuestra electricidad. El otro 40% lo generan las centrales térmicas, que trabajan con la fuerza del vapor y cuyo combustible principal es todavía el petróleo. Los antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban ruedas hidráulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII. Durante la edad media, las grandes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos. La energía hidroeléctrica debe su m ayor desarrollo al ingeniero civil británico John Smeaton, que construyó por vez primera grandes ruedas hidráulicas de hierro colado.
1.1.
CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Una central hidroeléctrica es
una
instalación
que
permite
aprovechar las masas de agua en movimiento que circulan por los ríos para
transformarlas
eléctrica,
utilizando
en
energía turbinas
acopladas a los alternadores. Según la potencia instalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser: •
Centrales hidráulicas de gran potencia: más de 10MW de potencia eléctrica.
•
Minicentrales hidráulicas: entre 1MW y 10MW.
•
Microcentrales hidroeléctricas: menos de 1MW de potencia. 2
1.2. •
•
COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA La presa, que se encarga de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse. Rebosaderos , elementos que permiten liberar parte del agua que es retenida sin que pase por la sala de máquinas.
•
Destructores de energía, que se utilizan para evitar que la energía que posee el agua que cae desde los salientes de una presa de gran altura produzcan, al chocar contra el suelo, grandes erosiones en el terreno. Básicamente encontramos dos tipos de destructores de energía:
Los dientes o prismas de cemento, que provocan un aumento de la turbulencia y de los remolinos.
Los deflectores de salto de esquí, que disipan la energía haciendo aumentar la fricción del agua con el aire y a través del choque con el colchón de agua que encuentra a su caída.
•
Sala de máquinas. Construcción donde se sitúan las máquinas (turbinas, alternadores) y elementos de regulación y control de la central.
•
Turbina . Elementos que transforman en energía mecánica la energía cinética de una corriente de agua.
•
Alternador. Tipo de generador eléctrico destinado a transformar la energía mecánica en eléctrica.
•
Conducciones. La alimentación del agua a las turbinas se hace a través de un sistema complejo de canalizaciones.
•
Válvulas, dispositivos que permiten controlar y regular la circulación del agua por las tuberías.
3
•
Chimeneas de equilibrio: son unos pozos de presión de las turbinas que se utilizan para evitar el llamado “golpe de ariete”, que se produce cuando hay un
cambio repentino de presión debido a la apertura o cierre rápido de las válvulas en una instalación hidráulica.
E s quema g eneral de una central hidroeléctrica
2. CENTRAL HIDROELÉCTRICA HERCCA La Pequeña Central Hidroeléctrica Hercca es una instalación antigua cuya fecha de inicio de operación se remonta al año 1924 con la instalación del primer grupo de 400 kW abasteciendo energía para fines industriales así como abasteciendo a la ciudad de Sicuani. En 1936 se instaló un segundo grupo de 416 kW que en la actualidad se encuentra fuera de servicio. La Empresa de Generación Machupicchu S.A. (EGEMSA) ha previsto implementar el proyecto de Repotenciación de la Pequeña Central Hidroeléctrica Hercca, con el objeto central de incrementar la generación de energía y obtener mayores beneficios económicos.
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La Oficina Multianual de Inversión Pública del Ministerio de Economía y Finanzas ha aprobado el proyecto de Factibilidad de la Repotenciación de la Pequeña Central Hercca con las siguientes características: Caudal
3.8 m³/s
Potencia
4.01 MW
Inversión
4.651 Millones de Dólares sin IGV
3. A R E A DE L P R OY E CTO 3.1.
Ubicación del área del Proyecto
El área del proyecto se ubica a una altura promedio de 3740 msnm en la zona media de la cuenca del río Hercca, afluente del río Vilcanota, al Este de la Cordillera de los Andes. El área del proyecto se encuentra entre la laguna Langui Layo y la población de Hercca sobre la margen derecha del río del mismo nombre. La distancia entre la Capital del Perú, Lima, y el área del proyecto es de 1,400 km, aproximadamente (en Sicuani, capital de la provincia). El río Hercca, desde su naciente en la laguna Langui Layo, aproximadamente 300 km tierra adentro de la línea de costa del Océano Pacifico, fluye primero hacia el Noroeste y luego gira hacia el Noreste uniéndose con el río Vilcanota aguas arriba de la ciudad de Sicuani. Ambos ríos pertenecen al sistema de ríos del Amazonas cuyas aguas desembocan en el Océano Atlántico. El área del proyecto se ubica sobre la margen derecha del río Hercca , en la comunidad de Totorani, en la en la provincia de Canchis, departamento de Cusco.
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El área donde se desarrollaron las obras de la ampliación de la C.H. Hercca está localizada 5 km aguas arriba del caserío de Hercca. La bocatoma se ubica en la elevación 3778 aproximadamente, la casa de máquinas se ubica en la cota 3660 msnm aproximadamente
3.2.
Clima
El clima en la zona del proyecto es templado y seco, aunque existe una marcada variación entre la temperatura en el día y la noche. La máxima temperatura es del orden de 21 ° C y la mínima de 0.3 °C.
4. CR ITER IOS TECNICOS DEL ES QUEMA SE LEC CIONADO 4.1.
EQUIPO MECÁNICO HIDRAÚLICO 4.1.1. Tipo de turbina y número de unidades
El tipo de turbina está definido básicamente por la altura neta de operación y la potencia de la turbina. El número de unidades queda definido por los costos de inversión y la forma de operación de los grupos de generación. Los costos de inversión de los grupos, que incluyen las turbinas, válvulas, generadores, reguladores de velocidad así como de las obras civiles asociadas, aumentan conforme aumentan el número de unidades. Por otro lado mayores número de unidades, en el caso de operación a cargas parciales, permite mayor flexibilidad para ef ectuar labores de mantenimiento y mayor producción de energía por operación en puntos de mayor eficiencia. La central operará normalmente conectado al sistema interconectado nacional, entregando energía de acuerdo a la curva de duración de caudal. La curva de duración de caudales tiene caudales de 10, 8, 6, 5, 4 y 2 m 3/s con un grado de disponibilidad de 35,42, 55, 65, 82 y 98 % respectivamente. En base a las consideraciones antes mencionadas se ha seleccionado dos grupos de generación equipados con turbinas tipo Francis de eje horizontal. 6
4.1.2. Válvulas de las turbinas El tipo de válvulas de las turbinas depende básicamente de la altura neta y del diámetro de la válvula. Para el proyecto son factibles la utilización de válvulas tipo mariposa y válvulas tipo compuerta. En consideración a su facilidad de instalación y mantenimiento, su operación rápida y buena estanqueidad se recomienda la utilización de válvulas tipo mariposa. Por razones de seguridad se ha previsto que el cierre de la válvula se efectúe por medio de un contrapeso.
4.1.3. Reguladores de velocidad Teniendo en consideración que se requiere que la central opere en red interconectada y el estado actual de avance de la tecnología, se ha seleccionado un regulador de velocidad de tipo electrónico en base a microprocesadores, por sus mayores ventajas técnicas como menor tiempo muerto, menor grado de insensibilidad, menor tiempo de respuesta, menor requerimiento de mantenimiento, menores elementos expuestos a desgaste, etc.
Un tanque de aceite en chapa de acero soldada, con cubierta removible, con indicador de nivel de aceite con contactos eléctricos de niveles alto y bajo nivel, indicador visual protegido y termostato. Un serpentín de refrigeración, si es necesario.
Una válvula reguladora de presión y de seguridad.
Un filtro para el aceite.
Dos bombas de engranajes instalado en el interior del tanque accionado por un motor de inducción de jaula de ardilla con contactor de arranque magnético y protección contra sobrecarga. Dos filtros de aceite en la succión de cada bomba, fácilmente removible para limpieza. Una válvula automática de seguridad, que se activa cuando la presión de aceite de regulación excede la presión de operación máxima admisible.
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5.
ING E NIE R ÍA DE L P R OY E CTO
5.1.
Equipamiento Mecánico e Hidráulico de la Casa de Máquinas 5.1.1. Turbinas
Se requieren dos turbinas del tipo Francis de eje horizontal, con rodete en voladizo, cada una de las cuales diseñadas para las siguientes condiciones de operación: Altura neta nominal
:
95 m
Caudal nominal
:
4 m3/s
Potencia al eje
:
3450 kW
Velocidad de rotación Velocidad específica
: :
Velocidad de embalamiento Altura de succión
111.54
: :
720 rpm. 960 rpm.
0.30 m
Cada turbina está constituida por:
Una caja espiral de planchas de acero soldadas en una sola pieza, con brida de ingreso, soldado a un anillo central que contiene los álabes directrices fijos, que constituye el esqueleto base de la espiral. Un distribuidor formado por álabes directrices móviles de acero inoxidable con muñones que rotan sobre casquillos autolubricantes. Un juego de soportes superior e inferior para los muñones de los álabes directrices. Un mecanismo de mando de los álabes directrices, instado al exterior de la caja espiral, fácilmente accesible. Una tapa superior y una tapa inferior de la turbina, construida en chapa de acero soldada. Un rodete Francis de acero inoxidable. Un eje de acero forjado, con bridas en ambos extremos, para su unión al rodete y al eje del rotor del generador.
Un cojinete de empuje y de guía, con lubricación forzada.
Un sello del eje de anillos de carbón en el pasaje al exterior del eje de la turbina. 8
Un servomotor de presión de aceite, de simple efecto, accionado por un regulador de velocidad, provisto de un resorte para el cierre. Órganos mecánicos de conexión entre el anillo de regulación y el servomotor.
Elementos de conexión entre las partes.
5.1.2. Válvulas La válvula de cada turbina será del tipo mariposa, de 1080 mm de diámetro, diseñada para una presión de diseño de 12 bar y una presión de prueba hidrostática de 18 bar y serán accionadas por un servomotor hidráulico para la abertura y por un contrapeso para el cierre de la válvula Estará constituido de las partes siguientes:
Un cuerpo cilíndrico de acero provisto de bridas en ambas extremidades. Un elemento de cierre y abertura, de forma lenticular, ensamblado sobre muñones, con sello recambiable de goma de tipo especial fijado en la periferia o en el cuerpo de la válvula para lograr un cierre hermético.
Una junta de desmontaje de brida móvil.
Soportes de los muñones provistos de casquillos autolubricantes.
Empaquetaduras de sellado hidráulico.
Un servomotor, provisto de émbolo, palanca y biela y que actúa como freno durante la carrera de cierre de la válvula. Un contrapeso, para el cierre de la válvula, provisto de palanca y tirante de sostén. Un indicador mecánico de posición de la válvula. Tuberías de aceite para el mando de la válvula completas con bridas, soportes y válvulas de aislamiento. Dispositivos de mando para la maniobra del elemento de cierre y apertura de la válvula.
El aceite a presión para el accionamiento del servomotor se obtendrá del circuito de aceite del regulador de velocidad. 9
5.1.3. Regulador de velocidad
El regulador de velocidad será del tipo electrónico, con capacidad para operar sin inestabilidad bajo todas las condiciones de operación en red aislada y operando en paralelo con otros grupos. El conjunto electrónico de mando incluye:
Un convertidor de medida de frecuencia.
Un regulador PD de posición del servomotor de los álabes directrices.
Un regulador de frecuencia del tipo PID, que determina la diferencia entre la frecuencia del grupo y la frecuencia de consigna. Consigna estática de apertura tipo digital/analógico de mando local y a distancia. Circuito servoposicionador con amplificadores para la determinación del error entre el valor de consigna y la apertura real y el amplificador de salida de mando de la servoválvula. Circuitos auxiliares del transductor de posición para la limitación de apertura. La alimentación para los componentes electrónicos desde los servicios auxiliares 230 V, 60 Hz y 110 Vcc.
La caída de velocidad deberá ser ajustable, en el rango del 0 al 10%, con grado de precisión 0.5 %. El equipo de regulación hidráulico incluye:
Un transductor electro-hidráulico para el control de la válvula de distribución principal. Una válvula de distribución para el control de los álabes directrices. Una válvula solenoide de disparo, que cierra los álabes directrices, por algún relé de protección del grupo. Un reductor de presión, para reducir la presión del aceite del actuador. 10
Dos filtros finos conmutables, para el aceite de regulación. Contactos de posición de los álabes directrices, operado por un mecanismo conectado al servomotor de los álabes directrices.
El equipo de bombeo de aceite a presión para la alimentación del servomotor de mando de la turbina y de la válvula mariposa, estará constituido por:
Un tanque de aceite en chapa de acero soldada, con cubierta removible, con indicador de nivel de aceite con contactos eléctricos de niveles alto y bajo nivel, indicador visual protegido y termostato. Un serpentín de refrigeración, si es necesario.
Una válvula reguladora de presión y de seguridad.
Un filtro para el aceite.
Dos bombas de engranajes instalado en el interior del tanque accionado por un motor de inducción de jaula de ardilla con contactor de arranque magnético y protección contra sobrecarga. Dos filtros de aceite en la succión de cada bomba, fácilmente removible para limpieza. Una válvula automática de seguridad, que se activa cuando la presión de aceite de regulación excede la presión de operación máxima admisible.
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6.
PLANOS DE OBRAS ELEC TROMECÁ NICAS
6.1.
PLANO CASA DE MÁQUINAS DISPOSICIÓN DE EQUIPOS
12
Acercamiento del plano para observar mejor las turbinas.
13
6.2.
PLANO LÍNEA DE INTERCONEXIÓN
14
Acercamiento del plano para observar mejor la casa de máquinas.
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