UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) INGENIERÍA INDUSTRIAL

PROYECTO FIN DE CARRERA

DISEÑO HIDRÁULICO Y MECÁNICO DE LA CENTRAL MINIHIDROELÉCTRICA DEL EMBALSE DE VALMAYOR

JULIÁN MARTÍN DE EUGENIO POZA MADRID, junio de 2008

Autorizada la entrega del proyecto al alumno:

Julián Martín de Eugenio Poza

EL DIRECTOR DEL PROYECTO

Alfonso Madera Sánchez

Fdo:

Fecha:

Vº Bº del Coordinador de Proyectos

José Ignacio Linares Hurtado

Fdo:

Fecha:

Resumen

DISEÑO

i

HIDRÁULICO

Y

MECÁNICO

DE

LA

CENTRAL

MINIHIDROELÉCTRICA DEL EMBALSE DE VALMAYOR

Autor: Martín de Eugenio Poza, Julián. Director: Madera Sánchez, Alfonso. Entidad colaboradora: ICAI-Universidad Pontificia de Comillas.

RESUMEN DEL PROYECTO

Este proyecto se centra en el diseño hidráulico y de los elementos mecánicos de una central minihidroeléctrica a instalar en un emplazamiento adecuado para ello. La motivación reside en el gran desarrollo de las energías renovables programado para el año 2010 en el Plan de Fomento de Energías Renovables 2000-2010, y posteriormente corregido por el Plan de Energías Renovables 2005-2010, que concretamente establece un incremento de la potencia instalada en centrales hidráulicas de carácter renovable de 450 MW para la minihidráulica (centrales de potencia menor de 10 MW) y de 360MW para las centrales de entre 10 MW y 50 MW. Los pasos que se van a seguir en el proyecto son los siguientes: − Elección

de

un

emplazamiento

adecuado

para

instalar

una

central

minihidroeléctrica. El proyecto se orientará hacia la instalación de una central de pie de presa, aprovechando un embalse existente, y en la medida de lo posible, la infraestructura hidráulica ya instalada, como conducciones forzadas o la propia obra civil, a fin de reducir la inversión a realizar y minimizar el impacto ambiental. − Determinación de las condiciones hidráulicas de operación (caudal nominal y salto neto nominal). A partir de estas condiciones se podrá elegir el tipo y tamaño de la turbina a instalar. − Dimensionado de los distintos elementos mecánicos de la central. − Elaboración de los planos de dichos elementos mecánicos y de la instalación. − Estudio ambiental. − Presupuesto y estudio económico. Se seleccionó el embalse de Valmayor, destinado al abastecimiento de agua a Madrid, como emplazamiento para la central por reunir las condiciones adecuadas de altura y caudal de salida del mismo. La central aprovechará el caudal de abastecimiento para

Resumen

ii

producir energía eléctrica, por lo que su instalación no implicará cambios en la regulación del embalse ni en el caudal destinado a consumo de agua potable. Para el cálculo del caudal nominal de la turbina se emplearon los datos del histórico disponible en la Confederación Hidrográfica del Tajo. Se tomó un año medio representativo de entre una serie de años lo suficientemente grande (suficientes para incluir años húmedos, secos y normales), que resultó ser el año 1996-97, con una aportación de 91,1 Hm3. De los caudales mensuales de salida, se obtuvo que el caudal que maximiza el volumen turbinado durante el año hidráulico es de 3,5 m3/s. Para acotar el salto neto, se realizaron consultas al Canal de Isabel II, al cuál pertenece el embalse de Valmayor, obteniendo como resultado que el nivel medio del agua durante el año representativo fue de 820 m sobre el nivel del mar. Teniendo en cuenta la cota a la que se sitúa el nivel de agua abajo y las pérdidas de carga (primarias y secundarias) existentes en los diferentes elementos de conducción intercalados entre la captación y la turbina, se obtuvo una altura neta nominal de 25 m. Con el caudal y la altura neta se determinó que el tipo de turbina más adecuado para la central de Valmayor es Francis. Sus perfiles hidráulicos, régimen de giro y curvas características se obtuvieron a partir de un modelo geométricamente semejante, imponiendo las condiciones de coincidencia de números específicos de revoluciones y aplicando las leyes de semejanza de turbinas hidráulicas. El resultado es un prototipo de 750 mm de diámetro característico y 600 rpm de régimen nominal de giro, cuya potencia nominal es de 772 MW. Los elementos mecánicos se dimensionaron aplicando criterios de resistencia de materiales, teniendo en cuenta las condiciones de presión más desfavorables y aplicando coeficientes de seguridad de acuerdo con la Norma ASME VIII. Se dimensionó el espesor de la tubería forzada y de la cámara espiral, se calcularon los esfuerzos que tendría que soportar la obra civil (presión en la brida de entrada, par transmitido y peso de la cámara espiral llena de agua), la altura máxima del tubo de aspiración para asegurar que no se produzca cavitación, la transmisión del distribuidor, el diámetro del eje transmisor de potencia y el tipo y número de pernos que unen el eje con el rodete. Se elaboraron los planos de implantación de la central y de ejecución de componentes empleando el programa AutoCad. En ellos queda reflejada la forma y dimensiones del rodete, la cámara espiral, el tubo de aspiración junto con el codo que es necesario

Resumen

iii

instalar por tratarse de una turbina de eje horizontal, el distribuidor Fink junto con un detalle de los álabes directrices, y un plano general de la implantación de la central y su disposición en la obra civil. Mediante el estudio ambiental se concluyó que la construcción de la central de Valmayor supone un impacto mínimo. Al ser de una potencia reducida no necesita un espacio amplio para ser instalada y el impacto sónico es despreciable, pues se elimina con las paredes aislantes del edificio. El impacto paisajístico también es leve al aprovechar un embalse ya existente, dado que es en la construcción de éste donde se generan todos los problemas ambientales, y el principal impacto biológico se elimina al instalar rejillas en la captación del embalse que impiden el paso de la fauna acuática a la tubería forzada. El presupuesto incluye la totalidad del equipamiento, ingeniería, delineación, montaje, controles de calidad y puesta en servicio. El total asciende a 2.599.352 euros, IVA incluido. El estudio económico evalúa la rentabilidad que puede proporcionar la instalación de la central minihidroeléctrica de Valmayor. Para ello fue necesario determinar, en primer lugar, el número de horas en los que la central funcionaría al haber un caudal superior al mínimo técnico, que para la turbina seleccionada es de 1,4 m3/s. Se obtuvo, para el año medio representativo, que la central podría funcionar durante diez meses al año. La energía producida durante ese tiempo, junto con el precio del kWh de la tarifa regulada para centrales minihidroeléctricas (Real Decreto 222 de 2008), proporciona los ingresos anuales obtenidos de la venta de electricidad. Un estudio del valor actual neto da como resultado que el retorno de la inversión se produce a los seis años para una tasa de interés del 5%, siete años si es del 7,5% y diez años si es del 12,5%. La rentabilidad del proyecto queda asegurada, pues se prevé una vida útil del mismo de veinticinco años.

Summary

iv

SUMMARY

This project is focused on the hydraulic and mechanical design of a minihydroelectric power station to be created in an appropriate place. The reason of this project lies in the great development of renewable energies planned for 2010 in the Renewable Energies Fostering Plan 2000-2010, amended by the Renewable Energies Plan 2005-2010, which states an increase in the installed capacity in renewable energy hydraulic power stations of 450 MW for the minihydraulic ones (power plants with a capacity lower than 10 MW) and of 360 MW for power stations between 10 MW and 50 MW. These are the stages followed in the project: − Choice of the appropriate place to create a minihydroelectric power station. The choice will be made considering the creation of a power station at the base of the dam, using an existing reservoir and, insofar as possible, the hydraulic infrastructure already installed, such as forced conductions or civil works, in order to reduce costs and minimize the environmental impact. − Determine the operating hydraulic conditions (rated flow and rated net head). Once these conditions are obtained, the kind and size of the turbine to install can be chosen. − Measuring of the station’s mechanical elements. − Mechanical elements and installation plans drawing up. − Environmental study. − Budget and economic study. Valmayor reservoir, which supplies Madrid with drinking water, was chosen as the location to install the station because of its good height and output flow conditions. The station will use the water supply flow to produce electric power. Therefore, its installation does not mean any changes in the reservoir regulation nor in the flow aimed at drinking water consumption. In order to calculate the turbine’s rated flow, data from the history record available in the Tajo Hydrographic Confederation were used. The representative average year, chosen among a large series of years (large enough to include wet, dry and normal years), was 1996-97, with a run-off of 91.1 Hm3 Concerning the monthly output discharge, the discharge that maximizes the turbined volume during the hydraulic year is 3.5 m3/s. Enquiries to Canal de Isabel II (body owner of the reservoir) stated that the water average level during that representative

Summary

v

year was 820 m over the sea level. Taking into account the lower water level height and the head losses (primary and secondary) in the different conduction elements existing between the capture and the turbine, the nominal net height obtained was 25 m. With the discharge and nominal height, it was considered that the most suitable kind of turbine for the Valmayor station is Francis. Its hydraulic profiles, the engine speed and characteristic curves were obtained from a geometrically similar model, imposing the conditions of coincidence of revolutions specific figures and applying rules of similarity of hydraulic turbines. The result is a prototype with a characteristic diameter of 750 mm and 600 rpm of nominal engine speed, whose nominal power is 772 MW. The mechanical elements were measured using strength of material criteria, taking into account the most unfavourable pressure conditions and applying safety according to ASME VIII Norm. The thickness of the penstock and volute chamber was measured, and the following elements were calculated: the stress that civil works should resist (pressure on the input clamp, torque transmitted and weight of the volute chamber full of water), the maximal height of the suction pipe in order to guarantee that there is no cavitation, the distributor transmission, the diameter of the power transmitter axle and the kind and number of pins that link the axle with the impeller. The plans of the station implementation and the components execution were made using AutoCad. There, the following can be find: shape and size of the impeller, volute chamber, suction pipe with the bend that must be installed due to the fact that it is a horizontal axis turbine, the Fink distributor with a detail of the guiding blades, and a general plan of the station implementation and its layout in the civil works. With the environmental study, it was concluded that building Valmayor station has a minimal effect. As it has a smaller capacity, there is no need for a large location. The sound impact is worthless, as it is removed with the building isolating walls. The landscape impact is also minor, as an already existing dam is used and it is when building it when all environmental problems take place. The main biological impact is removed because grills are installed in the caption of the dam, preventing the water fauna from going into the pipe. The budget includes all the equipment, engineering, drawing, assembly, quality controls and starting. The total amount is 2,599,352 € (VAT included). The economic study assesses the profitability of this minihydroelectric power station installation. To do that, it was necessary to determine the number of hours in which the plant would be operating because of having a volume of water higher than the technical

Summary

vi

minimum (which, for this turbine is 1.4 m3/s). It was finally considered that this station could operate 10 months a year. The energy produced during that time, together with the regulated tariff kWh price for minihydroelectric power stations (Royal Decree 222, 2008), represent the annual income from electricity sale. A study about the present net value shows that the return on investment will take place six years later with an interest rate of 5%, 7 years with 7.5% and 10 years if it’s a 12.5% rate. The project profitability is ensured, as its useful life is expected to be of 25 years.

1 Memoria

DOCUMENTO Nº 1: MEMORIA ÍNDICE GENERAL

Páginas 1.1 MEMORIA DESCRIPTIVA

3-60

1.2 CÁLCULOS

61-135

1.3 ESTUDIO ECONÓMICO

136-144

1.4 IMPACTO AMBIENTAL

145-159

1.5 ANEXOS

160-168

1.1 Memoria descriptiva

1.1 Memoria descriptiva. Índice general Página 1.1.1. Introducción

7

1.1.1.1. Motivación del proyecto

7

1.1.1.2. Objetivos del proyecto

8

1.1.1.3. Metodología a utilizar

8

1.1.1.4. Descripción del aprovechamiento de Valmayor

9

1.1.2. La energía hidroeléctrica en España

11

1.1.2.1. Generalidades

11

1.1.2.2. La energía minihidráulica. Tarifas y primas

12

1.1.2.3. El Plan de Energías Renovables y la minihidráulica

13

1.1.3. Aspectos técnicos de una central minihidráulica

18

1.1.3.1. Tipos de centrales hidroeléctricas

18

1.1.3.2. Criterios de diseño de una central

19

1.1.3.2.1. Estudio hidrológico

19

1.1.3.2.2. Caudal y salto

19

1.1.3.3. Partes de una central

20

1.1.3.3.1. Tubería forzada

20

1.1.3.3.1.1. Materiales empleados en la tubería forzada

21

1.1.3.3.1.2. Pérdidas de carga

24

1.1.3.3.1.3. Golpe de ariete

28

1.1.3.3.1.3.1. Descripción del golpe de ariete

28

1.1.3.3.1.3.2. Chimenea de equilibrio

30

1.1.3.3.1.4. Válvulas

31

1.1.3.3.2. Turbina

33

1.1.3.3.2.1. Introducción

33

1.1.3.3.2.2. Tipos de turbinas

34

1.1.3.3.2.3. Elección del tipo de turbina para el embalse de Valmayor

39

1.1.3.3.2.4. Materiales a utilizar

41

1.1.3.3.2.5. Rendimiento de la turbina

41

1.1.3.3.2.6. Curvas características

43

1.1.3.3.2.7. Teoría de modelos

45

1.1.3.3.2.8. Mantenimiento de las turbinas

46

1.1.3.3.2.9. Partes integradas en el conjunto de la turbina

49

1.1.3.3.2.9.1. Cámara espiral

49

1.1.3.3.2.9.1.1. Predistribuidor

50

1.1.3.3.2.9.2. Distribuidor Fink

51

1.1.3.3.2.9.3. Cierres laberínticos

52

1.1.3.3.2.9.4. Tubo de aspiración

53

1.1.3.3.2.9.4.1. Ganancia de salto en el tubo de aspiración

54

1.1.3.3.2.9.5. Eje

55

1.1.3.3.2.9.5.1. Cierres del eje

55

1.1.3.3.3. Generadores

56

1.1.3.3.3.1. Generadores síncronos

57

1.1.3.3.3.2. Generadores asíncronos

58

1.1.4. Presupuesto, fecha de emisión y firma

60

Memoria descriptiva

7

1.1.1. Introducción 1.1.1.1. Motivación del proyecto Las centrales hidráulicas, desde su implantación en España a finales del Siglo XIX, han sido siempre los “comodines” del sistema eléctrico dada su facilidad para entrar en carga y cubrir los picos de demanda y las desconexiones imprevistas de las centrales convencionales. Dada esta facilidad de conexión y desconexión, también han funcionado como acumuladores de energía eléctrica, capaces de absorber la energía generada por las grandes centrales en las horas de baja demanda, y de devolverla a la red cuando es necesario. Esta característica resulta fundamental en la actualidad debido a la necesidad de sincronizar la generación con la demanda, y también al desarrollo que está teniendo en nuestro país la energía eólica, y en general el resto de energías renovables, en respuesta al plan del gobierno de impulsar estas tecnologías, tanto por la gran dependencia que hay de proveedores extranjeros como por la necesidad de preservar el medio ambiente, reduciendo el uso que se hace de los combustibles fósiles. Es por ello que se está llevando a cabo una reactivación de proyectos de centrales hidráulicas reversibles a corto y medio plazo, que contribuyan a la sincronización de la generación eólica con la demanda, aprovechando también el hecho de que existen numerosas presas de abastecimiento que no disponen de una central hidráulica que recupere la energía del agua.

Memoria descriptiva

8

1.1.1.2. Objetivos del proyecto El presente proyecto estudia aprovechar el salto existente del embalse de Valmayor para la generación eléctrica. Este embalse se destina actualmente a abastecimiento de agua de la ciudad de Madrid y las condiciones de caudal y salto hacen que sea adecuado para instalar en él una central mini-hidráulica. Los objetivos son los siguientes: -

Elección de un emplazamiento adecuado para la instalación de una minicentral hidráulica aprovechando un embalse ya existente.

-

Estudiar las condiciones de caudal y salto existente durante los últimos años.

-

Determinar las condiciones nominales de caudal y salto de la turbina que optimicen el producible eléctrico de la central.

-

Diseño y especificación de los distintos elementos de la central: turbina hidráulica, válvula de salvaguarda, tubería forzada, sistema de mando y control, etc.

-

Análisis de la viabilidad económica del proyecto.

1.1.1.3. Metodología a utilizar Para comenzar a desarrollar el proyecto y con objeto de realizar un proyecto totalmente real,

se realizarán consultas a la Confederación

Hidrográfica de Tajo y al Canal de Isabel II para determinar qué embalse podría presentar las condiciones adecuadas para la instalación de la central y obtener los caudales y saltos existentes a lo largo de los últimos años. Partiendo de esta información, se obtendrán las condiciones hidráulicas (caudal y salto) a lo largo de un año medio típico y en consecuencia se podrá analizar el caudal y salto nominales de la turbina que maximicen la producción de electricidad de la central.

Memoria descriptiva

9

Con los datos obtenidos anteriormente se determinará el número específico de revoluciones de la turbina hidráulica, que permitirá seleccionar el modelo hidráulico adecuado. A partir de este modelo hidráulico y aplicando las leyes de semejanza, se determinará el perfil hidráulico de los componentes hidráulicos de la turbina: rodete, cámara espiral, álabes directrices y tubo de aspiración. Partiendo de estos perfiles hidráulicos, se diseñarán las diferentes partes de la turbina para que sean capaces de soportar los esfuerzos a los que estarán sometidos. Diseñada la turbina, se especificarán el resto de componentes de la central como alternador, válvula de salvaguarda, etc. Finalmente se realizará un estudio de viabilidad económica de la central.

1.1.1.4. Descripción del aprovechamiento de Valmayor Se trata de una presa construida en 1975 y cuyo propietario es el Canal de Isabel II. Recibe agua del río Aulencia y está situada en el término municipal de Valdemorillo, perteneciente a la Comunidad de Madrid. La aportación anual media es de 35 hm3, la precipitación media anual es de 723 mm y el caudal punta es de 260 m3/s. La superficie del embalse es de 755 ha y su capacidad asciende a 124,49 hm3. El material empleado en su construcción son materiales sueltos. La cota de coronación es de 834 m, con una altura desde los cimientos de 60 m, estando la cota de cimentación a 774 m y la cota del cauce en la presa a 780 m. La longitud de coronación es de 1.215,1 m.

Memoria descriptiva

10

Cuenta con un único aliviadero con una capacidad de 136 m3/s, y un desagüe con una capacidad de 60 m3/s.

Figura 1.1.1.4.a. Vista en planta de la presa de Valmayor

Figura 1.1.1.4.b. Vista en sección de la presa de Valmayor

Memoria descriptiva

11

1.1.2. La energía hidroeléctrica en España 1.1.2.1. Generalidades En la actualidad existen cerca de ochocientas centrales hidroeléctricas en España con una potencia total instalada de 16.658 MW a finales del año 2007, que supone un 19% de la potencia instalada en todo el territorio nacional. De estas centrales, sólo veinte de ellas son capaces de generar más de 200 MW y suponen un 50% de la potencia hidroeléctrica instalada. El resto lo componen pequeñas

centrales

repartidas

por

los

distintos

aprovechamientos

disponibles.

Figura 1.1.2.1.a. Potencia instalada a 31 de diciembre de 2007. El total fue de 85.959 MW

Figura 1.1.2.1.b. Cobertura de la demanda anual por las diferentes tecnologías energéticas

Memoria descriptiva

12

Debido a la necesidad de unas características geológicas adecuadas, capaces de proporcionar la energía suficiente por caudal y salto, las centrales hidroeléctricas españolas se encuentran agrupadas principalmente en áreas de los Pirineos y de los núcleos montañosos del noroeste. Otros puntos de concentraciones de centrales de gran potencia se encuentran en las cuencas del Duero y del Tajo cuando abandonan la meseta. El mapa que se presenta a continuación, elaborado por UNESA, representa todas las centrales de la península que superan los 20 MW, resaltándose aquéllas que superan los 300 MW.

Figura 1.1.2.1.c. Mapa de las centrales españolas que superan los 20 MW

1.1.2.2. La energía minihidráulica. Tarifas y primas Según el Real Decreto RD-661 2007, son centrales hidráulicas de carácter renovable aquellas cuya potencia no exceda los 10 MW (grupo b.4, minihidráulica) o esté entre 10 MW y 50 MW (grupo b.5). Este tipo de centrales se podrán acoger al régimen especial. El Real Decreto RD-222 2008 establece un nuevo sistema tarifario que deroga al que estaba vigente en el Real Decreto mencionado en el párrafo

Memoria descriptiva

13

anterior. La tabla 1.1.2.2.a presenta las tarifas y primas para las centrales hidráulicas pertenecientes a los grupos b4 y b5, descritos anteriormente.

Grupo

Tarifa regulada

Prima de referencia

Límite superior

Límite inferior

c€/kWh

c€/kWh

c€/kWh

c€/kWh

8,0613

2,5883

8,8054

6,7384

7,2552

1,3894

*

2,1749

8,2680

6,3250

**

1,3894

Plazo

Primeros 25 años b.4 A partir de entonces Primeros 25 años b.5 A partir de entonces

* La cuantía de la tarifa regulada para las instalaciones del grupo b.5 para los primeros veinticinco años desde la puesta en marcha será: [6,60 + 1,20 x [(50 -P) / 40]] x 1.0335, siendo P la potencia de la instalación. ** La cuantía de la tarifa regulada para las instalaciones del grupo b.5 para el vigésimo sexto año y sucesivos desde la puesta en marcha será: [5,94 + 1,080 x [(50 -P) / 40]] x 1.0335, siendo P la potencia de la instalación. Tabla 1.1.2.2.a. Tarifa regulada y primas para instalaciones pertenecientes a los grupos b.4 y b.5 según RD-222/2008

1.1.2.3. El Plan de Energías Renovables y la minihidráulica El Plan de Fomento de las Energías Renovables en España 2000-2010 establecía unos objetivos de incremento de utilización de estas energías de forma que, para el año 2010, supusieran un 12% de la generación eléctrica total. Para el año 2005 se habían cumplido en un 28%, lo que hizo necesario el diseño de un nuevo plan. Por ello fue creado el Plan de Energías Renovables 2005-2010 (PER), que propone una distribución diferente de los esfuerzos por áreas, de forma que fuera posible la consecución del objetivo global.

Memoria descriptiva

14

La figura 1.1.2.3.a detalla el grado de cumplimiento de cada una de las tecnologías renovables en el año 2005 sobre los objetivos fijados en el plan antiguo.

Figura 1.1.2.3.a. Seguimiento del Plan de Fomento de las Energías Renovables 1999-2004

En la figura se aprecia cómo la energía minihidráulica y en general la hidráulica de carácter renovable se queda muy atrasada respecto a los objetivos fijados en el plan, mientras que otras tecnologías como la eólica y el biogás se acercan e incluso superan esos objetivos en un amplio margen, aún faltando cinco años para que tuvieran que llegar a esas cifras. La energía hidráulica, a pesar de contar con un gran desarrollo tecnológico, encuentra una gran cantidad de barreras de tipo administrativo que son las responsables en gran medida de su retraso. El nuevo PER establece como objetivos para el año 2010 una contribución de las fuentes renovables de un 12,1% del consumo de energía primaria y una producción eléctrica con estas fuentes del 30,3% del consumo bruto de electricidad. Respecto de la energía hidroeléctrica, el PER pone como objetivos incrementar entre 2004 y 2010 la potencia instalada en 450 MW para la minihidráulica y 360MW para la hidráulica de entre 10 y 50 MW. Las tablas mostradas a continuación detallan los objetivos del PER en cuanto a potencia

Memoria descriptiva

15

instalada por comunidades hasta el año 2010 y un desglose por años de la producción anual en GWh, tanto para la minihidráulica como para la hidráulica de menos de 50 MW.

Tabla 1.1.2.3.a. Objetivos para el año 2010 de potencia instalada en el área minihidráulica

Tabla 1.1.2.3.b. Desglose por años de la producción energética en el área minihidráulica

Memoria descriptiva

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Tabla 1.1.2.3.c. Objetivos para el año 2010 de potencia instalada en el área hidráulica renovable

Tabla 1.1.2.3.d. Desglose por años de la producción energética en el área hidráulica renovable

El plan también prevé una serie de medidas para impulsar la implantación de este tipo de centrales y aprovechar todo el potencial hidráulico disponible en España. Dichas medidas se centran en los recursos hidroeléctricos,

en

los

aspectos

medioambientales y los normativos.

administrativos,

los

sociales

y

Memoria descriptiva

17

Además de las medidas de apoyo al régimen tarifario vigente y explicado anteriormente, las medidas destinadas a eliminar las barreras que retrasan la implantación de esta tecnología se pueden resumir en la siguiente tabla:

Tabla 1.1.2.3.e. Resumen de medidas previstas para reducir las barreras existentes en la implantación de la tecnología hidroeléctrica de carácter renovable.

Como líneas de innovación tecnológica, y dado que la hidráulica es una tecnología madura, el PER se centra en la estandarización de equipos, el uso de nuevos materiales y de prefabricados para minimizar el impacto ambiental, la realización de estudios para optimizar el rendimiento de las centrales y por último, nuevos desarrollos de equipos de microturbinas sumergibles para aprovechamiento de pequeños saltos. De esta forma se conseguirá reducir el coste de los equipos y de las obras y un mayor respeto al medio ambiente.

Memoria descriptiva

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1.1.3. Aspectos técnicos de una central minihidráulica 1.1.3.1. Tipos de centrales hidroeléctricas •

Centrales de agua fluyente: Estas centrales no acumulan agua, sino que utilizan el caudal del río tal y como venga. El agua que no se emplee seguirá su curso siendo evacuada por el aliviadero de la central. Pueden situarse en el mismo cauce del río o en un canal hecho a tal efecto, y tendrán reserva o no en función de lo que se haya ensanchado el río en la zona de la central.

•

Centrales de pie de presa: Se emplean embalses para acumular un considerable volumen de caudal y elevar el nivel del agua, de forma que se puede controlar la potencia que producen en cada momento. Se situarán al pie de la presa o en una derivación del curso.

•

Centrales de bombeo: Regulan la demanda energética bombeando agua hasta una altura superior en los momentos de escaso consumo. De esta forma se recupera energía que se podrá emplear cuando sea necesario turbinando de nuevo esa agua bombeada. Se tienen centrales en las que la máquina funciona como bomba y turbina o centrales en las que se tienen por separado ambas máquinas.

La tendencia en minihidráulica es turbinar los caudales excedentes, los desembalsados o los ecológicos.

Memoria descriptiva

19

1.1.3.2. Criterios de diseño de una central Previo a la construcción de la central, es necesario evaluar el recurso para ver si es apropiado para una explotación hidráulica eficaz. Para ello, en primer lugar se realiza un estudio hidrológico, y después se evalúan las condiciones hidráulicas de operación (caudal y salto).

1.1.3.2.1. Estudio hidrológico Este estudio es necesario para determinar la potencia que se debe instalar en la central. Los datos se obtendrán de las estaciones de aforo presentes en la demarcación escogida. Se recopilarán datos de caudales relativos a una cantidad suficiente de años hidrológicos que servirán para hacer una clasificación en años muy húmedos, húmedos, normales o medios, secos y muy secos. De esta forma se podrá identificar cuál es el año medio y pasar a la siguiente fase del estudio hidrológico. Con el año medio se construye una nueva curva a partir de los días en los que el caudal ha superado un determinado valor.

1.1.3.2.2. Caudal y salto Una vez realizada la curva de caudales clasificados para el año de referencia, se procede a calcular el caudal nominal de la máquina. Las turbinas operan entre un caudal de equipamiento y un caudal mínimo técnico, que se obtiene aplicando un factor al caudal nominal que depende del tipo de turbina que se vaya a instalar. Qmt = K * Qe

Memoria descriptiva

20

Tipo de turbina

Coeficiente K

Pelton

0,10

Kaplan

0,25

Semikaplan

0,40

Francis

0,40

Tabla 1.1.3.2.2.a. Coeficientes K para los distintos tipos de turbina

El caudal de equipamiento será el que maximice el volumen turbinado, es decir, el que junto con el caudal mínimo técnico encierre un mayor área de la curva de caudales clasificados. La altura del salto viene determinada por las características de la presa y el lugar en el que se quiera instalar la central. Con los datos de caudal y salto ya se puede calcular la potencia que es capaz de generar la central.

1.1.3.3. Partes de una central 1.1.3.3.1. Tubería forzada Se trata de la conducción que lleva el agua hasta la turbina, salvando la diferencia de alturas que se presente en cada recurso hidráulico. Debe ser capaz de soportar la presión del agua tanto en condiciones normales como de sobrepresión debida a transitorios, que pueden dar lugar a golpes de ariete, muy perjudiciales en las instalaciones. Si se opta por instalar la tubería enterrada, deberá protegerse de la corrosión mediante pinturas adecuadas y recubrimientos de otras clases. Una buena protección evitará realizar un mantenimiento. Enterrar la tubería forzada lleva asociado un aumento de la sostenibilidad medioambiental de la instalación.

Memoria descriptiva

21

1.1.3.3.1.1. Materiales empleados en la tubería forzada •

Acero Se trata de una solución barata y eficaz, dado que se pueden conseguir tuberías forzadas de cualquier diámetro y espesor. El empleo de acero resistente a la corrosión evitará recubrimientos protectores cuando sea necesario y al mismo tiempo aumentará la resistencia a la rotura y la tenacidad. Las tuberías forzadas de acero en general se construyen mediante tramos rectos, que van simplemente apoyados sobre pilares coincidiendo con los cambios de dirección. Entre dos anclajes consecutivos se intercala una junta de dilatación. Las paredes deben resistir tensiones combinadas correspondientes a su trabajo como viga y a su condición de recipiente cilíndrico sometido a presión interna. El momento flector será el correspondiente al de una viga continua. Las reacciones sobre los apoyos se transmiten por esfuerzo cortante entre la chapa y los anillos de soporte, que se diseñan basándose en el comportamiento elástico de los cilindros de débil espesor. Dichos anillos se sueldan a la chapa mediante soldaduras continuas y se rigidizan mediante diafragmas. Los bloques de anclaje tienen que resistir la componente longitudinal del peso de la tubería llena de agua más las fuerzas de fricción correspondientes a los movimientos de expansión y contracción. Esto lleva a que se recomiende cimentarlos, en la medida de lo posible, sobre roca. También pueden utilizarse tuberías de hormigón con revestimiento interior de chapa de acero, armadas si es necesario con redondos de

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acero, o incluso presentadas con alambres de alta resistencia y provistas de uniones de enchufe y cordón. Dado su elevado peso, resultan difíciles de transportar y manejar en obra, pero en cambio no exigen ningún tratamiento de protección contra la corrosión. •

Polietileno El polietileno de baja y media densidad se aprovecha desde hace años en centrales con baja altura de salto. El polietileno de altas prestaciones, en cambio, puede utilizarse en saltos de hasta 160 m. Este material es pesado pero muy robusto.

•

PVC Este material resulta competitivo en alturas de salto que pueden llegar a los 200 m. Resulta más barato que el acero, su manipulación en obra es más sencilla y no requiere ninguna protección contra la corrosión. Si se someten únicamente a esfuerzos longitudinales pueden soldarse empleando disolventes o también pueden unirse empleando conexiones mecánicas. Como contrapartida, este material resulta sensible a la radiación ultravioleta, por lo que las tuberías deberán enterrarse o recubrirse con cinta. Además su coeficiente de dilatación y su fragilidad son mayores que en el acero. No son aptas para ser instaladas en terrenos rocosos.

•

Aleaciones de plástico Recientemente ha salido al mercado una tubería fabricada con una mezcla de PVC y derivados acrílicos. Se puede utilizar en saltos de hasta 160 m, su espesor es menor que el de las tuberías equivalentes de PVC y sus propiedades mecánicas son similares a las del polietileno de altas prestaciones.

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A diferencia del PVC, se comporta dúctilmente bajo carga, por lo que carece de sus problemas de rotura frágil. •

Refuerzos de fibra de vidrio Las tuberías reforzadas de fibra de vidrio poseen una elevada resistencia, su peso es un 20% inferior al del acero y sus costos son competitivos.

•

Polietileno de alta densidad Sólo se suministran para diámetros de hasta 30 cm. Pueden ser instaladas al aire libre y se pueden curvar del orden de cuarenta veces su diámetro (para curvas más pronunciadas se puede recurrir a elementos prefabricados).

Soportan

temperaturas

menores

de

cero

grados

centígrados. Su densidad menor que la del agua facilita su transporte al permitir arrastrar los tramos de tubería flotando y tirados por un cable. Las uniones deben ser realizadas mediante soldadura de fusión. •

Madera Material empleado en los países en vías de desarrollo en los que abunda la madera y la mano de obra. Para diámetros de tubería de 1,5 m, puede ser instalada en alturas de salto de hasta 120 m. Estas tuberías se construyen con dovelas de madera creosotada y zunchadas con flejes de acero, no necesitan juntas de dilatación ni soporte de anclaje y resisten a la corrosión. Sin embargo, sufren dilataciones y fugas, requieren que el tubo esté siempre lleno de agua y el mantenimiento debe ser frecuente.

1.1.3.3.1.2. Pérdidas de carga

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La fricción del agua con las paredes y accesorios de la tubería forzada produce una serie de pérdidas que implican que en la turbina no se tenga la altura bruta del embalse. La ecuación de Darcy Weisbach formula dichas pérdidas. Se observa que aumentan con la longitud del conducto y la velocidad del fluido en su interior

y

disminuyen

según

aumenta

el

diámetro.

Además

son

proporcionales a un coeficiente adimensional, conocido como el factor de fricción f.

L V2 hf = f · · D 2g Además de estas pérdidas existen otras que se detallan a continuación: •

Rejilla La rejilla se coloca al principio de la tubería de cara a evitar que entre en ella elementos extraños que puedan quedar atrapados en su interior o llegar a la turbina. La turbulencia que produce lleva asociada una pérdida de carga que se calcula mediante la ecuación de Kirchner: 4

2

 t 3 V ht = K t ⋅   ⋅ 0 ⋅ senθ  b  2g Siendo ht la pérdida de carga, t el espesor de la barra, b la separación entre barras, Vo la velocidad del agua y θ el ángulo de la rejilla. Kt depende de la forma de las barras según la figura 1.1.3.3.1.2.a.

Figura 1.1.3.3.1.2.a. Valores de Kt en función de la forma de las barras

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Por otro lado se crea una pérdida de carga adicional si el flujo y la rejilla no están a 90º. Se tiene la siguiente ecuación, donde β es el ángulo entre la rejilla y la corriente: 2

hβ =

•

V0 ⋅ senβ 2g

Contracciones y expansiones Tanto si la sección aumenta como si disminuye, los cambios en ésta producen pérdidas de carga. Dada la dificultad de hacer que coincida el diámetro de la tubería forzada con el de la brida de entrada a la turbina, será necesario instalar un cambio de sección para unir ambos elementos. Cuanto más suave sea el cambio, menores serán las pérdidas producidas en él. La expresión para calcular las pérdidas de carga por contracción o expansión es la siguiente:

hc = K c ⋅

V2 2g

Siendo V la velocidad del fluido en el conducto de menor diámetro. Kc es un coeficiente que depende del cociente entre los diámetros de las secciones. Si D/d es menor que 0,76, el coeficiente Kc se puede aproximar mediante la siguiente ecuación:

 d2  K c = 0.42 ⋅ 1 − 2   D  En caso de no poder emplearse la expresión anterior, se trata de una evolución brusca de la sección del conducto, para la que se emplea el gráfico de la figura 1.1.3.3.1.2.b.

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Figura 1.1.3.3.1.2.b. Coeficiente Kc

•

Curvatura El fluido al recorrer una curva sufre un aumento de la presión en la parte externa y una disminución en la parte interna, debiéndose alcanzar de nuevo un equilibrio de presiones tras recorrer una distancia después de la curva. Todo esto hace que se produzca un desprendimiento en la parte interna del conducto y una circulación en la sección de la tubería al existir diferentes presiones en la misma, y la consiguiente pérdida de carga, que puede ser calculada mediante la siguiente expresión:

V2 hb = K b ⋅ 2g La figura 1.1.3.3.1.2.c muestra los coeficientes Kb para un codo de 90º. Como se puede apreciar, el valor de este coeficiente depende de la rugosidad de la tubería, el diámetro y el radio de curvatura.

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Figura 1.1.3.3.1.2.c. Valores del coeficiente Kb para codos a 90º

•

Válvulas Las válvulas existentes en las tuberías forzadas se encuentran totalmente abiertas o totalmente cerradas, dado que la regulación del caudal es una tarea que corresponde al distribuidor Fink. La pérdida de carga en una válvula que esté totalmente abierta se calcula a partir de la siguiente ecuación:

V2 hv = K v ⋅ 2g La tabla 1.1.3.3.1.2.a recoge los valores aproximados del coeficiente Kv para los distintos tipos de válvula que se pueden emplear. Tipo de válvula

Coeficiente Kv

Compuerta

0,2

Mariposa

0,6

Esférica

0,05

Excéntrica

1

Tabla 1.1.3.3.1.2.a. Valores del coeficiente Kv en función del tipo de válvula

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1.1.3.3.1.3. Golpe de ariete 1.1.3.3.1.3.1. Descripción del golpe de ariete Al producirse cambios bruscos en el régimen del flujo se producen variaciones en su velocidad, que lleva asociados cambios estacionarios en la presión, que pueden ser incrementos o decrementos de la misma. El golpe de ariete se produce a consecuencia de estos cambios de presión. El caso que se estudiará es el cierre brusco de una válvula en la tubería forzada. El agua, por su inercia, tiende a seguir avanzando, pero al encontrar un obstáculo en su camino, la energía cinética que lleva en ese momento se convierte en un incremento de presión. Dicho incremento genera una onda de presión que ensancha la tubería y la recorre toda su longitud, de manera que al final se ha producido una dilatación en su totalidad. En el embalse el agua se encuentra a una presión menor que en el interior de la tubería en el instante mencionado, por lo que se crea un flujo en sentido contrario al habitual. Se genera así una depresión en la zona próxima a la válvula que provoca una contracción en la tubería. Al igual que antes, esta contracción recorre toda la longitud y la tubería queda comprimida en su totalidad, produciéndose un nuevo flujo de agua en sentido opuesto al anterior. De todo lo explicado se extrae que cuanto mayor sea el tiempo de cierre de la válvula, menores serán los problemas derivados del golpe de ariete, pues la onda de retorno encontraría la válvula parcialmente abierta. Se define el tiempo crítico como el tiempo que tarda una onda de presión en recorrer la tubería forzada y volver al punto inicial: Tc =

2L c

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Donde L es la longitud de la tubería forzada y c es la velocidad de la onda de presión en su interior. La velocidad de la onda de presión depende tanto de las características del fluido como del material que compone la tubería forzada. Se calcula mediante la siguiente ecuación:

c=

10 −3 K K ⋅D 1+ E ⋅T

Donde K es el módulo de elasticidad del fluido, D es el diámetro interior de la tubería forzada, E es el módulo de elasticidad del material que la compone y T es el espesor de la tubería. Calculado el tiempo crítico, se puede conocer la sobrepresión que se produce cuando la onda de presión vuelve a la válvula. Si ésta está completamente cerrada, la totalidad de la energía cinética del agua se transformará en sobrepresión, cuyo valor en metros de columna de agua se calcula mediante la siguiente ecuación: P=

c ⋅ ∆V g

Donde ∆V es el cambio de velocidad del agua. Si la válvula no está completamente cerrada, la sobrepresión (menor que la anterior) se calcula mediante la fórmula de Allievi: N ∆P = P0 ⋅  + 2   L ⋅ V0   N =   g ⋅ P0 ⋅ t 

 N2 +N  4  2

La presión total será P = P0 + ∆P. Las pérdidas de carga debidas al golpe de ariete requieren del uso de programas informáticos.

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1.1.3.3.1.3.2. Chimenea de equilibrio La chimenea de equilibrio se construye de cara a evitar los efectos producidos por el golpe de ariete, especialmente en conducciones largas. Su instalación equivale a reducir la longitud de la tubería forzada, por lo que el tiempo crítico será menor y hará que las variaciones de presión sean menores. Está formada por un conducto de gran diámetro que en su parte inferior se conecta a la tubería forzada y en su parte posterior está abierto a la atmósfera. En este punto el agua alcanzará en condiciones normales la altura del agua que hay en el embalse, aspecto que deberá ser tenido en cuenta en su construcción. Además, el nivel del agua subirá debido a la sobrepresión que genera el cierre de la válvula La constante de aceleración del agua indica la conveniencia de instalar o no una chimenea de equilibrio: th =

V ⋅L g⋅H

Donde V es la velocidad del agua en la tubería forzada y H es la altura bruta. Si th toma un valor inferior a tres segundos no es necesaria la instalación de una chimenea de equilibrio. Al ascender el nivel del agua por encima del punto de equilibrio se crea una contrapresión que decelera el agua en la tubería forzada, y cuando ésta se detenga, el nivel descenderá para alcanzar un nuevo equilibrio. Se producirán oscilaciones cada vez menores debido a la fricción. La chimenea de equilibrio se puede sustituir por una válvula de descarga síncrona, que se abre cuando la válvula de entrada a la turbina se cierra.

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1.1.3.3.1.4. Válvulas •

Válvulas de mariposa Utilizadas en centrales de relativamente poco caudal, como es el caso de este proyecto. Se instalan al final de la tubería forzada. Este tipo de válvulas consisten en un disco de sección lenticular alojado en un eje excéntrico, que permite o impide el paso del agua. Dada la baja cualificación

para

regular

caudales,

únicamente

funcionan

completamente abiertas o completamente cerradas. Al estar el eje prácticamente en el centro de la válvula, existe una presión muy similar a ambos lados de él, por lo que las válvulas de mariposa se pueden abrir empleando un esfuerzo relativamente bajo. Su accionamiento es hidráulico y llevan un contrapeso para que cierre la válvula en caso de un corte en el suministro eléctrico. Se conectan al tronco de conexión y a la tubería forzada mediante bridas. Dada su geometría, es difícil que se acumulen en estas válvulas sólidos en suspensión que entorpezcan su funcionamiento. Se limpian por si solas y carecen de válvula de by-pass. Sus ventajas frente a los demás tipos de válvula son su ligereza, su bajo costo, su bajo número de piezas móviles, el escaso mantenimiento que requieren y la ausencia de bolas o cavidades. •

Válvulas de compuerta Se recomienda su uso sobre todo en fluidos limpios. Dado que el área máxima del flujo es el diámetro nominal de la válvula, se recomienda que operen en posiciones, extremas, es decir, completamente abiertas o completamente cerradas, de forma que la pérdida de carga sea mínima.

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Suelen estar equipadas con una válvula de by-pass para facilitar las maniobras y su capacidad de regulación es superior a la de las válvulas de mariposa. Los diferentes tipos de válvulas de compuerta dependen de cómo sea el tipo de disco empleado para el cierre. Se tienen los siguientes tipos: de compuerta tipo cuña sólida, cuña flexible, abierta, válvulas de guillotina y válvulas de cierre rápido. •

Válvulas esféricas Estas válvulas tienen una esfera hueca que puede girar sobre si misma. Permiten un buen cierre pero no regulan muy bien el caudal. Pueden ser rápidas o lentas. Trabajan bien ante fluidos con sólidos en suspensión, suelen tener una válvula de by-pass y sus pérdidas son reducidas si están completamente abiertas.

1.1.3.3.2. Turbina 1.1.3.3.2.1. Introducción La turbina constituye la parte más importante de la central hidráulica, pues es la encargada de transformar la energía del agua en energía mecánica, que posteriormente será transformada en electricidad por el alternador unido al eje de la turbina. Se puede hacer una primera clasificación de las turbinas en función de los dos posibles mecanismos de transformación de energía: •

Turbinas de acción:

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Se crea un chorro de agua que choca a muy alta velocidad sobre unas cazoletas que están fijas en la periferia de un disco, a las que transfiere toda su energía. Después el agua cae al canal de descarga. Su carcasa es ligera, pues sólo tiene que impedir salpicaduras y proporcionar seguridad a las personas. Dentro de este grupo se encuentran las turbinas Pelton. •

Turbinas de reacción: La presión del agua actúa directamente sobre los álabes e irá disminuyendo según avance el agua por ellos. En este caso la carcasa es más robusta para poder soportar los esfuerzos del agua a presión. Dentro de este grupo están las turbinas Francis y las Kaplan.

1.1.3.3.2.2. Tipos de turbinas •

Turbinas Pelton Turbinas de acción. Una serie de inyectores proyectan chorros de agua sobre la turbina, de forma que se produce el movimiento del disco. Una turbina Pelton de eje vertical puede tener hasta seis inyectores, mientras que las de eje horizontal suelen tener uno. La figura 1.1.3.3.2.2.a muestra las secciones transversal y longitudinal de una central hidráulica equipada con una turbina de este tipo y las partes que la componen:

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1

2

34

3 10

4

5

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11

Figura 1.1.3.3.2.2.a. Central hidráulica con turbina Pelton

1. Servomotor encargado de mover la válvula de aguja 2. Tubería forzada 3. Codo de entrada 4. Inyector 5. Válvula de aguja (regula el flujo de agua que llega a los álabes) 6. Tobera 7. Deflector (se encarga de desviar el chorro mientras la válvula de aguja se está cerrando, o para evitar el golpe de ariete que produciría un

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cierre de ésta si se quiere impedir que se embale la máquina ante una desconexión del alternador) 8. Rodete 9. Canal de salida 10. Alternador 11. Carcasa Las turbinas Pelton carecen de tubo de aspiración, por lo que no cuentan con la ganancia de rendimiento que éste produce. Se emplean en saltos elevados, que pueden llegar a los 1.200 m. •

Turbinas Francis Turbinas de reacción de flujo radial y admisión total, empleadas en saltos intermedios. Poseen un distribuidor de álabes regulables y un rodete de álabes fijos. Se encastran fuertemente en hormigón para evitar vibraciones, especialmente a régimen bajo. En este tipo de turbinas el agua es conducida al rodete a través del distribuidor y en ningún momento entra en contacto con la atmósfera, por lo que la presión se mantiene. Pueden ser de cámara abierta o de cámara en espiral. En el segundo caso, según sea el tamaño de la máquina, la carcasa se podrá construir de hormigón armado, acero soldado o hierro fundido. Dado que se pretende hacer llegar la misma cantidad de agua a cada álabe del distribuidor, la sección de la cámara va decreciendo según se aleja de la brida de entrada. Si los álabes de la turbina son pequeños se fabrican de fundición, bronce o aluminio formando un solo cuerpo con el cubo. Si por el contrario son

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grandes, se sueldan al cubo y a la llanta, que por lo general se fabricará de acero fundido. Dado que en las turbinas de reacción el agua sale a una velocidad elevada, se instala a la salida de éstas un difusor que reduce gradualmente su velocidad para que llegue en unas condiciones más moderadas al canal de salida. Si además el difusor se encuentra sumergido en el canal de salida se consigue un efecto de succión que mejora el rendimiento de la máquina considerablemente (tubo de aspiración). La figura 1.1.3.3.2.2.b muestra una central de turbina Francis y las partes que la componen.

1

2

3

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37

4

5

6

7

Figura 1.1.3.3.2.2.b. Central hidráulica con turbina Francis

1. Eje 2. Alternador 3. Tubería forzada 4. Cámara espiral 5. Canal de salida 6. Tubo de aspiración 7. Rodete Del distribuidor Fink, que no se aprecia en la imagen, se hablará con detalle más adelante. En las turbinas de eje horizontal, como la que se va a diseñar en el presente proyecto, es importante que el cuerpo de la turbina esté perfectamente anclado al hormigón para evitar que las vibraciones dañen la maquinaria o limiten su campo de funcionamiento.

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•

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Turbinas Kaplan y semi-Kaplan Turbinas de reacción de flujo axial. En este caso los álabes de la turbina son siempre regulables, mientras que los distribuidores pueden ser regulables o no, en cuyo caso se trataría de una turbina semi-Kaplan. Los álabes del rodete giran alrededor de su eje accionados por unas manivelas solidarias con unas bielas articuladas a una cruceta, que se puede desplazar por el interior del hueco del eje de la turbina. Las turbinas Kaplan son de admisión radial, mientras que las semiKaplan pueden ser de admisión radial o axial. La figura 1.1.3.3.2.2.c muestra una turbina Kaplan con sus diferentes partes:

1

2

3

4

5

6

Figura 1.1.3.3.2.2.c. Central hidráulica con turbina Kaplan

1. Alternador 2. Álabe directriz

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3. Rodete 4. Tubo de aspiración 5. Mecanismo de giro de los álabes del rodete 6. Eje

1.1.3.3.2.3. Elección del tipo de turbina para el embalse de Valmayor La turbina, su geometría y sus dimensiones son factores que vienen condicionados por una serie de aspectos que se describen a continuación. •

Salto neto: Según la magnitud del salto que se va a turbinar, se puede establecer que las turbinas Kaplan son adecuadas para operar entre 2 y 20 metros, las Francis entre 10 y 350 metros y las Pelton entre 50 y 1.300 metros. Según esto, para el embalse de Valmayor se puede concluir que la turbina más adecuada es la Francis.

•

Número específico de revoluciones: Se trata de un parámetro fundamental a la hora de seleccionar la turbina y sus características. Depende del caudal, la velocidad de giro y el salto, y se definirá en el apartado de cálculos, más adelante.

•

Caudal: Las turbinas Pelton son adecuadas para caudales reducidos, las Francis para intermedios y las Kaplan para caudales elevados. El caudal nominal de la turbina del embalse de Valmayor es de 3,5 m3/s, como se demostrará en los cálculos.

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En la imagen 1.1.3.3.2.3.a se muestra una relación entre caudal y salto para los diferentes tipos de turbina, en la que se puede apreciar que para el caudal y salto disponibles en este proyecto, el empleo de una turbina Francis es el más adecuado.

Figura 1.1.3.3.2.3.a. Tipos de turbinas adecuados en función de la relación caudal-salto

•

Riesgo de cavitación: Se produce cavitación si la presión del agua desciende por debajo de la presión de saturación a la temperatura a la que se encuentre. Se crearán burbujas de vapor saturado que posteriormente colapsarán. Dichos colapsos sostenidos en el tiempo son causa de corrosión y daños en la maquinaria, y se producen principalmente a la salida del rodete y en el tubo de aspiración, donde se dan las presiones más bajas. Se deberá calcular la altura máxima a la que se puede instalar la turbina respecto del canal de desagüe para que no se produzca este fenómeno.

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•

41

Coste: Para que el proyecto sea viable es fundamental que la maquinaria no tenga un coste demasiado elevado.

1.1.3.3.2.4. Materiales a utilizar Los materiales que componen la turbina deben ser los adecuados para soportar unas posibles condiciones de cavitación durante el mayor tiempo posible, que será el que transcurra hasta que se detecte el fallo. También deben cumplir los requisitos de resistencia frente a las solicitaciones a las que van a estar sometidos y que se calcularán más adelante. Por último, deben ser materiales fáciles de soldar. Esto es especialmente importante en el caso de la cámara espiral, que se compone de tramos cilíndricos soldados entre si.

1.1.3.3.2.5. Rendimiento de la turbina El rendimiento de la turbina varía tanto con cambios de caudal como de salto. Al alejarse de las condiciones de trabajo se producen caídas de rendimiento importantes que es necesario cuantificar. Se define el rendimiento como el cociente entre la potencia que se entrega al alternador y la potencia que el agua es capaz de entregar a la entrada de la turbina. La potencia se pierde sobre todo en la fricción que tiene lugar en la cámara espiral, los álabes directrices, el rodete y el tubo de aspiración. La ausencia de tubo de aspiración puede acarrear una pérdida de rendimiento del 50% en las turbinas con rodetes de alta velocidad específica. En la figura 1.1.3.3.2.5.a se representa el rendimiento frente al caudal de los diferentes tipos de turbina:

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Figura 1.1.3.3.2.5.a. Rendimiento de cada tipo de turbina frente al caudal

Se puede extraer de esta gráfica que las turbinas Kaplan tienen rendimientos aceptables a partir del 20% del caudal nominal, para las semiKaplan se obtiene a partir del 40% del caudal nominal y en las Francis con cámara espiral tiene que ser a partir del 50% del caudal nominal. Las turbinas Pelton pueden funcionar aceptablemente para cualquier valor del caudal. El rendimiento global incluye los rendimientos de los elementos que rodean a la turbina, como el alternador. En turbinas de baja potencia como la del presente proyecto se consiguen rendimientos mayores del 90%.

1.1.3.3.2.6. Curvas características

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Se determinan en laboratorios sobre modelos a escala, que luego por relaciones de semejanza se llevan a los prototipos que se van a instalar en las centrales. Los principales tipos de curvas características son los siguientes: •

Curvas de potencia-velocidad: Se trazan en función del grado de admisión tomando un salto constante. Tienen forma parabólica y cortan al eje de abscisas en dos puntos. Un ejemplo de estas curvas se muestra en la figura 1.1.3.3.2.6.a.

Figura 1.1.3.3.2.6.a. Curva de potencia-velocidad

•

Curvas de caudal-velocidad: Representan el caudal admitido por la turbina en función de su velocidad, para un salto constante y un grado de admisión variable. Para las turbinas Pelton, estas gráficas son rectas horizontales, en las Francis lentas son descendentes y en las Francis rápidas son ascendentes. La figura 1.1.3.3.2.6.b muestra un ejemplo de estas curvas.

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Figura 1.1.3.3.2.6.b. Curva de caudal-velocidad para una turbina Francis lenta

•

Curvas colina: Son las resultantes de la unión de los puntos de igual rendimiento en unas condiciones variables de caudal y velocidad. Si se representara un tercer eje con la potencia, dichas curvas serían las denominadas curvas colina de rendimiento. En la figura 1.1.3.3.2.6.c se muestra un ejemplo de estas curvas.

Figura 1.1.3.3.2.6.c. Ejemplo de curvas de nivel

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Para llevar a cabo el diseño de la turbina de este proyecto se llegaron a unas curvas colina de caudal frente a salto a partir de las conocidas de un modelo geométricamente semejante. El resultado de aplicar dicha semejanza se muestra en la figura 1.1.3.3.2.6.d. Curvas de iso-rendimiento del prototipo 6

5 93.51% 93.30% 93% 92% 91% 90%

Caudal [m^3/s]

4

89% 88% 87% 86%

3

84% 82% 80% 78%

2

1

0 12

22

32

42

52

Salto neto [m]

Figura 1.1.3.3.2.6.d. Curvas colina de la turbina de Valmayor

En el apartado de cálculos se detallará la construcción de la gráfica mostrada.

1.1.3.3.2.7. Teoría de modelos La experimentación con modelos a escala reducida en laboratorios permite conocer el comportamiento de máquinas mayores con costes reducidos, por lo que la teoría de modelos constituye una herramienta fundamental para la construcción de estas turbinas. A partir de esta teoría se puede conocer cómo funcionaría una máquina geométricamente semejante cuando opera en unas condiciones diferentes. Para que dos turbinas sean geométricamente semejantes, deberán tener el mismo número específico de revoluciones, que se define mediante la siguiente ecuación:

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Ns =

n ⋅Q H

1 2

3 4

Imponiendo esta condición de igualdad de número específico de revoluciones y con los datos de caudal y salto conocidos del estudio hidrológico, se puede conocer la velocidad de giro del prototipo a instalar, que tendrá que coincidir con una de las velocidades de sincronismo para que se pueda acoplar a un alternador que suministre potencia a la red. Las dimensiones del prototipo serán las del modelo multiplicadas por un factor de escala, que se obtiene de la aplicación de la primera ley de semejanza, cuya ecuación de muestra a continuación: H1 n1 d 2 = ⋅ n 2 d1 H2

De la ecuación de la primera ley de semejanza se puede despejar el valor que falta por conocer, que es el diámetro característico del prototipo d2, y de esta forma conocer el factor de escala d1/d2.

1.1.3.3.2.8. Mantenimiento de las turbinas •

Mantenimiento de las turbinas Kaplan: Se debe comprobar periódicamente la estanqueidad de las palas del rodete para evitar pérdidas de aceite hacia el exterior y la entrada de agua hacia el núcleo. Según el tamaño de la turbina, se tolera un nivel máximo de pérdidas de aceite que oscila entre los 10 y los 100 litros al año, y superar estos valores lleva a la contaminación del río. Si el nivel de aceite aumenta significará que ha entrado agua en su interior. También se debe comprobar que no ha existido cavitación revisando el nivel de corrosión que presenta el rodete y la envolvente del mismo.

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Los cojinetes desgastados implican pérdidas considerables de potencia y deterioro de las piezas que rozan con ellos y que no deberían hacerlo. Las turbinas que sólo poseen álabes móviles requieren más revisiones que las que además pueden regularse mediante un distribuidor móvil, dado que sufrirán un mayor desgaste al realizar más movimientos para regular el caudal. Un álabe desgastado permitirá la entrada de agua al núcleo, de forma que se producirán deterioros en el sistema de regulación. Por último, también se deben comprobar otros aspectos como el nivel de fugas y el funcionamiento de las diferentes válvulas.

•

Mantenimiento de las turbinas Francis: Las turbinas Francis sufren los mayores deterioros por la presencia de arena arrastrada con el agua. En saltos de menos de veinte metros se realizarán revisiones cada cuatro o cinco años si el agua es de buena calidad. Por el contrario, si el agua arrastra mucha arena, estas revisiones deberán realizarse cada dos años. Para saltos mayores se recomiendan revisiones anuales, si bien la primera revisión tras la puesta en servicio permitirá fijar el intervalo de revisiones más adecuado. Los dos aspectos que se deben comprobar en las revisiones son los siguientes: -

Juego existente entre el rodete y el distribuidor. Estado de los laberintos circulares, de los álabes móviles, del tubo de aspiración y de la envolvente de la turbina.

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-

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Estado de los anillos de protección del distribuidor y de la superficie de los álabes distribuidores.

En caso de anillos desgastados, se puede equipar la turbina con anillos cambiables o mediante soldadura darles de nuevo sus dimensiones iniciales. Si los juegos de álabes distribuidores presentan desgastes de más de medio milímetro, también deberán sustituirse. También se deberá comprobar la zona de salida del rodete y el principio del tubo de aspiración en busca de corrosión. Estos elementos deberán estar revestidos de materiales resistentes a la corrosión o ser intercambiables. •

Mantenimiento de las turbinas Pelton: La acción abrasiva de la arena presente en el agua produce desgastes en la aguja, la boca de la tobera, los cazos del rodete y el deflector. Estos elementos se revisarán cada año, dada la importancia de que conserven sus características iniciales. Un ligero desgaste en el inyector y la aguja provoca que el chorro se disperse. Las gotas sueltas deterioran el rodete al chocar con él y las caídas de rendimiento son importantes. Muchas de las irregularidades que se generan en las turbinas Pelton tienen su origen en la introducción de cuerpos extraños. Por ello es importante que haya bocas de inspección en los tubos de conducción para poder retirar dichos objetos. Tras el montaje de la turbina de debe comprobar que el deflector queda tangente al chorro pero sin llegar a tocarlo. También habrá que comprobar antes de la puesta en marcha que no queda aire en el cilindro

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del servomotor, dado que podría provocar un cierre brusco y el consiguiente golpe de ariete. Por último, se deberán lubricar convenientemente los distintos órganos de movimiento y articulaciones.

1.1.3.3.2.9. Partes integradas en el conjunto de la turbina Dado que en el presente proyecto se lleva a cabo el diseño de una turbina Francis de eje horizontal, este apartado se centrará en las diferentes partes que componen una turbina de esta clase.

1.1.3.3.2.9.1. Cámara espiral Está formada por chapas de acero soldadas entre sí de forma que el conjunto presenta una forma de espiral logarítmica. Su misión es recoger el agua que llega por la tubería forzada y dirigirla con la ayuda del predistribuidor, que es un elemento fijo soldado a la cámara, y del distribuidor Fink, del que se hablará más adelante. Transforma parte de la energía que se encuentra en forma de presión en energía cinética, buscando que en cualquier punto de la cámara la energía cinética sea la misma, dado que los cambios bruscos de velocidad llevan asociadas pérdidas no deseables. La cámara espiral debe tener un rendimiento elevado y unas dimensiones mínimas. El diseño de la cámara en este proyecto se centra en determinar los espesores de las chapas, dado que las dimensiones vienen definidas por las leyes de semejanza. El espesor se tomará como constante y será el correspondiente al primer tramo de chapa.

Memoria descriptiva

50

Los espesores variables también son viables en el diseño de esta cámara, pues según se avanza en el sentido del agua entrante las tensiones son cada vez menores. Esto se justifica porque el radio de los tramos va decreciendo y la tensión es proporcional a la presión, el radio interior y los decrementos de espesor. En el caso de la central de Valmayor no se justifica el empleo de espesores variables para ahorrar material, dado que se trata de una turbina de muy poca potencia. La cámara se apoya en unos apoyos de sección cuadrada que deben estar dimensionados para soportar los esfuerzos mecánicos que deberán transmitirse a la obra civil. Estos esfuerzos se calculan más adelante y son los siguientes: -

Peso de la cámara espiral

-

Empuje lateral debido a la presión del agua

-

Par que transmite la máquina

1.1.3.3.2.9.1.1. Predistribuidor Se trata de un elemento fijo de la cámara espiral cuya misión es dirigir el flujo hacia el rodete. Sus tapas son anillos paralelos unidos por álabes fijos de perfil hidrodinámico. Estas tapas se sueldan por un lado a la cámara y por el otro van atornilladas, y la confieren una mayor rigidez. Tanto las tapas como los tornillos de sujeción se construyen en el mismo material de la cámara.

Memoria descriptiva

51

1.1.3.3.2.9.2. Distribuidor Fink Se trata de un dispositivo de álabes giratorios que se emplea para regular el caudal y la forma en que este llega al rodete. Consta de un servomotor hidráulico que mueve un anillo giratorio, que a su vez permite el giro de los álabes. El servomotor acciona un brazo de carrera amortiguada para absorber los golpes de ariete.

Figura 1.1.3.3.2.9.2.a. Detalle de distribuidor Fink

En la figura 1.1.3.3.2.9.2.b se muestra el funcionamiento de un distribuidor, concretamente en sus posiciones extremas, completamente abierto y completamente cerrado.

Figura 1.1.3.3.2.9.2.b. Funcionamiento del distribuidor Fink a) Distribuidor cerrado b) Distribuidor abierto

Memoria descriptiva

52

En la posición de cierre los álabes se apoyan entre sí, de manera que impiden prácticamente el paso del agua al rodete. De esta forma se puede parar la central evitando embalamientos. Los perfiles de los álabes son superficies desarrollables cilíndricas de generatrices paralelas al eje de rotación de la turbina. Se pretende que no haya transformación de energía cinética en mecánica en ellos porque sería una pérdida más que reduciría el rendimiento de la turbina y además se crearían esfuerzos en el distribuidor no deseados. Sus elementos se fabrican en acero. El bulón que une la biela con el álabe trabaja a cortadura y ha de diseñarse para que rompa en caso de entrar un objeto extraño en la maquinaria. De esta forma se evita que se rompan componentes más costosos del distribuidor.

1.1.3.3.2.9.3. Cierres laberínticos Se diseñan para minimizar las pérdidas de agua que tienen lugar en la turbina. Estas pérdidas pueden ser de dos tipos: -

Pérdidas de cortocircuito: Se deben al flujo que circula por el intersticio entre la carcasa y el rodete en el sentido del resto del flujo entrante. Al no llegar a los álabes del rodete no se produce intercambio de energía y genera un descenso en el rendimiento.

-

Pérdidas al exterior: Es el caudal que sale hacia el exterior de la carcasa, por lo que su salida no es junto al flujo principal, como ocurría en las pérdidas de cortocircuito.

Los cierres laberínticos o hidráulicos buscan minimizar las pérdidas de fuga incrementando la resistencia que el agua debe vencer para salir. Generan una resistencia de superficie al alargar el recorrido y una resistencia de forma al intrincarlo.

Memoria descriptiva

53

Estos cierres constan de dos anillos de desgaste, uno en la carcasa y otro en el rodete. Se roscan en sentido contrario al giro para que no se aflojen con el tiempo.

1.1.3.3.2.9.4. Tubo de aspiración También conocido como difusor, tiene la función de crear una depresión que permita recuperar energía cinética del agua y así incrementar la altura geométrica del salto en una distancia igual a la existente entre el rodete y el nivel del canal de salida. Un difusor bien diseñado permitirá instalar la turbina por encima del nivel del canal de salida sin perder prácticamente altura de salto. Aumenta progresivamente su sección para disminuir la velocidad del agua y limitar las pérdidas, de manera que su perfil es cónico. El ángulo de conicidad no debe superar los 7º para evitar que el flujo se despegue de las paredes del tubo. Sin embargo, los ángulos de conicidad bajos requieren que el tubo sea muy largo, por lo que se emplean conicidades próximas a los 15º. Un aspecto a tener en cuenta es que a la salida de la turbina el agua tiene un cierto movimiento rotacional, que si es excesivo da lugar a inestabilidades, pero que dentro de ciertos límites mejora el rendimiento. Por esta razón, y todo lo dicho anteriormente, se recomienda que sea el fabricante el que suministre o diseñe el tubo de aspiración. Los tubos de aspiración no difusores recuperan altura pero no energía cinética del agua. Igual que en el caso anterior, el tubo está sumergido en el canal de salida. En el caso de este proyecto, en el que la turbina es de eje horizontal, el tubo de aspiración tiene que ir seguido de un codo.

Memoria descriptiva

54

1.1.3.3.2.9.4.1. Ganancia de salto en el tubo de aspiración En este apartado se va a demostrar analíticamente la mejora que supone instalar un tubo de aspiración. Se empleará la ecuación de Bernouilli para ello, notando como punto 1 la salida de la turbina y como punto 2 el nivel del canal de desagüe. 2

2

p1 c p c + 1 + z1 − H perdidas = 2 + 2 + z 2 ρ ⋅ g 2⋅ g ρ ⋅ g 2⋅ g Hpérdidas incluyen las producidas en el tubo de aspiración y la velocidad a la salida del mismo. 2

H perdidas _ salida =

cs 2⋅ g

La diferencia entre z1 y z2 se denomina altura de aspiración y se nota como Hs. Se tomarán presiones barométricas y se despreciará la velocidad del agua en el canal de desagüe. De esta forma: p2 =0 ρ⋅g

2

c2 =0 2⋅ g

La expresión inicial queda reducida a la siguiente: 2  p1 c1    + H perdidas = − H s +  ρ⋅g 2 g  

En esta ecuación se aprecia la doble misión del tubo de aspiración. Por un lado, recuperar altura de suspensión al crear una depresión a la salida del rodete, y por otra parte recuperar energía cinética.

Memoria descriptiva

55

1.1.3.3.2.9.5. Eje Se encarga de transmitir la potencia necesaria desde el rodete hasta el eje del alternador, al que se acopla a través de una brida cuya unión se realiza mediante pernos. El material del que se construyen los ejes es acero templado y revenido. La brida se encarga de transmitir el par gracias al rozamiento existente entre los dos elementos que se unen. Los pernos deberán proporcionar la fuerza normal necesaria para que no exista deslizamiento, por lo que en su diseño se tienen en cuenta únicamente los esfuerzos de tracción y no los de cortadura. Los pernos se instalan con la ayuda de un gato hidráulico que los deforma una vez han atravesado la brida. Posteriormente las tuercas aseguran la unión y la fuerza necesaria.

1.1.3.3.2.9.5.1. Cierres del eje Estos cierres evitarán que se produzcan pérdidas a través del eje, que puedan llegar a la instalación eléctrica. Típicamente se construyen con forma cilíndrica rodeando a la brida del eje hasta una determinada altura, creando una cámara a la que van a parar los escapes de los cierres laberínticos. Para asegurar el hermetismo es necesario colocar una junta que esté en constante rozamiento con el eje. Dado el desgaste al que va a estar expuesta será necesario cambiarla frecuentemente. Se instala un elemento de cierre para el caso en que la junta se rompiese. El mantenimiento de las turbinas incluye el vaciado del espacio destinado a acumular el agua de las fugas.

Memoria descriptiva

56

1.1.3.3.3. Generadores El generador es el elemento encargado de transformar el par mecánico en energía eléctrica. Actualmente se emplean generadores de corriente alterna trifásica síncronos o asíncronos. Los generadores se pueden colocar tanto con su eje en horizontal como en vertical. Típicamente conservan la configuración del eje de la turbina pero en ocasiones se justifica que no sea así por razones de espacio. Para las turbinas Francis de eje horizontal, como la del presente proyecto, se suele utilizar un generador horizontal con dos cojinetes y montar en voladizo el rotor de la turbina para evitar que el eje atraviese el tubo de aspiración. Esta misma configuración también es la empleada en las turbinas Pelton. La refrigeración del generador que se va a instalar en la turbina del presente proyecto se realizará por aire en circuito abierto, dado que se trata de una máquina pequeña. Para potencias mayores se emplea agua en circuito cerrado, refrigerándose ésta posteriormente en intercambiadores agua-aire. La velocidad de sincronismo de los generadores viene dada por la siguiente expresión: n=

60 ⋅ f p

Donde f es la frecuencia de la red en Hz y p es el número de pares de polos de la máquina.

Memoria descriptiva

57

1.1.3.3.3.1. Generadores síncronos •

Excitación de los generadores síncronos: Se hace circular una corriente continua, que no representa más del 1% de la potencia del generador, por el circuito de los polos inductores del rotor. Se tienen tres tipos de excitatrices, si bien la tendencia actual es a emplear excitatrices estáticas: -

Excitatrices de corriente alterna sin escobillas: Basadas en un pequeño generador de alterna cuyo inducido se monta en el rotor. La corriente de salida se emplea para alimentar el rotor del generador. No se emplean escobillas con este método.

-

Excitatrices estáticas: La corriente de excitación se extrae de la que sale del propio generador, se rectifica y se envía al rotor a través de escobillas y anillos rozantes. El arranque de estas máquinas se realiza aprovechando el magnetismo remanente y unas baterías hasta que sea capaz de suministrar por sí solo la corriente de excitación.

-

Excitatrices rotativas de corriente continua: El inducido de la excitatriz va montado en el eje del generador principal. Se pueden emplear excitatrices en cascada para aumentar la potencia que pueden suministrar.

Memoria descriptiva

•

58

Conexión de los generadores síncronos: Un sistema de excitación asociado a un regulador de tensión permite que el generador se conecte a la red eléctrica y genere a la misma frecuencia que la de la red. También se puede hacer que este tipo de generadores funcionen en isla. Este tipo de generadores son los más indicados si la potencia de la central supera los 500 kVA, por lo que será el que se emplee en la central de este proyecto. El proceso de conexión es el siguiente: -

Con la máquina en vacío, se actúa sobre la admisión de la turbina hasta que gire en el sentido correcto y a una velocidad próxima a la de sincronismo.

-

Se arranca la excitación del generador y se regula para que en bornas aparezca la tensión de la red.

-

Se ajusta con precisión el desfase entre el generador y la red hasta conseguir sincronizar las tensiones de ambos.

-

Se conecta el generador a la red. La velocidad de giro se asegura dado que es la red la que la impone.

Una conexión inadecuada dará lugar a corrientes muy elevadas que deteriorarán el generador.

1.1.3.3.3.2. Generadores asíncronos Se trata de máquinas con rotor devanado o de jaula de ardilla, que a diferencia de los generadores síncronos, no giran a la velocidad de sincronismo. La relación entre la velocidad de sincronismo y la velocidad de giro la da un factor llamado deslizamiento.

Memoria descriptiva

59

Estos generadores no tienen la posibilidad de regulación de tensión. Dado que toman de la red la corriente de excitación y la potencia reactiva necesaria para su magnetización, este tipo de máquina no puede funcionar en isla. El elevado consumo de potencia reactiva puede llevar al proyectista plantearse su utilización si se requiere que actúen como correctores del factor de potencia de la red. Se emplean en potencias inferiores a 500 kVA, pero también existe la opción de emplearlos en potencias que llegan hasta los 5 MVA, dependiendo de factores como la capacidad de la red de distribución a la que se conectará. La red marca la frecuencia de generación y la potencia dependerá del deslizamiento. Para este tipo de generadores no se requiere el empleo de reguladores de velocidad. Estas máquinas tienen una mayor simplicidad que las síncronas al no necesitar corriente de excitación. Para su arranque se irá aumentando gradualmente la admisión de la turbina hasta que gire a una velocidad próxima a la de sincronismo, momento en el que se conectará a la red.

Memoria descriptiva

60

1.1.4. Presupuesto, fecha de emisión y firma El presupuesto refleja fabricación, montaje, mano de obra, control de calidad, transporte e ingeniería de cada parte de la central, además de impuestos, tasas de seguro y mantenimiento de la instalación durante el primer año. El importe asciende a DOS MILLONES QUINIENTOS NOVENTA Y NUEVE MIL TRESCIENTOS CINCUENTA Y UN euros (2.599.351 €), IVA incluido.

Fecha de emisión: 25 de junio de 2008 Firma: Julián Martín de Eugenio Poza

1.2 Cálculos

1.2 Cálculos. Índice general Página 1.2.1. Estudio hidrológico

65

1.2.1.1. Determinación del año de referencia

65

1.2.1.2. Determinación del caudal de equipamiento

67

1.2.1.3. Descripción de la central y su emplazamiento

70

1.2.1.4. Determinación de la altura bruta

74

1.2.1.5. Pérdidas de carga en la tubería forzada

74

1.2.1.5.1. Pérdidas de carga en el primer tramo de tubería forzada

75

1.2.1.5.1.1. Pérdidas primarias

75

1.2.1.5.1.2. Comprobación de la sumergencia

77

1.2.1.5.1.3. Pérdidas secundarias

78

1.2.1.5.1.3.1. Pérdidas en la rejilla de limpieza

78

1.2.1.5.1.3.2. Salida del embalse a la tubería forzada

79

1.2.1.5.1.3.3. Pérdidas en el codo angular

80

1.2.1.5.1.3.4. Pérdidas en las válvulas de compuerta

81

1.2.1.5.1.3.5. Pérdidas en el pantalón

83

1.2.1.5.2. Pérdidas de carga en el segundo tramo de tubería forzada

84

1.2.1.5.2.1. Pérdidas primarias

84

1.2.1.5.2.2. Pérdidas secundarias

85

1.2.1.5.2.2.1. Pérdidas en la unión de los dos tramos

85

1.2.1.5.2.2.2. Pérdidas en el codo angular

87

1.2.1.5.2.2.3. Pérdidas en la válvula de mariposa

87

1.2.1.5.2.2.4. Pérdidas en la contracción anterior a la cámara espiral

89

1.2.1.6. Cálculo del salto neto

90

1.2.2. Características generales de la instalación

92

1.2.2.1. Potencia instalada y número de máquinas

92

1.2.2.2. Disposición del grupo

93

1.2.3. Elementos mecánicos

93

1.2.3.1. Geometría de la turbina y rendimiento

93

1.2.3.2. Espesor de la tubería forzada

98

1.2.3.2.1. Espesor mínimo

98

1.2.3.2.2. Golpe de ariete

100

1.2.3.3. Espesor de cámara espiral

101

1.2.3.4. Esfuerzos en la obra civil

102

1.2.3.4.1. Peso de la cámara espiral

102

1.2.3.4.2. Esfuerzo en la brida de entrada

106

1.2.3.4.3. Par de giro de la máquina

106

1.2.3.5. Tubo de aspiración

107

1.2.3.6. Transmisión del distribuidor

108

1.2.3.6.1. Momento ejercido en el eje de los álabes directrices

108

1.2.3.6.2. Diámetro del eje de los álabes directrices

111

1.2.3.6.3. Esfuerzos en los bulones de transmisión y servomotor

113

1.2.3.6.4. Dimensionado de los bulones de transmisión

114

1.2.3.6.5. Pandeo en la biela

116

1.2.3.6.6. Condiciones de obstrucción al cierre

117

1.2.3.6.7. Entallas

118

1.2.3.6.8. Servomotor

121

1.2.3.7. Eje transmisor de potencia

121

1.2.3.8. Unión eje-rodete

124

1.2.3.8.1. Cálculo de la fuerza necesaria en la unión

125

1.2.3.8.2. Elección del número y tipo de pernos

126

1.2.3.8.3. Condiciones de frenado brusco

130

1.2.3.8.3.1. Momento de inercia del rodete

130

1.2.3.8.3.2. Comprobación de la validez de los pernos elegidos

134

1.2.4. Alternador

135

Cálculos

65

1.2.1. Estudio hidrológico 1.2.1.1. Determinación del año de referencia En el estudio hidrológico, primeramente es necesario obtener una serie anual lo suficientemente grande que incluya años secos, húmedos y normales. Con esta serie se realiza una distribución estadística que tipifica los años en función de la aportación registrada. En la figura 1.2.1.1.a se ordenan las aportaciones anuales de mayor a menor durante el histórico de datos disponible. Dicha figura se ha construido a partir de la tabla 1.2.1.1.a que se muestra a continuación.

Año

Aportación anual (hm3)

Año

Aportación anual (hm3)

2005-06

4.86

1997-98

3.01

2004-05

4.78

1998-99

2.87

2002-03

4.64

1994-95

2.4

2003-04

4.26

1995-96

2.1

2001-02

4.23

1988-89

1.98

1999-00

4

1987-88

1.9

2000-01

3.6

1993-94

1.85

1989-90

3.55

1992-93

0.26

1996-97

3.06

Tabla 1.2.1.1.a. Valores de la curva de clasificación de los años hidrológicos

Cálculos

66

Figura 1.2.1.1.a. Curva de clasificación de los años hidrológicos

En el anexo se muestra el histórico completo que se dispone del embalse de Valmayor. Los años hidrológicos se podrán clasificar en tres grandes grupos: -

Años húmedos o muy húmedos, por ejemplo, 2005-2006 y 2004-2005

-

Años secos o muy secos, por ejemplo, 1992-1993 y 1993-1994

-

Años normales o medios, por ejemplo, 1996-1997 y 1989-1990

De entre las aportaciones que se han representado en la gráfica, es el año 1996-1997 el que presenta el valor medio, con una aportación de 91,1 Hm3. Será éste el que se tome como año de referencia para calcular el caudal y el salto nominales de la turbina.

Cálculos

67

1.2.1.2. Determinación del caudal de equipamiento Conocido el año de referencia (1996-97) se procede a realizar la curva de caudales clasificados que representa el caudal considerado en función de los días del año que supera ese valor. El caudal a estudiar es el de salida del embalse, pues es el que va a aprovechar la turbina que se quiere instalar. Se obtiene a partir de los datos mensuales del histórico en el año considerado que se operan para obtener un caudal medio que será el que salga de la turbina a lo largo de todos los días del mes correspondiente. Los caudales medios de cada mes del año considerado se muestran en la tabla 1.2.1.2.a.

Mes

Caudal medio (m3/s)

OCT

1.643

NOV

1.350

DIC

1.083

ENE

3.286

FEB

4.712

MAR

2.277

ABR

3.472

MAY

3.920

JUN

4.475

JUL

3.734

AGO

3.510

SEP

3.395

Tabla 1.2.1.2.a. Caudales medios durante los meses del año hidrológico 1996-97

Cálculos

68

De este modo, se obtiene la tabla 1.2.1.2.b, que contiene los valores empleados para construir la curva de caudales clasificados que se muestra en la figura 1.2.1.2.a.

Días acumulados

Caudal (m3/s)

365

0

335

1.083

304

1.350

274

1.643

243

2.277

212

3.286

181

3.395

150

3.472

122

3.510

92

3.734

61

3.920

30

4.475

0

4.712

Tabla 1.2.1.2.b. Valores de la curva de caudales clasificados

5

Caudal (m^3/s)

4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0

50

100

150

200

250

300

350

Días acumulados

Figura 1.2.1.2.a. Curva de caudales clasificados

400

Cálculos

69

La curva de caudales clasificados proporciona información gráfica sobre el volumen de agua existente, el volumen turbinado y el volumen vertido por servidumbre, mínimo técnico o caudal ecológico. Se realizarán cálculos para obtener el caudal de equipamiento (el nominal de la turbina) y el caudal mínimo técnico que maximicen el volumen turbinado, que será el área que quede

encerrada

por

la

curva

de

caudales

clasificados,

la

recta

correspondiente al caudal de equipamiento y la correspondiente al mínimo técnico. El caudal mínimo técnico será el correspondiente para una turbina tipo Francis, dado que, como se verá posteriormente, es la turbina más adecuada para el embalse de Valmayor. Dicho caudal supone un 40% del caudal de equipamiento, por debajo del cuál la máquina no puede operar. De esta forma se obtienen las áreas de la tabla 1.2.1.2.c para diferentes caudales de equipamiento:

Qe (m3/s)

Qmt (m3/s)

Área encerrada

1

0.4

4.4625

2

0.8

8.4375

3

1.2

11.025

3.5

1.4

12.0495

4

1.6

11.6175

Tabla 1.2.1.2.c. Áreas para distintos caudales de equipamiento

De la tabla se extrae que el caudal nominal adecuado es 3,5 m3/s, pues es el que maximiza el área encerrada por las curvas citadas anteriormente y el volumen turbinado por la máquina. El caudal mínimo técnico será de 1,4 m3/s.

Cálculos

70

1.2.1.3. Descripción de la central y su emplazamiento La figura 1.2.1.3.a muestra un plano en planta de la presa de Valmayor junto con los elementos hidráulicos que se encuentran en ella. El plano que se muestra en este apartado se encuentra ampliado en los anexos.

Figura 1.2.1.3.a. Planta de la presa de Valmayor junto con sus elementos hidráulicos

En este plano se aprecian las tres formas que tiene el agua de abandonar la presa: -

Aliviadero: Su función es desalojar el agua en caso de que ésta llegue a la parte superior de la presa, de manera que evita el peligro de desbordamiento por lugares no controlados de la misma. Sus características fueron detalladas en la memoria descriptiva.

Figura 1.2.1.3.b. Aliviadero

Cálculos

-

71

Desagüe de fondo: Mantiene el caudal ecológico del río Aulencia. Sus capacidades también fueron descritas en la memoria descriptiva. Se hablará en detalle de este elemento más adelante.

Figura 1.2.1.3.c. Desagüe de fondo

-

Conducción destinada a la estación de tratamiento de agua potable: Recoge y transporta el agua de abastecimiento hasta la estación potabilizadora situada un kilómetro río abajo. Asociados a este elemento están la torre de toma, que recoge el agua del embalse y la canaliza, y al otro lado de la presa el cuenco amortiguador, que se encarga de igualar la presión en ese tramo de la conducción a la atmosférica, de forma que puede ser entregada de forma suave al canal que discurre hasta la ETAP.

Cálculos

72

Figura 1.2.1.3.d. Conducción destinada a la estación de tratamiento de agua potable

El emplazamiento más adecuado para la central minihidroeléctrica es la salida del desagüe de fondo, dado que es un lugar próximo al embalse y a la altura más baja posible, carece de elementos que sería necesario sustituir (como el cuenco amortiguador), existe una base de obra civil que se puede aprovechar en parte y existe un caudal permanente asegurado, que es el ecológico del río. Además se evitan posibles trastornos a la red de abastecimiento de agua que pudieran ocasionar una posible avería en la turbina. El desagüe de fondo está compuesto por dos tuberías de 1,5 metros de diámetro que discurren en paralelo por el interior de una bóveda que atraviesa la presa. Dichas tuberías tienen una longitud de 330 metros. La figura 1.2.1.3.e muestra en detalle la sección del desagüe de fondo.

Cálculos

73

Figura 1.2.1.3.e. Sección de la galería del desagüe de fondo

Se sustituirán ambas tuberías por dos nuevas de 0,8 metros de diámetro y una longitud de 300 metros, después de los cuales se unificarán en una sola a través de un pantalón. La segunda tubería tendrá un diámetro de 1,2 metros y cubrirá los 30 metros restantes hasta el lugar donde se llevaba a cabo el desagüe, que será el que se aproveche para instalar la central. Para casos de crecida que requieran desaguar agua de la presa más rápido de lo que puede soportar la central minihidroeléctrica se recurrirá a la derivación existente en el cuenco amortiguador situado antes del canal que lleva el agua a la ETAP, y que vierte caudal al cauce del río. Además de las conducciones que constituirán la tubería forzada, será necesario instalar una rejilla en la captación de las mismas para evitar la entrada de objetos que puedan dañar la turbina, unos codos angulares para dirigir correctamente las conducciones y unas válvulas de compuerta.

Cálculos

74

El material empleado para todos estos elementos descritos será acero al carbono laminado.

1.2.1.4. Determinación de la altura bruta Como se puede ver en el plano de la figura 1.2.1.3.a o en la ampliación de los anexos, la altura sobre el nivel del mar del lugar en el que se va a instalar la central es de 790 metros. La altura bruta es la existente entre el nivel del agua en el embalse y la salida de la tubería forzada. Posteriormente el cálculo de perdidas permitirá conocer la altura neta. Se consultó al Canal de Isabel II para conocer el dato de la altura media a la que llegó el nivel del agua en el año de referencia (1996-97), que resultó ser de 820 metros sobre el nivel del mar. Este dato sumado al desnivel existente entre el canal de desagüe y la base de la presa da como resultado una altura bruta de 30 metros.

1.2.1.5. Pérdidas de carga en la tubería forzada Se estudiarán estas pérdidas dividiendo la tubería en sus dos tramos. El primero es el correspondiente a los 300 metros de tuberías en paralelo y el segundo el correspondiente a los 30 metros restantes hasta la salida de la tubería forzada.

Cálculos

75

1.2.1.5.1. Pérdidas de carga en el primer tramo de tubería forzada 1.2.1.5.1.1. Pérdidas primarias Dado que son dos tuberías idénticas que transcurren en paralelo partiendo del mismo punto y finalizando su recorrido también en el mismo punto, bastará con calcular las pérdidas en una de ellas. El agua perderá la misma altura en ambas, llegando al pantalón a la misma presión. El caudal será el nominal calculado anteriormente, es decir, 3’5 m3/s. Cada tubería de este tramo transportará la mitad del caudal, es decir, 1’75 m3/s. El material es acero al carbono laminado. Como rugosidad se tomará la correspondiente a este material oxidado. La tabla 1.2.1.5.1.1.a muestra coeficientes de rugosidad para diferentes materiales.

Tabla 1.2.1.5.1.1.a. Rugosidad absoluta para diferentes tipos de tubería

Se tomará un valor de la rugosidad de 0,2 mm correspondiente a tuberías de acero laminado oxidado. La pérdida de carga primaria por rozamiento viscoso se calcula mediante la siguiente ecuación:

Cálculos

76

H rp =

V2 L ⋅ ⋅f 2g D

(I)

Donde V es la velocidad media del fluido en la tubería, L es la longitud, D es el diámetro y f es un factor adimensional que se calcula mediante la ecuación de Colebrook-White. La velocidad del agua en la tubería considerada es la siguiente: V=

Q = Área _ tubería

Q 1,75 = = 3,48 m/s 2 D 0,8 2 π⋅ π⋅ 4 4

La ecuación de Colebrook-White es una iteración para calcular el valor del factor f en función de la rugosidad ε, el diámetro D, y el número de Reynolds Re:

ε  1 2,51 = −2 ⋅ log  D + f  3,7 Re⋅ f 

    

(II)

El valor del número de Reynolds se calcula mediante la siguiente ecuación: Re =

V ⋅D

ν

(III)

Donde ν es la viscosidad cinemática del fluido, que para este caso se considerará la correspondiente a 20 ºC, que resulta ser 1,01—10-6 m2/s. El valor del número de Reynolds es de 2785213.86 > 2.300, por lo que se confirma que el régimen es turbulento y se puede continuar con los cálculos, dado que no serían válidos para régimen laminar. Dada la no linealidad de la ecuación de Colebrook-White, para calcular el factor f será necesario seguir un proceso iterativo que consistirá en suponer un valor inicial del factor y resolver la ecuación (II) para obtener un nuevo

Cálculos

77

valor de f, que se volverá a introducir en la ecuación y se volverá a resolver hasta conseguir variaciones lo suficientemente pequeñas. Partiendo de un valor inicial de f de 0,01, se llega a un valor final de 0.0146. Con el valor de f ya se puede resolver la ecuación (I) y obtener las pérdidas primarias en el primer tramo de tubería, que resultan ser: Hrp1 = 3,39 m

1.2.1.5.1.2. Comprobación de la sumergencia Siempre debe haber una separación mínima entre la entrada a la tubería forzada y el nivel del agua. A esta distancia se la conoce como sumergencia y depende de parámetros que a su vez dependen del caudal que transporta la tubería, que son la velocidad y el diámetro de la misma. Se deben cumplir las dos desigualdades que se muestran a continuación: V ≤ 0,5 g⋅D

(I)

S > 0,7 D

(II)

El resultado de la ecuación I es de 0,444, lo que verifica la desigualdad. Para la ecuación II se empleará un valor de S de 5 metros. Al estar el desagüe de fondo en la cota más baja del embalse, esta distancia entre la tubería y el nivel del agua correspondería al embalse prácticamente vacío, hecho que no podría darse al estar destinado al abastecimiento de agua potable, pero que sirve para asegurar que se cumple la segunda condición. Además con un nivel de agua tan bajo la turbina no dispondría de altura neta suficiente para poder generar potencia.

Cálculos

78

El resultado de II es 6’25, que es mayor que 0’7, por lo que se puede asegurar una sumergencia mínima.

1.2.1.5.1.3. Pérdidas secundarias 1.2.1.5.1.3.1. Pérdidas en la rejilla de limpieza El agua al pasar por la rejilla de limpieza genera una turbulencia que crea una pérdida de carga. Dicha pérdida es pequeña pero es necesario tenerla en cuenta. El valor de la pérdida de carga en la rejilla se calcula mediante la ecuación de Kirchner: 4

2

 t 3 V ht = K t ⋅   ⋅ 0 ⋅ senθ  b  2g Donde t es el espesor de la barra, b la separación entre barras, Vo la velocidad del agua, θ el ángulo de la rejilla y Kt es un parámetro que depende de la forma de la rejilla. Se crea una pérdida de carga adicional si la rejilla no se instala perpendicular a la corriente, que viene dada por la siguiente ecuación: 2

hβ =

V0 ⋅ senβ 2g

Se tomará un espesor de las barras de 10 mm, con una separación de 100 mm. El parámetro Kt corresponderá a una configuración de barras de bordes rectos, de modo que su valor es 2. La parte interna de la presa se encuentra inclinada, por lo que la rejilla también lo estará. Se estimará un ángulo entre el flujo del agua y la rejilla de 45º (β = θ = 45º).

Cálculos

79

Mediante la estimación del ángulo, la expresión de las pérdidas ht se simplifica: 2

V ht = 0,092 ⋅ 0 ⋅ senθ = 0,092·hβ 2g Al ser un valor diez veces inferior al de hβ se puede despreciar la pérdida de carga ht, quedando la pérdida de carga total en la rejilla como se muestra a continuación:

hβ =

3,48 2 ⋅ sen(45º ) = 0,44m 2 ⋅ 9,81 Hrejilla = 0,44 m

1.2.1.5.1.3.2. Salida del embalse a la tubería forzada El agua al pasar del embalse a la tubería forzada genera una turbulencia y su consecuente pérdida de carga, que será mayor cuanto más brusca sea esa salida. Se diseñará una salida a la tubería forzada suave. La ecuación para calcular la pérdida de carga es la siguiente: 2

H salida

V = 0 ⋅ K salida 2g

La tabla 1.2.1.5.3.2.a muestra los diferentes valores que puede tomar Ksalida en función del cociente entre D y r, que son magnitudes que responden a la figura 1.2.1.5.3.2.a

Figura 1.2.1.5.1.3.2.a. Parámetros D y r

Cálculos

80

r/D

0

0,02

0,04

0,08

0,12

0,16

>0,2

Ksalida

0,5

0,37

0,26

0,15

0,09

0,06

>0,03

Tabla 1.2.1.5.1.3.2.a. Valores de Ksalida

Se tiene un valor de r de 1 metro y un diámetro D de 0,8 metros. Su cociente resulta 1’25, por lo que se tomará un valor de Ksalida de 0,03. El valor de Hsalida será el siguiente:

Hsalida =

3,48 2 ⋅ 0,03 = 0,02 m 2 ⋅ 9,81

1.2.1.5.1.3.3. Pérdidas en el codo angular Se produce una pérdida de carga cuando el agua atraviesa una curvatura que cambia la dirección del flujo. Dicha pérdida de carga viene dada por la ecuación siguiente:

H codo =

V2 ⋅ Kb 2g

La figura 1.2.1.5.3.a muestra los valores que puede tomar Kb cuando el giro es de 90º.

Cálculos

81

Figura 1.2.1.5.1.3.3.a. Valores de Kb

Se adaptará esta figura a un giro de 30º, que es el que tiene que hacer el codo que se requiere para la tubería forzada del proyecto. Conocido de apartados anteriores el valor de la rugosidad, el cociente e/d es de 0,00025, y el radio de curvatura será ocho veces el diámetro de la tubería. Por todo lo dicho anteriormente, el valor de Kb es de 0,034. Aplicado a la ecuación planteada al principio del apartado, se obtiene el valor de la pérdida de carga en el codo angular siguiente:

Hcodo1 =

3,48 2 ⋅ 0,034 = 0,02 m 2 ⋅ 9,81

1.2.1.5.1.3.4. Pérdidas en las válvulas de compuerta Dado que se van a instalar dos válvulas de compuerta por tubería, la ecuación para calcular las pérdidas de carga en dichas válvulas será la siguiente:

Cálculos

82

H compuerta = 2 ⋅

V2 ⋅ K compuerta 2g

El valor de Kcompuerta se extrae de la gráfica de la figura 1.2.1.5.3.4.a.

Figura 1.2.1.5.1.3.4.a. Valores del coeficiente Kcompuerta en función del parámetro S/D

Dado que para el funcionamiento normal de la turbina se tendrían las válvulas completamente abiertas, S/D tendrá valor 1, de modo que el coeficiente Kcompuerta tendrá un valor de 0,1. El valor de las pérdidas de carga en las válvulas de compuerta será el siguiente:

3,48 2 Hcompuerta = 2 ⋅ ⋅ 0,1 = 0,12 m 2 ⋅ 9,81

Cálculos

83

1.2.1.5.1.3.5. Pérdidas en el pantalón Se da el nombre de pantalón o té al elemento empleado para unir dos conducciones en una sola, e igualmente cuando lo que se quiere es separar una conducción en dos. En el pantalón existen dos flujos que convergen en uno solo, uno recto y otro lateral. Se emplea esa configuración de flujos porque constructivamente resulta más sencillo que realizar dos uniones laterales. Se calculan por separado las pérdidas correspondientes al caudal que permanece recto (Qr) y las correspondientes al caudal que entra lateralmente en el pantalón (Ql). Ambos caudales son iguales y de valor 1,75 m3/s. El valor total de las pérdidas en el pantalón se calcula de la manera siguiente:

H pantalón = H r + H l = K r ⋅

V2 V2 V2 + Kl ⋅ = (K r + Kl ) ⋅ 2g 2g 2g

Donde Kr y Kl son los coeficientes de pérdidas correspondientes al flujo recto y al flujo lateral. La figura 1.2.1.5.3.5.a muestra las gráficas que se emplean para calcular ambos coeficientes:

Figura 1.2.1.5.1.3.5.a. Coeficientes Kr y Kl

Cálculos

84

Se tomarán las consideraciones siguientes: -

Ql/Q = 0,5 (circula la mitad del flujo por cada conducto entrante)

-

α = 60º

Se obtiene un valor de Kr de 0,2 y un valor de Kl de 0,25. Conocidos los valores de los coeficientes, se calcula el valor de las pérdidas en el pantalón: Hpantalón = (0,2 + 0,25) ⋅

3,48 2 = 0,28 m 2 ⋅ 9,81

1.2.1.5.2. Pérdidas de carga en el segundo tramo de tubería forzada 1.2.1.5.2.1. Pérdidas primarias La tubería en este tramo mide 30 metros, tiene un diámetro de 1,2 metros, está fabricada en acero al carbono laminado y su caudal es la unión de los caudales que circulaban por las tuberías del primer tramo, es decir, 3’5 m3/s. Las pérdidas primarias se calculan de la misma forma que en el caso anterior. La velocidad del agua en este tramo de tubería forzada es la siguiente: V=

3,5 = 3,1m / s 1,2 2 π⋅ 4

Para esta velocidad se tiene un número de Reynolds de 3713618.48 que confirma nuevamente la existencia de régimen turbulento.

Cálculos

85

Para calcular el valor del factor f se empezará el proceso iterativo con un valor inicial de 0,1, al igual que antes. Finalmente un valor aceptable del mismo es 0,0132. Al resolver la ecuación del cálculo de las pérdidas primarias planteada en el apartado anterior se obtiene el siguiente resultado: Hrp2 = 0,16 m Se observa que es un valor sensiblemente inferior al obtenido en el primer tramo por dos razones: -

La longitud es diez veces menor.

-

Las pérdidas de carga son proporcionales al cuadrado de la velocidad. Al ser menor ésta, las pérdidas disminuyen.

1.2.1.5.2.2. Pérdidas secundarias 1.2.1.5.2.2.1. Pérdidas en la unión de los dos tramos Se explicó en la parte correspondiente al primer tramo la unión utilizando un pantalón y se calculó la pérdida de carga correspondiente. El resultado obtenido es válido únicamente cuando la sección final es la misma que la de los dos tubos que convergen, por lo que es necesario que, después del pantalón, se instale un ensanchamiento. Dicho ensanchamiento puede hacerse de forma brusca o de forma suave, empleando un difusor cónico de ángulo α. Se empleará la segunda opción para evitar pérdidas de carga innecesarias. La figura 1.2.1.5.2.2.1.a muestra la sección transversal que tendrá el difusor cónico.

Cálculos

86

Figura 1.2.1.5.2.2.1.a. Difusor cónico

El cálculo de la pérdida de carga se lleva a cabo con la siguiente ecuación: 2

H unión =

V1 ⋅ K unión 2g

  d 2  = m ⋅ 1 −      D  

K unión

2

Donde V1 es la velocidad a la entrada del ensanchamiento. El coeficiente m se toma de la tabla 1.2.1.5.2.2.1.a. αº

2.5

5

7.5

10

15

20

25

30

m

0,18

0,13

0,14

0,16

0,27

0,43

0,62

0,81

Tabla 1.2.1.5.2.2.1.a. Coeficiente m

Se toma un ángulo del difusor de 5º, al que corresponde un valor de m de 0,13. Conocidos los diámetros de las tuberías, que son D = 1,2 m y d = 0,8 m, se obtiene un valor de Kunión de 0,04. El valor de las pérdidas de carga en la unión es el siguiente:

Hunión =

3,48 2 ⋅ 0,04 = 0,025 m 2 ⋅ 9,81

Cálculos

87

1.2.1.5.2.2.2. Pérdidas en el codo angular Al igual que en el primer tramo de tubería, es necesario instalar un codo de 30º para dirigir la conducción. Se calculará de la misma forma que para el caso anterior. El cociente e/d es 0,000167. El radio de curvatura se toma nuevamente de ocho veces el diámetro de la tubería. Mediante la conversión de la lectura obtenida de la figura 1.2.1.5.1.3.3.a se puede aproximar el valor de Kb a 0,03. Se obtiene el siguiente valor de la pérdida de carga en el codo:

Hcodo2 =

3,095 2 ⋅ 0,03 = 2 cm 2 ⋅ 9,81

1.2.1.5.2.2.3. Pérdidas en la válvula de mariposa Las pérdidas en la válvula de mariposa vienen dadas por la siguiente ecuación:

H mariposa =

V2 ⋅ K mariposa 2g

El valor de Kmariposa se obtiene de la figura 1.2.1.5.2.2.3.a que se muestra a continuación:

Cálculos

88

Figura 1.2.1.5.2.2.3.a. Coeficiente Kmariposa en función de la apertura de la válvula

La válvula de mariposa estará completamente abierta durante el funcionamiento normal de la turbina, por lo que el ángulo α será cero para los cálculos de la pérdida de carga. Para este ángulo se tiene un valor del coeficiente Kmariposa de 0,4. Esta válvula se puede instalar en dos lugares distintos: antes o después de la contracción que se requiere para pasar del diámetro de la tubería forzada al diámetro de la brida de entrada a la turbina. Existiría otra opción, que consiste en instalar el estrechamiento en la unión entre la tubería forzada y la entrada a la cámara espiral, sin embargo, al ser un espacio tan reducido, el ángulo del cono difusor sería demasiado grande y las pérdidas de carga alcanzarían valores elevados. El diámetro de la brida de entrada es de 864 mm por razones que se verán más adelante en el apartado de semejanza. La decisión de instalar la válvula de mariposa en un lugar u otro está sujeta a dónde va a haber mayores pérdidas de carga. El coeficiente Kmariposa

Cálculos

89

se mantiene invariante, pues únicamente se considera su apertura máxima, de modo que será la velocidad del agua el factor determinante. Como las pérdidas son directamente proporcionales al cuadrado de la velocidad, se optará por instalar la válvula de mariposa en el lugar donde la velocidad sea menor, es decir, donde se tenga una sección de tubería más ancha. La sección más ancha es la de la tubería forzada, por lo que finalmente se instalará la válvula de mariposa antes de la contracción. Dicho esto, las pérdidas en la válvula de mariposa son las siguientes:

Hmariposa =

3,095 2 ⋅ 0,4 = 0,195 m 2 ⋅ 9,81

1.2.1.5.2.2.4. Pérdidas en la contracción anterior a la cámara espiral Para calcular estas pérdidas se emplea la ecuación siguiente: 2

H contracción =

V2 ⋅ K contracción 2g

Donde V2 es la velocidad del agua en el conducto de menor sección, es decir, el que tiene el diámetro de la brida de entrada. De este modo, de obtiene el valor de V2 que se muestra a continuación: V2 =

Q = Área

3,5 = 5,97 m / s 0,864 2 π⋅ 4

El valor de Kcontracción se obtiene de la figura 1.2.1.5.2.2.4.a.

Cálculos

90

Figura 1.2.1.5.2.2.4.a. Valores de Kcontracción

La contracción tendrá un ángulo de 10º (estrechamiento suave). D/d = 1,39. Para estas dos condiciones de tiene un valor de Kcontracción de 0,05, que dará el siguiente resultado de pérdidas en la contracción:

Hcontracción =

5,97 2 ⋅ 0,05 = 0,09 m 2 ⋅ 9,81

1.2.1.6. Cálculo del salto neto Se define el salto neto como la altura de columna de agua que queda al restarle las pérdidas totales al salto bruto. Será el salto neto el aprovechado por la turbina para generar potencia. A continuación de hace un resumen de las pérdidas que se han calculado a lo largo del apartado anterior: -

Primer tramo de tubería: o Pérdidas primarias: Hrp1 = 3,3858 m o Pérdidas secundarias:


Hrejilla = 0,44 m

Cálculos

-

91




Hsalida = 0,02 m




Hcodo1 = 0,02 m




Hcompuerta = 0,12 m




Hpantalón = 0,28 m

Segundo tramo de tubería: o Pérdidas primarias: Hrp2 = 0,16 m o Pérdidas secundarias:


Hunión = 0,025 m




Hcodo2 = 0,0146 m




Hmariposa = 0,195 m




Hcontracción = 0,09 m

Todas estas pérdidas suman un total de 4,73 m. Por lo tanto, la altura neta será Hneta = 30 – 4,73 = 25,27 m Se realizarán los cálculos de dimensionamiento de la turbina para una altura neta de 25 metros.

Cálculos

92

1.2.2. Características generales de la instalación 1.2.2.1. Potencia instalada y número de máquinas Una vez conocido el salto neto se tienen todos los parámetros necesarios para calcular la potencia que será capaz de entregar la central. Dicha potencia se calcula mediante la siguiente ecuación: P = Q·ρ · g ·H ·η

Donde: -

Q = 3,5 m3/s

-

ρ = 1000 kg/m3

-

g = 9,81 m/s2

-

H = 25 m

-

η = 90% (se aproximará a este valor de momento por ser un valor típico de rendimiento alcanzable por las centrales minihidráulicas).

Se deduce de lo anterior que la potencia nominal de la central será de 772 kW. Una potencia tan reducida no justifica la instalación de más de una máquina. Instalar dos máquinas de menor potencia permitiría turbinar mayor cantidad de agua, dado que para caudales bajos se podría utilizar una sola y optimizar el rendimiento. El inconveniente en este caso son los costes, dado que habría que realizar una compra mayor de material y la obra civil sería más complicada, así como la obra hidráulica.

Cálculos

93

Como lo que se pretende en la presa de Valmayor es aprovechar todo lo posible las construcciones existentes, se opta finalmente por una sola máquina. La relación altura-salto indica que la turbina más idónea es una Francis.

1.2.2.2. Disposición del grupo Se opta por instalar la turbina con una configuración de eje horizontal. Instalar la turbina de esta manera reduce costes de obra civil al estar todo el conjunto en un mismo nivel y facilita el acceso a los diferentes órganos de la máquina para realizar reparaciones o mantenimiento. Las turbinas de eje vertical se instalan cuando tienen potencias mayores por cuestiones de espacio, además el rendimiento se ve incrementado. Sin embargo, en turbinas de baja potencia la mejora del rendimiento no produce beneficios significativos.

1.2.3. Elementos mecánicos 1.2.3.1. Geometría de la turbina y rendimiento Se aplicarán las leyes de semejanza para determinar las características de la turbina que se instalará en la central de Valmayor a partir de un modelo ensayado en el laboratorio, cuyas curvas de iso-rendimiento se muestran en la figura 1.2.3.1.a.

Cálculos

94

Curvas de iso-rendimiento del modelo 8

7

93.51%

6

93.30% 93% 92%

Caudal [m^3/s]

5

91% 90% 89%

4

88% 87% 86%

3

84% 82% 80%

2

78%

1

0 3

8

13

18

Salto neto [m]

Figura 1.2.3.1.a. Curvas de iso-rendimiento del modelo

Dicho modelo tiene un diámetro característico del rodete de 1085 mm y fue ensayado a un régimen de giro de 242 rpm. Tal y como se extrae de la gráfica, para el régimen de giro estudiado, el punto de máximo rendimiento corresponde a un caudal de 4 m3/s y un salto neto de 9,19 m. El rendimiento es del 93,51%.

Cálculos

95

La teoría de semejanza de modelos dice que si dos turbinas tienen el mismo número específico de revoluciones en un punto de igual rendimiento, entonces son geométricamente semejantes. El número específico de revoluciones se define mediante la siguiente ecuación:

Ns =

n⋅Q h

1 2

3 4

Donde n es la velocidad de giro, Q es el caudal y h es la altura neta en el punto considerado. Se obtendrá el régimen de giro del prototipo que se quiere construir igualando los números específicos de revoluciones en el punto de máximo rendimiento para el caudal y el salto neto nominales de la central. 1

n p ⋅ Qp 2 hp

3 4

n p ⋅ 3,5 3 4

1

=

nm ⋅ Qm 2 3

hm 4 1 2

1

=

242 ⋅ 4 2 3

25 9,19 4 n p = 548rpm

Se debe hacer coincidir el régimen de giro con una de las velocidades de sincronismo que se pueden obtener variando el número de pares de polos del alternador. La tabla 1.2.3.1.a muestra algunas posibilidades en función del número de pares de polos.

Cálculos

96

Número de

Velocidad de

pares de

sincronismo

polos

(rpm)

1

3000

2

1500

3

1000

4

750

5

600

6

500

Tabla 1.2.3.1.a. Velocidades de sincronismo

La imposición de que la turbina gire a la velocidad de sincronismo obliga a que en su punto nominal funcione con un rendimiento que no va a ser el máximo de la turbina. Se empleará la velocidad de 600 rpm, correspondiente a un alternador de cinco pares de polos. Con seis pares de polos se optimizaría más el funcionamiento al estar más próxima a 500 rpm el resultado que se ha obtenido anteriormente, sin embargo, es un número excesivamente elevado de pares de polos, de manera que el alternador resultaría más costoso y crearía unas mayores dificultades de espacio. Además el reducido régimen de giro generaría vibraciones mayores. El diámetro característico del rodete se obtendrá de aplicar la primera ley de semejanza, empleando la velocidad de giro del prototipo de 600 rpm: np nm

=

hp Dm ⋅ Dp hm

Dp = 750 mm

Cálculos

97

Conocidos el diámetro característico y la velocidad de giro del prototipo, se pueden trazar las curvas de iso-rendimiento del mismo a partir del modelo empleando las leyes de semejanza siguientes: hp  n p Dp  D  = m⋅ → h p = hm ⋅  ⋅ nm D p hm  n m Dm  np

2

2

2

h h  Dp  D   ⋅ p → Q p = Qm ⋅  p  ⋅ p =  Qm  Dm  hm hm  Dm  Qp

De este modo se obtienen las curvas de la figura 1.2.3.1.b.

Curvas de iso-rendimiento del prototipo 6

5 93.51% 93.30% 93%

4 Caudal [m^3/s]

92% 91% 90% 89% 3

88% 87% 86% 84%

2

82% 80% 78%

1

0 12

22

32

42

52

Salto neto [m]

Figura 1.2.3.1.b. Curvas de iso-rendimiento del prototipo

Cálculos

98

Se ha marcado el punto correspondiente al caudal y salto nominales calculados anteriormente (25 metros y 3,5 m3/s). El rendimiento en este punto, si bien no es el máximo, es de un 92,5%. El rendimiento varía más ante variaciones de caudal que de salto. Por ello, se evitará hacer funcionar la turbina con caudales cercanos al mínimo técnico dado el escaso rendimiento que produce (en torno a un 60% si se extrapolan las curvas).

1.2.3.2. Espesor de la tubería forzada Se realizarán cálculos para determinar el espesor de la tubería forzada teniendo en cuenta los dos factores de los que depende, que son la presión a la que está sometida y el material del que está hecha. Al ser de acero, será necesario añadir material para prever la pérdida de material por corrosión. También será necesario determinar los efectos que tendría sobre la tubería un posible golpe de ariete.

1.2.3.2.1. Espesor mínimo Se va a determinar cuál es el espesor de la tubería forzada sin tener en cuenta el golpe de ariete (se considerará más adelante). Los cálculos se realizarán sobre el tramo que está sometido a más presión, que es el que está más cerca de la turbina, al ser su cota la más baja, y se considerará el mismo espesor para el primer tramo de tubería, que se encuentra dividida en dos de menor sección. La presión que se va a considerar es la correspondiente a la altura máxima a la que puede llegar el agua en el embalse mayorada un 20% para aplicar un coeficiente de seguridad. Dicha altura son 54 metros, que mayorada suponen 64,8 metros de columna de agua.

Cálculos

99

Esta altura corresponde a la siguiente presión: Pmax = ρ ⋅ g ⋅ H max = 1000 ⋅ 9,81 ⋅ 64,8 = 635688 Pa El espesor de la tubería forzada se calcula mediante la siguiente expresión:

e=

P⋅D + es 2 ⋅σ f ⋅ k f

Donde: -

P es la presión que se acaba de calcular.

-

D es el diámetro de la tubería forzada, es decir, 1’2 metros.

-

σf es la resistencia a la tracción del material, 1400 kg/cm2 = 137200000 N/m2.

-

kf es el coeficiente de eficiencia de uniones soldadas, cuyo valor más desfavorable es 0,9.

-

es es el sobreespesor que se va a añadir para tener en cuenta la corrosión que va a tener lugar en el tubo. Se va a añadir 1 mm.

La ecuación proporciona el siguiente resultado: e = 4,089 mm Se aproximará a 5 mm.

Cálculos

100

1.2.3.2.2. Golpe de ariete La mecánica del golpe de ariete fue descrita en la memoria descriptiva. Se estudiará el posible golpe de ariete que se producirá ante un cierre brusco de la válvula de salvaguarda, suponiendo un tiempo de cierre de 20 segundos, que es un valor típico para este movimiento. La velocidad a la que viaja una onda de presión por el interior de un conducto viene dada por la siguiente ecuación:

c=

10 −3 ⋅ K K ⋅D 1+ E ⋅T

Donde: -

K es el módulo de elasticidad del fluido, que en el caso del agua vale 2,1—109 N/m2.

-

D es el diámetro interior de la tubería.

-

E es el módulo de elasticidad del material que compone la tubería forzada, que en el caso del acero vale 206—109 N/m2.

-

T es el espesor de la tubería forzada, el calculado como espesor mínimo.

Con estos valores se obtiene que la velocidad de propagación de la onda de presión siguiente: c = 758.462 m/s A continuación se calcula el tiempo crítico, que es el que tarda la onda de presión en recorrer en ambos sentidos la longitud del tubo para volver al

Cálculos

101

punto de partida, es decir, la válvula de salvaguarda. La ecuación es la siguiente: Tcrit =

2L c

Donde: -

L es la longitud de la tubería forzada, es decir, 330 metros.

-

c es la velocidad de propagación de la onda calculada anteriormente.

Se obtiene el siguiente valor del tiempo crítico: Tcrit = 0,87 s Se puede despreciar el efecto del golpe de ariete si el tiempo crítico es diez veces menor que el tiempo de cierre de la válvula. Dado que el resultado es menor que 2 segundos, se desprecia definitivamente, por lo que no será necesario tener en cuenta la sobrepresión debida a este efecto ni habrá que considerar instalar una chimenea de equilibrio. El espesor de la tubería forzada será de 5 mm.

1.2.3.3. Espesor de cámara espiral Se dimensionará el espesor de la cámara espiral en el caso más desfavorable, que es con la presión correspondiente a la altura máxima mayorada un 20% y caudal nulo. La cámara espiral está formada por la unión de chapas cilíndricas soldadas de diámetro decreciente, cuyo material es acero A 42 S 375. Se realizarán los cálculos sobre la chapa sometida a las condiciones más desfavorables, que es la que está más cerca de la brida de entrada, y será el espesor que tengan las demás chapas.

Cálculos

102

El cálculo del espesor se hará a partir de la ecuación de la tensión a la que está sometida cada tramo de chapa:

σθ =

P⋅R P⋅R →e= σ θ ⋅ cos(α ) e ⋅ cos(α )

Donde: -

e es el espesor de la chapa

-

P es la presión.

-

R es el radio interno mayor del cono. Aplicando leyes de semejanza al radio del modelo se obtiene que R = 404,1 mm.

-

α es el ángulo del cono, que al ser de pequeño valor, se puede suponer que cos(α) ~ 1.

-

σθ es la tensión admisible del material con un factor de seguridad de 4. σθ = 600 kg/cm2 = 58800000 N/m2

Resulta un espesor de la cámara espiral de 4,369 mm, que se aproxima a un espesor de 5 mm.

1.2.3.4. Esfuerzos en la obra civil De cara a estos cálculos se ha considerado que el peso del rodete está soportado por el eje transmisor de potencia. 1.2.3.4.1. Peso de la cámara espiral Se va a calcular qué peso tiene la cámara espiral cuando la turbina está operando, es decir, que se calculará el peso del acero que compone la cámara y el del agua que está contenida en ella.

Cálculos

103

Para calcular el volumen de la cámara espiral se puede suponer que está compuesta por tramos rectos de radios y longitudes conocidos de los que se calculará el volumen, para posteriormente calcular el peso a través de la densidad, que para el agua es de 1000 kg/m3 y para el acero, 7850 kg/m3. Las ecuaciones para calcular el volumen son las siguientes: Vacero = π ⋅ ( Re − ( Re − e) 2 ⋅ l 2

Vagua = π ⋅ ( Re − e) 2 ⋅ l

Donde: -

Re es el radio externo de cada chapa medido desde el centro del rodete.

-

e es el espesor de la chapa, que ha sido calculado en el apartado anterior.

-

l es la longitud del centro del cilindro que forma cada tramo de chapa.

La cámara espiral está formada por 18 tramos más uno de volumen muy reducido que ha sido excluido del cálculo al no tener datos suficientes sobre él, y que, como se verá a partir de los resultados que se muestran en las tablas 1.2.3.4.1.a y 1.2.3.4.1.b no supondría un incremento del peso significativo.

Cálculos

Tramo

104

Radio medio Radio tramo

Longitud

Radio interno

Volumen acero

Volumen agua

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

(m^3)

(m^3)

1

1145

403

360

398

0.00453

0.1794

2

1135

392

356

387

0.00437

0.1681

3

1124

381

353

376

0.00420

0.1566

4

1113

369

350

364

0.00403

0.1459

5

1103

357

346

352

0.00386

0.1347

6

1091

345

343

340

0.00368

0.1241

7

1080

331

339

326

0.00350

0.1133

8

1067

318

335

313

0.00332

0.1030

9

1055

303

331

298

0.00313

0.0925

10

1042

288

327

283

0.00294

0.0825

11

1028

273

323

268

0.00274

0.0726

12

1014

256

319

251

0.00254

0.0630

13

999

238

314

233

0.00232

0.0535

14

983

218

309

213

0.00209

0.0441

15

966

196

303

191

0.00185

0.0349

16

947

172

298

167

0.00158

0.0260

17

927

142

291

137

0.00128

0.0171

18

904

139

284

134

0.00122

0.0161

Tabla 1.2.3.4.1.a. Volúmenes de acero y agua en la cámara espiral

Cálculos

105

Peso acero

Peso agua

(kg)

(kg)

1

35.567

179.354

2

34.280

168.127

3

32.945

156.649

4

31.643

145.861

5

30.266

134.689

6

28.911

124.128

7

27.478

113.256

8

26.063

102.997

9

24.562

92.478

10

23.066

82.521

11

21.511

72.638

12

19.911

63.029

13

18.226

53.521

14

16.435

44.139

15

14.509

34.916

16

12.424

26.006

17

10.009

17.135

18

9.572

16.058

Tramo

Tabla 1.2.3.4.1.b. Pesos de acero y agua en la cámara espiral

De las tablas se obtiene un peso del acero de 417,38 kg, un peso del agua de 1627,5 kg y un peso total de 2044,88 kg.

Cálculos

106

1.2.3.4.2. Esfuerzo en la brida de entrada Para el cálculo del esfuerzo en la brida de entrada se va a considerar la presión que crea la altura máxima de agua en el embalse mayorada un 20%, igual que en apartados anteriores. Por semejanza de modelos se sabe que la brida de entrada tiene un diámetro de 864 mm. Conocido el diámetro y su correspondiente área, el valor del esfuerzo (de componente horizontal) que va a haber en la brida de entrada es el siguiente: Fpresión = P — área = 372749,42 N = 37996,88 kg

1.2.3.4.3. Par de giro de la máquina La obra civil también debe ser capaz de soportar el par torsor que se va a generar cuando la máquina esté trabajando. Este par se ha calculado a partir de la potencia nominal de la turbina, que es la siguiente: Potencia = Q ⋅ ρ ⋅ g ⋅ h ⋅ η = 3,5 ⋅ 1000 ⋅ 9,81 ⋅ 25 ⋅ 0,925 = 793,996kW

Potencia que proporciona el siguiente par de giro: Par =

Potencia = w

794 = 12636,9 Nm 2π 600 ⋅ 60

Cálculos

107

1.2.3.5. Tubo de aspiración En este apartado se estudiará la altura máxima a la que puede instalarse la turbina respecto del nivel del canal de salida para que no se produzca cavitación. Dicha altura será la longitud máxima del tubo de aspiración. La altura máxima se calcula mediante la siguiente ecuación: H max = H atm − H vap − σ t ⋅ H neto

Donde: -

Hatm es la presión atmosférica en metros de columna de agua, 10,19 m.

-

Hvap es la presión de vapor del agua para la máxima temperatura alcanzable, que se ha tomado como 25ºC, expresada en metros de columna de agua, es decir, 0,267 m.

-

σt viene definido para las turbinas Francis con la siguiente expresión:

σ t = 7,54 ⋅ 10 −5 ⋅ n s 1, 41 Siendo n s =

n ⋅ potencia(kW ) H neto

5 4

= 333,59

σt = 0,2723 Se obtiene el siguiente valor de la altura máxima: Hmax = 3,12 m

Cálculos

108

1.2.3.6. Transmisión del distribuidor 1.2.3.6.1. Momento ejercido en el eje de los álabes directrices Para realizar este cálculo se tomará nuevamente la situación más desfavorable, teniendo en cuenta la altura máxima mayorada un 20% y el distribuidor completamente cerrado. De esta forma se tendrá por un lado la presión del agua y por el otro lado la presión atmosférica. El agua ejercerá sobre los álabes unas fuerzas que se traducirán en un par en el eje que será el que tenga que vencer todo el conjunto de la transmisión del distribuidor cuando se quiera llevar a cabo su apertura. Se hallarán las componentes vertical y horizontal de la fuerza que el agua ejerce sobre el álabe y sus respectivos puntos de aplicación, que serán los centros de presiones de las áreas proyectadas vertical y horizontal. Habrá que descontar del cálculo las partes que no se encuentren en contacto con el agua. Una vez halladas las fuerzas y sus puntos de aplicación se podrá calcular el par ejercido sobre el eje. La figura 1.2.3.6.1.a muestra la sección de un álabe directriz junto con detalles de los puntos de aplicación genéricos de las fuerzas.

Cálculos

109

Figura 1.2.3.6.1.a. Sección de álabe directriz

Donde: -

Av es la proyección sobre el plano vertical del área presionada por el agua.

-

Ah es la proyección sobre el plano horizontal del área presionada por el agua.

-

Fx es la componente horizontal de la fuerza que ejerce el agua sobre el álabe.

-

Fy es la componente vertical de la fuerza que ejerce el agua sobre el álabe.

-

ζx es la coordenada en el eje X del punto de aplicación de la fuerza resultante.

Cálculos

110

-

ζy es la coordenada en el eje Y del punto de aplicación de la fuerza resultante.

Se obtienen los siguientes resultados de la geometría del álabe que se va a instalar en la central: -

Av = 0.002322674 m2

-

Ah = 0.026140764

Los puntos de aplicación de las fuerzas ejercidas sobre el álabe corresponden a los puntos medios de las áreas proyectadas: -

ζx = 0.00702477m

-

ζy = 0.000359447m

Las fuerzas horizontal y vertical serán el resultado de multiplicar la presión por cada área proyectada: -

Fx = 16617.36977 N

-

Fy = 1476.495723 N

Para hallar el momento se multiplicarán estas fuerzas por la distancia al eje de los álabes. El resultado es el siguiente: Málabe = 16,345 Nm

Cálculos

111

1.2.3.6.2. Diámetro del eje de los álabes directrices Se realizará el cálculo de este diámetro bajo las condiciones más desfavorables, que son las que se han descrito en el apartado anterior. El eje de los álabes va a estar sometido a un par torsor, causante de esfuerzos cortantes, y a momento flector, creado por las fuerzas que actúan sobre el álabe, que crearán esfuerzo cortante y de tracción-compresión. Dichas fuerzas tienen el siguiente módulo: F presión = Fx + Fy = 16682,84 N 2

2

El esfuerzo cortante se debe a la acción de la fuerza de la presión del agua sobre el álabe y la del momento torsor. Su valor en función del diámetro del eje es el siguiente: 2 ⋅ F presión

16 ⋅ M álabe = π ⋅D π ⋅ D3 2 ⋅ 16682,84 16 ⋅ 16,35 = + = π ⋅ D2 π ⋅ D3 33365,68 221,521 + π ⋅ D2 π ⋅ D3

τ total =

2

+

El esfuerzo de tracción-compresión se debe únicamente a la fuerza de la presión sobre el álabe. Su expresión en función del diámetro del eje es la siguiente: 4 ⋅ F ⋅ L 4 ⋅ 16682,84 ⋅ 120,06 ⋅ 10 −3 8011,77 σz = = = π ⋅ D3 π ⋅ D3 π ⋅ D3 El círculo de Mohr que responde a las condiciones a las que está sometido el eje es el que se muestra en la figura 1.2.3.6.2.a.

Cálculos

112

Figura 1.2.3.6.2.a. Círculo de Mohr con las condiciones a las que está sometido el eje

Se hallan las tensiones principales y se impone como condición que la máxima tensión no debe superar a la admisible del material con un factor de seguridad de 4, es decir:

σ mayor ≤

σ 1, 2

σ adm 4

=

2600 kg / cm 2 = 63765000 N / m 2 4 2

2

2

2

8011,77  8011,77   33365,68 261,5216  =− ±  + +  3 3  2 π ⋅D π ⋅ D3   π ⋅D   π ⋅D

8011,77  8011,77   33365,68 261,5216  σ mayor = +  + +  ≤ 63765000 3 3  2 π ⋅D π ⋅ D3   π ⋅D   π ⋅D D ≥ 0,0433m

Se aproximará a un diámetro del eje de 5 cm.

Cálculos

113

1.2.3.6.3. Esfuerzos en los bulones de transmisión y servomotor Se tienen dos bulones, uno en el anillo distribuidor y otro que une la biela con la manivela, tal y como se muestra en la figura 1.2.3.6.3.a.

Anillo regulador Biela R

Manivela

Eje álabe

r

Figura 1.2.3.6.3.a. Esquema de la transmisión

Donde: -

R es la distancia entre el centro del rodete y el anillo distribuidor. R = 0,6995 m.

-

r es la distancia entre el centro del rodete y el eje del álabe distribuidor. r = 0,5426 m.

-

El anillo regulador es el anillo giratorio mediante el cual se transmite la fuerza del servomecanismo a la cadena cinemática.

La longitud de la biela es de 0,09677 m y la de la manivela es de 0,1493 m. Se calcularán los esfuerzos para las mismas condiciones de presión y apertura de álabes mencionadas en los apartados anteriores.

Cálculos

114

La fuerza que hace el anillo regulador sobre el bulón acoplado a él se calcula con la siguiente ecuación: M álabe = Fr ⋅ (R − r ) → Fr =

M álabe = 104,17 N R−r

A continuación se calcula la fuerza ejercida sobre la biela. Su componente seguirá la directriz de la pieza, dado que se encuentra articulada en ambos extremos. El ángulo entre la directriz de la biela y la perpendicular de la directriz de la manivela, para la posición considerada de cierre, es de 10,83 º. Se obtendrá la fuerza que soporta la biela con la siguiente ecuación: M álabe = Fbiela ⋅ cos(10,83) ⋅ Lmanivela → Fbiela = 111,46 N Por último, se calculará la fuerza que tiene que hacer el servomotor para poder abrir el distribuidor en las condiciones descritas. De la igualación de pares se obtiene la siguiente ecuación: 16 ⋅ Fr ⋅ R = D ⋅ Fservo Donde D es la distancia desde el servomecanismo al centro del rodete, que es de 0,93 m. Se obtiene el siguiente valor de la fuerza que hace el servo: Fservo = 1254,03 N

1.2.3.6.4. Dimensionado de los bulones de transmisión Se calculará el diámetro que deben tener para resistir esfuerzos de aplastamiento y cortadura. La solicitud límite de aplastamiento viene dada por:

Cálculos

115

Fbiela = 2 — σu — A Donde: -

σu es la resistencia del material que rodea al bulón con un factor de seguridad 4: 63765000 N/m2.

-

A es el área de contacto, cuyo diámetro considerado es el del bulón que se quiere dimensionar.

A partir de la ecuación de la solicitud por aplastamiento y el área de contacto se obtiene el siguiente resultado:

D=

4 ⋅ Fbiela = 0,001492m π ⋅σ u

El esfuerzo de cortadura viene dado por la siguiente ecuación: Fbiela = 0,8 — σr — n — A Donde: -

σr es la resistencia del bulón (la misma que antes).

-

n es el número de secciones transversales que resisten conjuntamente el cortante (se tomará n = 1).

-

A es el área de la sección del agujero.

La ecuación del esfuerzo cortante queda de la siguiente forma: Fbiela = 0,8 — σr — n — ̟ — R2 D = 0,001667 m Será necesario comprobar las condiciones de obstrucción al cierre antes de poder dar un valor del diámetro de los bulones definitivo.

Cálculos

116

1.2.3.6.5. Pandeo en la biela En caso de no poder cerrarse totalmente los álabes ante una obstrucción en uno de ellos, si el bulón unido al anillo regulador no se rompiera, la biela podría sufrir pandeo y romperse. Habrá que calcular qué esfuerzo máximo puede soportar esta pieza para que el bulón rompa antes de llegar a él, dado que es menos costoso sustituir un bulón que una biela. La longitud de pandeo de una pieza sometida a compresión es la longitud que tendría otra pieza ideal biarticulada y cargada en uno de sus extremos, de manera que tuviera la misma carga crítica que la pieza real considerada. En este caso, la longitud de pandeo sería la propia longitud de la biela, es decir, 0,09677 m. La esbeltez mecánica viene dada por la siguiente ecuación:

λ=

L pandeo i

Donde i es el radio de giro de la sección bruta de la pieza respecto del eje de inercia considerado.

i=

I = A

1 ⋅ b ⋅ h3 1 12 = ⋅h b⋅h 12

h es la longitud de la biela, por lo que quedará un radio de giro de 0,02794 m. Conocido el radio de giro, la esbeltez mecánica tiene un valor de 3,464, que al ser menor que 100, se puede concluir que el pandeo es despreciable frente a la solicitud por aplastamiento, cuyo máximo valor se va a calcular a continuación. La fuerza máxima soportable por la biela se calcula mediante la siguiente ecuación:

Cálculos

117

Fbiela_max = σadm — Área Siendo el área el producto de la longitud de la biela por su anchura (11,89 mm), queda el siguiente valor de la fuerza soportable por la biela: Fbiela_max = 73401,74 N

1.2.3.6.6. Condiciones de obstrucción al cierre Se estudiará el caso en el que un objeto impida el cierre completo de uno de los álabes, de tamaño tan reducido que se toma la configuración de cierre total para los cálculos. El valor de la fuerza máxima soportable por el bulón que une la biela con la manivela es el siguiente: Fbulón_max = Fbiela_max — sen(10,83º) = 13791,87 N El servomotor deberá hacer en este caso una fuerza suficiente como para contrarrestar el efecto de la obstrucción producida en dos álabes, de manera que la fuerza será la siguiente: Fservo_obstrucción = 2 — Fbulón_max = 27583,73 N Con lo que se deberá diseñar un servomotor que en condiciones normales deberá hacer una fuerza de Fservo = 1254,03 N y en las condiciones de obstrucción al cierre la fuerza deberá llegar a Fservo_obstrucción= 27583,73 N. Se debe calcular el par al que se ven sometidos los álabes para estas condiciones: Málabe_obstrucción = Fbulón_max — cos(10,83) — Lmanivela = 10764,32 Nm El eje de los álabes de diámetro 5 cm que se ha calculado anteriormente soporta un par máximo que se va a calcular a continuación. Se supondrá para

Cálculos

118

este caso de condiciones de obstrucción al cierre que únicamente se encuentra sometido a par torsor.

τ max =

σ max 2

= 127530000 N / m 2

M álabe _ max = τ max ⋅

π ⋅ Deje 3 16

= 3130 Nm

A consecuencia de este par se produce un esfuerzo en la biela antes del cual debería romperse el bulón, con lo que:

Fbiela =

M álabe _ max cos(10,83) ⋅ Lmanivela

= 21343,8 N

Como se puede apreciar en el resultado, el máximo par que puede soportar el eje de los álabes de 5 cm es inferior al que se produciría en una obstrucción, por lo que se deberá diseñar un bulón que también rompa antes de que lo haga este elemento, dado que es preferible que de romperse alguna pieza sea ésta la que lo haga. Se tomará un diámetro de 30 mm para el bulón y se comprobará qué fuerza de aplastamiento puede soportar, de manera que si supera la soportable por la biela, calculada anteriormente, se deberán practicar unas entallas en el bulón para que rompa antes. Flim_bulón = 0,8 — σr — n — Abulón = 36058,3 N Dado que es superior a 21343,8 N, se practicarán entallas para que rompa con este esfuerzo.

1.2.3.6.7. Entallas Se diseñarán entallas para que rompan los bulones que unen las bielas con las manivelas de la transmisión del distribuidor en caso de una obstrucción que impida el cierre.

Cálculos

119

Para el cálculo se utilizarán las siguientes expresiones:

S = (R + r) ⋅ a e = P⋅S r−R M = ⋅e 2 M r = M + rozamiento f =

Mr b

F=

f cos(α )

Donde: -

a es el ancho del álabe: 12cm.

-

b es el brazo de la manivela: 14,93 cm.

-

r es el radio de cierre de la cabeza del álabe: 10,08 cm.

-

R es el radio de cierre a la cola del álabe: 10,8 cm.

-

α es el ángulo de la manivela al cierre: 10,83º.

-

S es la sección del álabe sometida a la presión del agua.

-

P es la presión del agua.

-

e es el esfuerzo producido por la presión.

-

M es el momento del álabe sin rozamiento.

-

Mr es el momento del álabe con rozamiento. Se tomará un rozamiento del 35% de M.

-

F es el esfuerzo resultante en la manivela.

Las ecuaciones anteriores dan los resultados siguientes: -

S = 0,0251 m2

Cálculos

120

-

e = 15934,13 N

-

M = 57,66 Nm

-

Mr = 77,84 Nm

-

f = 521,39 N

-

F = 530,85 N

Se realizarán tanteos empleando las siguientes ecuaciones: C = C s + 1,5(mínimo) E = Cf ⋅ F ⋅C Sr = D=

E Rm Sr + t

π

Donde: -

C es el coeficiente de seguridad del bulón en rotura.

-

Cs es el coeficiente de seguridad del servomotor: 3.

-

Cf es un coeficiente de forma, que en secciones cilíndricas toma el valor de 1,3.

-

E es el esfuerzo de rotura en el bulón.

-

Rm es la carga de rotura del material a cizalladura: 2430 kp/cm2 = 238383000 N/m2.

-

Sr es la sección circular de rotura.

-

D es el diámetro de la garganta de rotura.

-

t es la sección del taladro central. Los bulones de esta turbina no tienen taladros, por lo que t tendrá valor nulo.

Cálculos

121

Los resultados son los siguientes: -

C = 4,5

-

E = 3177,12 N

-

Sr = 1,333—10-5 m2

-

D = 0.002059 m

En caso de que el diámetro de la garganta no fuera lo suficientemente elevado se aumentaría el coeficiente de seguridad C y se haría un segundo tanteo.

1.2.3.6.8. Servomotor El servomotor debe poder realizar un recorrido de 133,41 mm. En condiciones de apertura normales, deberá poder hacer una fuerza de 1254 N, mientras que en caso de una obstrucción al cierre, deberá ser capaz de suministrar una fuerza de 27584 N.

1.2.3.7. Eje transmisor de potencia Se dimensionará el eje que transmite la potencia desde la turbina hasta el alternador, teniendo en cuenta que se encuentra sometido a dos solicitaciones, que son el momento flector debido al peso del rodete el agua que contiene (entre otros factores) y el momento torsor que crea el par transmitido.

Cálculos

•

122

Cálculo del esfuerzo cortante: El esfuerzo cortante se debe al momento torsor al que estará sometido el eje. Dicho momento se obtiene a partir de la potencia transmitida mediante la siguiente ecuación:

Mt =

Potencia 2 ⋅π n⋅ 60

Para dar mayor seguridad se mayorará el valor de la potencia transmitida, dado que en ocasiones podrá suministrar más potencia de la nominal. El cálculo del par se hará para una potencia máxima de 1 MW, quedando el siguiente resultado: Mt = 15375,4 Nm El esfuerzo cortante, en función del eje, será el siguiente:

τ=

•

16 ⋅ M t 78301,2 = π ⋅d3 d3

Cálculo del esfuerzo a tracción-compresión: Este esfuerzo se debe a la masa del acero que compone el rodete y a la masa del agua contenida en él. Para hacer estos cálculos se empleará el teorema de Guldin-Pappus, que proporciona el volumen de un cuerpo de revolución conocidos el área media de la sección y la distancia entre el centro de gravedad de la misma y el eje de revolución, según la siguiente ecuación: Volumen = 2 — ̟ — área_sección — distancia_CDG AutoCad proporciona el área de la sección del rodete, que resulta ser de 43914,7 mm2, y la distancia al centro de gravedad, 179,89 mm. Asimismo,

Cálculos

123

también proporciona el área de la sección del agua que está contenida en el rodete, 98449,42 mm, y la distancia al centro de gravedad, 259,34 mm. Aplicando el teorema, se resuelve que el volumen de acero del rodete es de 0,0496 m3, lo que da una masa de 392,11 kg. Se sumará el 50% de este resultado para tener en cuenta la masa de los álabes, resultando una masa total del acero del rodete de 588,17 kg. El volumen del agua, también aplicando el teorema, es de 0,1604 m3, que resultan en una masa del agua de 160,42 kg. La masa total del rodete en funcionamiento, teniendo en cuenta el agua y el acero, es de 748,59 kg. Para calcular el momento flector que este peso produce en el eje se supondrá una separación entre el rodete y el alternador de 2 metros, de manera que queda el siguiente valor del momento: Mz = masa_total — g — distancia = 14687,4 Nm Lo que da el siguiente valor del esfuerzo de tracción-compresión en función del diámetro:

σz =

•

32 ⋅ M z 149604,73 = π ⋅d3 d3

Dimensionado del eje: Se tiene el círculo de Mohr mostrado en la figura 1.2.3.7.a.

Cálculos

124

Figura 1.2.3.7.a. Círculo de Mohr

Las tensiones principales en este caso son las siguientes:

σ 1, 2 = − σ mayor

2

2

2

2

149604,73  149604,73   78301,2  ±   +  3 3 d d3    d 

149604,73  149604,73   78301,2  = ±   +  3 3 d d3    d 

Al igual que en el caso del eje de los álabes directrices, se debe asegurar que la tensión mayor sea menor que la tensión admisible con un factor de seguridad de 4. El resultado es el siguiente: d = 0,1421 m Se aproximará a un eje de diámetro 200 mm.

1.2.3.8. Unión eje-rodete Se dimensionarán los pernos que unen el eje transmisor de potencia con el rodete para que aseguren la transmisión de la potencia por rozamiento estático entre las dos superficies que contactan. Estos pernos serán los encargados de proporcionar el esfuerzo normal necesario para que no exista deslizamiento.

Cálculos

125

Se dimensionarán de acuerdo con su resistencia a tracción, no a cortadura.

1.2.3.8.1. Cálculo de la fuerza necesaria en la unión Para la potencia considerada máxima y el régimen de giro de la turbina, se tiene que el par transmitido por el eje es de 15374,37 Nm. Este par será el que se transmita mediante el rozamiento, que en el caso de esta turbina, será el existente entre dos coronas circulares concéntricas cuyos radios son los siguientes: -

Primera corona: o Radio menor: 75 mm o Radio mayor: 154 mm

-

Segunda corona: o Radio menor: 194 mm o Radio mayor: 214 mm

La fuerza de rozamiento necesaria para transmitir el par se define mediante la siguiente ecuación: Froz = σ — At Donde: -

σ es la fuerza de rozamiento por unidad de superficie que se da en el área de contacto.

-

At es el área total de contacto: 0,083 m2.

Para calcular el valor de σ se empleará la expresión que permite calcular el par por rozamiento:

Cálculos

126

M roz = ∫ ∫ σ ⋅ R ⋅ dS dS = 2 ⋅ π ⋅ R ⋅ dR Tomando el par transmitido por el eje como Mroz y haciendo aplicación numérica se puede despejar de la integral el valor de la fuerza de rozamiento por unidad de superficie: σ = 1272047.466 N/m2 De manera que la fuerza de rozamiento necesaria será: Froz = 105602.1789 N El radio medio equivalente del contacto es el siguiente: Mroz = Froz — Rmedio_eqv  Rmedio_eqv = 0,146 m Se calculará el valor de la fuerza normal necesaria de la siguiente manera: Froz ≤ µ ⋅ N

µ = 0,23 La fuerza normal necesaria será: N = 459139.9083 N= 46803.3 kg

1.2.3.8.2. Elección del número y tipo de pernos Los pernos se designan según X.Y, siendo X la carga de rotura dividida por diez en kg/mm2 e Y el tanto por ciento dividido por diez del límite elástico respecto a la carga de rotura. Se considerarán dos tipos de pernos: -

Pernos 10.9: límite elástico 90 kg/mm2

-

Pernos 8.8: límite elástico 64 kg/mm2

Cálculos

127

En cuanto al número de pernos a instalar, se considerarán tres posibilidades: 8, 6 ó 4 pernos. El esfuerzo normal que deberán hacer se reparte entre cada uno de ellos. La tabla 1.2.3.8.2.a muestra la fuerza normal que deberá hacer cada perno en función del número que se instale en la unión finalmente.

Nº de pernos Fuerza normal

12

8

6

4

3900.27

5850.41

7800.54

11700.81

por perno (kg)

Tabla 1.2.3.8.2.a. Esfuerzo que tendrá que soportar cada perno

A continuación se muestran unas tablas que contemplan las diferentes posibilidades que se pueden dar variando el número de pernos, el tipo de los mismos y su tamaño.

D

D1

A. resistente (mm^2)

Fuerza por perno (kg)

Lím. elástico (kg/mm^2)

Fuerza soportable (kg)

Factor de seguridad

10

7

38.48

5850.41

90

3463.2

0.592

12

8.5

56.75

5850.41

90

5107.5

0.873

14

10

78.54

5850.41

90

7068.6

1.208

16

12

113.1

5850.41

90

10179

1.740

18

13

132.73

5850.41

90

11945.7

2.042

20

15

176.71

5850.41

90

15903.9

2.718

22

17

226.98

5850.41

90

20428.2

3.492

24

18

254.47

5850.41

90

22902.3

3.915

27

21

346.36

5850.41

90

31172.4

5.328

30

23

415.48

5850.41

90

37393.2

6.392

33

26

530.93

5850.41

90

47783.7

8.168

Tabla 1.2.3.8.2.b. 8 pernos 10.9

Cálculos

128

D

D1

A. resistente (mm^2)

Fuerza por perno (kg)

Lím. elástico (kg/mm^2)

Fuerza soportable (kg)

Factor de seguridad

10

7

38.48

5850.41

64

2462.72

0.421

12

8.5

56.75

5850.41

64

3632

0.621

14

10

78.54

5850.41

64

5026.56

0.859

16

12

113.1

5850.41

64

7238.4

1.237

18

13

132.73

5850.41

64

8494.72

1.452

20

15

176.71

5850.41

64

11309.44

1.933

22

17

226.98

5850.41

64

14526.72

2.483

24

18

254.47

5850.41

64

16286.08

2.784

27

21

346.36

5850.41

64

22167.04

3.789

30

23

415.48

5850.41

64

26590.72

4.545

33

26

530.93

5850.41

64

33979.52

5.808

Tabla 1.2.3.8.2.c. 8 pernos 8.8

A. resistente Fuerza por perno (mm^2) (kg)

Lím. elástico (kg/mm^2)

Fuerza soportable Factor de (kg) seguridad

D

D1

10

7

38.48

7800.54

90

3463.2

0.444

12

8.5

56.75

7800.54

90

5107.5

0.655

14

10

78.54

7800.54

90

7068.6

0.906

16

12

113.1

7800.54

90

10179

1.305

18

13

132.73

7800.54

90

11945.7

1.531

20

15

176.71

7800.54

90

15903.9

2.039

22

17

226.98

7800.54

90

20428.2

2.619

24

18

254.47

7800.54

90

22902.3

2.936

27

21

346.36

7800.54

90

31172.4

3.996

30

23

415.48

7800.54

90

37393.2

4.794

33

26

530.93

7800.54

90

47783.7

6.126

Tabla 1.2.3.8.2.d. 6 pernos 10.9

Cálculos

129

A resistente Fuerza por perno (mm^2) (kg)

Lím. elástico (kg/mm^2)

Fuerza soportable (kg)

Factor de seguridad

7800.54

64

2462.72

0.316

56.75

7800.54

64

3632

0.466

10

78.54

7800.54

64

5026.56

0.644

16

12

113.1

7800.54

64

7238.4

0.928

18

13

132.73

7800.54

64

8494.72

1.089

20

15

176.71

7800.54

64

11309.44

1.450

22

17

226.98

7800.54

64

14526.72

1.862

24

18

254.47

7800.54

64

16286.08

2.088

27

21

346.36

7800.54

64

22167.04

2.842

30

23

415.48

7800.54

64

26590.72

3.409

33

26

530.93

7800.54

64

33979.52

4.356

Lím. elástico (kg/mm^2)

Fuerza soportable (kg)

Factor de seguridad

D

D1

10

7

38.48

12

8.5

14

Tabla 1.2.3.8.2.e. 6 pernos 8.8

A resistente Fuerza por perno (mm^2) (kg)

D

D1

10

7

38.48

11700.81

90

3463.2

0.296

12

8.5

56.75

11700.81

90

5107.5

0.437

14

10

78.54

11700.81

90

7068.6

0.604

16

12

113.1

11700.81

90

10179

0.870

18

13

132.73

11700.81

90

11945.7

1.021

20

15

176.71

11700.81

90

15903.9

1.359

22

17

226.98

11700.81

90

20428.2

1.746

24

18

254.47

11700.81

90

22902.3

1.957

27

21

346.36

11700.81

90

31172.4

2.664

30

23

415.48

11700.81

90

37393.2

3.196

33

26

530.93

11700.81

90

47783.7

4.084

Tabla 1.2.3.8.2.f. 4 pernos 10.9

Cálculos

130

D

D1

A resistente Fuerza por perno Lím. elástico Fuerza (mm^2) (kg) (kg/mm^2) soportable (kg)

Factor de seguridad

10

7

38.48

11700.81

64

2462.72

0.210

12

8.5

56.75

11700.81

64

3632

0.310

14

10

78.54

11700.81

64

5026.56

0.430

16

12

113.1

11700.81

64

7238.4

0.619

18

13

132.73

11700.81

64

8494.72

0.726

20

15

176.71

11700.81

64

11309.44

0.967

22

17

226.98

11700.81

64

14526.72

1.242

24

18

254.47

11700.81

64

16286.08

1.392

27

21

346.36

11700.81

64

22167.04

1.894

30

23

415.48

11700.81

64

26590.72

2.273

33

26

530.93

11700.81

64

33979.52

2.904

Tabla 1.2.3.8.2.g. 4 pernos 8.8

La opción de instalar seis pernos tipo 10.9 cuyas dimensiones son D=33 y D1 = 26 ofrece un factor de seguridad 6,13. Se elegirá esta opción y se comprobará si es válida para las condiciones de frenado brusco que se describen a continuación.

1.2.3.8.3. Condiciones de frenado brusco 1.2.3.8.3.1. Momento de inercia del rodete Se estudiará si los pernos elegidos resisten un frenado brusco producido por un gripado de la máquina. Este estudio se realizará mediante la ecuación siguiente: M =J⋅

dw dt

Donde J es el momento de inercia del rodete, que se calcula aproximando este elemento a una serie de discos huecos con el mismo eje de revolución, cuyos momentos de inercia se calculan mediante la ecuación:

Cálculos

131

1 ⋅ M ⋅ (r 2 + b 2 ) 2

Jd =

Siendo M la masa del disco (producto del volumen por la densidad), r el radio exterior y b el radio interior. La masa se calculará mediante la siguiente ecuación: M = ρ — ̟ — (r2 – b2) — h Siendo h la altura del disco y ρ la densidad del acero inoxidable (7850 kg/m3). La ecuación del cálculo del momento de inercia de un disco hueco queda de la siguiente forma: J=

1 ⋅ ρ ⋅ π ⋅ h ⋅ (r 2 − b 2 ) ⋅ (r 2 + b 2 ) 2

Para la forma del rodete dada en la figura 1.2.3.8.3.1.a se tomará un número suficientemente elevado de cilindros huecos que den un resultado del momento de inercia del rodete suficientemente ajustado. Dichos resultados se muestran en la tabla 1.2.3.8.3.1.a.

Figura 1.2.3.8.3.1.a. Forma del rodete

Radio externo r

Radio interno b

Altura h

(mm)

(mm)

(mm)

J (kgm^2)

78.79

48.69

6.84

0.00278

80.33

48.69

6.84

0.00304

Cálculos

132

86.84

48.69

6.84

0.00432

91.13

48.69

6.84

0.00534

95.28

48.69

6.84

0.00648

99.64

48.69

6.84

0.00784

104.07

48.69

6.84

0.00942

108.63

52.13

6.84

0.01112

113.32

56.12

6.84

0.01307

118.08

60.11

6.84

0.01529

122.84

64.11

6.84

0.01778

127.61

68.10

6.84

0.02055

133.04

72.09

6.84

0.02414

138.20

76.09

6.84

0.02793

143.63

80.08

6.84

0.03242

149.20

84.08

6.84

0.03757

154.96

88.07

6.84

0.04355

160.99

92.06

6.84

0.05059

167.17

96.06

6.84

0.05867

173.47

100.11

6.84

0.06789

180.11

103.69

6.84

0.07899

187.15

103.69

6.84

0.09370

194.39

103.69

6.84

0.11067

201.97

103.69

6.84

0.13057

209.68

103.69

6.84

0.15326

217.59

103.69

6.84

0.17929

225.97

103.69

6.84

0.21015

234.96

103.69

6.84

0.24726

244.55

103.69

6.84

0.29185

254.81

103.69

6.84

0.34574

265.67

103.69

6.84

0.41035

280.15

103.69

6.84

0.50973

Cálculos

133

290.88

103.69

6.84

0.59399

305.50

103.69

6.84

0.72481

321.93

101.91

6.84

0.89667

341.37

97.48

6.84

1.13764

365.51

93.97

6.84

1.49863

227.98

89.96

6.84

0.22231

216.45

85.97

6.84

0.18050

214.30

81.99

6.84

0.17407

214.30

78.00

6.84

0.17475

214.30

74.02

6.84

0.17534

214.30

70.04

6.84

0.17585

214.30

66.05

6.84

0.17627

214.30

62.21

6.84

0.17661

214.30

62.21

6.84

0.17661

214.30

62.21

6.84

0.17661

214.30

62.21

6.84

0.17661

214.30

69.12

6.84

0.17595

214.30

69.12

6.84

0.17595

214.30

69.12

6.84

0.17595

214.30

73.97

6.84

0.17535

365.51

228.52

6.84

1.27523

400.04

253.26

6.84

1.81289

455.70

278.88

6.84

3.12658

455.70

304.29

6.84

2.91365

445.44

329.91

6.84

2.32111

402.32

394.01

6.84

0.17707

381.54

378.58

6.84

0.05470

404.40

394.01

6.84

0.22309

383.55

373.29

6.84

0.18758

404.40

394.01

6.84

0.22309

Cálculos

134

383.55

373.29

6.84

0.18757

404.40

394.01

6.84

0.22309

383.55

373.29

6.84

0.18757

Tabla 1.2.3.8.3.1.a. Momento de inercia de las superficies que componen el rodete

La suma de todos los momentos de inercia de las superficies cilíndricas es el valor del momento de inercia del rodete: 23,68 kgm2

1.2.3.8.3.2. Comprobación de la validez de los pernos elegidos Se comprobará el factor de seguridad de los pernos elegidos ante una deceleración desde la velocidad de giro nominal hasta la parada total en un tiempo de dos segundos. En estas condiciones soportarán un par máximo que es la suma del par nominal transmitido más el par de frenado: Mmáximo = Mnominal + Mfrenado

M frenado = J ⋅

dw = 23,68 ⋅ dt

600 ⋅ 2

2π 60 = 743,77 Nm

Mmáximo = 16118,14 Nm La fuerza de rozamiento necesaria para conseguir transmitir este par es la siguiente: Froz =

M máximo = 110711N = 11285,5kg Rmedio _ eqv

Que por cada perno supone

Froz = 1881kg 6

Dividido por el coeficiente de rozamiento da la fuerza normal que tiene que hacer cada perno:

Cálculos

135

Nperno = 8177,9 kg Los pernos elegidos soportaban 47783 kg, lo que da un nuevo factor de seguridad de: 47783 = 5,84 8177,9 Se comprueba que el tipo de perno elegido sigue siendo válido, dado que el factor de seguridad tiene que ser de al menos 4.

1.2.4. Alternador Se instalará un alternador trifásico sin escobillas, previsto para trabajar hasta una altura de 1000 m sobre el nivel del mar. Sus características se muestran en los anexos.

1.3 Estudio económico

1.3. Estudio económico. Índice general Página 1.3.1. Introducción

138

1.3.2. Índice de potencia 138 1.3.3. Índice de energía

139

1.3.4. Análisis de la rentabilidad de la central

140

1.3.4.1. Introducción al análisis de rentabilidad

140

1.3.4.2. Valor actual neto (VAN)

141

1.3.4.3. Tasa interna de retorno (TIR)

142

1.3.4.4. Estudio de viabilidad económica

142

1.3.4.4.1. Ingresos

142

1.3.4.4.2. Gastos

143

1.3.4.4.3. Resultados

143

Estudio económico

138

1.3.1. Introducción El estudio económico tiene como finalidad evaluar la viabilidad de un proyecto, considerando, si las hubiera, las diferentes posibilidades planteadas para averiguar cuál de ellas resulta más rentable. Un proyecto de una central minihidroeléctrica requiere la realización de pagos a lo largo de su periodo de vida, estimado en veinticinco o treinta años típicamente. Entre los pagos se encuentra la inversión inicial, que difiere en el tiempo gracias a la financiación externa, unas cantidades anuales fijas (seguros e impuestos que gravan los ingresos) y unas cantidades anuales variables (gastos de operación y mantenimiento). Los ingresos de una central minihidroeléctrica proceden de la venta de energía generada. A diferencia de las centrales térmicas, las hidroeléctricas requieren en general una inversión mayor. Por el contrario, los costes de explotación son menores, principalmente debido a que no requiere combustible para su funcionamiento.

1.3.2. Índice de potencia Se define el índice de potencia como el cociente entre la inversión inicial y la potencia instalada. Se emplea para comparar diferentes proyectos. La potencia instalada de la central del proyecto es de 1 MW y la inversión inicial, calculada en el presupuesto, es de 2.599.351,73 €. Con estos datos se obtiene el índice de potencia siguiente: I .P. =

2599351.73 = 2599.35 €/kW 1000

Estudio económico

139

1.3.3. Índice de energía Se calculará la energía que produce la central a lo largo del año medio representativo, que como se vio en el estudio hidrológico, fue el año 1996-97. El caudal medio el cada mes del año considerado se puede ver en la tabla 1.3.3.a.

MES

Caudal medio (m3/seg)

OCT

1.64

NOV

1.35

DIC

1.08

ENE

3.29

FEB

4.71

MAR

2.28

ABR

3.47

MAY

3.92

JUN

4.48

JUL

3.73

AGO

3.51

SEP

3.40

Tabla 1.3.3.a. Caudales medios durante el año considerado

La central sólo podrá funcionar durante los meses en los que el caudal supere el mínimo técnico, es decir, 1,4 m3/s. Este caudal se supera durante diez meses del año. La tabla 1.3.3.b muestra la energía que podría producir la central a lo largo del año medio, que será la considerada para llevar a cabo el estudio de viabilidad.

Estudio económico

140

MES

Rendimiento

Energía (kWh)

OCT

0.76

227810

ENE

0.933

559334

FEB

0.8

621300

MAR

0.85

353228

ABR

0.925

567141

MAY

0.885

633052

JUN

0.82

648005

JUL

0.915

623344

AGO

0.925

592347

SEP

0.93

557535

Total (kWh)

5383094

Tabla 1.3.3.b. Energía producida por la central durante el año medio

Se define el índice de energía como el cociente entre la inversión inicial y la energía producida al año. Su valor es el siguiente: I .E . =

2599351.73 = 0.483 €/kWh 5383094

1.3.4. Análisis de la rentabilidad de la central 1.3.4.1. Introducción al análisis de rentabilidad Para este estudio se van a considerar los siguientes aspectos: − Inversión inicial: La suma de los pagos por la adquisición de los distintos aparatos y la puesta en servicio de la central. El valor de la inversión inicial es de 2.599.351 €.

Estudio económico

141

− Pagos: Los realizados a lo largo del periodo de explotación por operación y mantenimiento. − Vida útil del proyecto: Se tomarán los primeros veinticinco años. − Impuestos: Se tomará un IVA del 16%. − Índice de precios al consumo: Se tomará un 2,5% de IPC.

1.3.4.2. Valor actual neto (VAN) Se denomina VAN de una cantidad A a percibir durante n años con una tasa de interés i a la cantidad que, en caso de tenerse hoy, generaría al cabo de los n años antes mencionados la cantidad A. VAN =

A (i + 1) n

En este tipo de proyectos se desembolsa inicialmente el total de la inversión,

teniendo

posteriormente

cargas

monetarias

que

estarán

compuestas de ingresos y gastos, generalmente variables. La expresión se transforma en la siguiente:

C t − Pt t t =1 (1 + i ) n

VAN = − I + ∑

Donde: − I es la inversión inicial. − Ct son los cobros del año. − Pt son los gastos del año. − i es la tasa de interés. Generalmente se toma entre un 8% y un 10%. − n es el número de periodos, en este caso, 25.

Estudio económico

142

El VAN debe ser positivo para poder aceptar una inversión, y entre dos proyectos, se tomará el que tenga un VAN más alto. Un VAN positivo implica que la diferencia entre los ingresos y los gastos más la inversión inicial toman un valor positivo.

1.3.4.3. Tasa interna de retorno (TIR) Tasa de interés que hace nulo el valor actual neto. En la expresión del VAN se tendría lo siguiente: n

0 = −I + ∑ t =1

C t − Pt (1 + TIR) t

El TIR se puede tomar como la tasa de interés que el proyecto es capaz de proporcionar. Entre dos proyectos, será más rentable el que presente un TIR más alto.

1.3.4.4. Estudio de viabilidad económica 1.3.4.4.1. Ingresos Serán los producidos por la venta de energía eléctrica producida por la central. Para llevar a cabo los cálculos se realizará el supuesto de que la central se acoge a la tarifa regulada, en la que, como se puede ver en la tabla 1.1.2.2.a de la memoria descriptiva del proyecto, los ingresos serían de 8,0613 c€/kWh para este tipo de central durante los primeros veinticinco años. A partir de la energía producida durante el año medio de referencia se puede calcular qué ingresos va a producir la central al año: Ingresosaño = 5383094 kWh — 8,0613 c€/kWh = 433.947,36 €

Estudio económico

143

Este valor de ingresos se actualizará anualmente con un IPC del 2,5%.

1.3.4.4.2. Gastos Se calcularán los gastos de mantenimiento con la expresión:

Mantenimientoaño = 450 ⋅ Pot.instalada (kW ) = 14.230,25 €/año Incluyendo el IVA, el coste anual de mantenimiento asciende a 16.507,09 €. Se actualizará cada año con un IPC del 2,5%.

1.3.4.4.3. Resultados

AÑO

INGRESOS

GASTOS

INGRESOS -

OPERACIÓN

GASTOS

VAN i = 5%

VAN i = 7.5%

VAN i = 12.5%

0

0

0

-2599351.73

-2599351.73

-2599351.73

1

433947.36

0

433947.36

-2186068.53

-2195679.77

-2213620.74

2

444796.04

16507.09

428288.95

-1797597.82

-1825067.37

-1875219.59

3

455915.95

16919.77

438996.18

-1418376.42

-1471692.75

-1566898.55

4

467313.84

17342.76

449971.08

-1048184.10

-1134754.17

-1285983.82

5

478996.69

17776.33

461220.36

-686805.88

-813487.15

-1030039.28

6

490971.61

18220.74

472750.87

-334031.90

-507162.78

-796845.38

7

503245.90

18676.26

484569.64

10342.70

-215086.05

-584379.81

8

515827.04

19143.16

496683.88

346517.90

63405.71

-390800.08

9

528722.72

19621.74

509100.98

674688.93

328944.37

-214427.44

10

541940.79

20112.29

521828.50

995046.36

582132.39

-53732.36

11

555489.31

20615.09

534874.22

1307776.24

823544.22

92678.71

12

569376.54

21130.47

548246.07

1613060.16

1053727.60

226075.46

13

583610.95

21658.73

561952.22

1911075.43

1273204.77

347614.73

14

598201.23

22200.20

576001.03

2201995.09

1482473.70

458350.50

15

613156.26

22755.21

590401.05

2485988.09

1682009.20

559243.10

16

628485.17

23324.09

605161.08

2763219.35

1872263.97

651167.46

17

644197.29

23907.19

620290.11

3033849.87

2053669.68

734920.77

18

660302.23

24504.87

635797.36

3298036.80

2226637.92

811229.34

19

676809.78

25117.49

651692.29

3555933.57

2391561.13

880754.92

construcción

Estudio económico

144

20

693730.03

25745.43

667984.60

3807689.94

2548813.49

944100.46

21

711073.28

26389.06

684684.22

4053452.12

2698751.78

1001815.28

22

728850.11

27048.79

701801.32

4293362.81

2841716.20

1054399.89

23

747071.36

27725.01

719346.35

4527561.34

2978031.11

1102310.32

24

765748.15

28418.13

737330.01

4756183.72

3108005.80

1145962.04

25

784891.85

29128.59

755763.26

4979362.70

3231935.15

1185733.61

En la tabla se pueden ver los retornos de la inversión siguientes: − Seis años para una tasa de interés del 5%. − Siete años para una tasa de interés del 7,5%. − Diez años para una tasa de interés del 12,5%.

Se trata de tasas de retorno que mejoran a las esperables en este tipo de proyectos, por lo que la rentabilidad de la inversión está asegurada.

1.4 Impacto ambiental

1.4 Impacto ambiental. Índice general Página

1.4.1. Introducción

147

1.4.2. Tipos de impacto ambiental

148

1.4.3. Impactos en la fase de construcción

150

1.4.3.1. Construcción de un embalse

150

1.4.3.2. Obra civil adicional

151

1.4.4. Impactos en la fase de explotación

152

1.4.4.1. Impacto sónico

152

1.4.4.2. Impacto paisajístico

153

1.4.4.3. Impacto biológico

153

1.4.4.3.1. Impacto biológico en el embalse

153

1.4.4.3.2. Impacto biológico en el cauce del río

154

1.4.4.3.2.1. Caudal ecológico

154

1.4.4.3.2.2. Pasos ascendentes

156

1.4.4.3.2.3. Pasos descendentes

156

1.4.4.3.3. Impacto biológico sobre la fauna de tierra

157

1.4.4.3.4. Impacto biológico sobre las aves

157

1.4.4.4. Impacto sobre objetos culturales y arqueológicos

158

1.4.4.5. Impacto de la línea eléctrica sobre las personas

158

1.4.5. Conclusión del estudio ambiental

158

Impacto ambiental

147

1.4.1. Introducción El compromiso adoptado por la Unión Europea acerca de la reducción de emisiones de CO2 es únicamente alcanzable si se alteran las políticas energéticas en lo referente a las energías renovables y el incremento de las eficiencias energéticas. En lo referente al empleo de la energía hidráulica de carácter renovable, el Plan de Energías Renovables, del que se ha hablado con anterioridad en este proyecto, fija unos objetivos para el año 2010. Conseguir estos objetivos tendría como consecuencia una disminución de los combustibles fósiles en un 10% y dejar de emitir por ello 180 millones de toneladas de CO2 al año. Los principales obstáculos que se encuentra la energía hidroeléctrica son de tipo administrativo, dado que se trata de una tecnología sumamente madura, y concretamente problemas de tipo medioambiental. Para construir una central minihidráulica, si bien produce un impacto mínimo en el medio ambiente, existen una serie de factores que deben ser tenidos en cuenta, dado que normalmente se construyen en zonas muy sensibles. Las diferentes causas de impacto ambiental deberán ser identificadas y resueltas antes de la ejecución de una obra de estas características. Las medidas correctoras en muchas ocasiones presentan dificultades porque están sujetas a interpretaciones muy subjetivas. La solución pasa por mantener un diálogo continuado con las instituciones, al mismo tiempo que se informa a la población de todo lo referente al proyecto.

Impacto ambiental

148

1.4.2. Tipos de impacto ambiental Los impactos derivados de la construcción de una central de este tipo varían en función de la ubicación y de la tecnología que se emplee. No es lo mismo construir una central en una llanura que en una montaña, ni tampoco se crea el mismo impacto si se emplea un embalse regulador o si la central es de agua fluyente. Las tablas que se muestran a continuación contienen una relación genérica de los impactos ambientales que se pueden dar a lo largo de las diferentes fases de un proyecto de construcción de una instalación de electrificación.

Causa de impacto

Receptor

tráfico generado

Importa ncia

Ruidos

Baja

Accidentes

Baja

Efectos de las emisiones en la salud

Baja

Aire

Emisiones de vehículos

Baja

Cambio climático

Emisiones de vehículos

Baja

Ruidos

Baja

Accidentes

Media

Acceso más sencillo

Media

Pérdida de producción futura

Baja

Heridas leves

Media

Heridas graves

Alta

Muertes

Alta

Beneficios para la localidad

Alta

Beneficios a nivel nacional

Media

Público general

Construcción de caminos y

Impacto

Animales salvajes

Bosque

Accidentes

Creación de empleo

Trabajadores

Público general

Tabla 1.4.2.a. Impactos en la construcción de instalaciones de generación de electricidad

Impacto ambiental

149

Causa de impacto

Receptor

Impacto

Importancia

Trabajadores

Sobre su salud

Media

Habitantes

Sobre su salud

Media

Peces

Pérdida de hábitat

Alta

Plantas acuáticas

Pérdida de hábitat

Media

Aves

Pérdida de hábitat

Media

Fauna

Pérdida de hábitat

Media

Calidad del agua

Contaminantes

Baja

Estéticos

Alta

Ruidos

Cambio en caudal del río

Público general

Agricultura Forestal Ecosistema acuático

Culturales y arqueológicos

Alta

Pérdida de cascadas

Alta

Pérdida de terreno

Alta

Pérdida de producción futura

Alta

Pérdida de hábitat

Alta

Clima local

Insignificante

Calentamiento global

No probado

Calidad del agua

Eutrofización

Baja

Objetos culturales y arqueológicos

Pérdida de objetos

Alta

Por embalses y presas

Público general

Tabla 1.4.2.b. Impactos en la explotación de instalaciones de generación de electricidad

Causa de impacto

Accidentes

Receptor

Trabajadores

Impacto

Importancia

Accidentes leves

Media

Accidentes graves

Alta

Muertes

Alta

Aumento de los ingresos

Público

Empleo, efectos locales y

locales

general

nacionales

Alta

Tabla 1.4.2.c. Impactos en la construcción de instalaciones de transmisión de electricidad

Impacto ambiental

Causa de impacto

Presencia física

Campos electromagnéticos

Accidentes

Accidentes de mantenimiento

150

Receptor

Impacto

Importancia

Forestal

Pérdida de producción futura

Media

Público general

Intrusión visual

Media

Aves

Heridas y muertes

Media

Público general

Cáncer

Inexistente

Leves

Insignificante

Graves

Insignificante

Muertes

Insignificante

Leves

Insignificante

Graves

Insignificante

Muertes

Insignificante

Público general

Trabajadores

Tabla 1.4.2.d. Impactos en la explotación de instalaciones de transmisión de electricidad

1.4.3. Impactos en la fase de construcción El menor impacto ambiental al construir este tipo de instalaciones se da cuando se emplea un embalse ya construido, un canal de riego o una instalación de agua potable. Esto se debe a que únicamente hay que construir la casa de máquinas y el canal de descarga, cuyos impactos son mucho más reducidos que los que genera la construcción de la presa o el canal. Por otro lado, son las centrales minihidráulicas de agua fluyente las que producen un mayor impacto ambiental.

1.4.3.1. Construcción de un embalse En el presente proyecto no existirá impacto asociado a este hecho, pues aprovecha el embalse de Valmayor y parte de sus conducciones.

Impacto ambiental

151

Entre los impactos que crea la construcción de un embalse destacan la pérdida del suelo por el terreno que queda inundado, la construcción de nuevos caminos, plataformas de trabajo, movimiento de tierras o la fabricación de hormigón, que requeriría una cantera de áridos. La nueva presa crea una barrera cuyas consecuencias deberán ser estudiadas antes de su construcción. Todos los impactos ambientales descritos ya tienen una serie de medidas diseñadas para mitigarlos. Serían similares a la construcción de una infraestructura.

1.4.3.2. Obra civil adicional El posible aumento de la turbidez de las aguas hace que sea recomendable realizar las obras en épocas de escasez de lluvias. Esto supone una ventaja, pues será entonces cuando menos posibilidades de explotar el recurso haya. Deberá hacerse una reforestación en el terreno tan pronto como sea posible. Se realizará con especies autóctonas y su selección y adquisición formará parte de las fases del proyecto. La contratación de trabajadores supone un impacto positivo para el entorno siempre que no se trate de un espacio natural protegido. Los transportes producen ruidos y emisiones que pueden perturbar el entorno de la central. Los desplazamientos deberán ser planificados de cara a evitar recorridos innecesarios.

Impacto ambiental

152

1.4.4. Impactos en la fase de explotación Los impactos en la fase de explotación son los más críticos, dado que a diferencia de los que se encuentran en la fase de construcción, estos perduran en el tiempo.

1.4.4.1. Impacto sónico La principal fuente de ruidos de una central minihidráulica viene de la turbina y el reductor en caso de que exista. Para mitigar los efectos del ruido se emplean tolerancias ajustadas para los engranajes, mantas aislantes y la posibilidad de una refrigeración por agua en lugar de por aire. El edificio se dotará de aislantes acústicos y absorbentes en los aislamientos térmicos, de forma que se minimice el ruido que sale al exterior. Deberá optimizarse el funcionamiento de la turbina para evitar las vibraciones que se producen, especialmente en las Francis cuando funcionan a baja carga. Si se refrigera por aire se pueden limitar su velocidad por los conductos, construidos con materiales absorbentes, e instalar silenciadores en las chimeneas. Actualmente se tiende a aumentar los caudales de ventilación para disminuir la cantidad de cobre empleada en los generadores y sustituir la fundición por otros materiales menos absorbentes de vibración. Estos procedimientos aumentan las emisiones de ruido y deberían ser evitados en la medida de lo posible.

Impacto ambiental

153

1.4.4.2. Impacto paisajístico Se debe a un rechazo generalizado a cambios en el entorno, especialmente acentuado en las zonas montañosas o las urbanas de carácter histórico. Se trata de un impacto de vital importancia en la actualidad y gran parte de los proyectos son abandonados por esta razón. Se minimiza empleando pinturas no reflectantes o construyendo presas con materiales que simulan rocas del entorno. Por otra parte, se debe evitar que la casa de máquinas parezca un edificio industrial. También se puede incluir la subestación en el edificio de máquinas y emplear conductores enterrados. En el caso de la central de Valmayor, el impacto paisajístico es poco importante, dado que se va a construir al pie de la presa y aprovechando parte de una construcción ya existente.

1.4.4.3. Impacto biológico 1.4.4.3.1. Impacto biológico en el embalse Al construir un embalse se introduce en la zona un tipo de fauna que compite con la ya existente. Se minimiza construyendo barreras para impedir que dicha fauna remonte el cauce del río. Turbinar el agua intermitentemente provoca en ocasiones fluctuaciones del nivel del río aguas abajo. En el caso de Valmayor esto no se producirá, pues cuando no funcione la central el agua seguirá fluyendo, dado que aprovecha el caudal que se dirige a la estación de tratamiento de agua potable y el caudal ecológico del río.

Impacto ambiental

154

1.4.4.3.2. Impacto biológico en el cauce del río En las centrales de agua fluyente existe un tramo del río que está sometido a grandes variaciones de caudal dependiendo de si se está turbinando o no. Este tramo es el comprendido entre la toma de agua y la central hidroeléctrica. Si se turbinara la totalidad del río dicho tramo quedaría completamente seco. La fauna piscícola que vive a las orillas del río en el tramo considerado es la principal perjudicada por este hecho. La central de Valmayor no deberá afrontar este problema al estar construida al pie de la presa y en una canalización ya existente.

1.4.4.3.2.1. Caudal ecológico Existen dos métodos para determinar el caudal permanente que debe fluir por un río: •

Métodos hidrológicos: Se basan en el análisis de los históricos disponibles de los caudales o en el empleo de porcentajes fijos, entre los que se encuentran los siguientes: -

Emplear un porcentaje sobre el caudal medio del río.

-

Emplear la fórmula de Matthey basada en los caudales superados durante la mayoría de un año.

-

Emplear el método de Tennant, que propone el uso de porcentajes que varían con la época del año.

Impacto ambiental

•

155

Métodos hidrobiológicos: Análisis de datos de campo obtenidos para cada río que consideran parámetros hidráulicos y bióticos. -

Método de análisis de hábitat.

-

Método del perímetro mojado.

-

Análisis incremental.

-

Método de los microhábitats de Bovee y Milhous.

-

Método de conservación de hábitats de Nehring.

-

Métodos MDDDR y DBR.

-

Método DGB.

-

Método de anchura ponderada útil.

Los métodos hidrológicos son más simples, pero se encuentran faltos de rigor científico y sus resultados pueden ser interpretados de forma arbitraria. Los métodos de simulación requieren largos periodos de estudio que únicamente valen para un río y además pueden resultar igualmente arbitrarios. El caudal mínimo ecológico en la Unión Europea se determina normalmente por un porcentaje del caudal medio interanual. La central del embalse de Valmayor respetará el caudal ecológico, dado que turbina únicamente el caudal de salida de la presa.

Impacto ambiental

156

1.4.4.3.2.2. Pasos ascendentes Se deben tener en cuenta las migraciones de los peces río arriba, que se verán interrumpidas cuando se construya un embalse o una central. La solución más común es construir estanques sucesivos comunicados entre si. De esta forma se minimiza el efecto que tiene la mano del hombre en estos hábitats tan sensibles. El tamaño y desnivel de los estanques dependerán de las especies implicadas. En desniveles de pequeño tamaño se emplean pasos con tabiques de tipo vertical, mientras que si el desnivel es grande deberá recurrirse a dispositivos de captura y transporte. Unas rejas impedirán que los peces entren en el canal de salida de la turbina.

1.4.4.3.2.3. Pasos descendentes Los peces, en su migración de vuelta río abajo, pueden terminar por introducirse en la tubería forzada. La mortalidad crece cuando la turbina se encuentra a carga parcial. Se instalarán rejillas adecuadas al tamaño de los peces existentes, y antes de ellas, unas barreras físicas que impidan que se vean atrapados por la fuerza del agua que va hacia la turbina. La orientación respecto del río no debe tener un ángulo mayor de 45º. Las barreras pueden ser fijas o móviles. Cuando la velocidad de entrada del agua es elevada se recurre a tambores giratorios horizontales.

Impacto ambiental

157

Otra forma de minimizar los daños es instalar la captación en la dirección de la orilla, teniendo en cuenta que la velocidad de entrada del agua debe ser moderada para evitar pérdidas de carga. La siguiente solución que se puede adoptar son los llamados sistemas de guía del comportamiento, que mediante burbujas, focos de luz o sistemas acústicos consiguen que los peces desvíen su trayectoria y se alejen de la captación. Los métodos de recogida y liberación son similares a los descritos en el apartado de pasos ascendentes. Capturan los peces antes de su llegada a la captación y los devuelven en u punto más alejado aguas abajo.

1.4.4.3.3. Impacto biológico sobre la fauna de tierra Los canales suponen un obstáculo para el movimiento de las diferentes especies de tierra. Este impacto se minimiza cubriendo los canales.

1.4.4.3.4. Impacto biológico sobre las aves Existe un riesgo de que las aves se electrocuten con los cables que salen de la central hidráulica. Para minimizar este riesgo se recomienda que en las zonas de especial importancia para las aves las líneas se sitúen en la base de los riscos o próximas a las pantallas de los árboles, de forma que las aves se vean obligadas a volar a una altura mayor.

Impacto ambiental

158

1.4.4.4. Impacto sobre objetos culturales y arqueológicos Al construir un embalse quedará anegada una amplia zona, por lo que es importante tener en cuenta si existirán objetos culturales o arqueológicos que vayan a desaparecer.

1.4.4.5. Impacto de la línea eléctrica sobre las personas Tras múltiples estudios se ha llegado a la conclusión de que residir cerca de una línea eléctrica no incrementa los riesgos de sufrir cáncer o leucemia infantil. Las tensiones empleadas en minihidráulica son siempre menores de 66 kV, dependiendo de la línea eléctrica existente más cercana, por lo que los campos magnéticos generados son débiles.

1.4.5. Conclusión del estudio ambiental Se ha comprobado que la central minihidráulica que se va a instalar en el embalse de Valmayor crea un impacto ambiental muy reducido. Al estar el embalse construido previamente, se eliminan los efectos negativos que suponen una obra de estas características, y dado que la central va a estar situada al pie de la presa no crea ningún impacto paisajístico. El impacto sónico es reducido al ser una central de poca potencia y estar confinada en un edificio fabricado en materiales absorbentes, y el impacto biológico se evita con la instalación de las rejillas adecuadas a la entrada del tubo de aspiración y en el canal de salida. Por todo lo dicho en este apartado de síntesis y en los anteriores de este estudio se concluye que se trata de una instalación ecológicamente

Impacto ambiental

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sostenible, que ayudará a reducir las emisiones de CO2 derivadas del empleo de otras fuentes de energía.

1.5 Anexos

1.5. Anexos. Índice general Página 1.5.1. Datos hidrológicos del embalse de Valmayor

162

1.5.2. Vista en planta de la presa de Valmayor

165

1.5.3. Características del alternador

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1.5.4. Bibliografía 168

Anexos

1.5.1. Datos hidrológicos del embalse de Valmayor

162

Anexos

163

Anexos

164

Anexos

1.5.2. Vista en planta de la presa de Valmayor

165

Anexos

1.5.3. Características del alternador

166

Anexos

167

Anexos

168

1.5.4. Bibliografía [MATA75] Mataix, Claudio, “Turbomáquinas Hidráulicas”, ICAI, 1975. [WHIT04] White, Frank M., “Mecánica de Fluidos”, McGraw Hill, 2004. [IDAE05] Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía, “Resumen del Plan de Energías Renovables 2005-2010”, Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, 2005.

Páginas web consultadas: − Confederación Hidrográfica del Tajo: www.chtajo.es − Canal de Isabel II: www.cyii.es − Ministerio de Medio Ambiente: www.mma.es − Red Eléctrica de España: www.ree.es − UNESA: www.unesa.es − Boletín Oficial del Estado: www.boe.es

2 Planos

2.1 Lista de planos

2.1. Lista de planos

PLANO Nº 1. Rodete PLANO Nº 2. Rodete (conjunto) PLANO Nº 3. Distribuidor Fink PLANO Nº 4. Álabe directriz PLANO Nº 5. Cámara espiral PLANO Nº 6. Tubo de aspiración PLANO Nº 7. Codo del tubo de aspiración PLANO Nº 8. Plano general de la central

2.2 Planos

3 Pliego de condiciones

DOCUMENTO Nº 3: PLIEGO DE CONDICIONES

ÍNDICE GENERAL

Páginas 3.1. PLIEGO DE CONDICIONES GENERALES Y ECONÓMICAS 3-28 3.2. PLIEGO DE CONDICIONES TÉCNICAS Y PARTICULARES 29-116

3.1 Pliego de condiciones generales y económicas

3.1. Pliego de condiciones generales y económicas. Índice general

Página

3.1.1. Introducción

6

3.1.1.1. Objeto

6

3.1.1.2. Campo de aplicación

6

3.1.1.3. Disposición general

6

3.1.1.3.1. Condiciones facultativas legales

7

3.1.1.3.2. Seguridad en el trabajo

7

3.1.1.3.3. Seguridad pública

8

3.1.1.3.4. Expediente de contratación

8

3.1.2. Disposiciones generales

10

3.1.2.1. Adjudicación de proyectos

10

3.1.2.2. Gastos del contrato

11

3.1.2.3. Traspasos y subcontratos

11

3.1.2.4. Fianza y retención de garantía

11

3.1.3. Organización

12

3.1.3.1. Representaciones

12

3.1.3.2. Reclutamiento del personal

13

3.1.3.3. Obligaciones de carácter social

14

3.1.3.4. Medidas de seguridad

14

3.1.3.5. Propiedad industrial y comercial

14

3.1.4. Pago a los trabajadores

15

3.1.4.1. Base de liquidación

15

3.1.4.2. Precios

15

3.1.4.3. Descomposición de los precios

16

3.1.4.4. Liquidación de trabajos no previstos

16

3.1.4.5. Aumento del volumen total de los trabajos

16

3.1.4.6. Disminución del volumen total de los trabajos

17

3.1.4.7. Revisión de precios en función de las variaciones de las condiciones económicas

17

3.1.4.8. Establecimiento y liquidación de las certificaciones mensuales provisionales

19

3.1.4.9. Establecimiento y liquidación de las certificaciones definitivas

19

3.1.4.10. Disposiciones generales aplicables a todas las certificaciones

20

3.1.4.11. Trabajos defectuosos pero aceptables

20

3.1.4.12. Intereses de demora

21

3.1.5 Ejecución de trabajos y cumplimiento de los plazos

21

3.1.5.1 Plazo de ejecución. Programa de trabajo

21

3.1.5.2 Cese o aplazamiento de los trabajos

22

3.1.5.3 Quiebra o suspensión de pagos del Adjudicatario

23

3.1.5.4 Medidas coactivas

23

3.1.5.5 Penalidades y primas relacionadas con los trabajos de ejecución

24

3.1.5.6 Recepción provisional

25

3.1.5.7 Verificación

25

3.1.5.8 Recepción definitiva

26

3.1.6 Garantías

26

3.1.6.1 Garantías de buena ejecución

26

3.1.6.2 Plazo de garantía

26

3.1.6.3 Retención de garantía

27

3.1.7 Jurisdicción

28

3.1.7.1 Cláusula compromisario

28

Pliego de condiciones generales y económicas

6

3.1.1. Introducción

3.1.1.1. Objeto El pliego de Condiciones Generales y Económicas determina los requisitos a los que se tiene que ceñir la ejecución del proyecto cuyas características han sido especificadas.

3.1.1.2. Campo de aplicación Este pliego de condiciones determina la construcción, venta, recepción y verificación de la minicentral hidroeléctrica que se situará en el embalse de Valmayor. Los pliegos de condiciones particulares podrán modificar las presentes prescripciones.

3.1.1.3. Disposición general El contratista estará obligado al cumplimiento de la Reglamentación del Trabajo correspondiente, la contratación del Seguro Obligatorio, Subsidio Familiar por Vejez, Seguro de Enfermedad y todas aquellas reglamentaciones sociales actualmente vigentes o que se puedan dictar en el futuro. En particular tendrá que cumplir lo dispuesto en la norma UNE 24042 siempre que no sea alterado por el presente pliego de condiciones. El encargado de realizar el proyecto deberá estar clasificado según Orden del Ministerio de Hacienda de 28 de mayo de 1968 en el Grupo, Subgrupo y Categoría correspondiente al proyecto y que se fijará en el Pliego de Condiciones Particulares.

Pliego de condiciones generales y económicas

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3.1.1.3.1. Condiciones facultativas legales Estas condiciones se regirán por lo especificado en: Reglamentación General de Contratación según el Decreto 3410175 del 25 de noviembre. Articulo 1588 y siguientes del Código Civil en los casos que su aplicación fuera necesaria al contrato. Ordenanza General de Seguridad e Higiene en el Trabajo, aprobada por Orden del 9/3/1971 del Ministerio del Trabajo. Si no se oponen a la Ordenanza General anteriormente mencionada, las siguientes disposiciones: Orden del 20 de mayo de 1952, aprobado el Reglamento de Higiene del Trabajo en la construcción y obras públicas y Órdenes complementarias del 19 de diciembre de 1953 y 23 de septiembre de 1966. Orden del 2 de febrero de 1961 sobre prohibiciones de carga manual que excedan los ochenta kilos. Cuantos preceptos sobre higiene y seguridad en el trabajo contengan las Ordenanzas Laborales, Reglamentos de Trabajo, Convenios colectivos y Reglamentos del Régimen interior en vigor.

3.1.1.3.2. Seguridad en el trabajo El contratista está obligado a cumplir las condiciones que se indican en la Ordenanza General de Seguridad e higiene en el Trabajo y cuantas en esa materia fueran de aplicación. Así mismo, deberá suministrar todo lo necesario para el mantenimiento de la maquinaria, herramientas, útiles de trabajo, materiales, en condiciones de seguridad adecuadas.

Pliego de condiciones generales y económicas

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3.1.1.3.3. Seguridad pública El contratista deberá tomar todas las medidas necesarias para garantizar la protección de personas, animales u objetos de todos los posibles peligros que el trabajo del proyecto pudiese ocasionar. Deberá asumir las responsabilidades que se derivasen de accidentes por el trabajo. El contratista mantendrá una póliza de seguros que protegerá adecuadamente a sus obreros y a si mismo frente a las responsabilidades civiles que se pudiesen producir hacia el contratista o hacia terceras personas, por la realización de los trabajos.

3.1.1.3.4. Expediente de contratación Según lo especificado en la Ley 13/95 del 18 de mayo: Se inicia de oficio por el órgano de contratación y debe incluir como mínimo: Justificación de necesidad del gasto. Presupuesto o Proyecto aprobado técnicamente previo informe de Oficina de supervisión (preceptivo si el presupuesto es mayor de 300.000 euros). Acta de replanteo en obras y certificado de disponibilidad de los terrenos. Pliego de cláusulas administrativas particulares cuando sea necesario y así lo informen los Servicios Jurídicos. Retención de Crédito.

Pliego de condiciones generales y económicas

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Procediéndose tras ello a la licitación, que se puede haces mediante tres tipos de procedimiento: Abierto: el empresario interesado podrá presentar oferta. Restringido: sólo los seleccionados pueden, si antes han pedido poder participar. Negociado: después de consultar y negociar con uno o más empresarios. La adjudicación puede ser mediante subasta o concurso. La primera opción se basa en escoger la oferta más barata y que sea inferior al presupuesto. La adjudicación por concurso consiste en tomar la oferta más ventajosa en conjunto. Los contratos catalogados como menores (obras hasta 30000 euros y asistencias técnicas y suministros hasta 12000 euros) requieren: Presupuesto, que se define como el importe en el que el servicio valora su prestación. Para obras se añadirá a la ejecución material el 23% de contrata y el IVA. Para las asistencias técnicas será el 19%, mientras que en el caso de suministros se añade únicamente el IVA al importe de los bienes adquiridos. Aprobación del gasto. Factura. En estos proyectos es conveniente reunir un número mínimo de ofertas, que se puede establecer en tres. La documentación a incluir conjuntamente con la propuesta económica es: Acreditación jurídica y su representación en caso de ser necesario. Se considera Acreditación jurídica a la escritura de constitución de la sociedad o al DNI de las personas físicas.

Pliego de condiciones generales y económicas

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Declaración de no incursión para contratar. Acreditación del cumplimiento de normas medioambientales aplicables. Resguardo de garantía provisional. Acreditación de estar al corriente de obligaciones tributarias, entre ellas figuran: Impuesto de Actividades Económicas, IRPF, declaración del IVA e IGTE, así como presentación de ingresos y pagos.

3.1.2. Disposiciones generales

3.1.2.1. Adjudicación de proyectos Los proyectos se realizarán por el sistema de contrata adjudicada en licitación, esto se podrá hacer de forma directa o bien a través de concurso restringido entre las empresas invitadas al mismo, siguiendo las normas impuestas en la documentación que formará parte de la invitación al concurso. Las empresas devolverán en el plazo señalado en sus invitaciones los documentos que constituirán la base del contrato con las indicaciones precisas. El envío por parte de las empresas de los documentos firmados implicará la obligación de mantener su propuesta en el plazo que especificaran las invitaciones que se les fueron enviadas previamente. Si expira el plazo antes mencionado sin que la Propiedad haya formalizado un contrato, la empresa invitada queda exenta de cualquier compromiso relacionado con el concurso, pues el plazo ha expirado. La Propiedad siempre tendrá las opciones de: Declarar desierto el concurso.

Pliego de condiciones generales y económicas

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Elegir el ganador del mismo (denominado Adjudicatario en adelante) según el método que estime conveniente. Convocar un nuevo concurso que anule al primero. Podrá tener normas diferentes e invitados que pueden diferir de los del primer concurso. La resolución del concurso a un Adjudicatario presupondrá la adquisición definitiva del proyecto por el mismo.

3.1.2.2. Gastos del contrato El Adjudicatario deberá correr con los gastos fiscales que pudieran originarse de la formalización del contrato, entre estos gastos pueden figurar derechos reales, provinciales o municipales, así como impuestos estatales. La parte del contrato que realice peticiones que den lugar a gastos adicionales deberá correr con los mismos.

3.1.2.3. Traspasos y subcontratos El Adjudicatario de un proyecto no tendrá la posibilidad de ceder o traspasar las obligaciones contenidas en el contrato a una tercera parte. Tampoco tendrá la posibilidad de utilizar durante la ejecución del proyecto a otra sociedad sin previo consentimiento por escrito de la Propiedad. En cualquier caso que pudiera darse el Adjudicatario será totalmente responsable del contrato acordado ante la Propiedad, el personal y terceras personas.

3.1.2.4. Fianza y retención de garantía En el contrato de Adjudicación se determinará el importe y la forma de establecer la fianza inicial y las retenciones de garantía que serán desconectadas de las certificaciones mensuales.

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La fianza inicial y las retenciones de garantía acumuladas responderán al cumplimiento de las obligaciones del Adjudicatario y quedarán en beneficio de la propiedad en caso de producirse un abandono del trabajo o una rescisión del contrato existente por causa del Adjudicatario. Al finalizar el contrato se devolverán al Adjudicatario tanto la fianza como la retención de garantía. Será necesario descontar a la suma anterior las penalizaciones que pudiesen corresponder, así como cualquier saldo en favor de la Propiedad que resultase en la liquidación final de las obras. Los medios auxiliares, elementos y materiales del Adjudicatario no podrán ser retirados de la zona de trabajo que ocupen sin la autorización expresa de la propiedad, para que puedan responder al cumplimiento de sus obligaciones en caso necesario.

3.1.3. Organización

3.1.3.1. Representaciones La Propiedad comunicará al Adjudicatario su domicilio de cara a la realización del contrato y su representante a continuación de la notificación del contrato. El Adjudicatario deberá nombrar un representante suyo a pie de obra y comunicar por escrito su identidad a la Propiedad antes de comenzar el trabajo contenido en el contrato. Deberá especificar también los poderes de este, que deberán ser lo suficientemente adecuados como para pode recibir y resolver las comunicaciones y órdenes que se pudieran dar por parte de la representación de la Propiedad. El adjudicatario no podrá emplear la ausencia de su representante como excusa para la no realización de lo que se le requiera.

Pliego de condiciones generales y económicas

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La Propiedad deberá estar conforme con la designación del representante del adjudicatario, así como el personal facultativo que llevará a cabo el proyecto contratado. En caso de existir un motivo fundado, la Propiedad podrá exigir al adjudicatario la renovación de sus representantes y de cualquier otro facultativo responsable.

3.1.3.2. Reclutamiento del personal El Adjudicatario deberá hacerse cargo de la selección y reclutamiento de la totalidad de la mano de obra que sea necesaria para la realización de los trabajos contenidos en el contrato de acuerdo con las condiciones establecidas en el mismo y con la reglamentación laboral vigente en el momento en que esto se realice. El Adjudicatario tendrá la responsabilidad de que esto se realice de forma correcta y deberá tener el máximo cuidado en la selección del personal que vaya a emplear. La Propiedad se reservará el derecho a la expulsión del personal incapaz, que desobedezca las normas de seguridad o cometa actos de insubordinación respecto a sus jefes o a los representables de la Propiedad. El Adjudicatario deberá hacer frente a los fraudes o robos cometidos por su personal en el suministro o empleo de los materiales que se empleen. El número de trabajadores de cada tipo que el Adjudicatario emplee deberá ser adecuado a la cantidad de trabajo que haya que realizar en los plazos fijados.

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3.1.3.3. Obligaciones de carácter social El Adjudicatario se comprometerá a cumplir con todas las obligaciones inherentes a su condición de patrono respecto a normativa de tipo laboral vigente en la actualidad o que pudiese aparecer durante la ejecución del contrato. También deberá abonar los gastos en que incurran las atenciones sociales que apareciesen durante la ejecución del proyecto. Por estos motivos, la Propiedad podrá exigir cuando considere oportuno al adjudicatario que justifique que se encuentra conforme a la ley respecto a la seguridad social de los trabajadores empleados por él en el proyecto.

3.1.3.4. Medidas de seguridad El Adjudicatario es responsable pleno de la seguridad de los trabajos que tenga que realizar. Correrán por su cuenta los gastos que pudiesen producirse para poder aplicar las disposiciones legales vigentes sobre esta materia (o aquellas que pudiesen aparecer durante la ejecución del proyecto), así como las disposiciones dictadas por la Inspección del Trabajo, así como cualquier otro organismo competente en la materia. Lo mismo ocurrirá con las normas de seguridad propias del tipo de proyecto para el que haya sido contratado. Todos los gastos anteriormente referidos se considerarán incluidos en el contrato, por lo que el Adjudicatario será quien se haga cargo de los mismos.

3.1.3.5. Propiedad industrial y comercial El Adjudicatario se hará responsable ante la Propiedad al suscribir el contrato contra cualquier clase de reivindicación referida a materiales,

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suministros, procedimientos y medios empleados en las obras que procedan de titulares de patente, así como licencias, planos, modelos, y marcas de fábrica o comercio. Si fuese necesario, será el Adjudicatario quien deba obtener las licencias o autorizaciones que sean necesarias, así como afrontar los gastos debidos a derechos e indemnizaciones que correspondiesen.

3.1.4. Pago a los trabajadores

3.1.4.1. Base de liquidación El trabajo contratado se pagará generalmente aplicando precios unitarios a las unidades de obra que resulten de este. No se procederá así en caso de indicaciones contrarias por parte del contrato de adjudicación. Se podrá liquidar en su totalidad o en parte, mediante partidas alzadas. Las medidas serán los datos recogidos de forma cualitativa o cuantitativa que caracterizan los trabajos efectuados, acopios realizados o los suministros efectuados. Constituyen comprobaciones del estado de los hechos y serán realizadas por el adjudicatario, quien se las presentará a la Propiedad. En caso de medidas en los trabajos, prestaciones y suministros que no son susceptibles de comprobación posterior, el Adjudicatario estará obligado a solicitar la presencia de la Propiedad para la toma contradictoria de medidas. En caso de no realizarse esto, salvo pruebas contrarias que correrán por cuenta del Adjudicatario, prevalecerán las decisiones de la Propiedad.

3.1.4.2. Precios Todos los precios unitarios no incluirán el beneficio del Adjudicatario, ni los gastos y cargas debidas a la ejecución de los trabajos que corresponden a

Pliego de condiciones generales y económicas

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cada uno de ellos, comprendidos los que resultan de las obligaciones que le son impuestas al Adjudicatario por el contrato y el presente Pliego de Condiciones Administrativas. Los precios incluirán únicamente los debidos a la adquisición de los materiales.

3.1.4.3. Descomposición de los precios La Propiedad recibirá del Adjudicatario, junto a la oferta del mismo, la descomposición de los precios, detallando los que figuren explícitamente en la oferta. Estas descomposiciones no forman un documento de tipo contractual, pero obligan al Adjudicatario de cara a la aplicación de las disposiciones relativas a la preparación de precios contradictorios.

3.1.4.4. Liquidación de trabajos no previstos Si es necesario realizar trabajos no previstos inicialmente o modificar los materiales indicados en el contrato, se procederá a la realización de nuevos precios antes de la realización de estos trabajos. Para estos nuevos precios, se tendrá en cuenta el contrato existente o se realizarán por semejanza a los de trabajos similares. Estos precios se realizarán en las mismas condiciones económicas que los precios del contrato. En caso de que esto no se realizase de mutuo acuerdo, se liquidará al Adjudicatario en base a los precios que fije la Propiedad hasta que se solucione la discrepancia.

3.1.4.5. Aumento del volumen total de los trabajos En caso de producirse un aumento de los trabajos realizados por el Adjudicatario la liquidación de los mismos será realizada en las condiciones

Pliego de condiciones generales y económicas

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que especifica el contrato, siempre que el aumento considerado no supere la cuarta parte del valor inicial del contrato. Si el aumento supera lo anteriormente considerado, el Adjudicatario y la Propiedad examinarán de común acuerdo los aumentos o disminuciones que convenga en los precios necesarios. La parte interesada en la revisión estará obligada a facilitar cuantas justificaciones sean necesarias a la otra en un plazo no superior a un mes, contando este a partir de que se comprobase la existencia del aumento. Si expira este plazo de un mes sin que se presentase ninguna justificación por una u otra parte, la liquidación de los trabajos se realizaría en las condiciones iniciales contenidas en el contrato.

3.1.4.6. Disminución del volumen total de los trabajos En caso de producirse una disminución del volumen total de los trabajos que exceda la cuarta parte del valor del contrato (en precios de origen), el Adjudicatario podrá presentar una petición de indemnización a la Propiedad basada en el perjuicio que le ocasionan las previsiones del proyecto. Dicha petición debe dirigirse a la Propiedad en un plazo no superior a un mes desde la comprobación de la disminución del volumen total de los trabajos. En caso de no producirse la petición en el plazo anteriormente citado, la petición no será aceptada por la Propiedad.

3.1.4.7. Revisión de precios en función de las variaciones de las condiciones económicas Las modificaciones que se hubieran acordado en los precios o en las fórmulas de revisión y que cumplan las condiciones anteriores se podrán aplicar a partir de las certificaciones que hayan provocado la petición.

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En caso de que la duración de los trabajos superase el plazo de ejecución contemplado en el contrato, se presentarán nuevos precios a la Propiedad. Esto se realizará tomando un tiempo para calcular los nuevos precios igual a los retrasos reconocidos y aceptados por la Propiedad en caso de que estos retrasos no sean imputables al Adjudicatario. Los precios también podrán ser revisados en caso de variación de las condiciones económicas durante la ejecución del contrato en el caso de que el contrato de adjudicación no especifique lo contrario. El contrato de adjudicación definirá los índices que se emplearán en las fórmulas de revisión utilizadas y las normas complementarias de aplicación de las mismas. Si los precios del valor del conjunto de trabajos sufren un aumento o una disminución de más de un cincuenta por ciento con relación a sus precios en origen, una de las dos partes podrá solicitar nuevos precios y nuevas fórmulas de revisión en caso de que el importe a precios de origen de los trabajos que quedan por realizar sea como mínimo igual al cinco por ciento de la totalidad del importe del contrato. Cualquier petición de aplicación de esta disposición se deberá realizar por la parte interesada a través de carta certificada y se considerará a partir del día en que esta sea recibida por la otra parte.

3.1.4.8. Establecimiento y liquidación de las certificaciones mensuales provisionales A menos que el contrato de adjudicación especifique lo contrario, los pagos se realizarán a partir de certificaciones mensuales de obra ejecutadas. El Adjudicatario será el encargado de redactar y remitir a la Propiedad una certificación provisional de los trabajos realizados en el mes anterior al final de cada mes, para que esta pueda servir de base una vez aprobada. Esta

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certificación provisional estará de acuerdo con las mediciones realizadas y aprobadas tanto por el Adjudicatario como por la Propiedad, deduciendo la certificación provisional correspondiente al mes anterior. La cláusula de revisión de precio estipulada en el contrato se tendrá en cuenta, y se aplicarán los precios del contrato o los aprobados por la Propiedad según la cláusula de revisión. Si el precio aún no hubiera sido aprobado por la propiedad, se aplicará el precio que anteriormente estuviese en vigor. Los precios que hayan sido revisados se aplicarán a los trabajos ejecutados a partir de la entrada en vigor de los nuevos precios. El abono correspondiente a una certificación provisional se efectuará siempre pendiente de la certificación definitiva, que se producirá durante los dos meses que sigan al envío de la certificación provisional a la Propiedad. Habrá una reducción del importe que se establece como garantía y se considerarán los abonos y deducciones que se pudiesen deducir de las cláusulas del contrato de adjudicación. Si la Propiedad acepta las certificaciones, se obliga al Adjudicatario en lo referido a la naturaleza y cantidad del trabajo ejecutado cuya medición se haya podido comprobar, así como a los precios que se hayan aplicado a reserva de las revisiones contractuales que hayan podido resultar de la aplicación de índices oficiales publicados con retraso.

3.1.4.9. Establecimiento y liquidación de las certificaciones definitivas La Propiedad tendrá el derecho de hacerse cargo de ciertas partes del trabajo enteramente acabadas antes de su conclusión. En caso de producirse esto, se procederá antes a una recepción provisional, por lo que se realizará una certificación parcial definitiva.

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El abono de la suma que se deba al Adjudicatario se efectuará al término de los dos meses siguientes a aquel en que se haya producido el acuerdo entre las partes acerca del importe de certificación, deduciéndose la retención de garantía y aquellas otras que resulten de la aplicación del contrato de adjudicación. A esta suma se le deducirán los pagos parciales ya realizados y se abonará sólo tras el establecimiento y la aceptación de la certificación definitiva por ambas partes.

3.1.4.10. Disposiciones generales aplicables a todas las certificaciones Tanto en las certificaciones definitivas como en las provisionales mensuales deberán aparecer de forma separada la cuantía acumulada desde el origen tanto de los trabajos liquidados por la administración como el importe global de los trabajos. Deberán también resaltar tanto los precios en origen como la incidencia de revisión en los precios. En todos los casos se efectuará según estime la Propiedad, ya sea por cheque, transferencia bancaria, o el método de pago que estime conveniente.

3.1.4.11. Trabajos defectuosos pero aceptables En caso de que el Adjudicatario realizase una unidad de trabajo que no cumpliese las condiciones estipuladas en los pliegos aplicables al citado trabajo a juicio de la Propiedad, el Adjudicatario deberá conformarse con la rebaja económica que estime la Propiedad sin posibilidad de ningún tipo de reclamación. El Adjudicatario tendrá derecho a rehacer la unidad de trabajo defectuosa a su costa respetando las condiciones existentes dentro del plazo contractual establecido.

Pliego de condiciones generales y económicas

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3.1.4.12. Intereses de demora En caso de no producirse el pago en la forma que estima conveniente la Propiedad dentro de un plazo que exceda en un mes lo especificado en artículos anteriores, se abonaría al Adjudicatario la cuantía correspondiente al interés de demora, en caso de que hubiera petición escrita por parte del mismo. Estos intereses se devengarán en el período comprendido entre la recepción de la petición escrita anteriormente mencionada y la fecha de pago definitiva. El tipo de interés que se aplicará será superior en un dos por ciento a los aplicables en el curso del período por parte del Banco de España con motivo de descuento comercial.

3.1.5 Ejecución de trabajos y cumplimiento de los plazos

3.1.5.1 Plazo de ejecución. Programa de trabajo Se tomará que los plazos contemplados en el contrato comienzan al día siguiente de la firma del acta o del hecho que sirve de punto de partida a dicho acto. Un plazo fijado en días terminará al final del último día de la duración prevista, no se harán distinciones entre días laborables y festivos. Para un plazo fijado en meses, el tiempo se contará de fecha en fecha. En caso de no existir la fecha que corresponda en el mes que termina el plazo, se tomará que este finaliza en el último día del citado mes. El Adjudicatario está obligado a ejecutar los trabajos en los plazos fijados en el Contrato de Adjudicación.

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El Adjudicatario deberá presentar a la Propiedad un programa detallado de la ejecución de los trabajos contemplados en el proyecto en un plazo inferior al mes. Una vez comenzado el contrato, se revisará al menos mensualmente la progresión real de los trabajos contratados y los programas parciales a realizar en el periodo siguiente por parte de los representantes tanto de la Propiedad como del Adjudicatario. Estas revisiones del programa no reducen la responsabilidad del Adjudicatario respecto de los planes estipulados en el contrato.

3.1.5.2 Cese o aplazamiento de los trabajos En caso de que la Propiedad pida el cese absoluto de los trabajos, se considerará el contrato como totalmente rescindido. En caso de que lo solicitado sea el aplazamiento por más de un año, tanto antes como después del comienzo de los trabajos, el Adjudicatario tendrá derecho a la rescisión del contrato, siempre que esto sea solicitado por escrito. Esto será sin perjuicio de las indemnizaciones que le pudiesen corresponder en cualquier caso si hubiese derecho a ello. El plazo máximo para que el Adjudicatario presente la solicitud de rescisión del contrato será de cuatro meses a partir de la fecha de notificación del aplazamiento o cese de los trabajos del contrato. Si el aplazamiento de los trabajos solicitados por la Propiedad es inferior a un año, el Adjudicatario no tendrá derecho a la rescisión, pero sí a una indemnización en caso de producirse prejuicios que puedan ser debidamente comprobados. En el caso de que hubieran comenzado los trabajos, el Adjudicatario puede requerir se proceda a la recepción definitiva una vez cumplido el plazo de garantía.

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3.1.5.3 Quiebra o suspensión de pagos del Adjudicatario Esta posibilidad implica la rescisión automática del contrato, para esto bastará que la Propiedad lo notifique en forma fehaciente en el plazo de dos meses a partir de que se produzca la publicación legal de la declaración de quiebra o de la suspensión de pagos por parte del Adjudicatario. En todo momento las medidas de conservación o de seguridad cuya urgencia sea evidente, serán tomadas por la Propiedad con cargo al Adjudicatario.

3.1.5.4 Medidas coactivas En caso de que el Adjudicatario no dé cumplimiento a las obligaciones, disposiciones del contrato o a las órdenes de servicio que sean dadas por la Propiedad, ésta le podrá obligar a cumplirlas en un plazo oportuno. Pasado este plazo, si el Adjudicatario no ha ejecutado las disposiciones solicitadas por la Propiedad, esta podrá ordenar a título provisional, el establecimiento de un régimen de intervención general o parcial por cuenta del Adjudicatario. Se procederá a continuación, y en presencia del Adjudicatario, a la comprobación de los trabajos ejecutados por este, de los materiales almacenados, así como el inventario descriptivo del material. La Propiedad tendrá el derecho a convocar un nuevo concurso, rescindir el contrato existente o finalizar la intervención si así lo considerase oportuno. En caso de comprobarse la capacidad del Adjudicatario para hacerse cargo de los trabajos adecuadamente, esto pondrá fin a la intervención.

Pliego de condiciones generales y económicas

24

3.1.5.5 Penalidades y primas relacionadas con los trabajos de ejecución El incumplimiento tanto del plazo global o de los parciales que estuviesen contenidos en el contrato por parte del Adjudicatario podrán dar lugar a la aplicación de una penalización que dependerá del retraso comprobado existente y que se basará en un porcentaje del importe de los trabajos que correspondan. Esta penalización tendrá en cuenta las certificaciones parciales o definitivas de las obras que sea correspondiente estimar. El Adjudicatario carecerá de responsabilidad por incumplimiento de los plazos contenidos en el contrato, solamente por causas de fuerza mayor o caso fortuito. Se entienden estos casos como hechos o actos de carácter extraordinario ajeno al Adjudicatario que no se hayan podido prever o no hayan podido ser evitados. No se considerarán incluidos en estas excepciones los retrasos originados por sus subcontratistas o proveedores. Para que los plazos establecidos sufran una suspensión o prorroga debido a los casos anteriormente mencionados, el Adjudicatario notificará por escrito a la Propiedad en un plazo máximo de 15 días respecto al momento en que se produjeran 10 hechos de fuerza mayor o caso fortuito. La prórroga que se aplique a los plazos no será superior a la duración del hecho que la ha justificado. La penalización como porcentaje vendrá dada por: % Penalización =

20 ⋅ R P

En la fórmula anterior tanto P como R están expresados en las mismas unidades temporales, siendo P el plazo, incluyendo en él los retrasos no imputables al Adjudicatario. El porcentaje de penalización no podrá superar el diez por ciento.

Pliego de condiciones generales y económicas

25

Las penalizaciones serán aplicadas bajo la simple confrontación de la fecha del término del plazo contractual y de la fecha de recepción provisional. Se descontarán a partir del primer pago que se efectúa tras la determinación. No se concederán primas al Adjudicatario por parte de la Propiedad por el cumplimiento de los plazos de ejecución contenidos en el contrato o por un adelanto sobre estos mismos plazos. Tales primas podrán ser instituidas en el contrato o durante el curso de los trabajos si estuviese justificado por las circunstancias que se dieran.

3.1.5.6 Recepción provisional Cuando el Adjudicatario haya finalizado el contrato para el que ha sido contratado, procederá a avisar a la Propiedad, que procederá a la recepción provisional del proyecto, habiendo convocado previamente al Adjudicatario por escrito. En caso de ausencia del Adjudicatario en la convocatoria anteriormente mencionada, se hará mención a este aspecto en el Acta de Recepción. Se podrá proceder de la misma forma en la recepción provisional parcial de los trabajos cuando estén terminados si lo solicita e1 Adjudicatario. La Propiedad no procederá a esta recepción parcial más que cuando lo juzgue conveniente.

3.1.5.7 Verificación En este apartado se exponen una serie de criterios de control que se deben cumplir. Estos criterios son: Verificaciones

geométricas:

sirven

para

evitar

que

los

errores

geométricos, superen los valores admisibles, garantizando en la instalación un grado de precisión suficiente. Los valores definidos para cada elemento se

Pliego de condiciones generales y económicas

26

indican figurando el número de serie del mismo, demás datos identificativos y firma del responsable del control del elemento. Pruebas

prácticas:

buscan

asegurar

el

funcionamiento

y

un

comportamiento adecuado por parte de las máquinas mediante su funcionamiento durante un cierto tiempo con piezas de chatarra lo suficientemente representativas, para obtener resultados concluyentes.

3.1.5.8 Recepción definitiva Una vez concluido el plazo de garantía se realizará la recepción definitiva del conjunto de trabajos recibidos provisionalmente de la misma forma que la precisada en apartados anteriores.

3.1.6 Garantías

3.1.6.1 Garantías de buena ejecución El Adjudicatario garantizará a la Propiedad la buena ejecución de las obras según lo definido en el proyecto y el resto de documentos contractuales, comprometiéndose a reponer los materiales defectuosos, así como a reponer a su cargo todos los trabajos que por derecho de material, mano de obra, proyecto o mala concepción de los trabajos, se valoren como defectuosos durante el período de garantía, o que no superen los requisitos en las pruebas a las que sean sometidos.

3.1.6.2 Plazo de garantía Este será fijado en el contrato de adjudicación y no podrá superar la duración de un año a partir de la fecha de recepción provisional. Durante este plazo, el Adjudicatario es el responsable de la conservación del trabajo sin prejuicio de las acciones de garantía que pudieran resultar .del contrato o

Pliego de condiciones generales y económicas

27

de la aplicación del derecho común en provecho de la Propiedad. Esto se realizará a su costa. Los deterioros que no tengan su origen en la mala calidad de los materiales, en la mala ejecución de los trabajos, o en falta alguna por parte del Adjudicatario, serán reparados por este a petición escrita y a cargo de la Propiedad. Una vez realizada la recepción definitiva el Adjudicatario quedará sometido a las obligaciones del derecho común.

3.1.6.3 Retención de garantía Para asegurar la garantía del Adjudicatario, se efectuará sobre cada pago una retención como garantía que podrá alcanzar un valor máximo del cinco por ciento importe de la certificación. En caso de considerarse que la retención del cinco por ciento excede la proporción necesaria para la garantía del contrato, el contrato de adjudicación podrá señalar la aplicación de un porcentaje de retención menor, o bien podrá señalar un máximo de garantía a partir del cual y en caso de que no disminuya, no se efectuarán más retenciones en concepto de garantía. En caso de aceptarlo la Propiedad, la retención de garantía podrá ser reemplazada por un aval proporcionado por un banco que sea aceptado por la Propiedad. En este caso el Adjudicatario y la Propiedad determinarán de común acuerdo las condiciones y modalidades que pudiesen derivarse de esta sustitución. Si durante el transcurso del plazo, el Adjudicatario no atendiese sus obligaciones de reponer o rehacer los trabajos contenidos en el contrato según lo descrito en los apartados referidos a la garantía de buena ejecución y al plazo de garantía, produciéndose un claro perjuicio para la Propiedad,

Pliego de condiciones generales y económicas

28

ésta podrá arremeter definitivamente o ejecutar la garantía, sin que esto elimine o reduzca la responsabilidad del Adjudicatario y de las acciones legales que pudiesen producirse contra él.

3.1.7 Jurisdicción

3.1.7.1 Cláusula compromisario La resolución de todas las divergencias, controversias o discrepancias a que pudieran derivarse de la interpretación y la ejecución del contrato, serán sometidas a juicio arbitral de derecho privado de común acuerdo entre la Propiedad y el Adjudicatario del contrato. Los árbitros resolverán sobre los puntos concretos que se sometan a su decisión en la correspondiente escritura notarial de formalización del compromiso, y dentro del plazo que en la misma se señale. La escritura de formalización del compromiso se otorgará ante un notario. Los honorarios de los árbitros serán sufragados a partes iguales entre el Adjudicatario y la Propiedad. Contra el laudo emitido por los árbitros, con arreglo a su leal saber y entender, únicamente cabrá recurso de nulidad ante la Sala del Tribunal Supremo.

3.2 Pliego de condiciones técnicas y particulares

3.2. Pliego de condiciones técnicas y particulares. Índice general

Página 3.2.1. Objeto

35

3.2.2. Partes implicadas

35

3.2.3. Especificaciones técnicas generales de recepción

36

3.2.3.1. Disposiciones generales

36

3.2.3.1.1. Introducción

36

3.2.3.1.2. Compras

37

3.2.3.1.2.1. Generalidades

37

3.2.3.1.2.2. Evaluación de subcontratistas

37

3.2.3.1.2.3. Datos necesarios en las compras

38

3.2.3.1.2.4. Identificación y especificaciones del producto

39

3.2.3.1.2.5. Verificación en origen de los productos comprados

39

3.2.3.1.3. Inspección y ensayos

39

3.2.3.1.3.1. Generalidades

39

3.2.3.1.3.2. Inspección y ensayos en la recepción

40

3.2.3.1.3.3. Registros de inspección y ensayo

40

3.2.3.1.3.4. Control de los equipos de inspección, medida y ensayo

41

3.2.3.1.3.4.1. Generalidades

41

3.2.3.1.3.4.2. Procedimientos de control

41

3.2.3.1.3.5 Estado de inspección y ensayos

43

3.2.3.1.4 Control de productos no conformes

43

3.2.3.1.4.1 Generalidades

43

3.2.3.1.4.2 Examen y tratamiento de los productos no conformes

44

3.2.3.2 Especificaciones de calidad

45

3.2.3.2.1 Fabricación del acero

46

3.2.3.2.1.1 Refinado del hierro

46

3.2.3.2.1.2 Producción del acero

48

3.2.3.2.1.2.1 Proceso de crisol abierto

48

3.2.3.2.1.2.2 Proceso básico de oxígeno

49

3.2.3.2.1.2.3 Horno de arco eléctrico

49

3.2.3.2.1.3 Procesos de acabado

50

3.2.3.2.1.4 Clasificación de los aceros

51

3.2.3.3 Tratamientos térmicos

52

3.2.3.3.1 Tratamiento térmico de calidad

52

3.2.3.3.2 Tratamiento térmico de reducción de tensiones

52

3.2.3.3.3 Registro de los tratamientos térmicos

52

3.2.3.4 Pinturas

53

3.2.3.4.1 Pinturas al agua

54

3.2.3.4.1.1 Pinturas al temple

54

3.2.3.4.1.2 Pinturas al cemento

54

3.2.3.4.1.3 Pinturas a la cal

55

3.2.3.4.1.4 Pinturas al silicato

55

3.2.3.4.1.5 Pintura plástica

56

3.2.3.4.2 Pinturas al óleo

56

3.2.3.4.2.1 Pinturas al aceite

56

3.2.3.4.2.2 Esmalte graso

56

3.2.3.4.2.3 Esmalte sintético

57

3.2.3.4.3 Pinturas de resinas

57

3.2.3.4.3.1 Pinturas al clorocaucho

57

3.2.3.4.3.2 Resina epoxi

58

3.2.3.4.3.3 Pintura de poliuretano

58

3.2.3.4.4 Pintura ignífuga e intumescente

59

3.2.3.4.5 Pintura nitrocelulósica

59

3.2.3.4.6 Pintura bituminosa

59

3.2.3.4.7 Siliconas

60

3.2.3.4.8 Pintura de aluminio

60

3.2.3.4.9 Martelé

60

3.2.3.4.10 Pinturas elegidas para la central de Valmayor

61

3.2.3.5 Eliminación de defectos

62

3.2.3.5.1. Consideraciones generales

62

3.2.3.5.2 Defectos detectados en la fundición

63

3.2.3.5.3 Defectos detectados en los talleres del constructor

64

3.2.3.5.4 Defectos detectados en las instalaciones del cliente

64

3.2.3.6 Garantía

65

3.2.4 Verificaciones a efectuar

66

3.2.4.1 Verificación de la composición química de la colada

66

3.2.4.2 Verificación de las características mecánicas

67

3.2.4.2.1 Características a controlar en los ensayos

67

3.2.4.2.2 Extracción de las probetas

67

3.2.4.2.3 Cantidad, posición y dimensiones de los apéndices

68

3.2.4.2.4 Instrumentación

68

3.2.4.3 Exámenes no destructivos

69

3.2.4.3.1 Control de aspecto de las piezas

69

3.2.4.3.2 Control de sanidad

71

3.2.4.3.3 Control de la estanqueidad bajo presión

72

3.2.4.4 Controles dimensionales

72

3.2.4.4.1 En la fase de entrega por el suministrador

72

3.2.4.4.2 En la fase de entrega por el constructor

72

3.2.4.5 Especificación técnica de control por líquidos penetrantes

73

3.2.4.5.1 Objeto y campo de aplicación

73

3.2.4.5.2 Preparación de las superficies

74

3.2.4.5.3 Condiciones realización del ensayo

74

3.2.4.5.3.1 Temperatura

74

3.2.4.5.3.2 Iluminación

75

3.2.4.5.3.3 Materiales de trabajo

75

3.2.4.5.4 Procedimiento

76

3.2.4.5.5 Interpretación de los resultados obtenidos

78

3.2.4.5.6 Criterios de aceptación

79

3.2.4.5.7 Informe del control

81

3.2.4.6 Especificación técnica de control mediante partículas magnéticas

81

3.2.4.6.1 Objeto y campo de aplicación

81

3.2.4.6.2 Preparación de las superficies

82

3.2.4.6.3 Creación del campo magnético

82

3.2.4.6.3.1 Procedimiento de magnetización

82

3.2.4.6.3.2 Intensidad de campo magnético

83

3.2.4.6.4 Producción de la imagen magnética.

84

3.2.4.6.5 Modo de operar

85

3.2.4.6.6 Interpretación de los resultados

86

3.2.4.6.7 Criterios de aceptación

87

3.2.4.6.8 Informe del control

89

3.2.4.7 Especificación técnica de control por ultrasonidos

89

3.2.4.7.1 Objeto y campo de aplicación

89

3.2.4.7.2 Observaciones preliminares

90

3.2.4.7.3 Condiciones de operación

91

3.2.4.7.4 Modo de operación

93

3.2.4.7.5 Criterios de aceptación

97

3.2.4.7.6 Informe del control

101

3.2.4.8 Especificación técnica de control por radiografía

102

3.2.4.8.1 Objeto y campo de aplicación

102

3.2.4.8.2 Preparación de la superficie

102

3.2.4.8.3 Fuentes de radiación

102

3.2.4.8.4 Películas radiográficas

102

3.2.4.8.5 Identificación de las radiografías

104

3.2.4.8.6 Distancia foco-película

104

3.2.4.8.7 Calidad de las radiografías

105

3.2.4.8.8 Interpretación de las películas

107

3.2.4.8.9 Informe del control

107

3.2.5 Tratamientos de protección contra la corrosión

108

3.2.5.1 Procedimiento

108

3.2.5.2 Normas, aparatos y pinturas a utilizar

109

3.2.5.2.1 Superficies en contacto con agua

110

3.2.5.2.2 Superficies en contacto con aceite

110

3.2.5.2.3 Superficies en contacto con el ambiente

111

3.2.5.2.4 Superficies mecanizadas

112

3.2.5.2.5 Superficies en contacto con hormigón E

112

3.2.6 Controles a realizar en cada pieza

112

3.2.6.1 Controles en la cámara en espiral

112

3.2.6.2 Controles en el rodete

114

3.2.6.3 Controles en el eje

115

Pliego de condiciones técnicas y particulares

35

3.2.1. Objeto Este documento tiene como objetivo definir inequívocamente las condiciones técnicas y particulares en la adquisición de cualquier pieza fabricada en acero que forme parte de la maquinaria hidráulica y las condiciones que ha de reunir para estar dentro de los requerimientos exigibles en el presente proyecto. Para conseguir esto, se deben definir los métodos de control, los procedimientos, la interpretación de resultados, los criterios de aceptación y los documentos, informes y registros necesarios para los controles de recepción o los realizados durante la fabricación en los talleres del suministrador o del constructor.

3.2.2. Partes implicadas Se empleará la siguiente terminología para referirse a las diferentes partes implicadas en el desarrollo del presente proyecto: Suministrador es el que se ocupa de la fabricación y entrega de las piezas conformadas por moldeo, mecanizado, o cualquier otro método de fabricación. Estas piezas son las subcontratadas por el constructor como elementos a partir de los que desarrollará sus propios productos. Constructor es el poseedor del contrato (o el representante del mismo). Es el encargado del diseño, fabricación e instalación de la maquinaria y equipamiento hidráulico. Cliente es el comprador de la máquina hidráulica y el resto del equipamiento para ser puesto en servicio en sus instalaciones (o el representante del mismo).

Pliego de condiciones técnicas y particulares

36

En cuanto a los medios de control, su puesta en ejecución, o los resultados obtenidos, la opinión dada por el constructor será preponderante.

3.2.3. Especificaciones técnicas generales de recepción

3.2.3.1. Disposiciones generales

3.2.3.1.1. Introducción Las actividades relacionadas con la compra y recepción del producto seguirán las condiciones que establece la norma ISO 9001 con la condición de que exista alguna certificación realizada por un organismo acreditado por ENAC (Entidad Nacional de Acreditación). En caso de no existir esta certificación, el cumplimiento de las condiciones establecidas por la norma en cuanto a las actividades señaladas no será obligatorio, aunque sí recomendable. Por esta razón, se incluirán como parte integrante del Pliego de Condiciones un extracto de los puntos más interesantes de la norma en lo relativo a compras y recepción de productos, al ser la aplicación de estos muy aconsejable. Téngase en cuenta que el cumplimiento de los puntos establecidos en el Pliego de Condiciones no garantiza la conformidad del producto adquirido con los requisitos definidos en la norma ISO 9001, a menos que el producto (ya sea una empresa, un proceso, un producto o un determinado servicio del suministrador) esté certificado por una entidad de certificación acreditada.

Pliego de condiciones técnicas y particulares

37

3.2.3.1.2. Compras

3.2.3.1.2.1. Generalidades Se establecerán y se conservarán procedimientos documentados para asegurar que los materiales comprados satisfacen los requerimientos especificados.

3.2.3.1.2.2. Evaluación de subcontratistas Por un lado, se procederá a la evaluación y selección de los posibles subcontratistas teniendo en cuenta su sistema de calidad y los requisitos aplicables a cada uno de ellos. Se deberán definir los tipos de subcontratistas y los controles a efectuar sobre los mismos, asimismo, se establecerán y mantendrán registros de los subcontratistas que resulten aceptables. Para aquellas compras de tipo repetitivo, puede ser útil elaborar una lista de proveedores y subcontratistas aprobados, el departamento de compras se ceñirá a ella a la hora de realizar las compras anteriormente mencionadas. Deberá estar claramente definida la responsabilidad interna para la aprobación de esta lista, así como los criterios a seguir para la incorporación de un proveedor a la lista y para su mantenimiento o exclusión de la misma, esto es, la evaluación y el seguimiento del mismo. El suministrador deberá demostrar de forma fehaciente su aptitud para el desempeño de todas las actividades concretadas en las especificaciones de calidad que adjunte a la oferta que realice al constructor. Debe tener la capacidad técnica y de aseguramiento de la calidad de los suministros adecuadas. La capacidad técnica deberá mostrarse con aprobación de prototipos o primeras piezas, mientras que la capacidad de aseguramiento de la calidad

Pliego de condiciones técnicas y particulares

38

vendrá dada por auditorias de calidad, certificaciones externas ostentadas por éste, experiencia histórica u otras formas que se consideren adecuadas. En las especificaciones de calidad podrán incluirse el diseño de los productos, su fabricación, instalación, el servicio posventa que se preste, así como la inspección y el ensayo de los mismos antes de que ser suministrados. En general, el suministrador deberá poseer las instalaciones técnicas necesarias y otras capacidades que serán detalladas en las especificaciones de calidad. Entre estas figuran habitualmente por ser comunes en la fundición de piezas de acero para máquinas hidráulicas, las siguientes: Conocimiento adecuado de la metalurgia de su acero. Conocimiento adecuado de los procesos de conformado que se realizarán en sus instalaciones, entre ellas figuran el moldeo, forjado, mecanizado, y las que se consideren necesarias para la fabricación de piezas pertenecientes a maquinaria hidráulica. Conocimiento adecuado de los tratamientos térmicos que pudieran ser necesarios y de los electrodos que pudieran necesitarse. Soldadores de cualificación suficiente para el trabajo a realizar Medios y personal adecuados para la realización de ensayos no destructivos a las piezas que se vayan a suministrar.

3.2.3.1.2.3. Datos necesarios en las compras Para conseguir garantizar en todo momento la correcta identificación de los productos comprados será necesario contar por lo menos con: Identificación, incluyendo tipo, clase, grado y aquello que se considere necesario. Especificación, plano, etc… indicando la revisión a la que pertenezca.

Pliego de condiciones técnicas y particulares

39

Sistema de calidad empleado, como ISO 9001, ISO 9002, ISO 9003, etc... en el caso de que esto sea necesario.

3.2.3.1.2.4. Identificación y especificaciones del producto Si procede, se establecerá y mantendrá un procedimiento que permita identificar el producto a partir de las especificaciones que deba cumplir, durante la totalidad de las etapas de la fabricación de este y su entrega. Las características mínimas de los productos serán establecidas por la empresa en función de sus criterios y las exigencias indicadas en las especificaciones de calidad.

3.2.3.1.2.5. Verificación en origen de los productos comprados La verificación en origen de los productos comprados podrá ser realizada de dos maneras diferentes: Puede ser llevada a cabo por el proveedor, esto es, el suministrador cuando provee al constructor y este último cuando provee al cliente. Puede ser llevada a cabo por el cliente, o sea, aquel que realiza la compra. En los casos antes mencionados, implicará que la inspección será llevada cabo por el constructor o el cliente.

3.2.3.1.3. Inspección y ensayos

3.2.3.1.3.1. Generalidades Se establecerán y mantendrán procedimientos documentados para las inspecciones y ensayos que se requieran para comprobar que los productos cumplen las especificaciones de calidad referidas a ellos.

Pliego de condiciones técnicas y particulares

40

3.2.3.1.3.2. Inspección y ensayos en la recepción En la recepción de suministros habrán de seguirse una serie de indicaciones genéricas, entre las que figuran el no emplear productos que no se hayan sometido a las inspecciones y ensayos previstos en las especificaciones de calidad para los mismos. Para determinar la cantidad y tipo de inspección y ensayo debe tenerse en cuenta el control ejercido en origen y la evidencia que exista de ello. Si por necesidades de fabricación es imprescindible el empleo de materiales sin inspeccionar, debe identificarse por si es necesario repescarlo. Los ensayos de recepción en la Fundición están definidos por la "Especificación de Calidad". Entre lo que se puede incluir figura la verificación de la composición química, de las características mecánicas, así como los ensayos no destructivos que fuesen necesarios. Estos ensayos serán efectuados por el suministrador en presencia del constructor o cliente (o ambos) si así ha sido requerido previamente en el pedido realizado. En el caso de que el suministrador deba cumplir el requisito anterior, deberá avisar por escrito al constructor con un plazo mínimo de una semana antes de la fecha en que los ensayos vayan a ser realizados. El constructor deberá confirmar al suministrador la fecha de su llegada y la de su cliente (o la de ambos si así fuera) a los talleres del suministrador.

3.2.3.1.3.3. Registros de inspección y ensayo Se deben definir y conservar los registros que prueben que los productos han

sido

inspeccionados

y

ensayados.

En

estos

deberá

figurar

obligatoriamente el hecho de que los productos hayan superado o no los criterios de aceptación que se hubiesen establecido.

Pliego de condiciones técnicas y particulares

41

3.2.3.1.3.4. Control de los equipos de inspección, medida y ensayo

3.2.3.1.3.4.1. Generalidades Se deberán establecer y mantener procedimientos documentados para controlar, calibrar y mantener los equipos de inspección, medición y ensayo que se empleen para demostrar la conformidad del producto según las especificaciones que deba cumplir el mismo. La incertidumbre de estos equipos debe ser conocida y adecuada con las necesidades de medida que deba realizar.

3.2.3.1.3.4.2. Procedimientos de control Para controlar las especificaciones de los productos se procederá en primer lugar a determinar las medidas a tomar y la incertidumbre requerida en las mismas. Se identificarán y calibrarán los equipos periódicamente o al menos antes de su uso, utilizando patrones que sigan los estándares internacionales. Los diversos equipos de inspección, medida y ensayo deberán ser calibrados según un procedimiento escrito, además, llevarán un indicador del estado de calibración de los mismos y se mantendrán los registros de calibración. Si se detecta que un instrumento no está bien calibrado, se investigarán las medidas realizadas anteriormente por el mismo. Se asegurará que las condiciones ambientales son adecuadas para la calibración o la realización de medidas por el mismo. La manipulación, preservación y almacenaje de los equipos será la adecuada para los mismos y se protegerán los mandos de ajuste de estos. Si no se está totalmente seguro de que las indicaciones de los aparatos de medida son correctas se podrían provocar problemas importantes, por lo que no se deberán tomar decisiones basadas en estas medidas realizadas sin

Pliego de condiciones técnicas y particulares

42

seguridad. Por esto se establecerá un sistema de confirmación meteorológica que confirme el estado de calibración de los instrumentos utilizados y que permitirán que las medidas tengan una calidad adecuada. El fabricante del equipo recomienda un intervalo en los manuales y los laboratorios de calibración pueden recomendar en base a' su experiencia. Sin embargo, la responsabilidad para fijar el intervalo entre calibraciones recae sobre la empresa, quien la fija en base a las recomendaciones anteriores, el uso previsto y el histórico de calibraciones anteriores. No es preciso tener calibrados aquellos equipos pasa los que no se prevea su utilización en un futuro ya que el período de validez de la calibración los superaría de forma improductiva. Pero estos equipos deberán estar identificados para impedir su uso por error. Cuando se cuente con un conjunto de dos o más equipos iguales o similares, puede ser útil la adquisición de patrones de transferencia y realizar las calibraciones internamente. Naturalmente, este patrón será preciso enviarlo periódicamente a un laboratorio externo a calibrar. No es preciso que los laboratorios de calibración externos tengan un reconocimiento oficial (en España RELE calibración, antes Sistema de Calibración Industrial). En caso de que el laboratorio externo no poseyera un reconocimiento oficial, será necesario comprobar

que

sus

patrones son compatibles con los

estándares

internacionales y que sus procedimientos de calibración son adecuados. El método de cálculo de la incertidumbre de la medida responde a la buena práctica, el laboratorio cuenta con medios y condiciones adecuadas, y su personal cuenta con la formación necesaria.

Pliego de condiciones técnicas y particulares

43

3.2.3.1.3.5 Estado de inspección y ensayos Es preciso señalar de manera precisa el estado de inspección y ensayos en el que se encuentren los distintos productos, podrán ser aceptados, rechazados y pendientes. Esto se debe a que si esto no fuera posible no tendrá sentido la realización de muchas de las medidas que se han expuesto. La señalización del estado de inspección de los productos se puede efectuar mediante distintos procedimientos, como: Marcas. Estampillas autorizadas. Etiquetas. Hojas de ruta. Registros de inspección de las zonas señalizadas. También se podrá utilizar cualquier medio que se juzgue adecuado para indicar la conformidad (o no) de los productos respecto a las especificaciones que se esperan de ellos.

3.2.3.1.4 Control de productos no conformes

3.2.3.1.4.1 Generalidades Estos productos que no satisfacen los requerimientos indicados en la "Especificación de Calidad" no deben ser utilizados por error, para conseguir esto

se

establecerán

y

mantendrán

procedimientos

documentados

adecuados. Para ello, se incluirán su identificación, documentación, evaluación, separación y las áreas afectadas de estos productos.

Pliego de condiciones técnicas y particulares

44

3.2.3.1.4.2 Examen y tratamiento de los productos no conformes Se deberá fijar previamente la responsabilidad de la revisión de estos productos y la autoridad para elegir el tratamiento que se les dará, que podrá ser: Reprocesarlos hasta alcanzar los requerimientos especificados para los mismos. Repararlos. Aceptarlos en su estado no conforme. Destinarlos para otros usos en los que sean adecuados. Eliminarlos. Una vez que se ha detectado un material no conforme es preciso proceder a su identificación, separación y tomar una decisión sobre lo que se vaya a hacer con el mismo. En esto último, será necesario que esté claramente especificado quién es el encargado en la organización de tomar esta decisión. Cuando la no conformidad afecte además de a los requisitos internos, a los requisitos contractuales, se deberá informar al cliente y solicitar su aprobación formal respecto a la decisión que se tome. La concesión es una autorización escrita para utilizar o entregar el producto no conforme con los requisitos especificados para el mismo, pudiéndose emplear para otros usos en los que sea adecuado. El suministrador es responsable respecto al constructor y este para con el cliente de comunicar a tiempo todas las no conformidades respecto al Pliego de Condiciones y al pedido.

Pliego de condiciones técnicas y particulares

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3.2.3.2 Especificaciones de calidad La "Especificación de Calidad" es un documento donde se establecen todos los requerimientos que han de cumplir los productos, procesos, condiciones de ensayos, y aquello que se considere también necesario. La "Especificación de calidad" no establece cuáles han de ser las inspecciones o ensayos a realizar en los productos. Los criterios de aceptación podrán servir de orientación para la elección de las exigencias industrialmente razonables. La selección de las inspecciones o ensayos es competencia y responsabilidad de la empresa y de acuerdo con lo establecido por los reglamentos aplicables, los cuales pueden exigir unas inspecciones o ensayos encaminados a la "demostración de la calidad". La "Especificación de calidad" sí establece las condiciones que tienen que cumplir esas inspecciones o ensayos para que sean fiables y otros requerimientos generales o relacionados con las operaciones de fabricación y control de los productos. Entre ellas figuran: El o los organismos encargados de la recepción. Las prescripciones encaminadas a la verificación de propiedades químicas y mecánicas de los productos. La preparación de las superficies a inspeccionar y cuales serán estas. Cómo se extrapolan los resultados de un control parcial a toda la zona prescrita. Dónde se realizarán las inspecciones, así como el personal y la instrumentación necesarios para tal fin. Los criterios de aceptación a emplear, así como posibles desviaciones. Se define a estas como autorizaciones escritas para desviarse de los requisitos especificados.

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Formas de actuación en caso de litigio. Derogaciones, esto es, autorizaciones escritas para utilizar o entregar productos no conformes con los requisitos que se hayan especificado para los mismos. Condiciones particulares de garantía. Las especificaciones de calidad se deberán adjuntar con la oferta del constructor al cliente, con las peticiones de oferta del constructor al suministrador y con el pedido del constructor al suministrador. Estas especificaciones de calidad prevalecerán sobre el resto de documentos.

3.2.3.2.1 Fabricación del acero El acero es el material que se va a emplear mayoritariamente en la construcción de la central minihidráulica de este proyecto.

3.2.3.2.1.1 Refinado del hierro La producción moderna del acero emplea altos hornos, que son modelos perfeccionados de los usados antiguamente. Se introducen en ellos los materiales básicos del acero, que son mineral de hierro, coque y caliza. El coque arde para dar calor en el horno, y al hacerlo produce monóxido de carbono, que se combinará con los óxidos de hierro del mineral y reducirá hierro metálico. La caliza se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente. Se combina con el sílice presente en el mineral de hierro para formar silicato de calcio. Esta combinación es la que impide que se forme silicato de hierro, con lo que se perdería el hierro metálico que se quiere conseguir.

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Posteriormente, el silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido, de manera que se puede retirar fácilmente. El arrabio que se produce en los hornos es en un porcentaje mayor del 90% hierro fundido, un 3-4% de carbono, un 0,5-3% de silicio, un 0,5-2,5% de manganeso, un 0,04-2% de fósforo y partículas de azufre. Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero forrada con material no metálico, normalmente cerámico, que resiste el calor. El material cerámico puede ser asbesto o ladrillos refractarios. El diámetro de la cápsula tiene su máximo a aproximadamente una cuarta parte de su altura total, disminuyendo hacia arriba y hacia abajo. Tiene varias aberturas tubulares llamadas toberas, por la que se fuerza el paso del aire. En su parte inferior hay un orificio que permite retirar el contenido del alto horno, y sobre éste, bajo las toberas, otro orificio por el que se retira la escoria. Deberá haber unos respiraderos en la parte superior para retirar los gases de escape. Los altos hornos funcionan de forma continua. Se cargan de materia prima periódicamente y también la escoria es retirada en intervalos regulares. El hierro es sangrado cinco veces al día y llevado a la fábrica siderúrgica. La presurización de los hornos a 1,7 atmósferas o más permiten una mejor combustión del coque y mejoran la producción. Dicha producción también se ve mejorada si se enriquece el aire con oxígeno. Aunque casi todo el acero del mundo es fabricado en altos hornos, existen otros métodos de refinado que no han tenido demasiado éxito, como el denominado método directo para producir el hierro a partir del mineral, sin producir arrabio. Se emplea un horno de calcinación rotatorio a una temperatura de 950ºC, en el que el coque desprende monóxido de carbono

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que reduce los óxidos metálicos de una pureza mucho mayor que la obtenida en los altos hornos.

3.2.3.2.1.2 Producción del acero

3.2.3.2.1.2.1 Proceso de crisol abierto Una de las dificultades principales en la producción del acero es su elevado punto de fusión, que ronda los 1.400 ºC, que impide el empleo de combustibles y hornos convencionales. Para ello de desarrollaron los hornos de crisol abierto, que consiguen altas temperaturas gracias al precalentado regenerativo del aire y del combustible gaseoso empleados para la combustión. El precalentado regenerativo consiste en hacer pasar los gases de escape del horno por una serie de cámaras de ladrillos a las que ceden gran parte de su calor. Después se invierte el sentido del flujo y el combustible y los gases pasan a través de estas cámaras. Gracias a este método se consiguen alcanzar temperaturas de 1.600 ºC. Los hornos se cargan con una mezcla de arrabio, chatarra y mineral de hierro, junto con caliza y fluorita para hacer que la escoria sea más fluida. Químicamente, el proceso consiste en la reducción del contenido de carbono de la carga y la eliminación de impurezas como fósforo, manganeso y azufre, que se combinan y forman las escorias. Se mantiene el horno a 1.500 ó 1.600 ºC durante el tiempo necesario hasta que el contenido en carbono es el correcto, momento en el que se sangra el horno a través de un orificio. El acero fundido fluye por un canal corto hasta una gran cuchara situada a ras del suelo. Desde la cuchara se vierte en moldes de hierro colado para formar lingotes, que constituyen la materia prima para todas las formas de fabricación con acero, y cuyo peso es de tres toneladas.

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3.2.3.2.1.2.2 Proceso básico de oxígeno El proceso Bessemer es el método más antiguo para fabricar grandes cantidades de acero. Se empleaba un horno de gran altura que podía bascular para realizar la carga del metal y su vertido posterior. Se hacían pasar grandes cantidades de aire a través del metal fundido, de forma que el oxígeno se combinaba con las impurezas y las eliminaba. El proceso básico de oxígeno constituye la mejora del proceso anterior, dado que emplea oxígeno casi puro a alta presión, introducido mediante una lanza que desciende en el horno sobre el metal fundido, colocándose a una profundidad de unos 2 m e inyectando oxígeno a velocidades supersónicas. Las impurezas del arrabio se queman con rapidez y se transforma en acero.

3.2.3.2.1.2.3 Horno de arco eléctrico Se emplean este tipo de hornos cuando se requiere acero de mayor pureza, como aceros inoxidables y aleados. El refinado se produce en una cámara hermética, donde todas las condiciones son controladas de forma rigurosa mediante dispositivos automáticos. Una vez cargado el horno se hacen descender unos electrodos hasta la superficie del metal, formándose un arco eléctrico desde el electrodo hasta el metal. La resistencia del metal produce calor, que es el responsable de hacer que se lleve a cabo la fusión con rapidez. En las primeras fases de este refinado se inyecta oxígeno de alta pureza a través de una lanza, lo que aumenta la temperatura del horno y disminuye el

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tiempo necesario para producir el acero. La cantidad de oxígeno también es controlada.

El acero para la central de Valmayor será fabricado preferentemente en hornos de tipo eléctrico, si bien cualquier otro procedimiento del que se obtenga un acero con propiedades equivalentes podrá ser utilizado con el consentimiento del constructor.

3.2.3.2.1.3 Procesos de acabado Para conseguir la gran variedad de formas en las que se vende el acero, las industrias siderúrgicas emplean una serie de métodos que permiten transformar los lingotes, además de darles unas mejores estructuras cristalinas y en general una mejor resistencia. El método más utilizado es el laminado en caliente, que consiste en hacer pasar el acero a través de una serie de rodillos cada vez más próximos entre si, hasta que se consigue el espesor deseado. El primer par de rodillos es el conocido como el tren de desbaste o de eliminación de impurezas. Después se hace pasar por los trenes de laminado en bruto y de acabado, que le dan la sección transversal correcta. Se pueden conseguir gran cantidad de perfiles, desde raíles de ferrocarril hasta perfiles de vigas. Los rodillos de bordes se encargan de mantener la anchura de la lámina. Son unos rodillos verticales situados en los laterales del tren de laminación. Los aparatos de decapado eliminan mecánicamente la costra que se forma en la superficie de la lámina. Para fabricar tubos, la opción más económica es doblar una tira de chapa y soldar sus bordes.

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3.2.3.2.1.4 Clasificación de los aceros •

Aceros al carbono: Diversas cantidades de carbono, menos del 1,65% de manganeso, el 0,6% de silicio y el 0,6% de cobre. Se construyen con acero al carbono máquinas, carrocerías de automóvil, estructuras de construcción, buques, etc.

•

Aceros aleados: Contienen una cierta cantidad de molibdeno, vanadio y otros elementos, además de mayores cantidades de manganeso, silicio y cobre que en los aceros al carbono. Se emplean para fabricar engranajes, ejes de motores, patines o cuchillos de corte.

•

Aceros de baja aleación ultra resistentes: De porcentajes de aleantes menores, se emplean para usos que requieren mayores resistencias que las que proporcionarían los aceros al carbono.

•

Aceros inoxidables: Contienen cromo, níquel y otros elementos que les hace resistentes a la corrosión. Tienen elevadas durezas y resistencias, en función de sus aleantes. Se emplean con fines decorativos dada su superficie brillante. También en conductos de refinerías o plantas químicas, fuselajes de aviones, industria alimenticia, etc.

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•

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Aceros para herramientas: Empleados para condiciones en las que se requieren una resistencia muy elevada, como herramientas, cabezales de corte, etc. Contienen molibdeno y volframio, junto con otros elementos de aleación.

3.2.3.3 Tratamientos térmicos

3.2.3.3.1 Tratamiento térmico de calidad La elección del tratamiento térmico de calidad corresponde al suministrador.

3.2.3.3.2 Tratamiento térmico de reducción de tensiones Después de la soldadura debe efectuarse un tratamiento térmico de reducción de tensiones en el horno. El modo en el que se realice este tratamiento podrá ser objeto de un acuerdo entre el suministrador y el constructor.

3.2.3.3.3 Registro de los tratamientos térmicos Los ciclos de tratamiento térmico aplicados al acero han de estar registrados y los gráficos correspondientes a ellos, disponibles en los talleres del suministrador.

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3.2.3.4 Pinturas Las pinturas se definen como mezclas más o menos viscosas aplicadas por inmersión, proyección o extensión en capas sobre una superficie. Al secarse da una película elástica y adherente que protege y colorea la superficie sobre la que se aplica. Una buena pintura debe presentar una buena resistencia a los agentes agresivos a los que esté expuesta, una buena adherencia y no debe reaccionar con su soporte. También debe ser estable frente al calor. Las pinturas están formadas por cinco componentes principales: -

Aglutinante: Elemento que le da a la pintura resistencia y durabilidad. Puede ser sólido o líquido. Forma la película que se adhiere a la base y la protege. Su origen puede ser mineral (yeso o cemento) u orgánico (ceras y parafinas).

-

Disolvente: Parte volátil del compuesto que posibilita la dispersión o disolución del aglutinante. Entre los disolventes empleados se encuentra el agua, aguarrás, alcohol, acetona y benceno.

-

Secantes: Añadidos a la pintura favorecen la oxidación. Litargirio y óxidos de manganeso, cobalto y cobre.

-

Pigmentos: Encargados de otorgar tonalidades a la pintura, de origen natural o artificial.

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-

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Estabilizadores: Aumentan el volumen o la viscosidad y son neutros frente a los demás componentes. Carbonato cálcico, caolín, mica y polvos de talco.

A continuación se muestra una relación de los diferentes tipos de pintura existentes en el mercado.

3.2.3.4.1 Pinturas al agua

3.2.3.4.1.1 Pinturas al temple Emplean como aglutinante colas celulósicas o amiláceas y como pigmentos el yeso y el carbonato cálcico. Pintura barata, porosa y de aspecto mate. Resiste muy poco al agua y a los lavados y al repintarse es necesario eliminar las capas anteriores. Se aplica en interiores sobre yeso o cemento, aplicando brocha, rodillo de lana o proyectando con pistola.

3.2.3.4.1.2 Pinturas al cemento El aglutinante es cemento blanco y los pigmentos resisten la alcalinidad. Se vende como polvo coloreado que hay que mezclar con agua. Es una pintura absorbente y resistente a la intemperie, por lo que se emplea en exteriores sobre cemento o ladrillo, materiales que deben ser ásperos para permitir la adherencia. Se aplica con brocha, rodillo o pulverizada.

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3.2.3.4.1.3 Pinturas a la cal Se emplea cal apagada como ligante y pigmento blanco, presentando un acabado mate. Se endurece con el tiempo, por lo que la humedad favorece la carbonatación, y presenta una buena adherencia sobre superficies ásperas, mientras que no se debe aplicar sobre metales o madera. En caso de tener que repintar las capas deberán ser muy gruesas, lo que puede llevar a problemas de cuarteamiento. El material es barato pero se necesita mano de obra especializada. La aplicación se realiza mediante brocha, rodillo o pulverización.

3.2.3.4.1.4 Pinturas al silicato Emplean como ligante una disolución acuosa de silicato de potasa o sosa y como pigmentos, el blanco de zinc y otros elementos minerales que resisten la alcalinidad. Se trata de una pintura muy resistente a la intemperie y a la alcalinidad del cemento, con propiedades absorbentes y de acabado mate. Es una pintura barata y de aplicación que requiere mano de obra especializada, al igual que la pintura a la cal. El pigmento y el aglutinante deben transportarse por separado. Resulta muy adherente en el vidrio y el metal galvanizado, por lo que al aplicarla

estas superficies deben estar bien tapadas. Además deberán

protegerse los ojos y la piel dada su elevada alcalinidad. Se emplea en exteriores sobre cemento, hormigón, cal, piedra, ladrillo y vidrio mediante brocha, rodillo o pulverización. No debe aplicarse sobre yeso.

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3.2.3.4.1.5 Pintura plástica El aglutinante es una resina plástica y el pigmento puede ser cualquiera que resista la alcalinidad. Presenta una buena adherencia y resiste los lavados. El secado es rápido. Se emplea en exteriores e interiores sobre yeso o cemento. Previa imprimación, también se puede aplicar sobre madera y metales. Se aplica mediante brocha, rodillo de lana o pistola sobre acabados lisos. En acabados rugosos, rodillos de esponja y máquina de gotas para gotelé.

3.2.3.4.2 Pinturas al óleo

3.2.3.4.2.1 Pinturas al aceite El aglutinante es un aceite vegetal secante, habitualmente de linaza. El disolvente es aguarrás. Los pigmentos pueden ser de cualquier tipo exceptuando a los que sean resinas duras. Se emplea en soportes porosos como la madera y proporciona acabados de cualquier clase. Presentan una buena adherencia y resistencia al lavado. Estas pinturas resultan de muy baja calidad y actualmente están prácticamente en desuso.

3.2.3.4.2.2 Esmalte graso Aceites grasos mezclados con resinas duras naturales o sintéticas. Como disolventes se puede emplear aguarrás. El brillo que presentan se deteriora en el exterior. Su extensibilidad es buena y el secado es lento, especialmente a bajas temperaturas. Tampoco resiste la alcalinidad.

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Se obtienen buenos barnices transparentes empleados como vehículo para esmaltes de acabados interiores. Se aplica con brocha o rodillo de esmaltar.

3.2.3.4.2.3 Esmalte sintético Combinación química de aceites secantes y resinas duras acrílicas. El disolvente, nuevamente aguarrás. Presenta un buen brillo, seca con rapidez y resiste la acción de agentes químicos suaves. Se emplean en atmósferas industriales, como protección de madera y metal en interiores y exteriores, como elemento decorativo y tratamientos contra la corrosión, para lo que es preciso preparar el metal previamente. Aplicado con brocha, rodillo, pistola e inmersión.

3.2.3.4.3 Pinturas de resinas

3.2.3.4.3.1 Pinturas al clorocaucho Formulada a base de un derivado clorado del caucho. Sus disolventes son aromáticos y no deben mezclarse con aguarrás, al no ser lo suficientemente fuertes. Resisten el agua, los agentes químicos y los atmosféricos, son impermeables y secan rápidamente. Tienen un brillo satinado y una buena adherencia incluso en superficies alcalinas. Se reblandecen con grasas y aceites y no deben ser empleados en lugares donde la temperatura supere los 70 ºC. Empleadas sobre superficies de cemento y acero para marcas viales, piscinas y suelos de cemento.

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Su aplicación se realiza mediante brocha, rodillo o pistola.

3.2.3.4.3.2 Resina epoxi Este tipo de pintura se presenta en dos envases, uno con la resina epoxi y el otro con un catalizador o endurecedor. Los pigmentos pueden ir en cualquiera de los dos envases y los disolventes deben tener una gran fuerza. La resina epoxi tiene una gran resistencia frente a agentes químicos, gran adherencia y dureza, y admite la mezcla con alquitranes para conseguir una mayor impermeabilidad. Además tiene la propiedad de descontaminación radioactiva. Se emplea en suelos comerciales e industriales y en zonas de riesgo radioactivo, como hospitales o laboratorios. El método de aplicación es mediante brocha, rodillo o pistola aerográfica.

3.2.3.4.3.3 Pintura de poliuretano En el primer tipo de pinturas de poliuretano, ésta posee un solo componente y se cataliza con la humedad. En el segundo tipo hay dos componentes: una resina de poliéster y un endurecedor o catalizador, que a su vez puede ser aromático o alifático. Los disolventes empleados deberán ser los recomendados por el fabricante. Presentan una gran dureza, buen brillo, resistencia a los agentes químicos y atmosféricos y si se emplean catalizadores alifáticos, que no amarillean, resultan decorativas. El curado se produce a cualquier temperatura superior a 0 ºC. Una vez mezclados los componentes endurece con rapidez. Se emplea en barnices para parquet o muebles. Para su empleo sobre metales, éstos necesitarán una imprimación previa.

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Su aplicación se realiza mediante brocha, rodillo, pistola, y en talleres, con máquina de cortina.

3.2.3.4.4 Pintura ignífuga e intumescente Esta pintura resulta apropiada como protección frente a incendios, dado que no arde con la aplicación de una llama. El término “intumescencia” significa que se produce un esponjamiento celular provocado por el calor, que forma una capa que detiene el frente de llama.

3.2.3.4.5 Pintura nitrocelulósica Pintura formada por nitrocelulosa que confiere propiedades de elasticidad. Como disolvente se emplea la acetona. Resisten roces y no se deterioran en el exterior. El secado por evaporación es rápido y el brillo se puede recuperar realizando un pulido. Se utiliza para barnizar madera y como revestimiento de superficies metálicas. Su aplicación se realiza mediante pistola aerográfica.

3.2.3.4.6 Pintura bituminosa Disolución de alquitranes y brea. Pueden añadirse emulsiones acuosas e incluso resinas epoxi. Su color es negro. Su uso más habitual es en hormigones y metales. Son impermeables y resisten la acción de agentes químicos. En exteriores sufren por la acción del sol, por lo que sólo se recomienda su uso en interiores. Se emplean para proteger de la humedad aceros y hormigones, protección de metales enterrados y juntas de todo tipo. Cualquier método es adecuado para su aplicación.

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3.2.3.4.7 Siliconas Son pinturas sintéticas que se forman con un elemento químico silíceo y átomos de oxígeno, hidrógeno y radicales orgánicos. Se emplean para dar efecto de martelé con propiedades hidrofugantes sobre materiales porosos. Por ello se suelen llamar barnices hidrófugos. Hacen que el agua resbale y no penetre en los poros, de forma que el color se mantiene intacto frente a la humedad.

3.2.3.4.8 Pintura de aluminio Está compuesta por una pasta de aluminio molido llamado purpurina y un barniz graso, dando un aspecto metálico, que dificulta la entrada de la humedad y los rayos ultravioleta. También refleja los rayos infrarrojos, por lo que es adecuada para recubrir barriles y evitar que se calienten.

3.2.3.4.9 Martelé A diferencia de la pintura anterior, ésta también se basa en el aluminio pero no produce escamas. Por la acción de la silicona tiene un efecto característico llamado martelé, denominado así por el dibujo que deja similar a una chapa de cobre martilleada. El disolvente tiene que ser de evaporación rápida para evitar que las gotas resbalen por la superficie. Se emplea con fines decorativos o de protección de armarios metálicos de agua, luz e instalaciones. Su aplicación se realiza mediante pistola aerográfica y en ocasiones con brocha.

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3.2.3.4.10 Pinturas elegidas para la central de Valmayor •

Superficies en contacto con agua − 1ª y 2ª capa: SIGMA UNIVERSAL PRIMER (7417). Imprimación epoxi de dos componentes, curada con poliamidas. − 3ª y 4ª capa: SIGMACOVER TCP GLASSFLAKE (7447). Revestimiento epoxi de dos componentes, curado con poliaminas, capa gruesa, reforzado con fibra de vidrio.

•

Superficies en contacto con aceite − 1ª capa: SIGMA UNIVERSAL PRIMER (7417). − 2ª capa: SIGMAGUARD EHB (7433). Revestimiento epoxi de dos componentes, capa gruesa, con alto contenido en sólidos y curado con poliamina.

•

Superficies en contacto con ambiente − 1ª y 2ª capa: SIGMA UNIVERSAL PRIMER (7417). − 3ª capa: SIGMADUR HB FINISH (7524). Esmalte de poliuretano alifático semibrillante de capa gruesa.

•

Superficies mecanizadas − Superficies de asiento estático: barniz pelable temporal marca REINVIN 6V2. − Superficies de deslizamiento incluidas roscas y componentes bañados en aceite: Protección en base aceite que aporta una película lubricante marca VCI-369.

•

Tuberías

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− Tuberías de agua de refrigeración: Si son de acero inoxidable, sin protección. Las de acero al carbono se someterán a un galvanizado en aceite, y para uniones de soldadura galvanizado en frío. − Tuberías de aceite: Decapado interior y por el exterior limpieza manual y pintura de acabado (esmalte sintético).

3.2.3.5 Eliminación de defectos

3.2.3.5.1. Consideraciones generales Generalmente, tanto el suministrador como el constructor toman a su cargo la reparación de defectos que les incumban, siempre que éstos no superen los criterios de aceptación establecidos en la Especificación de Calidad y que hayan cumplido el Pliego de Condiciones Técnicas y Particulares. Podrán ser detectados estos defectos por uno cualquiera de los métodos indicados en la misma o mediante un simple examen visual. El suministrador deberá hacerse cargo de aquellos defectos cuyo origen es de tipo metalúrgico o que se deban a la forma en que se realizó la fundición. Por el contrario, el constructor deberá hacerse cargo de aquellos defectos cuyo origen se deba a una incorrecta concepción, dimensionamiento de la pieza o a una realización en los talleres inadecuada. Por último, las reparaciones que incumben al cliente son aquellas que se deban a un funcionamiento fuera de las condiciones de servicio garantizadas por el constructor, así como las que resulten de un desgaste por abrasión del material relacionado con la naturaleza del agua explotada. Antes de su reparación por soldadura, los defectos deberán ser eliminados hasta que desaparezca cualquier indicación fuera de criterios que se deban cumplir.

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Salvo convención particular en el pedido, las reparaciones serán sometidas a los mismos exámenes que los inicialmente previstos en la zona considerada. El constructor podrá siempre aceptar bajo su responsabilidad que ciertas cavidades de saneado no sean recargadas, en tanto no subsistan en las mismas defectos fuera del criterio que se haya establecido y que esta circunstancia no perjudique el buen funcionamiento de la pieza.

3.2.3.5.2 Defectos detectados en la fundición Los defectos detectados durante el curso de la fabricación en los talleres del suministrador serán saneados y reparados mediante el procedimiento de soldadura. Las dimensiones y posiciones de las cavidades de saneado que superen los límites que se hayan definido en la Especificación de Calidad, serán

anotadas

y

facilitadas

al

constructor.

Las

reparaciones

correspondientes se denominan "importantes". Si la Especificación de Calidad lo requiere, se someterán a la aprobación del constructor para que exprese su conformidad antes de iniciar los trabajos: El procedimiento de soldadura. Los procedimientos de cualificación de soldadores y operadores. No se deberá rehacer cualquier cualificación certificada y existente que responda los criterios que se hayan definidos. Después de la soldadura deberá hacerse un tratamiento térmico de reducción de tensiones que no podrá ser suprimido salvo que se produzca un acuerdo con el constructor.

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3.2.3.5.3 Defectos detectados en los talleres del constructor Si el constructor ha de realizar soldaduras mediante el procedimiento de soldadura debido a la aparición de defectos durante el mecanizado del producto, el modo en el que se realicen estas reparaciones dependerá de las características de la zona a reparar. Para reparaciones en zonas poco solicitadas en las que no sea necesario un tratamiento térmico de reducción de tensiones, estas podrán ser hechas por el constructor según un procedimiento fijado o aceptado por el suministrador. Para reparaciones importantes, que afectan a zonas solicitadas en las que se exige un tratamiento de distensionamiento, será necesario un tratamiento térmico de reducción de tensiones. Excepto en casos particulares, estas reparaciones serán efectuadas por el suministrador, debiéndose registrar las mismas de forma adecuada. Será muy recomendable establecer de común acuerdo y con anterioridad a que se tengan que realizar las reparaciones, la repartición del coste adicional que suponen estas. Si esto no se ha hecho, la repartición deberá ser realizada de un acuerdo entre el suministrador y el constructor antes de comenzar los trabajos de reparación. Lo anterior se puede hacer sobre varios criterios, como controles de la superficie, características de las cavidades de saneado o el precio de la pieza a reparar.

3.2.3.5.4 Defectos detectados en las instalaciones del cliente Durante el período de garantía la reparación debe ser efectuada por el suministrador o el constructor. Fuera del período de garantía, la reparación es efectuada por el cliente o por el constructor o suministrador, sin garantía por parte del constructor ni del suministrador, esto es, el cliente sufraga los costes de la reparación por haber expirado la garantía.

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3.2.3.6 Garantía La garantía cubre todas las anomalías susceptibles de perturbar el funcionamiento del producto considerado o de alterar efectivamente la seguridad del conjunto del que forma Por esta garantía, el constructor y el suministrador se comprometen a efectuar las reparaciones necesarias en un plazo breve y conforme a las reglas que sean necesarias, de forma que se devuelva la pieza conforme a las prescripciones de origen o, en su defecto, conforme con los usos de la profesión. Las condiciones de garantía del suministrador están estrechamente ligadas a las que el constructor debe asegurar a su cliente para los conjuntos suministrados. El constructor debe, por lo tanto, informar al suministrador antes del pedido, de sus propios compromisos a este respecto y no podrá imponer condiciones más severas que las que él mismo ha aceptado. En los contratos a los cuales se aplica el presente Pliego de Condiciones, la similitud de intereses es evidente. Por ello es indispensable que se establezca un estrecho espíritu de cooperación ente el suministrador y el constructor, para asegurar la garantía requerida. El periodo de garantía del suministrador corresponde al del constructor. El propio uso de los órganos de máquinas hidráulicas implica que la garantía cubra un intervalo de tiempo de explotación a contar a partir de la recepción provisional del conjunto que podrá ser expresado en millares de horas o meses, con un límite razonable en el tiempo a contar desde una fecha de partida estipulada en el Pliego de Condiciones constructor/cliente. La diversidad de casos y formas de explotación justifica que la duración de la garantía sea cada vez objeto de negociaciones comerciales entre cliente y constructor. Toda petición de puesta en práctica de la garantía debe ser comunicada por el medio más rápido a partir de la detección de la anomalía y confirmada por escrito. En este caso, se comunicará a la parte interesada todo tipo de información que pueda resultar útil, como puede ser el modo de

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detección de la anomalía, la localización de la misma y sus dimensiones geométricas (incluyendo si fuera posible un croquis acotado y fotografías de la misma). La parte receptora de una petición de puesta en práctica de su garantía, debe en el más breve plazo posible, hacer todo lo que sea necesario para proponer las reparaciones a efectuar, realizarlas y, llegado el caso, suministrar las piezas necesarias, quedando entendido que le está siempre permitido solicitar la constatación de las anomalías por sí mismo. No se emprenderá ninguna reparación sin el acuerdo de la parte supuestamente responsable de la misma, ni será ejecutada sin estar conforme con las instrucciones que pudiera dar la misma. Cualquier infracción a esta regla comporta la anulación de toda responsabilidad para la otra parte. La garantía dejará de tener validez en caso de que no se respeten las prescripciones de explotación que el constructor haya especificado y previamente haya aceptado el cliente.

3.2.4 Verificaciones a efectuar

3.2.4.1 Verificación de la composición química de la colada El suministrador deberá revisar la composición química de la colada, sin embargo, el constructor podrá hacer efectuar un análisis de comprobación sobre la pieza a condición de que esto y las condiciones de extracción, figuren explícitamente en la petición de oferta y en el pedido que hayan sido dirigidos al suministrador. El tipo de acero debe estar claramente definido en la demanda de oferta dirigida al suministrador. Este debe precisar la composición química de su material en la oferta y el constructor deberá obligatoriamente hacer mención de la misma en el pedido.

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En lo que concierne a los contenidos de azufre y fósforo, se aplicarán por lo general las disposiciones siguientes: Para los aceros no aleados: 0,040% S, 0,040% P. Para los aceros aleados: 0,030% S, 0,030% P.

3.2.4.2 Verificación de las características mecánicas

3.2.4.2.1 Características a controlar en los ensayos Las características a controlar en los ensayos más importantes son: Resistencia a la tracción expresada en MPa. Límite de elasticidad: Re en MPa Alargamiento (1=5d) y estricción A, Z en tanto por ciento. Resistencia a la temperatura indicada en la Especificación de Calidad Las formas, dimensiones y cantidad de probetas empleadas en los ensayos deben fijarse en la Especificación de Calidad. La cantidad de probetas prescritas se entenderá siempre por pieza y no por colada. En el caso de series de piezas obtenidas de la misma colada, el constructor prescribirá la cantidad de ensayos sobre el lote.

3.2.4.2.2 Extracción de las probetas Las probetas sobre las que se realizarán los ensayos serán extraídas de apéndices fundidos solidarios a la pieza fabricada. Deberán permanecer adheridos estos apéndices hasta terminado el tratamiento térmico de calidad que se aplique a la pieza.

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Si se da el caso de que estos apéndices fundidos solidarios de la pieza deben ser extraídos de la misma por razones técnicas, éstos deberán desprenderse y después adherirse de nuevo a la pieza en presencia y con el acuerdo expreso del constructor o del cliente, esto último antes de aplicarse el tratamiento térmico de calidad. Los apéndices serán extraídos de la pieza fundida después del tratamiento térmico de calidad y eventualmente antes del desbaste, en presencia o con el acuerdo del constructor o del cliente. En el caso de que el constructor pidiera la existencia de apéndices de ensayos solidarios de la pieza en el curso del tratamiento térmico de reducción de tensiones de la misma, estos apéndices, que habrán sido desprendidos y sellados por el constructor o el cliente antes del desbaste serán de nuevo adheridos a la pieza por el suministrador. Si por razones técnicas los apéndices no pueden ser fundidos solidarios de la pieza, previo acuerdo con el constructor, podrán fundirse por separado los lingotes de muestra.

3.2.4.2.3 Cantidad, posición y dimensiones de los apéndices La cantidad, posición y dimensiones de los apéndices para ensayos serán fijadas por el constructor en la Especificación de Calidad, de acuerdo con el suministrador. Por su parte, el suministrador decidirá adicionalmente los apéndices complementarios que considere necesarios para la realización de sus propios ensayos.

3.2.4.2.4 Instrumentación Todas las verificaciones necesarias serán efectuadas con aparatos de ensayo y por operadores del servicio de control del suministrador. Los

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aparatos

deberán

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calibrarse

periódicamente

y

los

certificados

correspondientes a estas calibraciones y a su trazabilidad deberán estar a disposición del constructor o del cliente.

3.2.4.3 Exámenes no destructivos La Especificación de Calidad definirá las zonas en las que se aplicarán los ensayos no destructivos, así como los diferentes tipos de estos que será necesario utilizar. Esta información se incluirá en la oferta y en el pedido dirigidos al suministrador. Estas condiciones deberán figurar claramente en lo anteriormente citado para evitar posibles conflictos o malentendidos en la recepción de las piezas, y para permitir al suministrador establecer correctamente el coste de estos controles y los riesgos para la fabricación de los productos que estos ensayos no destructivos implican.

3.2.4.3.1 Control de aspecto de las piezas Antes de llevarse a cabo los ensayos no destructivos que sean necesarios, se realizará un control de aspecto a las piezas. Este control comprenderá el examen visual de la totalidad de la pieza con los criterios, examinándose tanto la conformidad con los documentos del pedido (en esto se incluye una identificación del material y de los certificados existentes), como el estado de la superficie. La superficie deberá estar limpia, sin cascarillas, escoria, resto de arena u otros materiales similares que pudieran dificultar la búsqueda defectos. Si no se cumpliera lo anterior, se realizará una limpieza mediante procedimientos mecánicos o químicos, esto último dependerá de las características de la materia a eliminar en la limpieza. En cuanto a la rugosidad de las superficies mecanizadas

o

amoladas

finamente

es

recomendable

utilizar

las

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designaciones del documento ISO 2632 adoptado en numerosas normas. El examen podrá ser efectuado haciendo referencia a normas tales como la Recomendación Técnica 341 del "Bureau de Normalisation des Industrias de la Founderie" para estados de superficie o cualquier otra especificación indicada en la Especificación de Calidad. El aspecto dimensional será examinado según las indicaciones del apartado relativo a controles dimensionales. Los defectos visibles a ojo son los defectos superficiales más llamativos, aquellos que pueden ser detectados con una simple inspección visual. Este es un procedimiento que permite encontrar solamente los defectos más grandes ya que, por un lado, es un tanto subjetivo y, por otro, se da cierto cansancio visual en la persona que realiza el examen. Por este último motivo, el examen no puede ser excesivamente prolongado en el tiempo. El cansancio visual produce confusión en el inspector de forma que, cuando se produce, se detectan defectos donde no los hay o se pasan por alto. Como registro documental se aportarán fotografías de las zonas sometidas a inspección visual. Estas instantáneas se encontrarán perfectamente identificadas para, en su caso, proceder a la comprobación de los resultados. Si aparecen defectos lo suficientemente grandes, se retirará la pieza dejándola en espera de las decisiones que se tomen sobre su procesamiento posterior. En caso de resultar la inspección negativa, la pieza debe ser rechazada rápidamente evitando realizarle más ensayos u operaciones de fabricación. Si la inspección visual es positiva la pieza será examinada por otros procedimientos más precisos y capaces de detectar otros defectos menores y no visibles. Se sellará la pieza y firmará la hoja de ruta, permitiendo continuar su proceso. Esto se debe a que si la inspección visual encuentra a la pieza no conforme, los defectos en esta son lo suficientemente graves como para no tener sentido el continuar el proceso, por el contrario, la inspección visual es incapaz de hallar gran cantidad de fallos, por lo que el

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haber superado esta prueba no implica que la pieza tenga la calidad requerida. Como límites de aceptación se tomarán los recomendados por la norma MSSSP55, que contempla una amplia variedad de situaciones y casos y facilita la identificación de los defectos no admisibles, salvo que en la Especificación de Calidad se determine cualquier otro criterio.

3.2.4.3.2 Control de sanidad Para realizar los controles de calidad será necesario seguir unas pautas y modos establecidos previamente y que vienen definidos en: Especificación técnica de control por líquidos penetrantes. Especificación técnica de control por partículas magnéticas. Especificación técnica de control por ultrasonidos. Especificación técnica de control por radiografía. La elección de los controles empleados y los niveles de aceptación a utilizar deberán hacerse teniendo en cuenta la afectación de la pieza, su concepción hidráulica, así como las exigencias en servicio que vaya a tener que soportar, como acciones erosivas, el riesgo de cavitación, la fatiga por choque, la existencia de solicitaciones alternativas, la tensión de trabajo de las zonas consideradas, etc. Las personas encargadas de efectuar los exámenes no destructivos así como de interpretar sus resultados y de sacar conclusiones a partir de estos, deberán estar calificadas según un procedimiento escrito. Estas personas deberán poseer una experiencia en relación con la importancia de las decisiones que deban tomar.

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3.2.4.3.3 Control de la estanqueidad bajo presión Este tipo de ensayo es raramente realizable en la fundición en condiciones adecuadas, por lo cual a menudo se renuncia a su realización. Por el contrario, las piezas expuestas a la presión, una vez que han sido terminadas, son sometidas a un ensayo bajo presión en los talleres del constructor o en la obra. El constructor debe precisar en el plano de estas piezas las condiciones de realización de este ensayo, como la naturaleza del fluido que transmite la presión, o la duración de la misma, lo que permite al suministrador realizar la pieza de forma que esta pueda soportar adecuadamente aquellos esfuerzos para los que se ha diseñado.

3.2.4.4 Controles dimensionales

3.2.4.4.1 En la fase de entrega por el suministrador Los controles dimensionales y las tolerancias que deben tener las piezas a realizar por el suministrador serán precisados por el constructor desde el momento de la petición de ofertas. La complejidad de las tolerancias dimensionales existentes en las formas hidráulicas hace complicada la elaboración de normas generales. En su respuesta a la oferta, el suministrador aceptará o discutirá las tolerancias. Téngase en cuenta que estas tolerancias tienen una incidencia directa sobre el precio, cuanto más reducidas sean, más compleja será la fabricación.

3.2.4.4.2 En la fase de entrega por el constructor El constructor es la única parte adecuada para decidir tolerar eventuales diferencias en lo referido a perfiles y dimensiones hidráulicas y valorar las

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consecuencias desde el punto de vista de las garantías de funcionamiento que él previamente hubiese acordado. La excepción a lo anterior son los casos sometidos a las recomendaciones de la Comisión Electrotécnica Internacional (Modificación No 1 de Septiembre de 1977 de la publicación 193, capitulo 4, párrafos 2.2, 2.3 y 2.4 para las turbinas hidráulicas y la publicación 497 primera edición, capítulo 4, párrafos 15.2, 15.3 Y 15.4 para las bombas de acumulación).

3.2.4.5 Especificación técnica de control por líquidos penetrantes

3.2.4.5.1 Objeto y campo de aplicación Los líquidos penetrantes se emplean para detectar defectos abiertos en la superficie de las piezas que se inspeccionan, de esto se deduce que sólo se podrán detectar con este ensayo no destructivo defectos en la superficie de la pieza o defectos considerados como internos pero que afloren en la superficie. Por lo general, este control está indicado para piezas terminadas. Sin embargo, puede utilizarse en fases intermedias de fabricación, en particular para el control de las cavidades de saneado, siempre que en las hojas de fabricación o prescripciones de calidad figure dicha operación. La persona que realice el ensayo y evalúe posteriormente los resultados del mismo deberá estar cualificada con el nivel 11 establecido en los requisitos SN- TC- 1 A o según las Recomendaciones para la Cualificación y Certificación del Personal de ensayos No Destructivos de la Asociación Española para el Control de la Calidad (AECC).

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3.2.4.5.2 Preparación de las superficies La preparación de las superficies en el ensayo de líquidos penetrantes tiene por objeto conseguir que las condiciones superficiales de la pieza sean tales que se pueda garantizar la correcta interpretación de los resultados que se obtengan en el ensayo. Las superficies a examinar deberán estar limpias y secas por lo que hay que eliminar totalmente todos los posibles restos en la misma de sustancias como óxido, taladrina, escorias de soldadura, grasa, aceite, agua, polvo, etc. Si la rugosidad de la pieza es excesiva, puede alterar la interpretación de los resultados, por lo que el valor de la rugosidad máxima Re se limitará a valores adecuados, 12 pm (N10) realizándose alguna operación previa de mecanizado o amolado si fuera necesario. En aquellas superficies donde se hayan efectuado tratamientos mecánicos superficiales que puedan impedir la penetración del líquido, las superficies a examinar deberán ser amoladas previamente a la realización del ensayo. En el caso de que se realice un examen por partículas magnéticas por vía húmeda, es recomendable efectuar previamente el control por líquidos penetrantes para poder contrastar los resultados de estos dos ensayos.

3.2.4.5.3 Condiciones realización del ensayo

3.2.4.5.3.1 Temperatura Los líquidos empleados para la realización de este ensayo tienen unas propiedades características, como su poder humectante, ser químicamente inertes, no ser tóxicos (para que su manipulación sea segura), etc. Debido a esto, las temperaturas de los líquidos y de la superficie a examinar, deben estar comprendidas dentro de un campo comprendido entre 15 y 60 ºC aproximadamente, para que se vean favorecidos los fenómenos en que se

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basa el ensayo de líquidos penetrantes. Fuera de estos límites térmicos, la eficacia de los productos y del procedimiento deberá demostrarse a la temperatura prevista de utilización. El líquido penetrante es un derivado del petróleo por lo que el límite superior de temperatura no debe ser superado por el riesgo de inflamación que provocaría esa circunstancia. En cuanto al límite inferior de temperatura de trabajo, se da con el fin de que el líquido penetrante tenga un poder humectante suficiente como para permitir la penetración en los defectos, fenómeno que se ve dificultado si la temperatura no es suficientemente alta. En cualquier caso, las temperaturas antes mencionadas son solamente orientativas, por lo que se deberán seguir las indicaciones y recomendaciones establecidas por el fabricante del producto que se emplee.

3.2.4.5.3.2 Iluminación Para la correcta apreciación de los resultados, la iluminación del lugar en el que se realice el ensayo debe ser suficiente, para esto, el examen podrá realizarse a la luz del día o con luz artificial producida por un tubo fluorescente de 80 W colocado a 1 m de distancia. También se podrá emplear una iluminación equivalente a las anteriormente mencionadas.

3.2.4.5.3.3 Materiales de trabajo Para realizar los ensayos mediante líquidos penetrantes se utilizará un kit formado por los siguientes productos: 1) Penetrante ARDROX 966P (aerosol) 2) Eliminador ARDROX 966 PR 551 (aerosol o granel) 3) Revelador ARDROX 966 (aerosol)

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Del lote empleado en los ensayos se adjuntará sus certificados de Garantía de Calidad según DIN 50.04913.1 .b. o equivalente a esta.

3.2.4.5.4 Procedimiento El ensayo por líquidos penetrantes se basa en los fenómenos de capilaridad y de exudación que se producen entre el líquido y la superficie en que se aplica este. El método más común consiste en utilizar un líquido penetrante coloreado eliminable mediante agua, con el que se impregna la superficie a examinar. Esta superficie es posteriormente limpiada para eliminar el exceso de líquido penetrante aplicado. La lectura se hace por aplicación de una capa de un producto denominado revelador. En caso de haber un acuerdo previo, se podrá utilizarse cualquier otro método. Para realizar un ensayo de líquidos penetrantes los pasos más habituales son los siguientes: Preparación de la superficie a examinar, este aspecto ya fue tratado en un apartado anterior, se basa en que la superficie ha de estar limpia y seca. Para eliminar los restos de oxido, escorias de soldadura u otros materiales que dificulten el ensayo se podrán emplear cepillos metálicos, muelas o los instrumentos adecuados para tal fin. En el apartado anterior referido a los materiales de trabajo viene especificado el disolvente que se empleará, aunque se puede emplear también otro que sea similar al citado anteriormente. Aplicación del líquido penetrante, esta podrá hacerse mediante inmersión, con pincel o mediante pulverización, esta última se hará haciendo que la distancia entre el aerosol y la superficie a examinar esté comprendida entre 40 y 60 centímetros. El líquido penetrante debe aplicarse de forma

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homogénea por toda la superficie que se vaya a examinar y deberá dejarse en esta al menos durante diez minutos, este tiempo mínimo se incrementa en el caso de superficies pulidas, defectos estrechos o temperaturas bajas debido a que el líquido penetrante trabaja en condiciones más desfavorables. Es habitual que se deje al líquido un tiempo entre diez y veinte minutos, posibilitando así que penetre completamente en los defectos que se quieren detectar. Durante el tiempo de aplicación la superficie debe permanecer húmeda. Eliminación del exceso de penetrante, para esto se emplea un trapo húmedo, se enjuaga o se pulveriza agua a temperatura moderada (inferior siempre a 50°C) y presión media (la máxima presión utilizable es 3.5 bares). La eliminación del exceso de líquido penetrante siempre debe hacerse una vez superado el tiempo de aplicación del mismo, para que este haya podido penetrar en los defectos. Limpieza de la superficie a examinar, una vez que se haya eliminado el exceso de líquido penetrante se debe limpiar y secar la superficie empleando trapos que no se deshilachen (para no ensuciar a la misma) o papel absorbente. Aplicación del producto revelador, este suele ir en forma de suspensión en un líquido (vía húmeda). Debido a que es una suspensión, es muy recomendable de cara a conseguir una homogeneidad adecuada que la aplicación del producto revelador se produzca en cuanto se haya terminado de agitar a la suspensión. El revelador puede aplicarse de cualquier forma que permita que la capa que forme el mismo sea fina, homogénea y que no perturbe al líquido penetrante que se encuentra en el interior de los defectos. El líquido penetrante se difunde rápidamente en el revelador, por lo que el examen de la pieza debe hacerse según se vaya aplicando el revelador a la misma.

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Una vez obtenidas las indicaciones, se compararán estas con los criterios de aceptación, esto debe hacerse en un período de tiempo que habitualmente está comprendido entre diez y veinte minutos.

3.2.4.5.5 Interpretación de los resultados obtenidos Indicación es cualquier mancha de exudación obtenida tras haber aplicado el líquido revelador. Existe una terminología muy concreta referente a los tipos de indicaciones que se pueden encontrar una vez realizado el ensayo: Indicaciones "verdaderas" son las que resultan de discontinuidades mecánicas. Indicaciones "circulares" son las que presentan una forma más o menos elíptica, siendo su longitud inferior a tres veces su anchura media. Indicaciones "lineales" son aquellas cuya mayor longitud es superior a tres veces su anchura media. Indicaciones “alineadas1” son aquellas que siendo tres o más, están una a continuación de la otra y siendo la distancia entre ellas inferior a dos milímetros de borde a borde de las mismas. Las irregularidades superficiales como los surcos de herramienta empleada u otras similares a estas, son susceptibles de generar también indicaciones. Cualquier indicación que se revele ambigua, deberá ser considerada como defecto y se repetirá el ensayo para verificar si verdaderamente se trata de un defecto o no, en caso necesario, se hará un retoque previo de la superficie.

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Salvo acuerdo con el constructor, las grandes zonas pigmentadas serán declaradas no aceptables. Las indicaciones aisladas de longitud inferior a 1,5 mm no se tomarán en consideración. La zona examinada mediante líquidos penetrantes será evaluada y clasificada por comparación con los criterios aquí indicados que definen cinco clases de calidad numeradas del 1 al 5 y cuyo orden de calidad es decreciente. La superficie de referencia será de 1 dm2 y podrá ser de forma cuadrada o rectangular, si bien su longitud máxima estará limitada a 250 rpm. La forma de la zona de referencia vendrá dada por la morfología y las dimensiones de la zona examinada o según la repartición más desfavorable de las indicaciones encontradas en la misma. En el caso

de

indicaciones especiales,

o

indicaciones lineales

manifiestamente no asimilables a cualquiera de las clases previstas, éstas deberán ser objeto de una decisión adecuada a cada caso particular.

3.2.4.5.6 Criterios de aceptación Para los distintos criterios de aceptación se utilizará una imagen patrón. La zona examinada en el ensayo será evaluada por comparación con la imagen patrón en cada clase, la cual representa una superficie de 1 dm2. Como ya se dijo antes, podrá ser de forma cuadrada o rectangular y su longitud máxima está limitada a 250 mm. La superficie de comparación se colocará de forma que se tome la repartición más desfavorable de indicaciones en la zona a considerar. Clase 1 > Ninguna indicación circular de dimensión superior a 3 mm. > Ninguna indicación lineal. > Ninguna indicación alineada.

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> Superficie total de las indicaciones no superior a 10 mm2/dm2. Clase 2 > Ninguna indicación circular de dimensión superior a 4 mm. > Ninguna indicación lineal. > Ninguna indicación alineada. > Superficie total de las indicaciones no superior a 20 mm2/dm2. Clase 3 >Ninguna indicación circular de dimensión superior a 5 mm. >Ninguna indicación lineal. >Ninguna indicación alineada. >Superficie total de las indicaciones no superior a 50 mm2/dm2. Clase 4 >Ninguna indicación circular de dimensión superior a 6 mm. >Ninguna indicación lineal. >Ninguna indicación alineada de una longitud superior a 10 m. >Superficie total de las indicaciones no superior a 125 mm/dm2. Clase 5 Ninguna indicación circular de dimensión superior a.8 mm. >Ninguna indicación lineal de longitud superior a 7 m. >Ninguna indicación alineada que constituya una longitud superior a 16 mm.

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>Superficie total de las indicaciones no superior a 250 mm2/drn2.

3.2.4.5.7 Informe del control Este deberá incluir como mínimo la información relativa al lugar, fecha del examen, designación e identificación de la pieza y números de pedido y de colada de la misma. También deberá incluir el tipo de acero fundido, fase de fabricación, zonas controladas, referencia a esta especificación, designación de los productos utilizados en el ensayo y el resultado del ensayo, que podrá ser de conformidad o no con la especificación de calidad que se debiese cumplir. El informe deberá contener el nombre y la firma del inspector encargado del ensayo, así como las observaciones adicionales que se considerasen necesarias.

3.2.4.6 Especificación técnica de control mediante partículas magnéticas

3.2.4.6.1 Objeto y campo de aplicación El objeto del ensayo no destructivo mediante partículas magnéticas es detectar eventuales defectos próximos a la superficie, hayan aflorado o no en la

misma,

este

ensayo

permite

detectar

defectos

superficiales

y

subsuperficiales, las piezas a las que se vayan a someter a este ensayo deberán presentar un ferromagnetismo suficiente. Este examen se hace generalmente sobre superficies brutas o desbastadas, si bien puede aplicarse sobre superficies terminadas, adoptando las precauciones necesarias.

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3.2.4.6.2 Preparación de las superficies Las superficies en las que se vaya a realizar el ensayo deben estar limpias, exentas de aceite grasa, arena o cualquier otra anomalía que pudiera dificultar la buena interpretación de las indicaciones magnéticas que produce el ensayo. De todas formas, el estado de la superficie será definido en la Especificación de Calidad que se aplique. Para las partes desbastadas o amoladas, en principio se especificará una rugosidad Re no superior a 12,5 pm (N10). Para las partes que deban quedar brutas, se seguirá la norma GE 70-2, concretamente, su apartado 3.1. Ha de tenerse en cuenta que un granallado demasiado activo puede dificultar la detección de los defectos menos visibles e incluso enmascararlos, debido a esto, se recomienda limitar esta operación a lo estrictamente necesario.

3.2.4.6.3 Creación del campo magnético

3.2.4.6.3.1 Procedimiento de magnetización Hay varios métodos para conseguir la creación del campo magnético, este será creado mediante paso de corriente alterna o rectificada de una o dos alternancias a través de la pieza. El uso de comente alterna consigue una mayor sensibilidad para la detección de defectos abiertos en la superficie, mientras que la corriente rectificada facilita la detección de defectos subsuperficiales. Previo acuerdo con el constructor, puede utilizarse cualquier otro procedimiento que se considere adecuado. En caso de emplearse un electroimán, éste debe ser obligatoriamente alimentado con corriente alterna.

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Si el examen es en superficies ya terminadas, para tratar de limitar el efecto de arcos que eventualmente se produzcan, es necesario acoplar a los electrodos "almohadillas" en metal fusible, también puede emplearse un electroimán. La Especificación de Calidad podrá precisar el método de magnetización y el tipo de corriente a utilizar para conseguir esta.

3.2.4.6.3.2 Intensidad de campo magnético La intensidad de corriente, la separación entre electrodos y el recubrimiento existentes en las sucesivas zonas a controlar deben permitir que en cada zona examinada haya un campo tangencia1 (que se define como el valor medio entre comente rectificada y valor eficaz en comente alterna) igual o superior a 2000 A/m (es decir 25 Oe), sin que se sobrepase el valor que provoca la aparición de indicaciones por la saturación del material ferromagnético. La excepción a esto último será la zona adyacente a los electrodos por motivos obvios. Si no se dispone de un equipo de medida del campo magnético, se aceptará que la condición precedente se cumple para una intensidad eficaz de comente de 50 A por cada centímetro de separación entre los electrodos que producen la magnetización. Para los aceros inoxidables ferromagnéticos, la intensidad que se emplee en la magnetización deberá ser mayor, pueden ser necesarios valores de hasta 7000 Alm. Si el equipo está graduado en intensidad de cresta, ésta se convertirá en intensidades eficaces (que son medias cuadráticas). Para el caso de corriente rectificada de un semi-período se realiza mediante: I ef = 0,51 ⋅ I cresta

Si la comente es rectificada de dos semi-período y alterna se realiza la conversión con:

Pliego de condiciones técnicas y particulares

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I ef = 0,71 ⋅ I cresta

Hay que asegurar que los indicadores den una respuesta positiva, aunque los campos magnéticos sean débiles.

3.2.4.6.4 Producción de la imagen magnética. La imagen magnética se puede obtener mediante métodos diversos, entre los que se incluyendo polvo magnético seco, polvo magnético en suspensión en un líquido apropiado y polvo magnético fluorescente en suspensión en un líquido apropiado. Cualquiera de estos productos debe aplicarse sobre la superficie a examinar. En el caso de que se utilice polvo magnético fluorescente, la observación se realizará mediante luz ultravioleta. La Especificación de Calidad podrá precisar el producto a utilizar en los distintos casos que se puedan presentar. El método empleado para aplicar el producto debe asegurar una repartición regular de las partículas magnéticas sobre toda la superficie a controlar para que las lecturas de resultados sean correctas. El recipiente que contenga el revelador liquido debe ser agitado frecuentemente para facilitar también esto último. Los productos utilizados en los ensayos deben tener una granulometría, un color y una concentración adecuados para asegurar una sensibilidad y un contraste convenientes, para conseguir esto, se tendrán que tener presentes las condiciones en las que se vaya a realizar el ensayo de partículas magnéticas. En el procedimiento con polvo fluorescente, la lámpara ultravioleta deberá tener la potencia suficiente y la luz ambiental deberá atenuarse en caso de que dificulte la lectura de resultados.

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La eficacia del producto empleado en el ensayo se verificará por medio de un indicador dispuesto sobre la pieza durante el transcurso del control (por ejemplo al Berthoid, Am\JOR o ASTM).

3.2.4.6.5 Modo de operar Cada superficie elemental será controlada sucesivamente según dos direcciones perpendiculares, esto se debe a que el ensayo de partículas magnéticas detecta bien defectos cuya orientación sea perpendicular a la de las líneas de campo magnético de la zona a inspeccionar, pero detecta mal aquellos defectos cuya orientación sea paralela a las líneas de campo magnético. Para facilitar el sondeo, las zonas a controlar pueden ser previamente cuadriculadas con tiza o cualquier otro medio adecuado salvo en el caso de superficies de pequeña dimensión. Los electrodos podrán disponerse paralelamente a los lados o a las diagonales del cuadriculado anteriormente mencionado. Si los electrodos se disponen paralelamente a los lados de la cuadrícula, para una separación de cuadrícula de entre 150 y 200 milímetros, la separación entre los electrodos estará comprendida entre 190 y 240 milímetros. En este caso la intensidad mínima eficaz tomará un valor entre 950 y 1200 A. Si los electrodos se disponen según las diagonales de la cuadrícula, para una separación cuadrícula de entre 150 a 200 milímetros, los electrodos deberán estar separados por una distancia de entre 250 y 300 milímetros. La intensidad eficaz mínima será de entre 1250 y 1500 amperios. En las zonas elementales consideradas, el revelador se aplicará durante 3 segundos a la vez que se produce la circulación de la comente, la cual se mantendrá durante un segundo más que la aplicación del revelador de cara a

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facilitar la estabilización de las indicaciones. El examen se hará visualmente sin esperar una vez hecho lo anteriormente mencionado. Sí estará permitido realizar el examen después de haber tratado varias de estas zonas elementales, siempre que se cumpla que las sucesivas aplicaciones del producto revelador no borran las indicaciones que previamente se hubiesen formado. Si el ensayo debe realizarse en una zona con gran inclinación y con polvo seco, podría suceder que al finalizar el paso de la corriente las indicaciones ya no fueran visibles, al haber caído el polvo por efecto de la gravedad. En este caso el examen debe efectuarse durante el paso de corriente, para evitar el problema antes mencionado.

3.2.4.6.6 Interpretación de los resultados El ensayo por partículas magnéticas se basa en que pone en evidencia las discontinuidades que deforman el campo magnético en la superficie que se está inspeccionando, por concentración local de las partículas alrededor de las citadas discontinuidades. Estas concentraciones son más o menos definidas en función de la profundidad, naturaleza y magnitud de las discontinuidades que existan en el material. Las indicaciones se pueden producir por multitud de causas, como grietas, fisuras, pliegues, rechupes, soportes de macho, poros, inclusiones y otros defectos, que podrán ser más o menos volumétricos. Sin embargo, las indicaciones pueden deberse a diferencias en la estructura del metal, sobre todo en las zonas adyacentes a las reparaciones hechas por soldadura en determinados tipos de acero, estas indicaciones no indicarán por lo tanto la presencia de discontinuidades en el material. Asimismo, las singularidades presentes en la superficie, como las curvas de enlace de radio pequeño, así como surcos de mecanización o amolado, o

Pliego de condiciones técnicas y particulares

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incluso la magnetización local remanente debida a un cable eléctrico pueden disminuir o aumentar la concentración de partículas en esa zona. La conclusión de lo anterior es que el ensayo mediante partículas magnéticas permite detectar una gran cantidad de defectos, pero en ocasiones pueden surgir indicaciones erróneas, que indiquen la existencia de un defecto cuando en realidad este no existe.

3.2.4.6.7 Criterios de aceptación Las indicaciones que se tendrán en cuenta son aquellas que previamente se haya acordado que se deben a una particularidad de la superficie o a una discontinuidad de la estructura, esto ya fue tratado en el apartado concerniente a la interpretación de los resultados de ensayos mediante partículas magnéticas. En caso de desacuerdo, se podrá repetir el ensayo, realizar un ligero amolado local y provocar una mejora de las condiciones de magnetización de la zona estudiada. Si la duda respecto a la indicación persistiese, se efectuarían ensayos mediante líquidos penetrantes en la zona considerada. Los criterios de aceptación para cada clase figuran en la tabla siguiente:

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Siendo las anotaciones contenidas en la tabla anterior las siguientes: S: Clase excepcional (zonas críticas altamente solicitadas). Si se presenta una concentración numerosa de indicaciones pequeñas, aunque estas sean puntuales, la superficie implicada deberá amolarse para seguir la evolución de las mismas; si éstas tienen tendencia a alargarse y a acercarse, se procederá a reparar. (3) L es la longitud de la indicación más larga. (4) En caso de desacuerdo y si la naturaleza del defecto no puede ser demostrada, será asimilada a una discontinuidad lineal. Téngase en cuenta también que las indicaciones de tamaño en tomo a un milímetro no se toman en consideración. La especificación de calidad definirá la clase a utilizar en cada zona que se deba controlar. Para las paredes de las cavidades de

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saneado, el Constructor podrá especificar una clase de calidad distinta de la prevista para la superficie.

3.2.4.6.8 Informe del control El informe de control debe indicar como mínimo: Lugar y fecha del examen. Designación e identificación de la pieza. Números de pedido y de colada. Tipo de acero fundido. Fase de fabricación y zonas controladas por el ensayo. Referencia a esta especificación. Equipo utilizado, tipo de corriente de magnetización, y naturaleza de las partículas magnéticas. Conformidad, o no, de la pieza respecto a la especificación de calidad establecida para la misma. Observaciones que se consideren adecuadas. Nombre y firma del inspector.

3.2.4.7 Especificación técnica de control por ultrasonidos

3.2.4.7.1 Objeto y campo de aplicación El ensayo no destructivo basado en ultrasonidos tiene como objetivos encontrar defectos internos en las piezas examinadas, así como estimar su importancia (naturaleza, dimensiones y posición) si esto es posible.

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El examen mediante ultrasonidos puede aplicarse a todas las piezas realizadas en acero fundido ferrítico o martensítico. No obstante, hay factores como la forma de las piezas o el tamaño del grano de estas que pueden limitar su empleo y hacer muy difícil o imposible la interpretación de los resultados obtenidos. El método descrito en la presente especificación está basado en la utilización de un palpador normal de ondas longitudinales. Si la especificación de calidad requiere el empleo de otro tipo de palpadores de ultrasonidos, particularmente para la detección y caracterización de defectos muy próximos a la superficie o en las zonas en espera de soldadura, entonces la especificación de calidad deberá indicar la especificación que se deberá aplicar en esos casos.

3.2.4.7.2 Observaciones preliminares El método utilizado, denominado impulsos de emisión, consiste en interpretar sobre la pantalla los ecos recibidos por un palpador después del regreso del impulso de ultrasonidos que el mismo ha creado anteriormente. Se deberá tener en cuenta la evolución de las amplitudes o posiciones que presentasen estos ecos según vaya cambiando la posición del palpador. La amplitud de un eco está ligada a la existencia de superficies en las que rebotan los ultrasonidos a una distancia dada, y depende también de las características de reflexión de los ultrasonidos que estas superficies posean en la dirección considerada. Esto explica la complejidad que entraña deducir la naturaleza y dimensiones de aquellos que provoca los ecos de ultrasonidos detectados y, por consiguiente, el carácter convencional de los límites de aceptación propuestos en la presente especificación.

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Debido a esto, el examen mediante ultrasonidos no es completamente concluyente, por lo que se requieren análisis adicionales para poder asegurar totalmente la conformidad de la pieza analizada respecto de las especificaciones que debe cumplir. La eficacia del ensayo por ultrasonidos y el coste asociado a este depende en buena medida de la meticulosidad con que se realice, esto incluye el tiempo necesario para el ensayo y la accesibilidad de las zonas a controlar. El Constructor deberá, pues, adaptar sus exigencias relativas a la preparación de superficies, modo de sondeo, clases de aceptación, etc., al problema específico que presenta cada parte de la pieza para la cual se ha prescrito el examen por ultrasonidos.

3.2.4.7.3 Condiciones de operación El examen por ultrasonidos será siempre efectuado después del tratamiento térmico de calidad al que se someta a la pieza. La Especificación de Calidad precisará los estados de superficie a respetar para poder llevar a cabo el control, esto tendrá en cuenta también los criterios de aceptación que afecten a la pieza. Una rugosidad correspondiente al patrón N10 (12,5 pm) generalmente es aceptable, al permitir realizar correctamente el ensayo. En todos los casos, las superficies en contacto con el palpador serán regulares y sin asperezas u ondulaciones que dificulten la transmisión de las ondas de ultrasonidos y el desplazamiento del palpador. La calamina resultante de la eliminación de las mazarotas o del tratamiento térmico así como cualquier resto de cascarilla, óxido, escorias de soldadura, etc serán eliminados antes de realizar el ensayo. Si esto es posible, se deben eliminar entallas, rebordes o elevaciones que pudiera presentar el material con el fin de asegurar un buen contacto entre el material y el palpador en un espacio suficiente para que el ensayo se haga de forma correcta.

Pliego de condiciones técnicas y particulares

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Se utilizará un producto de acoplamiento que permita una adecuada transmisión de los ultrasonidos, entre los que se pueden utilizar figuran la pasta de celulosa y el aceite. Se utilizará el mismo producto de acoplamiento para el calibrado y para los exámenes, el aparato empleado será del tipo clásico y, como mínimo, será capaz de utilizar un campo de frecuencias comprendido entre 1 a 5 MHz. Recuérdese que a mayor frecuencia de los ultrasonidos, menores serán los defectos que se puedan llegar a detectar. El aparato de ultrasonidos estará provisto de un dispositivo para el reglaje de la amplificación graduado en decibelios, cuya precisión será de 2 dB dentro de los campos utilizados. La escala vertical será lineal con una tolerancia de +5% como mínimo hasta el 75% de su altura máxima. La base de tiempos del aparato será regulable de forma continua y su diferencia de linealidad debe ser inferior al 2% del valor de la medida para garantizar una buena precisión. Las tolerancias anteriormente indicadas son indicativas. Si estos valores fueran superados, podría ser necesario tenerlo en cuenta para casos límite que se pudiesen presentar. Los

palpadores

utilizados

son

palpadores

normales

de

ondas

longitudinales. Salvo imposibilidad, debido a la forma o la permeabilidad, su diámetro estará comprendido entre 19 Y 26 mm y su frecuencia entre 2 y 2,5 MHz. Generalmente estos palpadores están provistos de una suela protectora blanda que dificulta su desgaste con el uso. Antes de su utilización, se verificará la resolución y sensibilidad del conjunto formado por el palpador y el aparato por medio de una pieza de calibración internacional.

Pliego de condiciones técnicas y particulares

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Resolución: en la ranura de 2 mm, empleando palpadores normales de frecuencia igual a 2 MHz o más, deberán obtenerse tres ecos. Sensibilidad: para una frecuencia de 2 a 2,5 MHz, el número de ecos obtenidos sobre la suela de plexiglás serán como mínimo tres, esto podría hacer necesario aumentar la amplificación al máximo, para investigaciones complementarias que se hayan previsto, pueden utilizarse otros tipos de palpadores de ultrasonidos, como los palpadores angulares de ondas transversales

(recuérdese

que

hasta

ahora

eran

todos

de

ondas

longitudinales). Los ángulos de refracción más habituales en estos palpadores son de 45º, 60º y 70º con respecto a la normal de la superficie en que se apoya el palpador angular. Otro tipo de palpadores de ultrasonidos son los denominados SE, que poseen cristales emisor y receptor diferenciados y que sirven sobre todo para buscar defectos superficiales en la pieza inspeccionadas. Estos palpadores generalmente no están provistos de una suela flexible lo que hace necesario una adecuada preparación de la superficie hasta que sea lo suficientemente lisa y plana.

3.2.4.7.4 Modo de operación El impuso de emisión que produce el equipo de ultrasonidos empleado puede permitir a veces el ajuste del mismo, en este caso, se empleará un impulso de emisión con la potencia mínima compatible con las distintas necesidades del ensayo. Las características del impulso de emisión no se modificarán durante el ensayo. Para la calibración del palpador y la evaluación de las indicaciones obtenidas en el ensayo, el mando que regula la amplificación deberá estar en la posición 0. La base de tiempos deberá estar reglada de forma que se maximice la separación el impulso de emisión y los ecos más alejados que se pudieran producir, esto se debe a que así se medirá de forma más precisa.

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Las consideraciones anteriores se efectuarán, lógicamente, teniendo en cuenta de las posibilidades de reglaje del equipo que se vaya a utilizar. Para el calibrado se emplean únicamente las distancias entre dos o más ecos de distancia previamente conocida. La distancia entre la impulsión de emisión y el primer eco no puede emplearse por el efecto denominado de "campo cercano", que hace que la precisión en la zona próxima a la emisión no sea lo suficientemente alta como para calibrar con ella. La posición de un eco respecto a una referencia en la pantalla permite determinar la profundidad a la que se encuentra el elemento que produce el citado eco, que puede ser tanto un defecto como características propias de la pieza como el espesor de la misma. Para el reglaje de la amplitud de los ecos se pueden utilizar piezas patrón de espesores conocidos. Estas piezas existen tanto con un espesor fijo como escalonadas. Estas piezas pueden tener taladros cuyas indicaciones figuran en la especificación de calidad: Con taladros de fondo plano de diámetro 6 mm, cuya tolerancia de -0 y +0.4 y cuyos ejes serán perpendiculares a la superficie examinada. Con taladros cilíndricos del mismo diámetro, pero cuyos ejes serán paralelos a la superficie examinada. Las piezas patrón estarán preferiblemente fabricadas de acero y es deseable que sus características relativas a la propagación de los ultrasonidos en ellas sean lo más similares posibles a las de la pieza que se va a someter al ensayo. (1) La anchura de las piezas patrón será superior a 50 mm y a: L=

λ ⋅d D

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En la expresión anterior h es la longitud de las ondas de ultrasonidos en la pieza, d es la distancia y D es el diámetro del cristal que genera los ultrasonidos. Para obtener las curvas de referencia, poner sucesivamente el palpador sobre cada uno de los taladros útiles de la pieza patrón empleada, se deberán conocer los espesores en los que se va a calibrar (mínimo 3 espesores). En la posición del eco máximo se reglará la amplificación para que la altura de este oscile entre el 75% y la totalidad de la altura de la pantalla. Se marcarán en la pantalla los picos de los ecos correspondientes a cada taladro que se obtuvieron anteriormente. Si se diera el caso de que la altura de algún eco resulta inferior al 20% de la altura total de la pantalla, se aumentaría la amplificación de 6 a 12 dB en estos puntos, anotándose también la ganancia suplementaria que se acaba de introducir. Trazar una línea que pase por los distintos puntos y prolongada hacia la izquierda horizontalmente. Se obtiene así la curva de referencia de amplificación correspondiente AO. Para tener en cuenta los distintos estados de superficie y de absorción de los ultrasonidos en el espacio comprendido entre la pieza a examinar y la pieza patrón, se modificará la amplificación procediendo como en el caso de los generadores de ecos artificiales, se trazará una línea que pase por los picos de los ecos de fondo correspondientes a los distintos espesores de los taladros de las piezas patrón, de amplificación correspondiente Al. A continuación se pondrá el palpador sobre una zona sana de la pieza cuyas paredes sean paralelas y cuyo estado de superficie sea equivalente al de la zona que se desea examinar, reglándose la amplificación de aparato hasta que se haya elevado el eco de fondo sobre la línea trazada sobre la pantalla. Denominaremos A2 a la amplificación obtenida. En el momento de realizarse el examen mediante ultrasonidos, la amplificación deberá tomar el valor AO-(A2-Al).

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También podría ser necesario modular esta corrección en función de la profundidad existente, por ejemplo, repitiendo la operación precedente para distintos espesores e interpelando si fuera necesario. Una forma de no tener que realizar todo lo anterior es mediante la utilización de diagramas de referencia ya existentes. Si existe un acuerdo previo entre las partes, la curva de referencia podrá igualmente ser establecida utilizando los diagramas facilitados por distintos fabricantes de palpadores, en los cuales se incluyen para un tipo determinado de palpador las curvas correspondientes al eco de fondo, además de los ecos de taladros de fondo plano de diámetros diferentes. En este último caso, sería necesario verificar previamente, mediante el uso de piezas patrón provistas de taladros con fondo plano, como mínimo dos puntos del diagrama que se fuese a emplear. Hay diversas formas de examen, la especificación de calidad precisará para cada zona que se considere, la modalidad de ensayo que se debe efectuar: Examen al cien por cien, esto se indicará con una X en la casilla que corresponda a la zona en la especificación de calidad. En este caso el palpador se desplaza según líneas paralelas con recubrimiento hasta haber examinado la totalidad de la zona. Examen por sondeo. Se puede denominar QL, QP o SL, que a su vez se caracterizan por: QL seguido por unas cifras significa que el palpador se desplaza a lo largo de las líneas de una red cuadriculada. Las cifras antes mencionadas indican el paso en milímetros de la red. QP seguido por unas cifras significa que el palpador se aplica únicamente en los puntos de intersección de una red como la definida en el caso anterior. SL implica que el palpador se desplazará según líneas que habrán de ser definidas en cada caso.

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Los exámenes por sondeo deben seguir al menos una serie mínima de reglas, entre las que se incluyen: Para evitar la aplicación de la cláusula mencionada el constructor deberá precisar claramente y rápido (como muy tarde, en el propio pedido) la localización de los cruces de la red que se vaya a emplear. Si se detecta una anomalía se investigará su contorno examinando las zonas que sean adyacentes a la citada anomalía. La garantía obtenida sobre la conformidad de la clase especificada en toda la zona que se haya considerado dependerá del paso de la red empleada y de la clase de aceptación, ya que cambios en estos parámetros afectan a la exactitud del examen y a la dificultan que existe para superarlo. Para la detección de las indicaciones, se aumenta la amplificación lo necesario para que la altura mínima de los ecos a anotar, para la clase especificada, sea al menos igual a una quinta parte de la altura total de la pantalla del aparato empleado. Las indicaciones a detectar en el ensayo mediante ultrasonidos serán tanto ecos intermedios como atenuaciones del eco de fondo que no se deban a la geometría que presenta la pieza en esa zona. Ciertas indicaciones no podrán ser interpretadas con la exactitud deseable, por lo que pueden interpretarse como defectos. Estas indicaciones serán indicaciones a confirmar y son particularmente importantes en aquellas zonas que hayan sufrido reparaciones considerables.

3.2.4.7.5 Criterios de aceptación Se denominará D a la altura del eco máximo producido por el defecto, después de haber ajustado la amplificación de calibrado, R será la altura de la curva de referencia a la misma profundidad, y F será la altura del eco de fondo en la zona examinada de paredes paralelas.

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Fo se tomará como la altura del eco de fondo en una zona sana de paredes paralelas del mismo espesor de la zona a examinar. Se definirá: ∆F = F0 - F S se definirá como la superficie formada por las zonas elementales obtenidas por una agrupación de puntos de indicaciones a anotar por el método que se haya definido previamente. Las indicaciones a anotar son aquellas para las que se cumple: D > 0,5 R R ∆F ≥ 0,2 F0 Se podrán emplear también otros límites, que podrán depender de la clase de calidad o de aquello que se considere adecuado. Se tomarán como indicaciones puntuales aisladas a aquellas en las cuales su superficie es inferior a la del palpador empleado para realizar el ensayo. Es necesario calcular la superficie de las zonas con anomalías que presente la pieza, para ello se marcarán sobre la pieza las posiciones correspondientes al centro del palpador para las cuales se ha encontrado alguna indicación a anotar. Estos puntos se agruparán en zonas elementales de superficie S. Se considerarán como zonas elementales distintas aquellas para las cuales las distancias a toda zona vecina son mayores que la dimensión máxima de las dos zonas que se estén considerando. Si los puntos marcados anteriormente no se agrupan en zonas elementales, entonces se les considerarán indicaciones puntuales aisladas. Hay que tener en cuenta que si la superficie inspeccionada no es plana, la determinación de la superficie real de la zona con anomalía puede necesitar un croquis.

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Los criterios de aceptación de este ensayo se pueden basar en múltiples parámetros, entre los que figuran: Altura del eco producido por el defecto. Atenuación del eco de fondo. Superficie de cada zona elemental. Superficie total acumulada debida a las zonas elementales. Si las indicaciones superan los criterios de aceptación que finalmente se especifiquen, el constructor deberá decidir si la pieza se repara o si deben confirmarse los resultados obtenidos. Los niveles de aceptación pueden variar con la profundidad de la zona que se esté inspeccionando, si es así, habrá que definir a las distintas clases de calidad que haya. Los criterios antes mencionados también pueden variar para el caso de zonas puntuales aisladas, si es así, será necesario definir los criterios que deberán aplicarse en ese caso. No se deben establecer criterios de aceptación de carácter general por la gran cantidad de casos que pueden darse, habrá que tener en cuenta las solicitaciones, la dificultad existente para realizar el control, el grado de nocividad de las anomalías que se detecten, etc. P. modo de ejemplo, se pueden especificar las clases como las contenidas en la siguiente tabla, que podrá ser cambiada en función de la información de la que se disponga.

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(1): Para las clases 2 a 5, las indicaciones puntuales aisladas que superen los límites de aceptación tolerados para las anteriores clases podrán ser aceptadas con la condición de que su cantidad no supere ninguno de estos dos valores: tres por dn2 o treinta por m2. (2): Se refiere a la superficie máxima de cada zona elemental. (3): Se refiere a la suma de las superficies elementales en tanto por ciento de la superficie a examinar que definiese la especificación de calidad. Aquellas indicaciones que se considere que han de ser confirmadas requerirán el uso de otros medios, como palpadores distintos a los empleados. El análisis posterior al ya realizado buscará confirmar (o negar) la existencia de un defecto, y en caso de existir este, buscará conocer sus dimensiones y el tipo al que pertenece. El constructor será quien tome la decisión en función de la solicitación a la que esté sometida el área estudiada y las posibilidades de crecimiento que tenga el defecto por el tipo de trabajo que soporte la zona. Si lo considerase necesario, podrá solicitar que le sea enviado un informe detallado con croquis incluido.

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Entre lo que podrá solicitar figura una radiografía siempre que los criterios para la realización de la misma se hubiesen definido en la especificación de calidad. Según la presente especificación, estos criterios no se aplican salvo que se esté ante indicaciones a confirmar.

3.2.4.7.6 Informe del control El informe del control realizado debe contar como mínimo con los siguientes datos: Lugar y fecha del examen. Designación e identificación de la pieza examinada. Número de la colada y del pedido. Tipo de acero. Fase de fabricación y zonas controladas. Referencia a esta especificación. Marca, tipo y palpador empleado en el ensayo. Frecuencia y tipo del cristal generador de ultrasonidos empleados. Conformidad (o no) con la especificación de calidad. Observaciones que se consideren necesarias. Nombre y firma del inspector.

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3.2.4.8 Especificación técnica de control por radiografía

3.2.4.8.1 Objeto y campo de aplicación El ensayo no destructivo basado en radiografías tiene por objetivo detectar defectos internos en piezas fundidas, así como precisar la naturaleza y dimensiones de los defectos que se hubiesen detectado previamente mediante otros ensayos, como por ejemplo, el ensayo mediante ultrasonidos. Este ensayo no destructivo es aplicable a cualquier pieza de acero fundido, si bien el espesor, la forma y la accesibilidad de las mismas pueden provocar que no siempre sea utilizable.

3.2.4.8.2 Preparación de la superficie El ensayo de radiografía debe utilizarse después de haberse aplicado el tratamiento térmico de calidad, asimismo, debe realizarse en superficies que no presenten irregularidades que pudiesen dar lugar a interpretaciones erróneas de las radiografías que se obtengan.

3.2.4.8.3 Fuentes de radiación Será necesario conocer tanto el espesor de la zona que se debe radiografiar como el metal que forma la pieza. Se podrán emplear radiaciones X o gamma, se utilizarán aquellas que permitan realizar el ensayo de forma correcta.

3.2.4.8.4 Películas radiográficas La película que se emplee para ser impresionada por la radiación, dependerá de la radiación empleada, así como del espesor de la pieza en la zona a examinar. De ASTM E 94-68 (1974) se pueden obtener estas indicaciones:

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El constructor debe dar su aprobación si se desea utilizar películas radiográficas de tipo 4. Como guía para elegir adecuadamente la película a emplear se puede utilizar la siguiente tabla:

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Estas indicaciones se han incluido al representar el nivel habitual de calidad, las tensiones representan las energías operativas en esos casos.

3.2.4.8.5 Identificación de las radiografías En las radiografías que se tomen se deberá prever que cada una de las mismas tenga al menos dos referencias visibles en la misma. Si es posible, las referencias estarán del lado de la fuente. La posición de las referencias que se empleen se deberá marcar sobre la pieza para posibilitar repetir la radiografía exactamente en la misma posición si esto fuera necesario. Como referencias se pueden utilizar características propias de la pieza, como puede ser una punta de arista, si estas permiten posicionar correctamente la radiografía. Cada película empleada será marcada de forma que sea posible su identificación en concordancia con el plano de posicionado. Los indicadores de calidad de imagen (I.Q.I. del tipo AFNOR, DIN o ASTM), que también se pueden denominar penetrámetros, se dispondrán perpendicularmente al haz de radiación sobre la superficie de la pieza del lado de la fuente (salvo en casos excepcionales). Estos deben ofrecer las mejores posibilidades de interpretación aun en el caso de espesores distintos.

3.2.4.8.6 Distancia foco-película La distancia fuente-película deberá ser la suficiente para tener una penumbra geométrica adecuada. Para el acelerador lineal, la distancia fuentepelícula debe ser superior o igual a 1500 mm. Estos aspectos serán modificables en caso de que exista un acuerdo que así lo especifique.

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3.2.4.8.7 Calidad de las radiografías Los valores de los distintos parámetros pueden ser acordados para cada caso particular por las partes. La calidad de imagen será evaluada mediante la identificación del agujero o hilo más pequeño visible en función del espesor radiografiado del indicador de calidad de imagen. El último taladro o hilo visible de este será el definido en la tabla que se presenta a continuación, con referencia a las normas indicadas. La densidad en las lecturas en simple o doble película deberá estar comprendida entre dos y cuatro. Esta será verificada con ayuda de un densitómetro o por comparación con películas patrón.

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(1) Valores intermedios entre I.Q.I. No 20 Y 50 de 5 posibles (2) Valores intermedios entre I.Q.I. No 50 Y 100 de 10 posibles (3) (Valores intermedios a partir del I.Q.I. No 120 de 20 posibles La borrosidad geométrica (Bg) viene determinada por la expresión: Bg =

d ⋅e D−e

Siendo: e: Espesor de la pieza a radiografiar. D: Distancia fuente-película. d: La dimensión más pequeña de la fuente. Las distancias anteriores son todas en milímetros. La borrosidad geométrica dependerá del espesor que se vaya a radiografiar:

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3.2.4.8.8 Interpretación de las películas La interpretación será efectuada en simple o doble película según la densidad que exista. La interpretación deberá basarse en la última edición de las normas ASTA4 E466, E148 Y E280, según el espesor de las piezas radiografiadas. Los criterios de aceptación (tipo de defecto y clases) serán definidos en la especificación de calidad para cada zona a radiografiar.

3.2.4.8.9 Informe del control El informe del control radiográfico que se vaya a realizar deberá incluir al menos los siguientes puntos: Lugar y fecha de examen. Designación e identificación de la pieza. Número del pedido y de la colada. Tipo de acero fundido. Fase de fabricación y zonas que se han controlado. Referencia a la presente especificación. Características de la fuente de radiación utilizada. Distancia entre la fuente y la película, así como los espesores radiografiados. Marca y tipo de la película empleada, tipo del indicador de calidad de imagen utilizado. Identificación de las radiografías. Plano indicando la disposición de las radiografías y de las marcas realizadas sobre la pieza.

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Resultado de interpretar las radiografías obtenidas, se deberá indicar para cada defecto su tipo y clase. Conformidad (o no) de la pieza respecto de la especificación de calidad. Nombre y firma del inspector.

3.2.5 Tratamientos de protección contra la corrosión

3.2.5.1 Procedimiento La protección frente a la corrosión se aplicará a todos los elementos fabricados en acero al carbono de las turbinas durante su fabricación o en reparación. Esta prescripción será aplicada siempre que no existan otros acuerdos con el cliente que modifiquen lo aquí establecido. Las superficies antes de proceder a chorrearlas deben estar limpias de posibles restos de aceite o grasa. Las rebabas, las aristas vivas, las capas gruesas de óxido y los posibles restos de escorias de soldaduras se eliminarán por medio de cincel, cepillo de alambre o por otro sistema que se considere adecuado antes de realizar el chorreado, este podrá efectuarse con arena o con granalla. Se chorreará hasta un grado de acabado indicado en la norma SIS 055900. Para el caso de chorreado por el exterior del equipo, los agujeros se taparán adecuadamente con contra bridas (si las conexiones son mediante bridas), o en otro caso, mediante tapas adecuadas para tal fin. Las conexiones roscadas se taparán mediante tapones también roscados. Se busca evitar con esto la entrada de arena o granalla en el interior del equipo. En todo caso, se protegerán las superficies mecanizadas y las roscas utilizando para ello Tesaband u otro medio adecuado. En el caso de soldaduras de obra, se dejará una banda de 60 mm sin pintar a ambos lados de la soldadura, para evitar que el calor que posibilita la soldadura dañe a la pintura.

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El chorreado se efectuará dentro del taller previsto al efecto evitándose condiciones indeseables para esta operación, entre las que figuran una humedad relativa superior al 80%, condensaciones, humedad sobre la superficie apreciable a simple vista o un abrasivo húmedo Una vez concluida la operación de chorreado, se eliminará cuidadosamente toda la arena o granalla que haya podido quedar sobre el equipo, así como el polvo que se produzca mediante aire comprimido limpio y seco, aspirador de polvo o un cepillo limpio. La pintura se aplicará sobre las superficies a pintar según las especificaciones técnicas que facilite su fabricante. Para poder pintar, se tendrán que verificar necesariamente los siguientes puntos: Preparación de la superficie. Control del grado de acabado. Pintura utilizada de imprimación. Pintura utilizada en la terminación. Espesor y adherencia del pintado de acabado. Verificación visual del resultado.

3.2.5.2 Normas, aparatos y pinturas a utilizar El tipo de pintura a utilizar se elegirá según las características de la superficie a pintar. Las normas que se deberán seguir para los distintos aspectos son: Rugosidad: s/SIS 055900. Adherencia: s/ASYM D 3359-83. Espesores: según el tipo de pintura empleado.

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3.2.5.2.1 Superficies en contacto con agua Para estas superficies, su preparación deberá ser de grado 2 y habrá cuatro capas de protección. Cada una de estas capas es detallada a continuación: Primera capa: se empleará pintura Epoxi rica en Zinc de dos componentes 221, su espesor oscilará entre 80 y 90 mm y su color será gris metálico. Segunda capa: la pintura será Epoxi-Poliamida Óxido de Hierro Micáceo 2x6, su espesor será de 80 pm y de color gris claro. Se deberá aplicar en las 48 horas siguientes a la capa de imprimación. Tercera y cuarta capa: estas capas tendrán pintura Alquitrán-Epoxi 5x4 y espesor 100 pm (en cada capa). Serán de color negro. En la cámara espiral y el tubo de aspiración, se dejarán libres de pintura sesenta milímetros en el borde de todas las uniones soldadas a realizar en obra, para proteger la pintura del calentamiento que se genera al soldar. Para limpiar la soldadura por el interior se esmerilará hasta metal blanco y se pintará según lo anteriormente prescrito. En el caso de que se tenga que soldar por el exterior anclajes u otros accesorios para ayudar al montaje se comprobará que por el interior no se ha dañado a la pintura. Si sucediera esto último, habrá que reparar la zona dañada.

3.2.5.2.2 Superficies en contacto con aceite Estas superficies serán preparadas para que presenten una preparación de superficie de grado 2 %, y tendrán tres capas de protección, cuyas capas de protección serán como sigue: Primera capa: utilizará pintura Epoxi rica en Zinc de dos componentes 221, su espesor oscilará entre 80 y 90 p. Su color será gris metálico.

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Segunda capa: su pintura será Epoxi-Poliamida Óxido de Hierro Micáceo 2x6, con espesor igual a 80 pm y color gris claro. Se deberá aplicar esta capa en las 48 horas siguientes a la de imprimación. Tercera capa: su pintura será Esmalte Poliuretano Alifático de dos componentes 5W, con espesor comprendido entre 40 y 50 pm. Su color será el blanco.

3.2.5.2.3 Superficies en contacto con el ambiente En este apartado se distinguirá entre dos casos, que serán las superficies en contacto con el ambiente y las correspondientes a la turbina montada. Para el caso de las superficies en contacto con el ambiente, con excepción de las de la tubería montada, se prepararán con grado 2, y tendrán dos capas de protección. Estas últimas serán como sigue: Primera capa: usará pintura Epoxi rica en zinc de dos componentes 221, espesor comprendido entre 80 y 90 pm y color gris metálico. Segunda capa: su pintura será del tipo Epoxi-Poliamida Óxido de Hierro Micáceo 2x6, con un espesor de 80 pm y color gris claro. Esta capa deberá aplicarse en las 48 horas posteriores a la capa de imprimación. Para el caso de las superficies de turbina montada se prepararán las superficies con grado 2 y tendrán cuatro capas de protección. Las características de estas serán las siguientes: Primera capa: pintura Epoxi rica en zinc de dos componentes, con espesor entre 80 y 90 p. Su color será el gris metálico. Segunda capa: empleará pintura Epoxi-Poliamida Óxido de Hierro Micáceo 2x6, con espesor igual a 80 pm y color gris claro. Se deberá aplicar en las 48 horas siguientes a la capa de imprimación.

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Tercera y cuarta capa: emplearán pintura Esmalte Poliuretano de dos componentes 5P9, con espesores comprendidos entre 35 y 40 pm en cada una de las capas. El color será azul RAL 5015

3.2.5.2.4 Superficies mecanizadas Este tipo de superficies llevarán una sola capa de protección, con pintura del tipo Barniz Pelable, con un espesor de al menos 80 pm y color amarillo.

3.2.5.2.5 Superficies en contacto con hormigón E El transporte por carretera se hará con protección sin recubrimiento, mientras que el transporte marítimo se hará con una preparación de superficie de grado Sa 2%. Se aplicará una capa de protección. Esta capa empleará pintura de tipo Shop-F'rimer Epoxi de dos componentes, su espesor deberá oscilar entre 20 y 25 pm y su color será rojo óxido.

3.2.6 Controles a realizar en cada pieza

3.2.6.1 Controles en la cámara en espiral En esta pieza se realizarán un total de cuatro controles: inspección visual, examen por líquidos penetrantes, certificados de materiales, control dimensional. Se explican a continuación cada uno de ellos: Inspección visual. Este control se deberá realizar tanto a la totalidad de la cámara en espiral una vez finalizada su construcción y a cada una de las chapas que la forman durante su fabricación. Se busca con esto detectar los defectos de cualquier tipo o las faltas de soldadura apreciables a simple vista.

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Las chapas que no se consideren aptas se apartarán y marcarán para realizar con ellas la opción que se considere más adecuada entre desecharlas o emplearlas en algo en lo que sean válidas. Si existiesen mordeduras, salpicaduras o grietas (tanto de cráter, como longitudinales o transversales) en alguna soldadura, se procederá a su levantado y volverán a depositarse. Si existiesen defectos como descolgaduras, falta de penetración o rechupes (defectos en la raíz), serán levantadas estas soldaduras para ser depositadas de nuevo si fuera posible. Líquidos penetrantes. Este examen se realiza con la cámara ya finalizada en las zonas en las que se produzcan cruces entre cordones de soldadura distintos. Se busca poder detectar defectos superficiales cuyo tamaño no permita apreciarlos a simple vista, debido a que pueden disminuir peligrosamente la resistencia del cordón de soldadura en los citados cruces. En caso de encontrarse estos fallos, se levantarán los cordones correspondientes y su repetición. Certificados de materiales. Se pedirán para su comprobación los certificadas de los materiales que conforman la cámara en espiral, de cara sobre todo a garantizar que su tensión máxima mínima tiene el valor especificado en la norma UNE-EN 10253-1: 2000 y que dicho valor se encuentra dentro de tolerancias que se hayan especificado. En caso de que no fuese así, existiría un riesgo para la integridad de la cámara en espiral cuando esta se llenase de agua y alcanzase altas presiones. Control dimensional. Se realizará en todas las chapas que conforman a la cámara en espiral y en las tapas del predistribuidor antes de proceder a su soldadura, si no se realizase así, se correría el riesgo de tener que desmontar la cámara entera y volverla a hacer. Una vez que la cámara en espiral esté construida, se realizará el control dimensional de las cotas que no se hubiesen medido en el paso anterior.

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3.2.6.2 Controles en el rodete En el rodete se realizarán de nuevo los mismos cuatro controles que se aplicaron a la cámara en espiral: inspección visual, examen por líquidos penetrantes, certificados de materiales y control dimensional. Se explican a continuación cada uno de ellos: Inspección visual. Se debe hacer una vez sacada la pieza de la fundición para poder encontrar en el rodete las grietas superficiales que pudiesen producirse por el enfriamiento del molde, al ser el acero empleado en su fabricación autotemplable, en el que las tensiones internas por cambio de fases pueden crear las citadas grietas. También se buscarán rechupes o faltas de llenado que se produzcan en el molde por falta de material frente a lo necesario por la contracción del acero. Las faltas de llenado se dan como consecuencia de que el metal líquido que entra en el molde solidifica antes de lo necesario, impidiendo la entrada del resto del metal líquido. Si existiesen grietas de temple, se deberá corregir el proceso de enfriamiento y ralentizar a este en lo posible, si estas grietas se produjesen por faltas de relleno o rechupes, deberá rediseñarse el molde. En todos los casos en que se presenten alguno de los defectos anteriormente citados, el rodete deberá volverse a fundir para ser sometido a continuación al mismo examen visual. Líquidos penetrantes. Este control debe realizarse tras las fases de mecanizado a las que se vea sometido el rodete de cara a encontrar grietas y otros defectos superficiales que se hubiesen podido generar. La existencia de poros en el rodete puede dar lugar a fenómenos de cavitación si estos se encuentran en la zona de los alabes y en contacto con el agua. Certificado de materiales. Serán pedidos y comprobados para garantizar que el acero que se haya empleado en el rodete tiene una composición que respeta las tolerancias dadas en la norma UNE-EN 10088-1: 1996. Esto se debe a que en el rodete es particularmente importante, por motivos obvios,

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que el acero inoxidable tenga la calidad y la resistencia a la corrosión que se espera en él. También se realiza esto porque se debe emplear un acero con una buena característica de dureza, ya que va a estar sometido a abrasión por los materiales en suspensión que pudiese llevar el agua turbinada y por las posibles cavitaciones que pudiesen ocurrir. Control dimensional. Se realizará después de cada una de las etapas de mecanizado, en los planos del rodete se suministran también los límites admisibles en las tolerancias dimensionales, geométricas y de rugosidad. Una de las zonas más delicadas es la de los laberintos, ya que presentan secciones de paso muy reducidas y con tolerancias pequeñas. Esto es así debido a que su función es minimizar la cantidad de agua no turbinada, y esto se consigue dificultando en lo posible la circulación de esta, gracias a estos dispositivos aumenta el rendimiento de la turbina. La zona de los alabes en contacto con el agua en movimiento será inspeccionada mediante un rugosímetro debido a que esto es necesario para garantizar un buen rendimiento en la turbina hidráulica, ya que las pérdidas en esta disminuyen si lo hace también la rugosidad en las zonas citadas, además, también disminuirá el riesgo de cavitación, ya que este se favorece si la rugosidad no es reducida. Esto último implicará que el esmerilado de los alabes se deberá hacer con cuidado y deberá ser comprobado de forma adecuada.

3.2.6.3 Controles en el eje En esta pieza se realizarán un total de cinco controles: inspección visual, líquidos penetrantes, ultrasonidos, certificado de materiales y control dimensional. Se expone cada uno de ellos a continuación: Inspección visual. Se deberá realizar una vez realizado el forjado, para buscar pliegues superficiales grandes y apreciables a simple vista. Este tipo

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de defectos hacen que la pieza sea inutilizable, al haber perdido resistencia en su periferia, lo cual es particularmente grave porque el eje trabaja a flexión y a torsión. El eje deberá ser templado, una vez realizada esta operación, también se comprobará visualmente la existencia de grietas apreciables a simple vista. Líquidos penetrantes. Se encargarán de buscar defectos superficiales de pequeño tamaño, como grietas debidas al proceso de temple o pequeños pliegues provocados por el forjado que no se hubiesen detectado con anterioridad. Ultrasonidos. Se realizará con ellos una inspección completa del eje para encontrar los defectos internos que no pudiesen ser detectados mediante los procedimientos antes empleados. Certificado de materiales. De nuevo se pedirán los certificados y se revisarán, las proporciones entre los elementos del acero empleado han de estar dentro de los límites previstos por la norma UNE-EN 10083-2: 1997. Se deben resultar tanto los resultados físicos como los químicos, el valor mínimo de la resistencia máxima debe ser también como lo dicta la norma anteriormente mencionada de cara a garantizar un funcionamiento adecuado del eje. Control dimensional. Se realizará sobre las cotas que figuren en el plano que corresponda. Las tolerancias referentes a circularidad y a la perpendicularidad respecto de la cara en contacto con el rodete son especialmente importantes, ya que si no toman valores adecuados, se pueden generar desequilibrios importantes.

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cxvii

4 Presupuesto

DOCUMENTO Nº 4: PRESUPUESTO

ÍNDICE GENERAL

Páginas 4.1. MEDICIONES

3-5

4.2. PRECIOS UNITARIOS

6-8

4.3. SUMAS PARCIALES

9 - 11

4.4. PRESUPUESTO GENERAL

12 - 13

4.1 Mediciones

Mediciones

4

4.1. Mediciones

Concepto Rodete

Cantidad

Unidad

1

Acero X 6 Cr13 UNE-EN 10088

589

kg

Mecanizado

20

h

Modelo

1

Cámara espiral

1

Calderería

418

kg

Mecanizado

54

h

Distribuidor

1

Tapa anterior

1

Calderería

106

kg

Mecanizado

20

h

Tapa posterior

1

Calderería

106

kg

Mecanizado

20

h

Álabes

16

Acero X 6 Cr13 UNE-EN 10088

15

kg

Mecanizado

2.1

h

Calderería

40

kg

Mecanizado

16

h

Servomotor

1

Eje de la turbina

1

Timonería

Acero C 55 UNE-EN 10083

1774

kg

Mecanizado

20.5

h

Mediciones

5

Tubo de aspiración

1

Calderería

812

kg

Mecanizado

12

h

Válvula de mariposa

1

Control digital

1

Generador

1

Tubería forzada

67658

kg

Ingeniería

730

h

Delineación

220

h

Montaje

640

h

Control de calidad

350

h

Puesta en servicio

45

h

Tornillería Transporte Sistema eléctrico

4.2 Precios unitarios

Precios unitarios

7

4.2. Precios unitarios

Concepto

Precios unitarios

Rodete

Acero X 6 Cr13 UNE-EN 10088

11 €/kg

Mecanizado

82 €/h

Modelo

12600 €

Cámara espiral

Calderería Mecanizado

6 €/kg 47 €/h

Distribuidor

Tapa anterior

Calderería Mecanizado

6 €/kg 47 €/h

Tapa posterior

Calderería Mecanizado

6 €/kg 47 €/h

Álabes

Acero X 6 Cr13 UNE-EN 10088

11 €/kg

Mecanizado

82 €/h

Timonería

Calderería Mecanizado

Servomotor Eje de la turbina

6 €/kg 47 €/h

3150 €

Precios unitarios

8

Acero C 55 UNE-EN 10083 Mecanizado

8 €/kg 63 €/h

Tubo de aspiración

Calderería Mecanizado

6 €/kg 47 €/h

Válvula de mariposa

47250 €

Control digital

26250 €

Generador Tubería forzada

210000 € 6 €/kg

Tornillería Transporte Sistema eléctrico Ingeniería

54 €/h

Delineación

28 €/h

Montaje

79 €/h

Control de calidad

55 €/h

Puesta en servicio

126 €/h

4.3 Sumas parciales

Sumas parciales

10

4.3. Sumas parciales

Concepto

Suma parcial

Rodete

Acero X 6 Cr13 UNE-EN 10088

6679 €

Mecanizado

1638 €

Modelo

12600 €

Cámara espiral

Calderería

2370 €

Mecanizado

2552 €

Distribuidor

Tapa anterior

1546 €

Calderería

601 €

Mecanizado

945 €

Tapa posterior

1546 €

Calderería

601 €

Mecanizado

945 €

Álabes

5473 €

Acero X 6 Cr13 UNE-EN 10088

170 €

Mecanizado

172 €

Timonería

983 €

Calderería

227 €

Mecanizado

756 €

Servomotor

3150 €

Sumas parciales

11

Eje de la turbina

Acero C 55 UNE-EN 10083 Mecanizado

13411 € 1292 €

Tubo de aspiración

Calderería Mecanizado

4604 € 567 €

Válvula de mariposa

47250 €

Control digital

26250 €

Generador

210000 €

Tubería forzada

383621 €

Tornillería Transporte Sistema eléctrico Ingeniería Delineación

39092 € 6237 €

Montaje

50400 €

Control de calidad

19110 €

Puesta en servicio

5670 €

4.4 Presupuesto general

Presupuesto general

13

4.4. Presupuesto general

Concepto Rodete Cámara espiral

Importe € 20917 4922

Distribuidor

12698

Eje de la turbina

14703

Tubo de aspiración

5171

Válvula de mariposa

47250

Control digital

26250

Generador

210000

Tubería forzada

383621

Tornillería

13650

Transporte

10000

Sistema eléctrico Ingeniería Delineación

236250 39092 6237

Montaje

50400

Control de calidad

19110

Puesta en servicio

5670

Total equipamiento

1105941

Obra civil

1134880

Importe total sin IVA

2240820

Importe total + IVA (16%)

2599352