TRABAJO Langui-russel Edilson

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERÍA: ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, MECÁNICA Y MINAS.

TEMA: “INFORME DE VIAJE A CENTRAL HIDROELECTRICA DE LANGUI-SICUANI”

CURSO: PRACTICAS PRE PROFESIONALES CURSO: PRACTICAS PRE PROFESIONALES DOCENTE: JORGE CHINCHIHUALPA GONZALES DOCENTE: JORGE CHINCHIHUALPA GONZALES ALUMNO: CUSIPUMA GALLEGOS RUSSEL EDILSON ALUMNO: CUSIPUMA GALLEGOS RUSSEL EDILSON CÓDIGO: 080131-A CÓDIGO: 080131-A

SEMESTRE ACADÉMICO 2014-I SEMESTRE ACADÉMICO 2014-I CUSCO-PERÚ CUSCO-PERÚ

INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI PRESENTACION

ESTIMADO DOCENTE ME DIRIJO A USTED CON EL MÁS GRATO SALUDO DÁNDOLE A CONOCER EL SIGUIENTE TRABAJO SOBRE “VISITA TECNICA A LA CENTRAL HIDROELECTRICA DE LANGUI” QUE PRESENTO CON EL OBJETIVO DE CONTRIBUIR AL AUMENTO DE MIS CONOCIMIENTOS, PUESTO QUE ES NECESARIO PARA ENFRENTAR CON ÉXITO LAS MÚLTIPLES DIFICULTADES QUE LA SOCIEDAD MODERNA ME PLANTEA. QUIERO RESALTAR TAMBIÉN EL MAGNÍFICO TRABAJO QUE REALIZA, QUIEN HACE POSIBLE EL AFIANZAMIENTO DE CONOCIMIENTOS DEL CUAL ESTOY SEGURO QUE SERÁ DE MUCHA UTILIDAD PARA MI DESEMPEÑO PROFESIONAL. CON PALABRAS FINALES QUIERO MANIFESTARLE MI AGRADECIMIENTO A QUIEN CADA MOMENTO ALENTÓ LA ELABORACIÓN DEL PRESENTE MATERIAL Y TAMBIÉN A QUIEN CON SUS CRÍTICAS IMPULSARAN LA FIRME DECISIÓN DE SUPERARME.

ATENTAMENTE. EL ALUMNO.


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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI

Tabla de contenido

PRESENTACION………………………………………………………………………………..1 RESUMEN………………………………………………………………………………………..2 INTRODUCCION………………………………………………………………………………3 Central hidroeléctrica………………………………………………………………………..4 1. energía hidroeléctrica………………………………………………………………………4 2. tipos de centrales…………………………………………………………………………5 3. funcionamiento de una central hidroeléctrica………………………………………..6 4. ventajas y desventajas de una central hidroeléctrica……………………………….6 5. impacto ambiental de una central hidroeléctrica…………………………………….7 6. diseño de aprovechamiento hidroeléctrico…………………………………………..7 a)Determinación del salto neto……………………………………………………

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b)

Potencia a instalar y producción .............................................................................. 9

b)

Aliviaderos, compuertas y válvulas ....................................................................... 11

c)

Toma de agua ............................................................................................................... 11

d)

Canales, túneles y tuberías ...................................................................................... 12

e)

Cámara de carga.......................................................................................................... 12

f)

Tubería forzada ............................................................................................................ 13

g)

Casa de Maquinas ....................................................................................................... 13

h)

Elementos de cierre y regulación ........................................................................... 13

Esquema básico y funcionamiento del transformador ....................................................... 18 LA RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN DEL TRANSFORMADOR ELÉCTRICO ...... 18 informe de visita a la central hidroeléctrica de langui…………………………………22 Equipamiento………………………………………………………………………………….27 1) turbina…………………………………………………………………………………………29 2)alternador sin escobillas…………………………………………………………………..29 3) excitador……………………………………………………………………………………..30 4) transformador elevador………………………………………………………………… 31 5) tablero de control…………………………………………………………………………32 Conclusiones…………………………………………………………………………………34 Anexos…………………………………………………………………………………………..35 fotografías………………………………………………………………………………………35 UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

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RESUMEN El presente informe siguiente que se da a conocer muestra algunas de las características de una Central Hidroeléctrica, así como características técnicas y eléctricas. Para conocer más sobre esta Central de hidroeléctrica de Bangui haremos uso de un marco teorico recolectados del internet y también de las explicaciones y guía del ingeniero de dicha central. La Mini Central Hidroeléctrica de Bangui se encuentra en la provincia de Canchis en el departamento del Cusco a unos 30 km aproximadamente de la ciudad de sicuani en la vía que se va a espinar. Esta Mini Central tiene dos grupos de generación, estos grupos entregan 730 kW y 2500 kW respectivamente, el primer grupo de generación se encontraba paralizada; actualmente se realiza una ampliación, que es el tercer grupo de generación la cual está proyectada para entregar 3200 kW. El primer grupo fue instalado entre 1965 y 1966 con la finalidad de vender energía eléctrica a la fábrica textil de Maranga ni y el segundo grupo se instaló el año 2000 con el objetivo de vender energía a electro sur este.


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INTRODUCCION

La demanda de energía eléctrica en nuestros días depende del crecimiento de la población, esto hace que para el abastecimiento se tenga que recurrir cada vez más a la compra de energía del SEIN(sistema eléctrico interconectado nacional) en el mercado, con precios más altos. Por lo que se ha visto construir más centrales hidroeléctricas y así aprovechar los recursos hídricos que tenemos. Es por este motivo que se hace necesario la creación de pequeñas centrales hidroeléctricas como la que visitamos; todo con un fin de adquisición de conocimientos sobre nuestro sistemas de generación, transmisión y distribución del Sistema Eléctrico Nacional. Se hace necesario el afianzamiento de la teoría con la realidad ya estando en plena carrera el reconocimiento de los diversos componentes eléctricos de cómo es que opera una subestación de transformación; bajo que niveles de actuación los parámetros de protección y sus respectivas mediciones deben de funcionar y como estas se relacionan haciendo un sistema que se rige a brindar calidad de energía eléctrica que el país requiere o demanda específicamente; hablamos de la central hidroeléctrica de lengua es por ello que hacemos el siguiente informe de nuestra visita a dicho lugar perteneciente a la empresa de electro sur este s.a.


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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI CENTRAL HIDROELECTRICA Una central hidroeléctrica es una instalación que permite aprovechar las masas de agua en movimiento que circulan por los ríos para transformarlas en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a los alternadores. La disponibilidad de la energía ha sido siempre esencial para la humanidad que cada vez demanda más recursos energéticos para cubrir sus necesidades de consumo y bienestar. Las energías renovables que provienen de fuentes inagotables como el Sol y no emiten gases de efecto invernadero, entre otros beneficios, son una de las piezas clave en la construcción de un sistema de desarrollo sostenible. Existe una concienciación cada vez mayor sobre los efectos medioambientales que conlleva el actual sistema de desarrollo económico, como son el cambio climático, la lluvia ácida o el agujero de la capa de ozono. Según la potencia instalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser:   

Centrales hidráulicas de gran potencia: más de 10MW de potencia eléctrica. Mini centrales hidráulicas: entre 1MW y 10MW.(central de lengua) Micro centrales hidroeléctricas: menos de 1MW de potencia.

1. ENERGIA HIDROELECTRICA La superficie terrestre está cubierta en un 71% de agua. La energía hidroeléctrica proviene indirectamente de la energía del sol, responsable del ciclo hidrológico natural. Las centrales y mini centrales hidroeléctricas transforman esa energía en electricidad, aprovechando la diferencia de desnivel existente entre dos puntos. La energía se transforma primero en energía mecánica en la turbina hidráulica, ésta activa el generador, que transforma en un segundo paso la energía mecánica en energía eléctrica. En América Latina el límite de la potencia máxima instalada que puede tener una central para ser calificada como mini central hidroeléctrica es 30 kW. La potencia instalada no constituye el criterio básico para diferenciar una mini central de una central hidroeléctrica convencional. Una mini central no es una central convencional a escala reducida. Una turbina de unos cientos de kilovatios tiene un diseño completamente distinto del de otra de unos cientos de megavatios. Desde el punto de vista de obra civil, una mini central obedece a principios completamente distintos a las grandes centrales alimentadas por enormes embalses.


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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI 2. TIPOS DE CENTRALES HIDROELECTRICAS Hay muchos tipos de centrales hidroeléctricas, ya que las características del terreno donde se sitúa la central condicionan en gran parte su diseño. Se podría hacer una clasificación en tres modelos básicos:  Centrales de agua fluyente: En este caso no existe embalse, el terreno no tiene mucho desnivel y es necesario que el caudal del río sea lo suficientemente constante como para asegurar una potencia determinada durante todo el año. Durante la temporada de precipitaciones abundantes, desarrollan su máxima potencia y dejan pasar agua excedente. En cambio, durante la época seca, la potencia disminuye en función del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en verano.  Centrales de embalses: Mediante la construcción de una o más presas que forman lagos artificiales donde se almacena un volumen considerable de agua por encima de las turbinas. El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Con el embalse puede producirse energía eléctrica durante todo el año aunque el río se seque completamente durante algunos meses, cosa que sería imposible con una central de agua fluyente. Estas centrales exigen, generalmente, una inversión de capital más grande que la de agua fluyente. Dentro de estos tipos existen dos variantes de centrales: 



Centrales a pie de presa: en un tramo de río con un desnivel apreciable se construye una presa de una altura determinada. La sala de turbinas está situada después de la presa. Centrales por derivación de las aguas: las aguas del río son desviadas mediante una pequeña presa y son conducidas mediante un canal con una pérdida de desnivel tan pequeña como sea posible, hasta un pequeño depósito llamado cámara de carga o de presión. De esta sala arranca una tubería forzada que va a parar a la sala de turbinas. Posteriormente, el agua es devuelta río abajo, mediante un canal de descarga. Se consiguen desniveles más grandes que en las centrales a pie de presa.


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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI  Centrales de bombeo o reversibles: Son un tipo especial de centrales que hacen posible un uso más racional de los recursos hidráulicos. Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda diaria de energía eléctrica es máxima, estas centrales trabajan como una central hidroeléctrica convencional: el agua cae desde el embalse superior haciendo girar las turbinas y después queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del día de menor demanda, el agua es bombeada al embalse superior para que vuelva a hacer el ciclo productivo 3. FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA La presa, situada en el curso de un río, acumula artificialmente un volumen de agua para formar un embalse. Eso permite que el agua adquiera una energía potencial que después se transformará en electricidad. Para esto, la presa se sitúa aguas arriba, con una válvula que permite controlar la entrada de agua a la galería de presión; previa a una tubería forzada que conduce el agua hasta la turbina de la sala de máquinas de la central. El agua a presión de la tubería forzada va transformando su energía potencial en cinética (es decir, va perdiendo fuerza y adquiere velocidad). Al llegar a la sala de máquinas el agua actúa sobre los álabes de la turbina hidráulica, transformando su energía cinética en energía mecánica de rotación. El eje de la turbina está unido al del generador eléctrico, que al girar convierte la energía rotatoria en corriente alterna de media tensión. El agua, una vez ha cedido su energía, es restituida al río aguas abajo de la central a través de un canal de desagüe. 4. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA Las ventajas de las centrales hidroeléctricas son:  No necesitan combustibles y son limpias.  Muchas veces los embalses de las centrales tienen otras utilidades importantes: el regadío, como protección contra las inundaciones o para suministrar agua a las poblaciones próximas.  Tienen costes de explotación y mantenimientos bajos.  Las turbinas hidráulicas son de fácil control y tienen unos costes de mantenimiento reducido. En desventajas podemos enumerar los inconvenientes siguientes: UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI  El tiempo de construcción es, en general, más largo que el de otros tipos de centrales eléctricas.  La generación de energía eléctrica está influenciada por las condiciones meteorológicas y puede variar de estación a estación.  Los costes de inversión por kilovatio instalado son elevados.  En general, están situadas en lugares lejanos del punto de consumo y, por lo tanto, los costes de inversión en infraestructuras de transporte pueden ser elevados. 5. IMPACTO AMBIENTAL DE LAS CENTRALES HIDROELECTRICAS Siempre se ha considerado que la electricidad de origen hidráulico es una alternativa energética limpia. Aun así, existen determinados efectos ambientales debido a la construcción de centrales hidroeléctricas y su infraestructura. La construcción de presas y, por extensión, la formación de embalses, provocan un impacto ambiental que se extiende desde los límites superiores del embalse hasta la costa. Este impacto tiene las siguientes consecuencias, muchas de ellas irreversibles:  Sumerge tierras, alterando el territorio.  Modifica el ciclo de vida de la fauna.  Dificulta la navegación fluvial y el transporte de materiales aguas abajo (nutrientes y sedimentos, como limos y arcillas).  Disminuye el caudal de los ríos, modificando el nivel de las capas freáticas, la composición del agua embalsada y el microclima. Los costes ambientales y sociales pueden ser evitados o reducidos a un nivel aceptable si se evalúan cuidadosamente y se implantan medidas correctivas. Por todo esto, es importante que en el momento de construir una nueva presa se analicen muy bien los posibles impactos ambientales en frente de la necesidad de crear un nuevo embalse.

6. DISEÑO DE APROVECHAMIENTO HIDROELECTRICO La potencia de una central hidroeléctrica es proporcional a la altura del salto y al caudal turbinado, por lo que es muy importante determinar correctamente estas variables para el diseño de las instalaciones y el dimensionamiento de los equipos. a) Determinación del salto neto El salto es la otra magnitud fundamental para el diseño de una mini central hidroeléctrica. Deberá ser el máximo permitido por la topografía del terreno, teniendo en cuenta los límites que marcan la afección al medio ambiente y la UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI viabilidad económica de

la

inversión.

A continuación, se definen los siguientes conceptos:  Salto bruto (Hb): Altura existente entre el punto de la toma de agua del azud y el punto de descarga del caudal turbinado al río.  Salto útil (Hu): Desnivel existente entre la superficie libre del agua en la cámara de carga y el nivel de desagüe en la turbina.  Salto neto (Hn): Es la diferencia entre el salto útil y las pérdidas de carga producidas a lo largo de todas las conducciones. Representa la máxima energía que se podrá transformar en trabajo en el eje de la turbina.  Pérdidas de carga (Hp): Son las pérdidas por fricción del agua contra las paredes del canal y sobre todo en la tubería forzada, más las pérdidas ocasionadas por turbulencia, al cambiar de dirección el flujo, al pasar a través de una rejilla o de una válvula, etc. Se miden como pérdidas de presión (o altura de salto) y se calculan mediante fórmulas derivadas de la dinámica de fluidos.

b) Potencia a instalar y producción La mini central hidroeléctrica cuenta con una potencia disponible que varía en función del caudal de agua disponible para ser turbinado y el salto existente en cada instante. La expresión que nos proporciona la potencia instalada es la siguiente:

P = 9,81 * Q * Hn * e Dónde: P = Potencia en kW Q = Caudal de equipamiento en m3/s Hn = Salto neto existente en metros e = Factor de eficiencia de la central, que es igual al producto de los rendimientos de los diferentes equipos que intervienen en la producción de la energía: e = Rt * Rg * Rs Rt = Rendimiento de la turbina Rg = Rendimiento del generador UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI Rs = Rendimiento del transformador de salida Según el tipo de equipo y el fabricante, el rendimiento de la maquinaria varía, pero a efectos de una primera aproximación, se puede tomar como factor de eficiencia para una mini central hidroeléctrica moderna el valor de 0,85. 7. INSTALACIONES DE OBRA CIVIL a) AZUDES Y PRESAS La obra que se lleva a cabo para provocar una retención en el cauce de un río puede ser de dos tipos: -Azud: Muro trasversal al curso del río, de poca altura, que provoca un remanso de agua sin producir una elevación notable del nivel. Su objetivo es desviar parte del caudal del río hacia la toma de la central. Aquella parte que no es derivada vierte por el aliviadero y sigue su curso normal por el río. El azud puede construirse de hormigón, ladrillos, escollera o tierra. Resiste al empuje del agua por su propio peso, aunque en los azudes de tierra y escollera se suele colocar un anclaje al terreno con el fin de aumentar su estabilidad.

-Presa. En este caso el muro que retiene el agua tiene una altura considerable y provoca una elevación notoria del nivel del río mediante la creación de un embalse. En función del tamaño de éste se podrán regular las aportaciones. Hay varios tipos de presas, según la forma de resistir el empuje hidrostático. Algunas, como la presa de contrafuertes o la de bóveda, requieren mayor complejidad en su construcción y no suelen ser de aplicación en las mini centrales; no así los siguientes tipos: I.

Presa de gravedad. Aquella que contrarresta el empuje del agua con su propio peso, por lo que se confía su estabilidad también en el esfuerzo del terreno sobre el que se asienta. Dentro de este tipo y según el material con el que esté hecha se distinguen en: Presa de gravedad de tierra o escollera. Suelen tener una gran base y poca altura. No utilizan hormigón y están constituidas normalmente por los materiales propios del terreno donde se asientan. Se emplean en centrales grandes y pequeñas. Presa de gravedad propiamente dicha. Se construye de hormigón y el terreno que la sujeta tiene que ser muy consistente.

II.

Presa en arco. En este caso el esfuerzo del empuje del agua se transmite hacia las laderas del valle, de ahí que su forma implique cierta curvatura. La convexidad que forma la presa está vuelta hacia el embalse. Suelen situarse en valles angostos con laderas rocosas de buena calidad.


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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI b) Aliviaderos, compuertas y válvulas Todas las centrales hidroeléctricas disponen de dispositivos que permiten el paso del agua desde el embalse hasta el cauce del río, aguas abajo, para evitar el peligro que podrían ocasionar las avenidas. Éstas pueden provocar una subida del nivel del agua en el embalse que sobrepase el máximo permitido. En estos casos es necesario poder evacuar el agua sobrante sin necesidad de que pase por la central. Las compuertas y válvulas son aquellos elementos que permiten regular y controlar los niveles del embalse. Existen distintas posibilidades de desagüe: Los aliviaderos de superficie pueden disponer de diferentes tipos de compuertas, que permiten mantener totalmente cerrado el paso del agua, abierto parcialmente o abierto total. Según la técnica que emplean se distinguen:  Compuertas verticales  Compuertas de segmento o compuertas Taintor  Compuertas de sector  Clapeta  Los desagües de fondo o medio fondo utilizan las válvulas y las compuertas como  elementos de cierre c) Toma de agua Las tomas de agua de las que parten varios conductos hacia las tuberías, se hallan en la pared anterior de la presa que entra en contacto con el agua embalsada. Estas tomas además de unas compuertas, para regular la cantidad de agua que llega a las turbinas, poseen unas rejillas metálicas que impiden que elementos extraños como troncos, ramas, etc., puedan llegar a los álabes y producir desperfectos. El canal de derivación se utiliza para conducir agua desde la prensa de derivación hasta las turbinas de la central. Generalmente es necesario hacer la entrada a las turbinas con turbinas forzadas siendo por ello preciso que exista una cámara de presión donde termina el canal y comienza la tubería. Es bastante normal evitar el canal y aplicar directamente las tuberías forzadas a las tomas de agua de las prensas. Debido a las variaciones de carga del alternador o a condiciones imprevistas se utilizan las chimeneas de equilibrio que evitan las sobrepresiones en las tuberías forzadas y álabes de turbinas. A estas sobrepresiones se las denomina golpe de ariete. Cuando la carga de trabajo de la turbina disminuye bruscamente se produce una sobrepresión positiva, ya que el regulador automático de la turbina cierra la admisión de agua. La chimenea de equilibrio consiste en un pozo vertical situado lo más cerca posible de las turbinas. Cuando existe una sobre presión de agua encuentra menos resistencia para penetrar al pozo que a la cámara de presión de las turbinas haciendo que suba el nivel de la chimenea de equilibrio. En el caso de depresión ocurrirá lo contrario y el nivel bajará. Con esto se consigue evitar el golpe de ariete. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI Actúa de este modo la chimenea de equilibrio como un muelle hidráulico o un condensador eléctrico, es decir, absorbiendo y devolviendo energía. Las estructuras forzadas o de presión, suelen ser de acero con refuerzos regulares a lo largo de su longitud, o de cemento armado, reforzado con espiras de hierro que deben estar ancladas al terreno mediante soleras adecuadas. d) Canales, túneles y tuberías Según el tipo de mini central que vayamos a construir, se necesita una red mayor o menor de conducciones. Las centrales en derivación donde el agua tiene que hacer un recorrido más largo: primero desde la toma a la cámara de carga, y después hasta la turbina. El primer tramo que recorre el agua se realiza a través de canales, túneles o tuberías. En el segundo tramo hasta la turbina, se utilizan siempre tuberías. Los canales que transportan el agua de la toma a la cámara de carga pueden realizarse a cielo abierto, enterrados o en conducción a presión: o Las conducciones superficiales pueden realizarse excavando el terreno, sobre la propia ladera o mediante estructura de hormigón. Normalmente se construyen sobre la propia ladera, con muy poca pendiente, ya que el agua debe circular a baja velocidad para evitar al máximo las pérdidas de carga. o Éstas conducciones, que siguen las líneas de nivel, tienen una pendiente de aproximadamente el 0,5 por mil. Al realizar estos trazados hay que procurar que el movimiento de tierras sea el mínimo posible, adaptándose al terreno. o Los túneles son conducciones bajo tierra que se excavan en el terreno y aunque tienen un coste más elevado, se adaptan mejor a éste. El túnel suele ser de superficie libre y funciona como un canal abierto (es decir, el agua no circula en presión).

e) Cámara de carga La cámara de carga es un depósito localizado al final del canal del cual arranca la tubería forzada. En algunos casos se utiliza como depósito final de regulación, aunque normalmente tiene solo capacidad para suministrar el volumen necesario para el arranque de la turbina sin intermitencias. Cuando la conducción entre la toma de agua y la cámara de carga se realiza en presión, ésta última será cerrada y tendrá además una chimenea de equilibrio, para amortiguar las variaciones de presión y protegerla de los golpes de ariete. Al diseñar la geometría de la cámara hay que evitar al máximo las pérdidas de carga y los remolinos que puedan producirse, tanto aguas arriba como UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI en la propia cámara. Si la tubería forzada no está suficientemente sumergida, un flujo de este tipo puede provocar la formación de vórtices que arrastren aire hasta la turbina, produciendo una fuerte vibración que bajaría el rendimiento de la mini central. La cámara de carga debe contar además con un aliviadero, ya que en caso de parada de la central el agua no turbinada se desagua hasta el río o arroyo más próximo. También es muy útil la instalación en la cámara de una reja con limpia-rejas y compuertas de des arenación y limpieza. f) Tubería forzada Es la tubería que se encarga de llevar el agua desde la cámara de carga hasta la turbina. Debe estar preparada para soportar la presión que produce la columna de agua, además de la sobrepresión que provoca el golpe de ariete en caso de parada brusca de la mini central. Dependiendo de la orografía del terreno y de los factores medioambientales, la colocación de la tubería forzada será enterrada o aérea. En este último caso, será necesario sujetar la tubería mediante apoyos, además de los anclajes necesarios en cada cambio de dirección de ésta y la instalación de juntas de dilatación que compensen los esfuerzos originados por los cambios de temperatura. g) Casa de Maquinas Es el emplazamiento donde se sitúa el equipamiento de la mini central: turbinas, bancadas, generadores, alternadores, cuadros eléctricos, cuadros de control, etc. La ubicación del edificio debe analizarse muy atentamente, considerando los estudios topográficos, geológicos y geotécnicos, y la accesibilidad al mismo. El edificio puede estar junto al azud o presa, situarse al pie de éste, estar separadas aguas abajo cuando hay posibilidad de aumentar la altura del salto, e incluso puede construirse bajo tierra. Esta última opción se realiza cuando las excavaciones van a ser más económicas, además de evitar el impacto visual que acompaña a este tipo de construcciones, o bien cuando la central se construye al mismo tiempo que la presa (en grandes presas). Independientemente del lugar donde se ubique, el edificio contará con las conducciones necesarias para que el agua llegue hasta la turbina con las menores pérdidas de carga posibles. Además, hay que realizar el desagüe hacia el canal de descarga. El proyecto final del edificio va a depender del tipo de maquinaria que vaya a ser utilizado, que a su vez depende del caudal de equipamiento y del salto del aprovechamiento. Es muy importante que en el diseño de la mini central los costes económicos se minimicen al máximo, así como el impacto visual. h) Elementos de cierre y regulación En caso de parada de la central es imprescindible la existencia de dispositivos que aíslen la turbina u otros órganos de funcionamiento. Aunque estos dispositivos han sido ya mencionados a lo largo del texto, UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI recordamos cuales

son:

- Ataguías.- Se emplean para cerrar el acceso de agua a la toma cuando es necesario realizar una limpieza de la instalación o reparaciones en las conducciones. - Compuertas.- En las centrales de pequeño salto se suelen emplear las compuertas verticales, que cortan el paso del agua a la mini central, donde se encuentra la turbina. - Válvulas.- Pueden ser de compuerta, de mariposa o esférica. Las válvulas ofrecen una Mayor fiabilidad que las compuertas, pero producen mayores pérdidas de carga y se Utilizan principalmente en centrales donde el salto es considerable

8. EQUIPAMIENTO ELECTROMECANICO  TURBINAS HIDRAULICAS La función de una planta hidroeléctrica es utilizar la energía potencial del agua almacenada en un lago, a una elevación más alta y convertirla, primero en energía mecánica y luego en eléctrica. Este proceso toma en consideración varios factores entre los cuales uno de los más importantes es la caída de agua (head). Este factor es decisivo al momento de escoger el tipo de turbina hidráulica que se instala en la planta. La turbina hidráulica es la encargada de transformar la energía mecánica en energía eléctrica, por esto es de vital importancia saber elegir la turbina adecuada para cada sistema hidroeléctrico. Las turbinas se pueden clasificar de varias maneras estas son: 1. Según la dirección en que entra el agua:  Turbinas axiales: el agua entra en el rodete en la dirección del eje.  Turbinas radiales: el agua entra en sentido radial, no obstante el agua puede salir en cualquier dirección. 2. De acuerdo al modo de obrar del agua:  Turbinas de chorro o de acción simple o directa.  Turbinas de sobrepresión o de reacción. 3. Según la dirección del eje:  Horizontales.  Verticales. a) Turbinas de acción Son aquellas que aprovechan únicamente la velocidad del flujo de agua para hacerlas girar. El tipo más utilizado es la denominada turbina Pelton,


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b) Turbinas de reacción Este tipo de turbinas cuentan con un diseño de rotor que permite aprovechar la presión que aún le queda al agua a su entrada para convertirla en energía cinética. Esto hace que el agua al salir del rotor tenga una presión por debajo de la atmosférica. Las turbinas de reacción más utilizadas son las Francis y la Kaplan. La mayoría de estas turbinas se componen casi siempre de los siguientes elementos: - Carcasa o caracol. Estructura fija en forma de espiral donde parte de la energía de presión del agua que entra se convierte en energía cinética, dirigiendo el agua alrededor del distribuidor. - Distribuidor. Lo componen dos coronas concéntricas; el estator (corona exterior de álabes fijos) y el rotor (corona de álabes móviles). - Rodete. Es un elemento móvil que transforma la energía cinética y de presión del agua en trabajo. - Difusor. Tubo divergente que recupera parte de la energía cinética del agua. - Francis-. Esta turbina se adapta muy bien a todo tipo de saltos y caudales, y cuenta con un rango de utilización muy grande. Se caracteriza por recibir el fluido de agua en dirección radial, y a medida que ésta recorre la máquina hacia la salida se convierte en dirección axial.  El rendimiento de las turbinas Francis es superior al 90% en condiciones óptimas de funcionamiento. Permite variaciones de caudales entre el 40% y el 105% del caudal de diseño, y en salto entre 60% y el 125% del nominal.  Los elementos que componen este tipo de turbinas son los siguientes: - Distribuidor: Contiene una serie de álabes fijos y móviles que orientan el agua hacia el rodete. - Rodete: formado por una corona de paletas fijas, con una forma tal que cambian la dirección del agua de radial a axial. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI - Cámara de entrada: Puede ser abierta o cerrada, y tiene forma espiral para dar una componente radial al flujo de agua. - Tubo de aspiración o de salida de agua: Puede ser recto o acodado, y cumple la función de mantener la diferencia de presiones necesaria para el buen funcionamiento de la turbina.

 El generador Es la máquina que transforma la energía mecánica de rotación de la turbina en energía eléctrica. El generador basa su funcionamiento en la inducción electromagnética. El principio de su funcionamiento se basa en la ley de Faraday, mediante la cual, cuando un conductor eléctrico se mueve en un campo magnético se produce una corriente eléctrica a través de él. El generador, o alternador, está compuesto de dos partes fundamentales:

- Rotor o inductor móvil.- Su función es generar un campo magnético variable

al

girar

arrastrado

por

la

turbina.

- Estator o inducido fijo.- Sobre el que se genera la corriente eléctrica aprovechable El generador puede ser de dos tipos: síncrono o asíncrono. Síncrono.- En este tipo de generador la conversión de energía mecánica en eléctrica se produce una velocidad constante llamada velocidad de sincronismo, que viene dada por la expresión: 60 ∗ 𝑓 𝑝 Ns = velocidad 𝑁𝑠 =


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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI Asíncrono.- Debido a la simplicidad, robustez y bajo costo de los clásicos motores eléctricos, éstos han venido utilizándose como generadores eléctricos sobre todo en centrales de pequeña potencia. Para ello es necesario que el par mecánico comunicado al rotor produzca una velocidad de giro superior a la de sincronismo. Este exceso de velocidad produce un campo giratorio excitador. Es importante que la diferencia entre las velocidades de funcionamiento y la de sincronismo sea pequeña, para reducir las pérdidas en el cobre del rotor.

9. EL TRANSFORMADOR Un transformador es una máquina estática de corriente alterno, que permite variar alguna función de la corriente como el voltaje o la intensidad, manteniendo la frecuencia y la potencia, en el caso de un transformador ideal. Para lograrlo, transforma la electricidad que le llega al devanado de entrada en magnetismo para volver a transformarla en electricidad, en las condiciones deseadas, en el devanado secundario. La importancia de los transformadores, se debe a que, gracias a ellos, ha sido posible el desarrollo de la industria eléctrica. Su utilización hizo posible la realización práctica y económica del transporte de energía eléctrica a grandes distancias. Componentes de los transformadores eléctricos Los transformadores están compuestos de diferentes elementos. Los componentes básicos son:

Modelización de un transformador monofásico ideal 

Núcleo: Este elemento está constituido por chapas de acero al silicio aisladas entre ellas. El núcleo de los transformadores está compuesto por las columnas, que es la parte donde se montan los devanados, y las culatas, que es la parte


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

donde se realiza la unión entre las columnas. El núcleo se utiliza para conducir el flujo magnético, ya que es un gran conductor magnético. Devanados: El devanado es un hilo de cobre enrollado a través del núcleo en uno de sus extremos y recubiertos por una capa aislante, que suele ser barniz. Está compuesto por dos bobinas, la primaria y la secundaria. La relación de vueltas del hilo de cobre entre el primario y el secundario nos indicará la relación de transformación. El nombre de primario y secundario es totalmente simbólico. Por definición allá donde apliquemos la tensión de entrada será el primario y donde obtengamos la tensión de salida será el secundario. Esquema básico y funcionamiento del transformador

ESQUEMA BASICO DEL FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR IDEAL Los transformadores se basan en la inducción electromagnética . Al aplicar una fuerza electromotriz en el devanado primario, es decir una tensión, se origina un flujo magnético en el núcleo de hierro. Este flujo viajará desde el devanado primario hasta el secundario. Con su movimiento originará una fuerza electromagnética en el devanado secundario. Según la Ley de Lenz, necesitamos que la corriente sea alterna para que se produzca esta variación de flujo. En el caso de corriente continua el transformador no se puede utilizar.

LA RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN DEL TRANSFORMADOR ELÉCTRICO Una vez entendido el funcionamiento del transformador vamos a observar cuál es la relación de transformación de este elemento. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

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Donde N p es el número de vueltas del devanado del primario, N s el número de vueltas del secundario, V p la tensión aplicada en el primario, V s la obtenida en el secundario, I s la intensidad que llega al primario, I p la generada por el secundario y r t la relación de transformación. Como observamos en este ejemplo si queremos ampliar la tensión en el secundario tenemos que poner más vueltas en el secundario (N s), pasa lo contrario si queremos reducir la tensión del secundario. Tipos de transformadores eléctricos Hay muchos tipos de transformadores pero todos están basados en los mismos principios básicos, Pueden clasificarse en dos grandes grupos de tipos básicos: transformadores de potencia y de medida. Transformadores de potencia Los transformadores eléctricos de potencia sirven para variar los valores de tensión de un circuito de corriente alterna, manteniendo su potencia. Como ya se ha explicado anteriormente en este recurso, su funcionamiento se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética.  Transformadores eléctricos elevadores Los transformadores eléctricos elevadores tienen la capacidad de aumentar el voltaje de salida en relación al voltaje de entrada. En estos transformadores el número de espiras del devanado secundario es mayor al del devanado primario.


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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI Modelización de un transformador elevador 

Transformadores eléctricos reductores Los transformadores eléctricos reductores tienen la capacidad de disminuir el voltaje de salida en relación al voltaje de entrada. En estos transformadores el número de espiras del devanado primario es mayor al secundario. Podemos observar que cualquier transformador elevador puede actuar como reductor, si lo conectamos al revés, del mismo modo que un transformador reductor puede convertirse en elevador.

Modelización de un transformador reductor 

Autotransformadores

Modelización de un autotransformador Se utilizan cuando es necesario cambiar el valor de un voltaje, pero en cantidades muy pequeñas. La solución consiste en montar las bobinas de manera sumatoria. La tensión, en este caso, no se introduciría en el devanado primario para salir por el secundario, sino que entra por un punto intermedio de la única bobina existente. Esta tensión de entrada (V p) únicamente recorre un determinado número de espiras (N p), mientras que la tensión de salida (V s) tiene que recorrer la totalidad de las espiras (N s). UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI 

Transformadores de potencia con derivación

Son transformadores de elevación o reducción, es decir, elevadores o reductores, con un número de espiras que puede variarse según la necesidad. Este número de espiras


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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI INFORME DE VISITA A LA CENTRAL HIDROELECTRICA LANGUI S.A.

DESCRIPCIÓN DEL INFORME A. Ubicación geográfica Región: cusco Provincia: canchis Distrito: langui Coordenadas: S 14°21’30,708’’; W 71°17'54,9888”

la mini central hidroeléctrica de langui está situada en la quebrada de langui, provincia de yanahoca, región cusco a una altura de 3740 msnm; propiamente la


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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI captación, el área de generación y parte de la línea de transmisión, y la otra parte de la línea de transmisión así como la subestación de entrega se encuentra en la provincia de canchis, región cusco.

B. Clima La central hidroeléctrica está ubicado en una zona donde el clima es variado, lluvioso en los meses de diciembre a marzo, frígido en los meses de mayo a julio y seco en los meses de julio a diciembre. C. Topografía La central hidroeléctrica de langui tiene una topografía en una zona quebrada, el tipo de suelo firme. D. Vías de acceso La central hidroeléctrica de langui tiene como acceso principal en un ramal de la vía que conecta la ciudad de canchis al distrito de langui. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI Carretera sicuani – el descanso – yauri; tramo: colpahuayco – langui: carretera colpahuayco - langui (110 km.)

E. MERCADO ELECTRICO El punto de venta es la estación Puente Arturo, aproximadamente el consumo es de 1500 kW y en hora punta 2MW. Esta mini central está conectada al Sistema interconectado Nacional, venden energía eléctrica a 18 centavos de sol por kilo watt (kW). F. ESQUEMA DE INSTALACION La Central Hidroeléctrica Langui es una planta hidroeléctrica de 3.3 MW en el Río Hercca, ubicado en Sicuani, Cusco, al sur de Perú. Consta de 2 grupos de generación el primer grupo se encuentra paralizado con 730 kW con una velocidad de 1200 rpm y el segundo grupo se encuentra activo con 2500 kW con una velocidad de 730 rpm. Entre junio de 2009 y junio de UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI 2010, A luz rehabilitó la planta, incrementando su producción promedio mensual de 900MWh a 1 780 MWh. Algunas de las edificaciones con la cual cuenta la central hidroeléctrica: 1. La represa se encuentra a 10km aproximadamente de la casa de máquinas de la central hidroeléctrica de langui en la vía que se encuentra entre hercca-langui. El agua que se capta en esta represa es del rio que viene de los afluentes de la laguna de langui ubicado a unos kilómetros más arriba.

Al llegar a la represa pudimos observar que están en pleno trabajo de ampliación con el fin de captar más agua y así obtener mayor caudal. En la foto podemos observar al lado izquierdo una compuerta por donde el agua ingresa al canal de conducción en donde más abajo se ubican los desarena dores como su nombre indica sirven para filtrar las impurezas que pueda traer el agua y así evitar que se malogren las maquinas.


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En esta fotografías se observa cómo es que se está ampliando la represa, también observamos al lado izquierdo de la foto una compuerta que es del aliviadero que sirve para tratar de que no colapse la represa en tiempo de lluvias y también sirve como paso a las truchas que vienen a arriba que por cierto la mayoría de represas siempre tienen sus aliviaderos. También pudimos observar más abajo de la presa que el canal de conducción está en pleno mantenimiento el cual están reforzando, haciendo limpieza y ampliaciones en varias zonas. También observamos que la captación del agua se da en forma perpendicular al rio el cual ya no es extraño puesto que este método de captación es común en las represas.


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2. Toma de agua con muro de concreto y vertedero de sobrante. Canal de 3.60 m² de sección a cámara de carga y purga que divide el agua por 2 compuertas para la planta y de retorno al río. 3. desarenador en concreto de 108 m3 (90m2) y compuerta de purga. 4. Canal de tajo abierto en piedra con mortero de unión, de 3.00 mts. x 1.40 mts. y 2000 mts. de largo, que incluye dos túneles en sección de herradura de 20.00 mts. cada uno. 5. Cámara de carga en concreto y de 30.00 m3 con compuerta de desfogue y vertedero de rebose de demasía a canal y túnel de sección herradura de 6.00 m/l a quebrada y al río. 6. Tubería de presión de tubería de acero soldada de 185.00 m/l por 26” de diámetro con 39 apoyos en concreto terminando en válvula de 26”de tipo compuerta.

G. EQUIPAMIENTO


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 Tubería forzada y casa de maquinas La central de langui consta de dos tuberías forzadas una gruesa y una delgada, la tubería gruesa es la que está conectada con el grupo dos y la tubería uno está conectada con el grupo uno el cual este último es el más antiguo y también no está en funcionamiento debido a la ampliación que hay.

 Casa de máquinas de la central hidroeléctrica de langui La casa de máquinas como se ven en las fotos es de color azul en el cual dentro se encuentran por ejemplo: turbinas, excitador, alternador, generador, etc. En primera instancia describiremos a:


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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI 1) Turbina La turbina del grupo 2 es del tipo Francis Características: o Año: 2000 o Serie n°: 06A-3299 o Altura nominal: 116.81 mts. o Caudal nominal: 2.5 metros cúbicos por segundo o Potencia en el eje: 2604 kW o Velocidad: 720 r.p.m

2) Alternador sin escobillas Características: o Modelo: G1664-10 o Serie n°: A166410-3299 o KVA: 3125 o KW: 2500 o Hz: 60 UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI o o o o o o o o o

Voltios: 2300 Aislamiento: clase f M.S.N.M. : 4000 Fases: 3 cosᵩ: 0.8 R.P.M. :720 Amperios: 784.4 Servicio: continuo Norma: BS 4999/ BS 5000

3) Excitador o arrancador El excitador o arrancador, como bien su nombre lo dice sirve para encender las maquinarias que hay por ejemplo el generador. También pudimos averiguar que el arrancador funciona con diesel o más conocido como petróleo. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

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4) Transformador elevador

El transformador es del tipo elevador en el cual en el primario se tiene 2300Kv y que luego se elevan a 22900kv en el secundario, este transformador es uno nuevo. El cual utiliza para su refrigeración aletas de ventilación y no como los antiguos que utilizan tubos de ventilación.

Fotografía del transformador del segundo grupo


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Fotografía del transformador del primer grupo (antiguo)

5) Tablero de control El tablero de control nos muestra la potencia que genera la central hidroeléctrica de langui, la frecuencia a la que genera, la corriente, temperatura; etc.

Y también pudimos observar diversos tipos de tableros como : .Tablero de monitoreo -Tablero de gobernador de velocidad -Tablero de servicios auxiliares UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI -Tablero de transformación -Tableros de seccionamiento -Cargador de baterías 125v


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CONCLUSIONES:  En esta pequeña central hidroeléctrica pudimos observar varios dispositivos como por ejemplo disyuntores, seccionadores, etc.  También pudimos averiguar que la central consta de dos grupos, el grupo uno está paralizado por ampliación el grupo 2 es nacional mientras que el grupo uno es de fabricación suiza fabricado en el año 1968 y el del grupo uno fabricado en el año 2010 marca gcz. y también pudimos averiguar que: o Capacidad instalada: 3,3 MW (actualmente 2.5 MW – 2do GRUPO). o Caída bruta: 116 m o Caudal de diseño: 3.5 m3 / s o Grupo1: 0.82 m3/s o Grupo 2: 2.5 m3/s o Línea de transmisión: 12 km (22900 V)  Se está realizando una ampliación que vendría a ser el tercer grupo de generación con 3 MW de potencia, con esta ampliación generaran aproximadamente 6.5 MW  La visita realizada fue de mucha importancia ya que La Mini Central Hidroeléctrica de Langui se encuentra en el departamento del Cusco, y es una de las centrales que contribuye con el sistema interconectado.


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ANEXOS 1. FOTOGRAFÍAS DEL VIAJE A LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI

Fotografía tomada al momento de salir de la ciudad del cusco con rumbo a la central de langui.

Bocatoma de la central de langui.


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Aliviadero


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Compuerta-vertedero


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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI Canal de conducción

Casa de máquinas y tubería forzada


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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI Turbina Francis

Disyuntor


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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI Tablero de control segundo grupo


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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI Tablero control de velocidad

Tablero control de salida


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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI Transformador elevador (segundo grupo)

Seccionadores del transformador


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INFORME DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE LANGUI Transformador elevador (primer grupo)

El ingeniero guía en la casa de maquinas


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TRABAJO Langui-russel Edilson

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