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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de estudios profesionales Coordinación de Ingeniería Mecánica
Elaboración de un Plan de Montaje de los Componentes y Protocolos de Prueba para el Sistema de Gobernación de las Unidades a Rehabilitar en la Central Hidroeléctrica Macagua I
Por Carlos Enrique Rivas Vásquez
Sartenejas, marzo 2007
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de estudios profesionales Coordinación de Ingeniería Mecánica
Elaboración de un Plan de Montaje de los Componentes y Protocolos de Prueba para el Sistema de Gobernación de las Unidades a Rehabilitar en la Central Hidroeléctrica Macagua I
Por Carlos Enrique Rivas Vásquez Realizado con la Asesoría de Prof. Frank Kenyery Ing. Freddy Ruíz PROYECTO DE GRADO Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Mecánico Sartenejas, marzo 2007
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de estudios profesionales Coordinación de Ingeniería Mecánica
Elaboración de un Plan de Montaje de los Componentes y Protocolos de Prueba para el Sistema de Gobernación de las Unidades a Rehabilitar en la Central Hidroeléctrica Macagua I PROYECTO DE GRADO presentado por: Carlos Rivas REALIZADO CON LA ASESORÍA DE: Prof. Frank Kenyery e Ing. Freddy Ruiz
RESUMEN
La central hidroeléctrica Antonio José de Sucre (Macagua I) es una planta hidroeléctrica que genera 360 megavatios, en la cual se pretende realizar una modernización que le permitirá generar 480 megavatios. La pasantía se realizó durante la elaboración del proyecto de modernización de la planta, particularmente en el período de elaboración y revisión de especificaciones técnicas. Las especificaciones técnicas se refieren, en el caso de esta pasantía, al plan de montaje de equipos macro, así como los protocolos de prueba para el sistema de gobernación de las unidades que se quieren rehabilitar. El trabajo presenta en forma ilustrativa cada uno de los pasos de dicho plan y está elaborado de tal manera que el mismo pueda servir de manual para la realización de este tipo de montajes y pruebas para diferentes equipos de la planta. Estas actividades se dividen en varios grupos que son instalación de equipos, inspección durante la instalación y pruebas preoperacionales de los mismos. Los componentes a los que se les realizaran dichos procedimientos son anillo inferior, cubiertas superiores, paletas directrices, anillo de operación, servomotores y controles del gobernador. Se describen las pruebas necesarias que certifican el buen funcionamiento del sistema de gobernación. Este manual ofrece registros para conocer limitaciones de los mismos, tanto por deficiencias de diseño, construcción, montaje, así como, conocimientos que permitan resolver problemas en diferentes componentes del sistema.
Sartenejas, marzo de 2007.
ÍNDICE GENERAL
CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN ................................................................. 1 4.1. IDENTIFICACIÓN DE LA EMPRESA. ....................................................................................4 4.1.1. Ubicación ....................................................................................................................5 4.1.2. Reseña histórica .......................................................................................................6 4.1.3. Descripción de la Empresa...................................................................................8 4.3.3.2. 4.3.3.3. 4.3.3.4.
4.1.4.
Estructura Organizacional ........................................................................................... 9 Dirección de Expansión de Generación................................................................. 10 Departamento de Instalaciones Mecánicas.......................................................... 12
Central Hidroeléctrica Antonio José De Sucre, Macagua.....................13
4.3.4.2. Descripción general de los macro componentes de la Central Hidroeléctrica Macagua I ................................................................................................................. 14
4.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................................................16 4.3. OBJETIVOS............................................................................................................................19 4.3.1. Objetivo General.....................................................................................................19 4.3.2. Objetivos Específicos.............................................................................................19
CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO............................................................. 20 2.1. COMPONENTES PRINCIPALES DE LAS TURBINAS FRANCIS ..............................................21 2.1.1. CAJA ESPIRAL .........................................................................................................................21 2.1.2. ANILLO DISTRIBUIDOR .........................................................................................................21 2.1.3. PALETAS DIRECTRICES.........................................................................................................21 2.1.4. ANILLO DE DESCARGA ..........................................................................................................22 2.1.5. ANILLO INFERIOR ..................................................................................................................22 2.1.6. RODETE ....................................................................................................................................22 2.1.7. TUBO DE ASPIRACIÓN ...........................................................................................................22 2.2. FUNCIONAMIENTO .....................................................................................................................23 2.3. REGULACIÓN DE VELOCIDAD DE TURBINAS HIDRÁULICAS ...............................................24 2.4. VARIACIONES TRANSITORIAS DE VELOCIDAD ......................................................................25 2.5. REGULADORES AUTOMÁTICOS DE VELOCIDAD ....................................................................27 2.6. CLASIFICACIÓN DE LOS REGULADORES DE VELOCIDAD ....................................................28 2.7. ACCIONAMIENTO DE LOS REGULADORES DE VELOCIDAD .................................................31 2.8. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN REGULADOR DE VELOCIDAD ...........................35 2.8.1. REGULACIÓN ASTÁTICA ........................................................................................................36 2.8.2. REGULACIÓN ESTÁTICA ........................................................................................................40 2.9. COMPONENTES FUNDAMENTALES DE UN REGULADOR DE VELOCIDAD ......................45 2.9.1. CONTROL DE CAÍDA DE VELOCIDAD. ..................................................................................46 2.9.2. CONTROL DE VELOCIDAD. ....................................................................................................46 2.9.3. CONTROL DEL LÍMITE DE APERTURA.................................................................................47 2.9.4. CONTROL DE DESCONEXIÓN POR EXCESO DE VELOCIDAD. ...........................................47 2.10. SISTEMA DE ACEITE DE REGULACIÓN DE VELOCIDAD .....................................................48 2.10.1. GRUPOS MOTO-BOMBAS......................................................................................................49 2.10.2. FILTROS DE ACEITE. ............................................................................................................49 2.10.3. REFRIGERADORES. ..............................................................................................................50 2.10.4. TANQUE DE PRESIÓN DE ACEITE-AIRE. ...........................................................................50 2.10.5. TANQUE DE PRESIÓN DE AIRE. ..........................................................................................51 2.10.6. PASADORES. ..........................................................................................................................51 2.10.7. MASTER DE DISTRIBUCIÓN. ...............................................................................................51 2.10.8. SEGURIDAD............................................................................................................................52 2.11. REGULADORES DE PRESIÓN ..................................................................................................52
CAPITULO 3: MARCO METODOLÓGICO.............................................. 56 3.1.
FASE 1: TRABAJO PRELIMINAR ...............................................................................................56
i
3.2. 3.3.
FASE 2: RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN ..............................................................................57 FASE 3: DISEÑO DEL PLAN DE MONTAJE DE LOS COMPONENTES DE LA UNIDAD Y DEL SISTEMA DE GOBERNACIÓN Y PROTOCOLO DE PRUEBAS DEL SISTEMA DE GOBERNACIÓN......................................57
CAPÍTULO 4: PLAN DE MONTAJE DE COMPONENTES DE LA UNIDAD Y DEL SISTEMA DE GOBERNACIÓN ................................... 60 4.1. PROCEDIMIENTO DE INSTALACIÓN DEL ANILLO INFERIOR ........................................................61 4.1.1. Preparación para la instalación.........................................................................................61 4.1.2. Instalación del anillo inferior .............................................................................................61 4.2. PROCEDIMIENTO DE INSTALACIÓN DE LAS PALETAS DIRECTRICES ...........................................62 4.3. PROCEDIMIENTO PARA ENSAMBLAJE E INSTALACIÓN DEL CONJUNTO DE LAS CUBIERTAS SUPERIORES ............................................................................................................................................66 4.3.1. Instalación de la cubierta superior externa........................................................................66 4.3.1.1. 4.3.1.2. 4.3.1.3. 4.3.1.4.
4.3.2.
Preparación para la instalación................................................................................................ 66 Instalación de la cubierta superior en posición........................................................................ 66 Inspección de la separación de las paletas directrices ............................................................. 67 Inspección de la separación del rodete y cubierta superior externa ......................................... 68
Instalación de la cubierta superior interna ........................................................................69
4.3.2.1. 4.3.2.2. 4.3.2.3.
Preparación para la instalación................................................................................................ 69 Instalación de la cubierta superior interna............................................................................... 70 Inspección de la separación del eje principal y la cubierta superior interna ............................ 71
4.4. ARMADO DE LOS ANILLOS DE EMPUJE Y CABEZALES DE LAS PALETAS DIRECTRICES ................72 4.5. MONTAJE DE LOS SERVOMOTORES ...........................................................................................73 4.6. NIVELACIÓN Y COLOCACIÓN DEL SERVOMOTOR DE LAS PALETAS DIRECTRICES ......................74 4.6.1. Colocación y tolerancia del servomotor.............................................................................74 4.6.2. Ajuste de la altura del servomotor......................................................................................74 4.6.3. Ajuste del nivel del servomotor y confirmación del nivel del extremo del ojo....................76 4.6.4. Apriete y ajuste de laminillas del perno de fundación y placa de base de montaje del servomotor ........................................................................................................................................77 4.7. ARMADO E INSTALACIÓN DE LAS PALANCAS DE LAS PALETAS DEL DISTRIBUIDOR ...................79 4.8. AJUSTE DE LA CONDICIÓN COMPLETAMENTE CERRADA DE LAS PALETAS DIRECTRICES E INSTALACIÓN DEL ACOPLAMIENTO DEL SERVOMOTOR ...........................................................................80 4.8.1. Ajuste del pasador excéntrico.............................................................................................80 4.8.2. Armado del acoplamiento del Servomotor .........................................................................80 4.8.3. Ajuste de compresión y conexión del acoplamiento del servomotor ..................................82 4.9. INSTALACIÓN DE LOS CONTROLES DEL GOBERNADOR ..............................................................82 Esta sección incluye los siguientes elementos: .................................................................................82 4.9.1. Precauciones ......................................................................................................................83 4.9.2. Procedimiento de instalación. ............................................................................................84 4.9.2.1. 4.9.2.2. directrices. 4.9.2.3. 4.9.2.4. 4.9.2.5.
4.10.
Instalación del dispositivo de control de velocidad. ................................................................ 84 Instalación del mecanismo de retroalimentación eléctrica para el servomotor de las paletas 85 Proceso de lavado del sistema de tuberías............................................................................... 85 Estándar de pureza de aceite ................................................................................................... 85 Cableado eléctrico................................................................................................................... 86
PROCEDIMIENTO DE INSTALACIÓN DE LAS TUBERÍAS DE ACEITE DEL SISTEMA DE GOBERNACIÓN 86
CAPÍTULO 5: PROTOCOLO DE PRUEBAS DEL SISTEMA DE GOBERNACIÓN........................................................................................... 90 5.1. PRUEBA DE ACEPTACIÓN Y RECHAZO DE CARGA .....................................................91 5.1.1. OBJETIVO..........................................................................................................................91 5.1.2. LISTA DE PRECAUCIONES .............................................................................................91 5.1.3. PROCEDIMIENTO DE PRUEBAS. ...................................................................................93 5.1.3.1. 5.1.3.2.
5.1.4. 5.1.5. 5.1.6.
Aceptación de Carga. .............................................................................................................. 93 Rechazo de Carga.................................................................................................................... 94
NORMAS APLICABLES.....................................................................................................97 LISTA DE INSTRUMENTOS..............................................................................................97 RESULTADOS....................................................................................................................98
5.1.6.1.
Resultados Esperados.............................................................................................................. 98
ii
5.1.6.2.
Resultados Obtenidos.............................................................................................................. 99
5.2. PRUEBA DE SOBREVELOCIDAD ......................................................................................99 5.2.1. OBJETIVO..........................................................................................................................99 5.2.2. LISTA DE PRECAUCIONES .............................................................................................99 5.2.3. PROCEDIMIENTO DE PRUEBAS. ................................................................................. 101 5.2.3.1. 5.2.3.2.
Sobrevelocidad...................................................................................................................... 101 Ajuste de los interruptores de sobrevelocidad ....................................................................... 102
5.2.4. NORMAS APLICABLES................................................................................................... 103 5.2.5. LISTA DE INSTRUMENTOS............................................................................................ 103 5.3. PRUEBA DEL SISTEMA DE SUMINISTRO DE ACEITE DEL GOBERNADOR............ 104 5.3.1. OBJETIVO........................................................................................................................ 104 5.3.2. LISTA DE PRECAUCIONES ........................................................................................... 104 5.3.3. PROCEDIMIENTO DE PRUEBAS. ................................................................................. 105 5.3.3.1. Medición de la Resistencia de Aislamiento de los Motores de las Bombas del Gobernador. 105 5.3.3.2. Chequeo de los Cubículos de Control (CE, UHP y CCM) y Módulo de potencia Hidráulica105 5.3.3.3. Pruebas Funcionales del Control de las Bombas de Aceite del Gobernador (BG1, BG2 y BRG). 106 5.3.3.4. Prueba de Funcionamiento Continuo de las Bombas (duración 2 horas) .............................. 113 5.3.3.5. Medición del Caudal de descarga de las Bombas; acorde a las Normas ASME TEST CODE N° 29, ITEM 469........................................................................................................................................ 114 5.3.3.6. Ajuste y Pruebas del funcionamiento de las Válvulas de Seguridad de las Bombas de Aceite y del Tanque a presión: ................................................................................................................................. 115 5.3.3.7. Prueba de Operación de los Interruptores de Nivel de Aceite del Tanque Sumidero y del Tanque de Presión (Aire-Aceite)................................................................................................................ 116 5.3.3.8. Relación Entre La Presión de Aceite y el Nivel de Aceite en el Tanque a Alta Presión........ 118 5.3.3.9. Ajuste de las Válvulas de Descarga....................................................................................... 119 5.3.3.10. Ajuste de los Interruptores de Presión del Sistema: .............................................................. 119 5.3.3.11. Chequeo de la Operación del Interruptor de Nivel Muy Bajo en el Tanque a Presión. ......... 120 5.3.3.12. Chequeo de Operación de la Válvula de Admisión de Aire .................................................. 121 5.3.3.13. Revisión de Todos los Filtros................................................................................................ 121 5.3.3.14. Ajuste de los Interruptores de Temperatura de Aceite........................................................... 122 5.3.3.15. Confirmación de los Niveles en el Tanque de Sumidero y el Tanque de Presión Aire-Aceite 122 5.3.3.16. Chequeo de la Existencia de Fugas de Aceite en el Sistema ................................................. 122
5.3.4. 5.3.5.
NORMA APLICABLE....................................................................................................... 123 LISTA DE INSTRUMENTOS............................................................................................ 123
CAPITULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............... 125 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................... 129 APÉNDICE A .............................................................................................. 130 APÉNDICE B .............................................................................................. 147
iii
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Cuenca del Orinoco 5 Figura 2. Estructura Organizativa de C.V.G. EDELCA. 10 Figura 3. Estructura Organizativa de la Dirección de Expansión de Generación 12 Figura 4. Detalles de un regulador de Watt. 28 Figura 5. Diversos tipos de dispositivos tacométricos para reguladores. 29 Figura 6. Alimentación del motor eléctrico de regulador mediante un generador de imanes permanentes. 33 Figura 7. Regulador eléctrico Brown – Boveri para turbinas hidráulicas 34 Figura 8. Regulador astático. 37 Figura 9. Actuación del regulador astático al disminuir la carga. 38 Figura 10. Característica astática de la frecuencia o r.p.m. en función de la potencia. 40 Figura 11. Característica estática de la frecuencia o r.p.m. en función de la potencia. 41 Figura 12. Regulador Estático. 42 Figura 13. Desplazamiento ascendente de la característica estática, a medida que sube la potencia solicitada al grupo. 43 Figura 14. Regulador con dispositivo de amortiguación o estatismo transitorio. 44 Figura 15. Representación esquemática de un regulador de presión. 53 Figura 16. Instalación del anillo inferior. 62 Figura 17. Holgura entre la paleta directriz y el anillo inferior. 65 Figura 18. Instalación de la cubierta superior externa. 67 Figura 19. Holgura del rodete y de las paletas directrices. 68 Figura 20. Instalación de la cubierta superior interna. 70 Figura 21. Holgura entre el eje principal y la cubierta superior interna. 71 Figura 22. Instalación del servomotor de las paletas directrices. 73 75 Figura 23. Tolerancias en la instalación de los servomotores. Figura 24. Ajuste de la altura del servomotor. 76 Figura 25. Ajuste del nivel del servomotor. 77 Figura 26. Colocación de las laminillas y los pasadores hendidos del servomotor. 78 Figura 27. Ajuste de la condición completamente cerrada de las paletas directrices. 81
iv
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Velocidades de embalamiento en los distintos tipos de turbinas. 26 Tabla 2. Valores de las tolerancias en la instalación de los servomotores con 75 respecto al valor de diseño. Tabla 3. Megado de los motores. 105 Tabla 4. Registro de datos de funcionamiento de los motores de las bombas. 113 Tabla 5. Registro de datos de operación de las bombas. 114 Tabla 6. Verificación del funcionamiento de válvulas de alivio de las bombas. 115 Tabla 7. Verificación del funcionamiento de las válvulas de seguridad del tanque a presión. 116 Tabla 8. Operación de los interruptores de nivel de aceite del tanque sumidero y del tanque de presión. 116 Tabla 9. Operación de los interruptores de nivel de aceite del tanque sumidero. 117 Tabla 10. Registro de presión y nivel de aceite en el tanque a alta presión en distintos instantes de tiempo. 118 Tabla 11. Ajuste de las válvulas de descarga. 119 Tabla 12. Ajuste de los interruptores de presión del sistema. 119 Tabla 13. Condición de los filtros del sistema. 121 Tabla 14. Chequeo de fugas de aceite en el sistema. 123
v
CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN
CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN
Al efectuar un proyecto de una Central Hidroeléctrica, normalmente en el diseño de la misma, los ingenieros responsables de su ejecución, estiman de una manera conservadora que el período de vida útil de los principales componentes de las unidades de generación será como mínimo de cincuenta (50) años de operación. Este tiempo es posible lograrse siempre y cuando sean implementados todos los programas de mantenimiento predictivos, preventivos y, en caso extremo, el mantenimiento correctivo que requieren los equipos de acuerdo a la ficha técnica de los fabricantes. Muchas empresas, operadoras de Centrales Hidroeléctricas, como es el caso que nos ocupa, a fin de alargar la operatividad de los equipos procede a la modernización y/o rehabilitación de los mismos, cuando ellos, por motivos de obsolescencia o de las nuevas tecnologías aparecidas en el mercado, hacen necesario que se apliquen cambios. De esta manera se garantizaría una extensión de su operación, a fin de lograr un aumento en la producción de energía y con el consecuente beneficio económico. La modernización consiste en el reemplazo, mejora o reparación de componentes, sistemas, equipos y estructuras de la central que permitan recuperar su disponibilidad, aumentar su eficiencia, incrementar su capacidad, disminuir su costo de operación y mantenimiento, disminuir su tiempo de arranque y parada, para así mejorar las condiciones de operación y la calidad en la prestación del servicio. Los trabajos de rehabilitación
de las centrales hidroeléctricas están
orientados principalmente a la modernización global de de los componentes. Esto conlleva al reemplazo de los viejos reguladores mecánicos y analógicos por reguladores digitales de última generación que cumplan con los principales parámetros que requiera el suministro, es decir, confiabilidad, flexibilidad, adaptabilidad, mínimas interfases, mínimos tiempos para entrada en
2
operación, óptimo desempeño en el control de frecuencia y potencia, y excelente comunicación con el sistema de control de la central hidroeléctrica. A continuación se mencionan algunos de los trabajos que pueden realizarse durante la modernización de una Central Hidroeléctrica, como es el caso que ocupa: •
Reemplazo del sistema de supervisión, control y protección
•
Reemplazo de los componentes activos del generador
•
Reemplazo del rodete de la turbina
•
Reemplazo de los álabes del distribuidor
•
Reemplazo o modernización de los sistemas de regulación
•
Mantenimiento mayor de todos los componentes
•
Reemplazo de celdas y componentes de alta tensión
•
Mejora de los sistemas auxiliares Algunos de los principales objetivos buscados en las modernizaciones
son los siguientes: •
Minimizar el riesgo de incidentes
•
Evitar la indisponibilidad prolongada de la unidad
•
Incrementar la disponibilidad de la central aportando confiabilidad al sistema
•
Prolongar la vida útil del equipamiento
•
Adecuar la planta a las exigencias técnicas actuales
•
Disminuir el tiempo de arranque, la toma de carga y la salida de servicio
•
Aumentar la potencia
•
Simplificar y optimizar la operación
•
Mejorar el nivel de información obtenido de la planta En el presente trabajo se tratará de detallar, de la manera más sencilla
un “PLAN DE MONTAJE DE LOS MACRO COMPONENTES
Y LOS
PROTOCOLOS DE PRUEBA PARA EL SISTEMA DE GOBERNACIÓN DE LAS UNIDADES A REHABILITAR EN LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
3
MACAGUA I” que servirá de guía al personal de montaje y de inspección que laborará en los trabajos de montaje e instalación de los equipos en la rehabilitación de las unidades generadoras de MACAGUA I.
1.1. Identificación de la Empresa.
C.V.G. Electrificación del Caroní, C.A. (C.V.G. EDELCA) bajo la tutela de la Corporación Venezolana de Guayana, adscrita al Ministerio de Industrias Básicas y Minería, es la empresa de generación hidroeléctrica más importante de Venezuela. Forma parte del conglomerado industrial de la C.V.G., conformado por las empresas básicas del aluminio, hierro, acero, carbón, bauxita y actividades afines. C.V.G. EDELCA opera las Centrales Hidroeléctricas Guri con una capacidad instalada de 10.000 Megavatios, considerada la segunda en importancia en el mundo; la Central Hidroeléctrica Macagua con una capacidad instalada de 3.140 Megavatios y Caruachi, que tendrá una capacidad instalada final de 2.280 megavatios en el año 2006. El aprovechamiento hidroeléctrico en las caudalosas aguas del río Caroní, al sur del país, le permite producir energía eléctrica, en armonía con el ambiente, a un costo razonable y con un significativo ahorro en el consumo de petróleo. C.V.G. EDELCA posee una extensa red de líneas de transmisión que superan los 5.700 Km., cuyo sistema a 800 mil voltios es el quinto sistema instalado en el mundo con líneas de Ultra Alta Tensión en operación.
4
Durante los últimos años, C.V.G. EDELCA ha aportado más del 70% de la producción nacional de energía eléctrica al Sistema Nacional a través de sus grandes Centrales Hidroeléctricas Macagua y Guri. C.V.G. EDELCA ha desempeñado un papel fundamental en el desarrollo económico y social de Venezuela. 1.1.1. Ubicación El área de generación de CVG EDELCA se ubica en la cuenca del Orinoco, específicamente en el río Caroní. Esta cuenca hidrográfica cubre aproximadamente 92.170 Km2 que representan el 10,5% del territorio venezolano, la misma posee el mayor potencial hidroeléctrico de Venezuela y uno de los mayores del Mundo.
El desarrollo de todas las potencialidades del río Caroní permitirá una producción de electricidad de 120.000 GWh por año.
Figura 1. Cuenca del Orinoco Fuente: Intranet. Electrificación del Caroní C.A.
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1.1.2. Reseña histórica La intención de aprovechar el potencial hidroeléctrico del Caroní se inicia en el año de 1946 a manos de la recién creada Corporación Venezolana de Fomento (C.V.F.), la cual en 1947 contrata a la empresa norteamericana BURNS & ROE, con la finalidad de iniciar los estudios necesarios para el diseño de un Plan Nacional de Electrificación. Estos estudios determinaron la conveniencia de aprovechar los saltos inferiores del bajo Caroní mediante la construcción de una central generadora de electricidad para satisfacer la demanda del país.
En 1953 se creó la Comisión de Estudios para la Electrificación del Caroní, con el objeto de llevar a cabo el estudio e inicio de los trabajos de construcción de la primera central hidroeléctrica sobre el río Caroní. A principios de 1955 se definió el anteproyecto de construcción de la Central Hidroeléctrica Macagua en el salto del mismo nombre, con las características deseadas de simplicidad, economía y flexibilidad. Esta obra comenzó a construirse en 1956 con el aporte de firmas extranjeras, como soporte para el desarrollo de la industria del hierro y el acero, a través de la naciente Siderúrgica Nacional. Esta central es del tipo “A filo de Agua” y tiene una potencia instalada total de 370 MW.
En 1960 se crea la Corporación Venezolana de Guayana bajo la denominación de Instituto Autónomo del Estado Venezolano, adscrito a la Presidencia de la República, traspasándole los patrimonios y funciones correspondientes a la Comisión de Estudios para la Electrificación del Caroní.
La Comisión de Estudios para la Electrificación del río Caroní, da por culminada la construcción la Central Macagua I para el año 1961, correspondiéndole a la C.V.G. ponerla en operación comercial, y en 1963, de acuerdo con el artículo 31 del Estatuto Orgánico de ente, se constituyó formalmente la empresa C.V.G. ELECTRIFICACION DEL CARONÍ (C.V.G. 6
EDELCA) dando el visto bueno para que el Consorcio Guri, formado por las empresas Kaiser Engineering and Constructors Inc., Macco International, Tecon International Inc., Merrit Chapman and Scott Overseas Corp., Construcciones Christian Nielsen y Técnica Constructora, iniciara los trabajos de construcción de campamentos, movimiento de tierra y trazado de las vías de acceso al sitio seleccionado para ejecutar la presa de la central Hidroeléctrica Hurí, hoy conocida con el nombre de Simón Bolívar en el denominado Cañón de Nekuima.
El 23 de Agosto de 1968 fue firmado el Contrato de Interconexión, dando origen al Sistema Interconectado Nacional, que integraban las empresas C.V.G. EDELCA - CADAFE C.A. y la Electricidad de Caracas. El 8 de Noviembre del mismo año el Presidente de la República, Doctor Raúl Leoni, inauguró la primera etapa de la Central Hidroeléctrica Guri. Un año después comenzó a operar la primera Línea de Transmisión a 500.000 voltios, Guri - El Tigre - Santa Teresa.
En 1976 culminan las obras civiles de la primera etapa de Guri, con 10 unidades de generación en la casa de Máquinas Nº 1. En 1982 se firmaron los convenios con las empresas contratistas que se encargaron de la construcción de la etapa final de Guri, para que en 1984 entrara en operación su primera unidad, adicionalmente ese año se pusieron en funcionamiento las líneas de transmisión a 800.000 voltios Guri- La Horqueta, convirtiéndose Venezuela en el quinto país del mundo con líneas de Ultra Alta Tensión en operación.
El 8 de Noviembre de 1986 el entonces Presidente de la República, Doctor Jaime Lusinchi, inauguró la Central Hidroeléctrica Guri, con una capacidad instalada de 10.000.000 de kilovatios, éste evento representa la culminación de un esfuerzo de 23 años de notable acción creadora, convirtiéndose Guri, por algunos años, en la Central Hidroeléctrica de mayor capacidad instalada en el mundo.
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En julio de 1988 se iniciaron formalmente los trabajos de construcción de la Central MACAGUA II, sin embargo fue en el año 85 que se iniciaron las obras preliminares. Este proyecto es el primero dentro del programa de construcción del Caroní que presenta la particularidad de estar dentro del perímetro urbano de la ciudad de Puerto Ordaz. Por las facilidades que ofrece la infraestructura vial y urbana existente en la zona, constituyó un reto para EDELCA, porque dicho diseño fue realizado con el objeto de perturbar lo menos posible su entorno natural.
En 1993 se inició la construcción de Caruachi, tercer desarrollo hidroeléctrico sobre el bajo Caroní. Luego de 9 años de trabajos de construcción, el 23 de Enero de 1997, el Presidente de la República, Doctor Rafael Caldera, inauguró las dos nuevas casas de máquinas de la Central Hidroeléctrica Macagua II, agregando al sistema eléctrico nacional 2540 megavatios de potencia adicional. En enero de 2002 se iniciaron las obras preliminares del Proyecto Hidroeléctrico Tocoma. En abril de 2003 se puso en operación la primera unidad Kaplan de la central de Caruachi. En junio del mismo año reinicia operaciones la unidad número 19, de la casa de máquinas II de Guri, luego de su modernización y rehabilitación.
En el primer semestre del año 2006 fue culminada la construcción de la Central Hidroeléctrica Caruachi, bautizada como “Central Hidroeléctrica Generalísimo Francisco de Miranda" con la puesta en operación comercial de la unidad No. 12 de su Casa de Máquinas, por el Ciudadano Presidente de la Republica Bolivariana de Venezuela, Coronel Hugo Chávez.
1.1.3. Descripción de la Empresa C.V.G. Electrificación del Caroní (C.V.G. EDELCA), empresa tutelada por la Corporación Venezolana de Guayana, es la organización de generación hidroeléctrica más importante que posee Venezuela. Forma parte del 8
conglomerado industrial ubicado en la región Guayana, conformado por las empresas básicas del aluminio, hierro, acero, carbón, bauxita y actividades afines. Como líder del sector eléctrico nacional, C.V.G. EDELCA abastece aproximadamente 70% de la demanda nacional de energía eléctrica; por medio de la operación y mantenimiento de sus distintas actividades como son: generación, transmisión, distribución y comercialización de energía eléctrica limpia, segura y confiable. La generación que es su principal potencial, está distribuida en sus tres grandes centrales hidroeléctricas en funcionamiento actualmente, conocidas como: Guri, Macagua y Caruachi.
CVG EDELCA ha desempeñado un papel fundamental en el desarrollo económico y social de Venezuela, en gran parte debido a la matriz estratégica de la empresa basada en:
•
Misión: Producir, transportar y comercializar energía eléctrica, a precios competitivos, en una forma confiable y en condiciones de eficiencia y rentabilidad.
•
Visión: Ser una empresa líder en la prestación del servicio eléctrico, comprometida con la conservación del medio ambiente, con un mercado diversificado a nivel nacional e internacional; dotada de tecnologías de vanguardia y conformada por un recurso humano competente; orientada a la obtención de adecuados índices de calidad, rentabilidad y eficiencia, que satisfagan los requerimientos de nuestros clientes, empleados, accionistas, comunidades, proveedores y del desarrollo integral del país.
1.3.3.2.
Estructura Organizacional
CVG. EDELCA, se encuentra estructurada tal y como se presenta en el organigrama de la Figura 2.
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Figura 2. Estructura Organizativa de C.V.G. EDELCA.
Siendo que el presente informe fue realizado en el Departamento de Instalaciones Mecánicas, adscrito a la División de Supervisión de Obras Electromecánicas, perteneciente a la Dirección de Expansión de Generación; a continuación se explicarán las características principales de estos entes. 1.3.3.3.
Dirección de Expansión de Generación
La actividad principal de esta dirección consiste en desarrollar la expansión del sistema de generación de EDELCA, a través de la ingeniería de los proyectos y la ejecución de las obras de expansión o de mejoras tecnológicas, con el fin de disponer de la capacidad de generación planificada para participar competitivamente en el mercado eléctrico, cumpliendo con los parámetros de seguridad, calidad costo y oportunidad.
Las funciones de la dirección de expansión de generación son: •
Desarrollar los estudios de ubicación de posibles sitios de generación hidroeléctrica en las cuencas asignadas a EDELCA, de acuerdo a los lineamientos emanados del área de Planificación.
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•
Desarrollar los proyectos hidroeléctricos asignados a EDELCA para expandir la capacidad de generación del sistema.
•
Desarrollar los estudios de ingeniería para el diseño y fabricación de piezas electromecánicas requeridas en la construcción de las obras.
•
Desarrollar los estudios para el diseño de los esquemas de ingeniería requeridos por la empresa para el desarrollo de las obras.
•
Controlar el desarrollo de las obras de generación.
•
Monitorear y asegurar la calidad de las obras de generación.
•
Coordinar la ejecución de los contratos de las obras de generación.
•
Coordinar la ejecución de los contratos de consolidación de las obras de generación.
En el organigrama de la Figura 3 se presenta la estructura organizativa de la Dirección de Expansión de Generación.
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Figura 3. Estructura Organizativa de la Dirección de Expansión de Generación
1.3.3.4.
Departamento de Instalaciones Mecánicas
El departamento de Instalaciones Mecánicas tiene como objetivo controlar la instalación, montaje y pruebas de aceptación final de los equipos y sistemas mecánicos de las plantas de generación hidroeléctrica, con el fin de lograr con las especificaciones de calidad, seguridad y operación que se garantice la integridad de las obras, ejerciendo el debido seguimiento y control de la ejecución, incluyendo la supervisión, coordinación y control de la inspección contratada, dentro de los lineamientos establecidos por EDELCA.
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1.1.4. Central Hidroeléctrica Antonio José De Sucre, Macagua
La Casa de Máquinas I de la Central Hidroeléctrica Macagua, fue la primera planta construida en los llamados saltos inferiores del río Caroní, localizada a 10 kilómetros de su desembocadura en el río Orinoco, en Ciudad Guayana, estado Bolívar. Fue un aprovechamiento “a filo de agua”, es decir, que no requirió la formación de un embalse para su operación. En su Casa de Máquinas alberga 6 unidades tipo Francis, cada una con una capacidad nominal promedio de 64.430 kilovatios.
Su construcción se inició en 1956, entrando en funcionamiento en 1959 la primera unidad de generación y para 1961 se puso en operación la última de ellas, alcanzándose una capacidad instalada total de 370 megavatios.
Las Casas de Maquinas I, II y III conforman el Complejo Hidroeléctrico Macagua, proyecto enclavado en Ciudad Guayana, específicamente entre Puerto Ordaz y San Félix.
Inauguradas en enero de 1.997, las Casas de Máquinas II y III permitieron aumentar la generación de energía firme de CVG EDELCA en 13.200 GWh.
En la Casa de Máquinas II operan 12 unidades con turbinas tipo Francis, con una capacidad instalada total de 2.384 MW y en la Casa de Máquinas III se encuentran dos unidades tipo Kaplan de 90 MW cada una de capacidad nominal, para una capacidad total instalada de 2.592 MW.
Es de hacer notar que el flujo de agua turbinado por esta Central Hidroeléctrica en su Casa de Máquinas III alimenta a los Parques Cachamay y La Llovizna, localizados aguas abajo de la Planta.
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Datos de Interés:
•
Capacidad Instalada: 3.140 MW
•
Energía Firme: 13.200 GWh
•
Generación Promedio Anual: 15.200 GWh
•
Energía Equivalente: 87.000 BEPD
1.3.4.2.
Descripción general de los macro componentes de la
Central Hidroeléctrica Macagua I
Toma Es una estructura de concreto del tipo de gravedad, con una longitud de 132 m. y una altura de 26 m. Hacia ambos lados de la toma hay dos estribos de concreto con lo cual la longitud total del cierre de concreto es de 354 m. Los monolitos 8 al 11 fueron acondicionados para permitir la expansión futura del Proyecto.
Cada unidad cuenta con una compuerta de Toma radial sumergida con dimensiones de 10 por 11 m. y peso de 108 TM. Las tuberías forzadas tienen una longitud de 47 m. y un peso de 150 TM.
Casa de Máquinas La casa de Máquinas mide 177 m. de longitud, 25 m. de ancho y una altura de 44 m. contada desde el fondo de los tubos de aspiración. En ella se alojan 6 unidades generadoras con turbinas tipo Francis y una capacidad instalada de 370 MW. Dispone de dos grúas puente accionadas eléctricamente, con una capacidad de 260 y 25 TM respectivamente.
Patio de distribución El patio de distribución a 115 kV está situado frente a la central a unos 350m de distancia, ocupando un área de 2,5 Hectáreas.
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Diques Los diques de tierra para formar el embalse tenían una longitud de 2000 m.
Datos Significativos •
Área del embalse: 1 km2
•
Volumen: 12.000 m3
•
Nivel mínimo de operación normal: 46,00 m
•
Nivel promedio de operación normal: 49,00 m
•
Nivel de operación actual: 54,50 m
•
Tipos de rejas de protección: planas
•
Tipos de compuertas de operación: radiales
•
Número de compuertas de operación: 6
•
Tamaño de compuertas: 10x11 m
•
Accionamiento de compuertas: winches hidráulicos
•
Número de compuertas de mantenimiento: 2, forzadas.
•
Diámetro de entrada de caja espiral: 6,50 m
•
Número de Unidades: 6, Tipo Francis
•
Caída neta nominal: 40,00 m
•
Caída neta máxima: 44,00 m
•
Velocidad nominal: 116,13 rpm
•
Velocidad de empalamiento: 250,00 rpm
•
Velocidad especifica: 292 rpm
Caudal Nominal •
Unidad 1 a 4 185 m3/seg
•
Unidad 5 y 6 190 m3/seg Capacidad Nominal
•
Unidad 1 a 4: 64,11 MW
•
Unidad 5 y 6: 65,08 MW
•
Capacidad nominal total: 386,60 MW
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1.2. Planteamiento del problema La empresa C.V.G. Electrificación del Caroní C.A. (EDELCA), se caracteriza por ser la principal industria del sector eléctrico a nivel nacional, con los adecuados índices de Calidad, Rentabilidad y Eficiencia para la completa satisfacción de los requerimientos de sus clientes y el desarrollo integral del país. C.V.G. EDELCA C.A. actualmente opera tres complejos hidroeléctricos, todos localizados en el tramo denominado bajo Caroní, en el río del mismo nombre en el Estado Bolívar, entre los cuales se encuentra, el Complejo Hidroeléctrico Antonio José de Sucre (antes Macagua). Esta central está conformada por tres Casas de Máquinas cuya denominaciones son: Macagua I (seis unidades generadoras tipo Francis), Macagua II (doce unidades generadoras tipo Francis) y Macagua III (dos unidades generadoras tipo Kaplan). La empresa C.V.G. EDELCA inició en el año 1956 la construcción de la Central Hidroeléctrica Macagua I, y fue entre los años 1959 y 1961 cuando entran en operación comercial las 6 unidades tipo Francis que se encuentran en su Casa de Máquinas, con una capacidad total instalada de 370 MW. Cada una posee un sistema de gobernación, cuya función principal es regular el flujo de agua a la entrada de la turbina mediante la apertura y cierre de las paletas directrices de la máquina, lo que permite controlar la velocidad de la unidad y la frecuencia del sistema, dependiendo de la demanda de energía solicitada por el sistema. Por tratarse de máquinas que han operado de forma continua durante un largo período de tiempo (cuarenta y seis años aproximadamente), los componentes de la misma se han visto afectados físicamente conllevando a una disminución de la eficiencia y por ende de la capacidad de generación nominal promedio de cada unidad. La capacidad de generación originalmente era de 64,43 megavatios por unidad, y de acuerdo a los resultados obtenidos de un reciente estudio de comprobación de eficiencia y capacidad, el mismo arrojó que la potencia promedio efectiva producida por cada una de las unidades es de
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59,25 MW, lo cual representa una pérdida significativa de potencia, que se convierte en pérdida económica para la empresa.
Luego del largo período de continua operación, el funcionamiento de esta central presenta los siguientes problemas:
•
El desgaste de los diferentes elementos que conforman los equipos reduce la confiabilidad y disponibilidad, requiriéndose crecientes recursos para su mantenimiento y reparación.
•
Obsolescencia: La avanzada edad de los equipos hace difícil la procura de repuestos, muchos de los cuales no se consiguen en el mercado, lo que implica crecientes recursos para la compra o fabricación especial de las piezas y partes que requieren sustitución.
•
Los equipos no operan bajo los estándares técnicos, calidad, medio ambiente y seguridad adecuados a la tecnología actual utilizados en los recientes proyectos de las centrales de generación y subestaciones de C.V.G. EDELCA.
•
El nivel promedio de operación para el cual fue diseñada la central era de 49 m.s.n.m. Luego de la construcción de las centrales Macagua II y Macagua III, se elevó el nivel del embalse a la cota 54,5 m.s.n.m., por lo que la actual operación de la central se realiza bajo condiciones distintas a las del diseño original, incrementándose la energía potencial para el mismo caudal de operación. Sin embargo, las unidades siempre se han mantenido dentro de la zona permitida de funcionamiento y han continuado operando sin variaciones mayores de carga.
En vista de la situación actual de la Casa de Máquinas I de Macagua, C.V.G.
EDELCA,
se
decidió
efectuar
trabajos
de
rehabilitación
y
repotenciación de las unidades generadoras a fin de adecuarlas a las exigencias actuales de calidad y excelencia. Luego de diferentes análisis de contratistas, C.V.G. EDELCA adjudicó los trabajos a la empresa argentina Industrias Metalúrgicas Pescarmona S.A. (IMPSA), trabajos que se ejecutarán
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orientados a restituir los niveles de confiabilidad y disponibilidad de las unidades, con el fin de garantizar una vida útil de 25 años a partir de la conclusión de los mismos. Este hecho implica un nuevo reto para la Dirección de Expansión de Generación y sus Gerencias adscritas que apunta en mediano plazo rehabilitar y actualizar tecnológicamente los equipos de la Casa de Máquinas.
El proyecto contempla la sustitución de los equipos y sistemas, actualmente en operación en la Casa de Máquinas, por equipos y sistemas de última generación, entre los cuales se pueden mencionar: turbinas y su sistema de gobernación electro-hidráulico de tipo digital, grúas puente de la casa de máquinas, sistema de supervisión, control y monitoreo integral de la central, generadores sincrónicos, transformadores de potencia, sistemas de excitación; y sistemas auxiliares mecánicos, tales como: agua de enfriamiento y servicios, achique y sumidero, ventilación y aire acondicionado, entre otros.
Parte del plan de acciones contempla la ingeniería básica y de detalle, dentro del cual se encuentran los trabajos de rehabilitación de las turbinas y gobernadores de las unidades de la casa de máquinas de Macagua I. Como primera etapa se plantea la evaluación de las condiciones actuales de la casa de máquinas, en una segunda etapa se prevé la evaluación de los requerimientos de rehabilitación y, por último, a nivel proyectivo, la elaboración de un plan de montaje de estos equipos, entre los cuales se encuentra el montaje de los sistemas de gobernación. Las dos primeras etapas ya fueron concluidas.
El Objetivo principal de este trabajo es elaborar un plan de montaje de los sistemas de gobernación de las unidades a rehabilitar, fundamentado en todos y cada uno de los requerimientos de la unidad generadora. Igualmente se requiere elaborar un protocolo de pruebas para dichos sistemas de gobernación de las turbinas hidráulicas de las unidades de la Casa de Máquinas I de la central hidroeléctrica Antonio José de Sucre (antes macagua I).
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1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivo General
Diseñar un plan de montaje y protocolo de pruebas para el sistema de gobernación de las turbinas hidráulicas de las unidades de la Casa de Máquinas I de la Central Hidroeléctrica Macagua.
1.3.2. Objetivos Específicos
•
Revisar informes de inspección de los sistemas en operación actual de la central.
•
Examinar y evaluar el sistema actual de gobernación.
•
Interpretar los planos de la Casa de Máquinas.
•
Estudiar las especificaciones técnicas del sistema de gobernación propuesto para ser instalado en la Central Macagua I.
•
Comparar el sistema de gobernación propuesto y los ya existentes en esta y otras centrales hidroeléctricas de C.V.G. EDELCA.
•
Diseñar un plan de instalación y montaje de los equipos y componentes del sistema de gobernadores seleccionado.
•
Elaborar un protocolo de pruebas que deben ser llevadas a cabo luego de la instalación del nuevo sistema, para comprobar que las unidades estén listas para entrar en operación.
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CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO
CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO 2.1. Componentes principales de las Turbinas Francis
2.1.1. Caja Espiral
Es el pasaje de agua o ducto alimentador con forma de caracol y de sección transversal con geometría variable que circunda al rodete y conduce el agua necesaria para la operación de la turbina al orientarla alrededor del anillo distribuidor. En el caso de centrales hidroeléctricas en las que se manejen caídas netas inferiores o cercanas a los 30 m son recomendados los arreglos con cajas semi – espirales, en cambio para alturas superiores a los 30 m se recomienda el uso de cajas espirales completas. Las paredes de las cajas
semi – espirales son construidas de concreto armado y la sección
transversal es en general rectangular; mientras que, en las cajas espirales las paredes son de acero reforzado y la sección trasversal es circular.
2.1.2. Anillo Distribuidor
Es un aro concéntrico al eje de la turbina constituido por dos anillos, superior e inferior, rígidamente unidos entre sí por un conjunto de paletas fijas, equidistantes entre ellas y cuya función es la de administrar y dirigir el agua que ingresa a la turbina, dándole el giro inicial necesario para la máxima transferencia de energía en el rodete.
2.1.3. Paletas Directrices
Es un conjunto de álabes directores que pueden rotar u orientarse dentro de ciertos límites al girar sobre su propio eje. Se utilizan para regular el caudal de agua que llega de la cámara espiral y que ha de entrar en el rodete. Las paletas directrices llegan a tocarse en la posición de cerrado -en
21
cuyo caso no entra agua en el rodete-, y se van abriendo a medida que giran un cierto ángulo sobre sus ejes, hasta llegar a la posición de máxima apertura, el caudal de agua recibido por el rodete es máximo. El conjunto de directrices del distribuidor se acciona por medio de un anillo móvil, al que están unidas todas las paletas directrices.
2.1.4. Anillo de Descarga
Este anillo tiene forma cilíndrica en su parte superior y forma semiesférica por debajo de la línea central de los álabes del rodete para permitir el giro de estos últimos; es fabricado en acero inoxidable y se encuentra ubicado a la misma altura de los álabes del rodete.
2.1.5. Anillo Inferior
Es un aro circular donde se asientan en su parte inferior los muñones de las paletas directrices. Se encuentra atornillado al Anillo de Descarga por su parte inferior y perfectamente concéntrico con éste último.
2.1.6. Rodete
Se trata de la pieza fundamental de la turbina, es donde se obtiene la energía mecánica deseada. Está constituido por un cierto número de paletas o álabes. Pasa el agua a través de él, haciéndolo girar.
2.1.7. Tubo de Aspiración
Consiste en un ducto acodado que forma parte de la turbina y que la comunica con el canal de descarga. Tiene como misión principal aumentar la presión y recuperar así al máximo la energía cinética a la salida del rodete.
22
2.2. Funcionamiento La voluta tiene una forma espiral y convierte la energía potencial en energía cinética. Asimismo tiene la finalidad de establecer una distribución uniforme del agua alrededor del rodete. El agua que sale de la voluta pasa primero
por
el
predistribuidor,
con
álabes
fijos
dispuestos
circunferencialmente. Después del predistribuidor el agua pasa por el distribuidor, que tienen los álabes (directrices) móviles y regula el caudal que entra en el rodete.
El agua se dirige hacia el rodete por medio de una carcasa en espiral y un cierto número de directrices igualmente espaciados en la periferia.
Estas directrices son orientables, de modo que pueden abrir o cerrar completamente el paso del agua hacia el rodete. Su misión es doble: - encauzar el flujo hacia el rodete con la orientación adecuada para que esté lo mejor direccionado a través del álabe. - regular el caudal (y, por tanto, la potencia suministrada.)
En su recorrido a través del rodete, el agua experimenta otra caída de presión, hasta que finalmente sale por el centro a baja presión.
La variación de la cantidad de momento cinético que se obtiene procede de la desviación de la trayectoria del flujo y de la variación de las energías de presión y cinética que proporciona la transferencia de energía que tiene lugar en el rodete.
Debido a los problemas (por ejemplo, estanqueidad de las juntas) que plantean las altas presiones y velocidades, existe un límite superior para la altura con la que se puede utilizar este tipo de máquina.
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2.3. Regulación de velocidad de turbinas hidráulicas
Se interpreta por regulación el proceso mediante el cual se mantiene constante una magnitud o condición definida aunque varíen determinados factores como puede ser la carga solicitada a un grupo de tensión de línea, la temperatura de una mezcla, etc. En este y sucesivos apartados se tratará sobre la regulación de velocidad de las turbinas hidráulicas y en consecuencia, la regulación de velocidad de las máquinas que se han definido como grupos.
La magnitud objeto de la regulación es la velocidad o número de revoluciones por minuto (r.p.m.) a la cual ha de girar el rodete de la turbina, con el fin de que por medio del eje se transmita el giro uniforme que debe de existir y mantenerse entre dicho rodete y el rotor del generador.
Cuando se produce una variación en la carga solicitada al grupo, es decir, según aumente o disminuya el par resistente que actúa sobre la turbina, esta tenderá respectivamente a reducir o aumentar el número de revoluciones con que estuviese en funcionamiento normal antes de producirse la variación de carga. En tales condiciones, el funcionamiento de la turbina sería totalmente inestable, llegando a pararse al aumentar la carga y a embalarse cuando ésta disminuyese.
Dado que en la realidad las cargas solicitadas varían constantemente, es necesario adaptar el trabajo motor al resistente, y esto se consigue graduando adecuadamente el paso de agua hacia el rodete. Al regular el caudal de agua preciso para cada valor de carga en cada instante, se dispondrá de la potencia requerida debiéndose obtener al mismo tiempo el número de revoluciones de funcionamiento normal de la turbina.
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2.4. Variaciones transitorias de velocidad
Si las variaciones de carga en un grupo se produjeran siempre gradualmente, es decir, durante períodos de tiempo suficientemente prolongados, permitiendo que la regulación de velocidad se realizase lentamente, las variaciones de velocidad quedarían dentro de un cierto límite determinado por la sensibilidad del regulador.
Ahora bien, como es sabido, las oscilaciones de carga se pueden presentar bruscamente, esto es, durante un tiempo insuficiente para la actuación lenta de los dispositivos de regulación, con lo que se producen variaciones transitorias de velocidad.
Dependiendo de una serie de condicionantes, tales como inercia de las masas giratorias, características del grupo, etc., se puede llegar a recuperar, o no, el número normal de revoluciones. En base a dichas consideraciones, se distinguirán dos conceptos diferentes, íntimamente relacionados con el estudio de las turbinas hidráulicas, éstos son:
Máxima variación transitoria de velocidad.
Corresponde a la sobrevelocidad máxima alcanzada por el rodete, como consecuencia de producirse una desconexión brusca del grupo respecto de la red, siempre y cuando el distribuidor responda adecuadamente a la orden de cierre dada por el regulador (gobernador) y, los elementos que cierran el paso de agua hacia la turbina funcionen correctamente, válvulas, compuerta de toma, etc. Depende del regulador de velocidad (gobernador) y de las características de la propia instalación.
El máximo aumento transitorio admitido, oscila entre el 25 y el 50 % sobre el valor de la velocidad nominal.
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Velocidad de embalamiento.
La velocidad de embalamiento, o velocidad de fuga, es la máxima velocidad adquirida por el eje del grupo cuando al pasar rápidamente de plena
carga
a
valor
cero
(en
vacío),
el
distribuidor
permanece
completamente abierto (caudal máximo), por fallo en la regulación; no funcionando, además, los elementos que cortan el paso de agua a la turbina. Representa el caso más desfavorable que se puede producir, que en caso de mantenerse puede causar daños permanentes en la unidad.
Depende de las características de la instalación y, particularmente, del tipo de turbina. Se pueden llegar a alcanzar las velocidades indicadas en la Tabla 1.
Tabla 1. Velocidades de embalamiento en los distintos tipos de turbinas.
Turbinas
Exceso de velocidad en % de la nominal
Pelton
80-90
Francis
85-120
Kaplan
100-180
Algunos grupos de eje horizontal, llevan instalado un volante de inercia, para limitar la sobrevelocidad que se puede originar al desacoplarse, bruscamente, el generador de la red. Igualmente, favorece la uniformidad de giro, especialmente en grupos aislados no acoplados al sistema general, compensando los esfuerzos motores y resistentes, evitando fluctuaciones de la frecuencia.
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2.5. Reguladores automáticos de velocidad
No se deben confundir estos dispositivos con los reguladores de tensión de los alternadores, pues si bien actúan al unísono sobre el grupo, como elementos reguladores que son, sus funciones están perfectamente delimitadas.
Según lo manifestado hasta el momento, se deduce que todo regulador de velocidad es el mecanismo, de distinta índole, destinado a conseguir en cualquier circunstancia, el equilibrio de los trabajos motor y resistente presentes en una turbina, manteniendo sensiblemente constante, la velocidad de sincronismo del grupo ante todas las cargas solicitadas, protegiéndole además contra velocidades excesivas que pudieran surgir.
Como dato significativo se puede decir que si se dispusiese de un motor Diesel sobre el cual no actuase ningún regulador de velocidad, se fragmentaría en pedazos, en el instante que quedase bruscamente sin carga.
Es elevado el número de las distintas marcas y tipos de reguladores automáticos instalados en las centrales hidráulicas, por destacadas casas constructoras, especializadas en la fabricación y montaje de los mismos.
Determinadas industrias, para el funcionamiento de sus complicadas instalaciones, requieren un suministro de energía eléctrica con unos valores muy exactos de la frecuencia y de la tensión. Por lo tanto, los reguladores deben de responder a unas exigencias de sensibilidad, estabilidad y seguridad muy precisas.
Es de especial consideración el trabajo que se ha de ejercer para cerrar las paletas directrices o los álabes de rodetes Kaplan superándose, en turbinas modernas de grandes dimensiones, los 150000 kgm.
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No se puede ocultar el grado de cierta complejidad que conlleva la constitución de los modernos reguladores automáticos, los cuales se han ido perfeccionando progresivamente a través del tiempo como resultado de las experiencias y estudios llevados a efecto ante los avances y exigencias tecnológicas desde que fue ideado el primer regulador por James Watt en el siglo XVIII (Ver Figura 4).
Figura 4. Detalles de un regulador de Watt.
2.6. Clasificación de los reguladores de velocidad
Una clasificación relativamente extensa se puede establecer de los reguladores de velocidad en función de las características de sus
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componentes, manera de operar, etc. Se resumirá en base a los siguientes aspectos:
Por los componentes fundamentales.
En la actualidad, dos procedimientos distintos se utilizan como medios esenciales, en los que radica el fundamento de los reguladores automáticos. El primero, y más generalizado, se basa en el desplazamiento o elevación, por efecto de la fuerza centrífuga, de masas giratorias denominadas péndulos del regulador (Figura 5).
Figura 5. Diversos tipos de dispositivos tacométricos para reguladores.
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El segundo se fundamenta en la medida directa y exacta de valores de frecuencia, por medio de dispositivos de alta sensibilidad, destinados a tal fin.
Ambos constituyen, aisladamente, el dispositivo tacométrico del regulador, conocido también como cabezal de regulación, empleado en detectar el valor del número de revoluciones que tiende a dar la turbina en cada momento y, consecuentemente, a actuar sobre una serie de mecanismos como palancas, balancines, válvulas, etc., con el objeto de, a su vez, mantener la velocidad nominal del grupo, después de que las señales de regulación,
convenientemente
amplificadas
y
emitidas
por
dichos
mecanismos los cuales en su conjunto forman el propio regulador, son recogidas y obedecidas bien por el equipo de regulación que gobierna al distribuidor de la turbina, o directamente por este último.
Por lo expuesto podemos establecer una primera clasificación en los términos siguientes:
- Reguladores centrífugos. - Reguladores eléctricos.
Por la forma de actuar:
- Reguladores de acción directa. - Reguladores de acción indirecta.
La
diferencia
entre
ambos,
basados
en
los
procedimientos
mencionados anteriormente estriba en que la señal de regulación, emitida por el tacómetro, pase directamente del regulador al distribuidor de la turbina, reguladores de acción directa; o que dicha señal sea transmitida por
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medio del equipo de regulación, servomotores, en el caso del regulador de acción indirecta.
Estos últimos son los más utilizados, dada la envergadura y potencia de las turbinas actuales, necesitándose unos elementos auxiliares de regulación, capaces de desarrollar los elevados esfuerzos que se requieren para conseguir que las paletas directrices del distribuidor, etc., respondan rápidamente a las señales de regulación, adoptando las posiciones adecuadas, en razón al mayor o menor caudal de agua que deba incidir sobre los álabes del rodete.
Los reguladores de acción directa, apenas se utilizan hoy día, salvo en instalaciones de escasa potencia, por influir sobre los mismos efectos perjudiciales de pendulación, como consecuencia de intervenir tacómetros de grandes dimensiones, con masas giratorias de mucho peso, lo que origina un funcionamiento inestable y falto de precisión, por la dificultad en establecer un grado de insensibiIidad adecuado.
Para subsanar dichos inconvenientes, se recurre a un amortiguador hidráulico
(dashpot),
al
objeto
de
que
el
regulador
actúe
más
pausadamente ante la presencia de variaciones rápidas del trabajo resistente que influye en la turbina. Tal amortiguador también se dispone en los reguladores de acción indirecta, cuyo dispositivo tacométrico es de dimensiones y masas considerablemente reducidas, en comparación con las del regulador de acción directa.
2.7. Accionamiento de los reguladores de velocidad
Al regulador, y concretamente a su dispositivo tacométrico, se transmite continuamente la velocidad del grupo, al objeto de que detecte las variaciones que puedan surgir en cada instante. En definitiva, entre el
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grupo y el regulador, existe una conexión que acciona al tacómetro de forma más o menos directa.
En el caso de reguladores centrífugos, la conexión se puede llevar a efecto mediante:
Transmisión por correa. Una correa transmite el giro del eje del grupo al eje del tacómetro. Se utiliza cuando se trata de máquinas de pequeña potencia. No es recomendable su empleo en grupos de mediana y gran potencia, debido a la inseguridad de funcionamiento (elasticidad incontrolada, rotura, etc.), y a la falta de precisión del regulador.
Transmisión mecánica rígida. Se consigue por engranajes, transmisiones cardanes, etc. Presenta el inconveniente de que las oscilaciones que se producen en el eje del grupo se comunican instantáneamente al tacómetro, haciendo que este tenga un funcionamiento brusco e irregular, lo que repercute en la fiabilidad de la regulación.
Transmisión eléctrica. Es el sistema más utilizado actualmente, por su seguridad de funcionamiento y uniformidad de respuesta. El dispositivo de masas giratorias (Figura 4) es movido por un pequeño motor eléctrico, alimentado directamente por una conducción eléctrica tomada del propio alternador (mediante transformación previa); de la excitatriz principal (cuando es individual para el grupo); o proveniente de un generador auxiliar acoplado al eje del grupo, conocido como generador de imanes permanentes o alternador piloto siendo esta última solución la más habitual (Figura 6).
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Figura 6. Alimentación del motor eléctrico de regulador mediante un generador de imanes permanentes.
En estos casos, el motor eléctrico que acciona al tacómetro es casi siempre de tipo asíncrono de pequeño deslizamiento, con el fin de evitar oscilaciones perjudiciales al regulador.
Para los reguladores eléctricos, en los que el dispositivo tacométrico está constituido por equipos de medida directa de la frecuencia, éstos reciben los valores de dicha frecuencia, de un generador de imanes permanentes en la mayoría de los casos. La velocidad de funcionamiento normal, está representada por una magnitud proporcional a un valor predeterminado de la frecuencia del generador de imanes (Figura 7).
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Figura 7. Regulador eléctrico Brown – Boveri para turbinas hidráulicas
Con los modernos reguladores de velocidad constituidos por equipos electrónicos, se consigue una regulación mucho más rápida y exacta, a la vez que sus dimensiones son más reducidas. La transmisión del número de revoluciones del eje hacia el regulador, se logra mediante un circuito conectado al denominado generador de impulsos (pick-up), componente electromagnético, instalado en una determinada zona del eje del grupo adecuada a las características del mismo, que capta y transfiere, al componente electrónico que hace las veces de tacómetro del regulador, las revoluciones del grupo en cada instante, en forma de impulsos de corriente.
Tecnologías mas avanzadas, permiten prescindir del generador de impulsos, al detectar la velocidad mediante valores de tensión, traducidos a valores de frecuencia, tomados de los transformadores de tensión de los circuitos de protección o medida del generador. Estando este des-excitado, es
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suficiente el pequeñísimo valor de tensión (0,5 V. o menor) originado por el magnetismo remanente.
La aplicación de la electrónica da origen a los reguladores electrónicos, concepto que amplía la clasificación expuesta inicialmente.
2.8. Principio de funcionamiento de un regulador de velocidad
Los mecanismos del equipo de regulación, exigen unos esfuerzos superiores a los que pueden obtenerse directamente con los elementos del propio regulador, por ello la razón de los reguladores de acción indirecta, los cuales, mediante palancas, balancines, válvulas intercaladas en el circuito de aceite a presión, y otros mecanismos, actúan sobre los servomotores del distribuidor, intercalados también en dicho circuito de aceite.
Los vástagos de los émbolos de los servomotores respectivos se enlazan, por medio de bielas, al anillo de distribución de la turbina, abriendo o cerrando el paso de agua hacia los álabes del rodete, con lo que se equilibran, en breve tiempo, los trabajos motor y resistente.
Para obtener una regulación estable, es necesario que el efecto de la regulación sea tal que reaccione lo más rápidamente posible al presentarse la causa perturbadora, como es la variación de carga. Asimismo, la turbina también ha de actuar en consonancia contra la gran inercia de la columna de agua existente en la conducción o tubería forzada que, si es de gran longitud, influye desfavorablemente sobre las condiciones de estabilidad del regulador, por intervenir el fenómeno de golpe de ariete que, si no es controlado debidamente, puede provocar el aumento instantáneo de la velocidad de la turbina en el momento que se cierra el distribuidor, originándose un efecto contrario al deseado, cual sería el de reducir la velocidad.
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Otro efecto perturbador, que tiende a desestabilizar la acción del regulador sobre el grupo, son las ondas de presión, que circulan arriba y abajo por la tubería forzada, desde la toma de agua hasta el desagüe de la turbina, creadas al moverse las válvulas de aguja, paletas directrices, álabes del rodete, etc.
Por estos motivos, la rapidez de intervención del regulador ha de ser ajustada y mantenida entre ciertos límites.
Se procederá a entrar en el estudio de los reguladores, en lo que a su constitución y actuación se refiere, considerándolos desde un punto de vista muy elemental. El estudio se basará en dos sistemas de regulación, conocidos por las denominaciones de:
- Regulación ASTÁTICA. - Regulación ESTÁTICA.
2.8.1. Regulación Astática
Un regulador centrífugo de acción indirecta, actúa sobre un servomotor, el cual, a su vez, gobierna al anillo de distribución de la turbina (Figura. 8).
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Figura 8. Regulador astático.
Tanto las masas giratorias, como la acción del muelle antagonista del tacómetro y los recorridos de los émbolos de la válvula distribuidora, llamada también válvula principal, están calculadas para regular la velocidad de la turbina al valor requerido. Una bomba, generalmente de tipo rotativo, envía aceite al circuito, sometido de forma constante a una determinada presión.
A continuación se centrará la explicación en los sucesivos esquemas elementales mostrados, y se intentara hacer una abstracción total en el 37
análisis de los mismos, partiendo de una situación inicial de funcionamiento normal, en la que el conjunto se encuentra tal y como indica la Figura 8.
La principal referencia es la horizontalidad de la palanca abc, sobre cuyo extremo fijo c se apoya y puede girar hacia arriba o hacia abajo, según la actuación del tacómetro al que, por medio de un collar deslizante sobre su eje por la acción de las masas giratorias, se une la palanca en su extremo a, mediante una conexión adaptable y con libertad de movimiento sobre este punto. La conexión del vástago de la válvula distribuidora sobre la palanca, en el punto b, también es deslizante.
En caso de disminuir la carga, la turbina tenderá a aumentar su velocidad, lo cual será detectado por el tacómetro, cuyo eje girará más rápido elevándose los péndulos y el collar solidario a los mismos, debido a la fuerza centrifuga desarrollada, y por consiguiente, el extremo a de la palanca (Figura 9)
Figura 9. Actuación del regulador astático al disminuir la carga.
38
Los émbolos de la válvula distribuidora, movidos desde el punto b de la palanca, toman una posición tal que el aceite tiene camino abierto hacia el lado derecho del servomotor (según disposición de la figura), el cual acciona al anillo de distribución en el sentido de «cerrar». En los reguladores actuales, el mando de la válvula distribuidora se realiza por medio de una válvula piloto, constituida por un émbolo diferencial u otro dispositivo análogo, que permite reducir los esfuerzos requeridos a la palanca de maniobra y al mismo tiempo aumentar la sensibilidad del regulador.
Una vez que el paso de agua ha disminuido, la velocidad de la turbina tiende a aminorarse y el tacómetro responde al nuevo número de revoluciones, reduciendo también su velocidad, con lo que los péndulos y los puntos a y b de la palanca descienden, situándose los émbolos de la válvula distribuidora en la posición de origen. No obstante, esta situación no se logra de forma instantánea, por producirse una serie de oscilaciones por efecto de la inercia que lleva el collar del tacómetro en los desplazamientos sobre su eje, debido a la propia inercia de las masas giratorias.
Se deduce que existe una sola posición del punto a para asegurar la situación media de los émbolos de la válvula distribuidora. Se está ante un regulador que mantiene constante el número de revoluciones del grupo, sea cual sea el valor de la carga solicitada, característica astática (Figura 10).
39
Figura 10. Característica astática de la frecuencia o r.p.m. en función de la potencia. Los reguladores que se basan en tal condición, reciben el nombre de reguladores astáticos, conocidos también como isódromos (igual recorrido), los cuales caracterizan la regulación astática o isodrómica.
Los reguladores astáticos no son utilizados normalmente, ya que cuando se trata de repartir cargas entre dos o más grupos, la repartición se hace de manera indeterminada, corriéndose el riesgo de que un grupo se haga con toda la carga y los otros queden sin ella, por la dificultad que existe en que los reguladores vayan perfectamente de acuerdo. Además, un regulador astático, tiene tendencia a oscilar en caso de variaciones repentinas de carga, de tal modo que se originarían continuamente sobreregulaciones y sub-regulaciones.
2.8.2. Regulación Estática
Para hacer posible el trabajo en común de varias máquinas, debe evitarse la indeterminación que presenta el regulador astático, en el que a un número de revoluciones por minuto dado corresponden tantos valores de
40
potencia como se desee, dentro de los límites del grupo. Debe conseguirse que a cada valor de potencia, le corresponda la adecuada velocidad o frecuencia respectiva.
Esta condición viene realizada por una característica ligeramente descendente, la cual recibe el nombre de característica estática. Se representa por una curva, prácticamente una línea recta, que indica la ley de dependencia entre la velocidad del grupo y la potencia, de tal modo que se aprecia cómo la frecuencia o el número de revoluciones por minuto descienden al aumentar la potencia suministrada (Figura 11).
Figura 11. Característica estática de la frecuencia o r.p.m. en función de la potencia.
La
característica
mencionada
da
origen
e
identifica
a
los
reguladores estáticos, que proporcionan una regulación estática, también denominada regulación en descenso.
De manera gráfica muy sencilla, se analizará el funcionamiento de un regulador estático. El esquema representado en la Figura 12, cuya única diferencia respecto del regulador astático radica en que en el caso presente
41
se tiene un nuevo dispositivo, compuesto por la barra cd y la cuña AA', esta última solidaria al vástago del servomotor, según la orientación indicada (conforme disposición de la figura), la cual sigue sus movimientos, con lo que el punto de giro c de la palanca abc ya no es fijo, dependiendo su posición de la
que
adopte
el
émbolo
del
servomotor,
como
consecuencia
del
desplazamiento ascendente o descendente del extremo d de la barra cd, sobre la cuña AA’, según se abra o cierre respectivamente el distribuidor.
Figura 12. Regulador Estático.
A distintas posiciones de c, corresponden distintas posiciones de a, siempre y cuando los émbolos de la válvula distribuidora se sitúen en el punto medio después de cada actuación.
42
Haciendo comparación con el regulador astático, ahora las posiciones del extremo a son más bajas a medida que se abre el distribuidor, de donde se deduce que la velocidad del tacómetro dependerá de la carga y consecuentemente la velocidad del grupo, de tal modo que a mayores cargas corresponderán velocidades menores.
Pero, sin embargo, lo que ha de cumplirse en todo instante es que se mantenga constante el valor de la frecuencia, 60 p.p.s., o lo que es lo mismo, el número de revoluciones por minuto cualquiera que sea el valor de la carga. Para ello, el regulador estático dispone de un control de velocidad destinado a desplazar hacia arriba o hacia abajo la característica, paralelamente a sí misma, a medida que, respectivamente, sube o baja la potencia. Así, entre los valores de marcha en vacío y plena carga, la característica siempre tendrá, con la línea que marca la frecuencia constante de 60 p.p.s., un punto de intersección perteneciente a cada valor de las sucesivas cargas intermedias (Figura 13).
Figura 13. Desplazamiento ascendente de la característica estática, a medida que sube la potencia solicitada al grupo.
43
Con el fin de conseguir la estabilización o amortiguación de oscilaciones en el proceso de la regulación, se emplea un amortiguador hidráulico, denominado freno de catarata (Figura 14).
Figura 14. Regulador con dispositivo de amortiguación o estatismo transitorio.
En la barra cd, se ha insertado un amortiguador cuyo émbolo tiene la propiedad de “variar” la longitud de la misma, según se transvase el aceite a un lado o a otro de dicho émbolo, a través de la válvula conmutadora T, como consecuencia de la acción antagonista, positiva o negativa, que sobre éste ejerce el muelle que actúa en el punto c. Por estas razones, a la barra cd también se la nombra biela elástica. La válvula T presenta una cierta resistencia,
que
se
gradúa
previamente
según
características
de
funcionamiento del regulador, por lo que no se abre hasta que las
44
condiciones de desequilibrio del muelle antagonista son las fijadas, momento en el cual da paso de aceite.
Por lo tanto, ante una variación de carga, el punto c adoptará una posición en consonancia con la que tome la cuña AA’, comportándose todo el conjunto cd, al comienzo, como un elemento rígido. Durante un breve espacio de tiempo, el regulador opera de conformidad con el principio de regulación puramente estática, con un estatismo muy elevado dependiente de la inclinación de la cuña AA’ hasta que, debido a la acción del muelle antagonista y de la válvula T, el émbolo del amortiguador se sitúe en la posición adecuada, “acortando” la barra cd si la velocidad tiende a descender por existir un aumento de potencia, o “alargándola” en el caso contrario, todo ello hasta que el muelle recobra su posición de equilibrio, instante en que el punto c retorna a su posición inicial.
De esta forma, en cada variación de carga se consigue un elevado grado de estatismo al comenzar la regulación, etapa denominada de estatismo transitorio, que se anula cuando termina la regulación, momento en que el regulador se comporta como un regulador astático.
2.9. Componentes Fundamentales De Un Regulador De Velocidad
Aparte de los componentes ya mencionados, tales como tacómetro, válvula piloto, válvula distribuidora, etc., todo regulador cuenta con mecanismos
para
realizar
funciones
parciales
muy
definidas,
que
complementan la fundamental, la cual es la regulación. Si bien, en los nuevos reguladores, son electrónicos los dispositivos que no han de transmitir esfuerzos directos, se hace una sucinta exposición de los más significativos, por similitud de cometido, en los puramente mecánicos.
45
2.9.1. Control de caída de velocidad.
Este dispositivo, vinculado estrechamente al equipo estabilizador, se conoce también como dispositivo de estatismo permanente, control del grado de estatismo, control de caída relativa de vacío a plena carga, control de velocidad inherente, etc.
Tiene como misión, prefijar la repartición de la carga entre dos o más grupos acoplados en paralelo. Permite ajustar la caída de velocidad desde el valor cero hasta el 6 %, aproximadamente, de la velocidad de régimen a plena carga.
El valor usualmente ajustado, está comprendido entre el 2 y el 4 %, dependiendo de las fluctuaciones de carga previstas en el sistema.
Cuando se ajusta para caída de velocidad de valor cero, posición de regulación totalmente astática (velocidad constante para cualquier carga) el grupo tenderá a aceptar todas las oscilaciones de carga. En cambio, éste se opondrá a dichas oscilaciones en mayor grado cuanto mayor sea el valor ajustado, es decir, menor será la proporción de las fluctuaciones de carga del sistema tomadas por los grupos.
2.9.2. Control de velocidad.
Control de velocidad o, en sentido más amplio, control de cargavelocidad, distinguiendo como control de carga cuando actúa sobre la máquina acoplada, y control de velocidad cuando está desacoplada. Está gobernado por un motor eléctrico con reductora y embrague, denominado motor de ajuste de velocidad o motor de sincronización porque se utiliza para ajustar la velocidad de sincronismo del grupo, cuando se realiza a maniobra de acoplamiento de éste, en paralelo, al sistema. Este
46
mecanismo puede ser controlado a distancia, a través del motor, desde la Sala de Control; o localmente, desde el propio cuerpo del regulador.
Debido a la acción que ejerce el muelle limitador del tacómetro, le permite al Operador mantener los valores requeridos de carga o de velocidad, según proceda, haciendo los ajustes oportunos. En condiciones de funcionamiento normal del grupo, las acciones sobre el dispositivo del control de carga, son ejercidas directamente por el llamado equipo de telerreguIación o, lo que es lo mismo, regulación automática a distancia, desde un centro común de coordinación, conocido como Despacho Central de Maniobras (D.C.M.), todo ello según exigencias del servicio en la red.
2.9.3. Control del límite de apertura.
Su denominación más usual es la de limitador de carga. Consiste en un mecanismo que, accionado por motor, bloquea el movimiento de la válvula piloto, estableciendo el límite de carga que debe proporcionar el grupo, en relación con el límite de apertura permitido al distribuidor. Puede ser maniobrado a distancia o localmente.
2.9.4. Control de desconexión por exceso de velocidad.
También
se
identifica
como
control
de
desconexión
por
sobrevelocidad o embalamiento. El exceso de velocidad se detecta por dos procedimientos distintos. Uno, puramente mecánico, consiste en el uso de interruptores centrífugos, situados convenientemente sobre distintas zonas del eje del grupo, los cuales, según proceda, intervienen en los circuitos de control, eléctricos o de aceite a presión destinados a tal fin. Otro está basado en la alimentación directa de los circuitos de control por medio del generador de imanes permanentes o el generador de impulsos.
47
Para
cada
turbina
se
suelen
establecer
dos
valores
de
sobrevelocidades o escalones de exceso de velocidad, denominados primer escalón y segundo escalón, disponiéndose de los controles respectivos para cada uno de ellos.
En el primer escalón, el valor de velocidad bajo control está comprendido entre el 110 y el 125 % del valor nominal, dependiendo de las características del grupo, produciéndose una alarma de prevención al alcanzar el número de revoluciones por minuto establecido. El segundo escalón corresponde a velocidades del orden del 140 al 150 %, y provoca el cierre inmediato de la compuerta o válvula de alimentación, así como del distribuidor si no existen fallos en éste.
En ambos casos, a través de los controles mencionados, el regulador da órdenes de cierre total al distribuidor, si bien, cuando se trata del primer escalón, existe la posibilidad de espera de un comportamiento del grupo que permita la recuperación del número normal de revoluciones por minuto. El embalamiento se da cuando el regulador no responde eficazmente ante un desacoplamiento con carga.
2.10. Sistema de aceite de regulación de velocidad
En una central, cada grupo dispone del apropiado sistema de aceite a presión destinado al correcto funcionamiento tanto del regulador en sí como del equipo de regulación que este último gobierna, controla y regula.
Se ha hablado de la necesidad de disponer de grandes esfuerzos, para accionar los servomotores que, a su vez, regulan la posición del distribuidor. Ello se logra mediante la aplicación de elevadas presiones en el circuito de aceite que recorre las válvulas y mecanismos mencionados, presiones que se consiguen con bombas de gran potencia. Ahora bien, además de éstas, son
48
varios los elementos que integran el sistema de aceite a presión para un solo grupo, estando reflejados en la siguiente relación los más significativos.
2.10.1. Grupos moto-bombas.
En las grandes instalaciones, normalmente se montan varios grupos motobombas a fin de que unos mantengan el servicio de forma continua y otros entren en funcionamiento cuando la presión necesaria en el circuito descienda por debajo de unos valores preestablecidos. Periódicamente se alternan las funciones encomendadas a dichos grupos, para equilibrar el número de horas de trabajo de los mismos.
Las bombas suelen ser de tipo rotativo, las cuales envían aceite al sistema a una presión considerablemente elevada, llegándose a trabajar con valores superiores a los 100 kg/cm2 en las instalaciones modernas, al disponer de materiales y métodos de soldadura que permiten la construcción de equipos compactos de reducidas dimensiones.
Un conjunto de válvulas de cambio, permite que el aceite pase al tanque de presión de aceite-aire y, por consiguiente, al circuito del regulador y equipo de regulación, o descargue en el depósito colector, sin presión, del cual toman los tubos de aspiración de las bombas, a través de filtros de aceite.
2.10.2. Filtros de aceite.
En cada entrada de bomba se instala un filtro que retiene las impurezas que pueden estar en suspensión en el aceite, evitando que las mismas pasen a los delicados mecanismos de precisión del regulador, impidiendo
posibles
fallos
en
los
mismos
como
consecuencia
de
obstrucciones, agarrotamientos, etc.
49
2.10.3. Refrigeradores.
Para que el aceite no adquiera temperaturas elevadas, lo cual podría repercutir desfavorablemente en su correcta utilización y conservación (grado de viscosidad, descomposición, etc.), se colocan convenientemente equipos de refrigeración. Los refrigeradores están diseñados de tal modo que el agua de refrigeración no puede acceder nunca al circuito de aceite, en caso de rotura de los conductos del serpentín de agua, por encontrarse esta a menor presión que el aceite. Cuando las bombas están paradas, grupo fuera de servicio, se debe de cerrar el paso de agua.
El agua de refrigeración del aceite de regulación puede ser tomada de la tubería de agua de refrigeración del cojinete guía de la turbina, o de otra conducción de la instalación propia para este cometido.
2.10.4. Tanque de presión de aceite-aire.
Se denomina tanque de regulación. En él se acumula y mantiene el aceite a una presión elevada y estable, mediante una cámara de aire a presión, suministrado por un sistema de compresores y tanques. Dicha cámara, además de permitir utilizar gran cantidad de aceite sin pérdida de presión, hace función de amortiguador, manteniendo el nivel de aceite de manera reposada, evitando borboteo, torbellinos y su posible gasificación.
Dispone de los flotadores y presostatos adecuados, los cuales accionan los
contactos
respectivos
para
provocar
señales
de
alarma
o
de
desacoplamiento del grupo, en caso de anormalidades, tanto por exceso o defecto en el nivel de aceite del tanque, como por variaciones sensibles del valor idóneo de la presión de aceite.
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2.10.5. Tanque de presión de aire.
Además del tanque anteriormente mencionado, por cada grupo se instala otro destinado sólo y exclusivamente a almacenamiento de aire a presión, para servir de suministro directo a la cámara de aire en el tanque de regulación, según exijan las circunstancias de mantenimiento de éste. Asimismo
conviene
destacar
los
circuitos
y
electro-válvulas
pertenecientes a los dispositivos conocidos como cerrojos, master y seguridad. Todos ellos intercalados adecuadamente en el sistema de aceite, y cuyas misiones respectivas son:
2.10.6. Pasadores.
Cumplen la función de enclavar o desenclavar los servomotores de accionamiento del distribuidor al parar o poner en servicio el grupo.
2.10.7. Master de distribución.
Conocido también como cierre de emergencia, solenoide o electro de seguridad, el cual, en el momento de arranque de la turbina, y una vez desenclavados los pasadores, permite el paso de aceite a presión hacia la válvula distribuidora del regulador, situándola en la posición intermedia.
Cuando el master es actuado por alguna de las protecciones del grupo, que sobre él intervienen, hace que la válvula distribuidora se coloque en posición que posibilite el cierre inmediato del distribuidor. Cerrado totalmente éste, se enclavan los pasadores.
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2.10.8. Seguridad.
Tiene como misión hacer funcionar a los servomotores en el sentido de cierre del distribuidor, una vez que anula la acción que sobre éstos ejerce la válvula distribuidora del regulador. Ello sucede cuando interviene alguna de las protecciones del grupo, provocando la desconexión del mismo respecto de la red.
Se dispone de un circuito de seguridad, para el abastecimiento de aceite a presión, independiente del circuito de regulación. Está alimentado por un grupo motobomba, y cuenta con los correspondientes tanques de aceite y aire. Dicho circuito puede ser común a más de un grupo.
Las electro-válvulas que controlan los dispositivos descritos, pueden ser
accionadas
voluntariamente,
a distancia
o
localmente
en
sus
emplazamientos.
2.11. Reguladores de presión
Existe otro tipo de reguladores de turbinas, llamados descargadores síncronos.
Tienen especial utilidad en aquellas instalaciones cuyas conducciones de agua o tuberías forzadas son de gran longitud, en las cuales se prevén sobrepresiones perjudiciales, producidas por el golpe de ariete.
Con dichos descargadores se pretende reducir al máximo tales perturbaciones, ya que es prácticamente imposible eliminarlas totalmente. Consisten en una válvula de descarga de agua de libre escape, controlada por el regulador de velocidad de la turbina, estando situada dicha válvula en una derivación sacada de la tubería forzada. (Figura 15).
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Figura 15. Representación esquemática de un regulador de presión.
Cuando el regulador actúa de modo que provoca el cierre del distribuidor, simultáneamente da orden de apertura a la válvula de descarga, con lo que, durante unos segundos, parte del caudal de alimentación a la turbina se desvía, hacia el tubo de aspiración en el caso de la turbina Francis, sin que se produzcan sobrepresiones en la columna de agua que va al distribuidor al cerrarse éste.
De esta forma se mantiene casi constante el caudal en la tubería forzada, durante un período de tiempo prudencial, justo el que tardan en equilibrarse los trabajos motor y resistente y desaparece el peligro de sobrepresiones (en total de 20 a 30 s), con lo que se evita el desperdicio innecesario de agua a través de la válvula de descarga.
Este dispositivo no tiene aplicación cuando se producen aumentos de carga, es decir, cuando se abre el distribuidor. Como regla general para todas las situaciones y disposición de máquinas, cuando esto sucede se establece que el distribuidor no tenga una respuesta de apertura demasiado 53
rápida, sino que la separación de paletas se haga en un tiempo moderado, al objeto de impedir depresiones excesivas, que también son perjudiciales, afectando principalmente a la estabilidad del regulador de velocidad. Según las características de las conducciones o tuberías forzadas, así como las alturas de salto existentes, aconsejan el empleo conjunto de chimeneas de equilibrio con los descargadores síncronos.
54
CAPÍTULO 3: MARCO METODOLÓGICO
CAPITULO 3: MARCO METODOLÓGICO
En este capítulo se reflejan los pasos a seguir para el desarrollo de un proyecto que tiene como fin diseñar un plan de montaje de los sistemas de gobernación a ser instalados en una central hidroeléctrica y un protocolo de pruebas
de
estos
sistemas
que
permitan
certificar
su
correcto
funcionamiento.
La metodología presentada a continuación se divide en tres fases principales, en las cuales se incluyen una serie de actividades que se detallan a continuación:
3.1.
FASE 1: Trabajo preliminar
Esta primera fase comprende las acciones previas al trabajo del diseño de un plan de montaje y protocolo de pruebas del sistema de gobernación a instalarse en la rehabilitación de la central hidroeléctrica Macagua I:
•
Reconocimiento de la Casa de Máquinas, en el cual se logra la identificación de los equipos que conforman las unidades generadoras y se observa el funcionamiento de las unidades en operación.
•
Observación del estado actual de las unidades generadoras de la casa de máquinas.
56
3.2.
FASE 2: Recopilación de información
Esta segunda etapa consiste en la recolección de información y documentación técnica para comprender el principio de funcionamiento de los sistemas de gobernación de turbinas hidráulicas en general, así como también estudiar las características del sistema de gobernación existente en la casa de máquinas I de Macagua:
•
Estudio y recolección de documentación bibliográfica acerca del funcionamiento de los sistemas de gobernación y de las pruebas que se le realizan a estos equipos.
•
Lectura de especificaciones técnicas de las Turbinas y Gobernadores para este proyecto y otras centrales construidas y operadas por C.V.G. EDELCA.
•
Revisión de planes de montaje pertenecientes a otras Centrales hidroeléctricas de C.V.G. EDELCA.
•
Búsqueda e interpretación de planos de la Casa de Máquinas.
•
Recopilación y revisión de informes de inspección realizados a los equipos de la Casa de Máquinas para calificar su estado actual.
•
Reuniones y charlas informativas con los ingenieros de EDELCA y personal general que labora en el proyecto de rehabilitación hidroeléctrica de la Casa de Máquinas I de Macagua.
3.3.
FASE 3: Diseño del plan de montaje de los componentes de la unidad y del sistema de gobernación y protocolo de pruebas del sistema de gobernación
•
Desarrollo de los
procedimientos técnicos de las actividades
pertenecientes a la fase de montaje del sistema de gobernación, que incluye: anillo inferior, cubiertas superiores, paletas directrices, anillo
57
de operación, servomotores, unidad hidráulica de potencia, tanque aire/aceite, cubículo electrónico del gobernador, centro de control de motores, etc.
•
Diseño de un protocolo de pruebas para el sistema de gobernación, que consisten en una serie de actividades a realizar antes de poner en servicio la unidad, con el fin de confirmar y certificar que la unidad esté apta para entrar en operación, funcionando dentro de los rangos normales de funcionamiento.
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59
CAPÍTULO 4: PLAN DE MONTAJE DE COMPONENTES DE LA UNIDAD Y DEL SISTEMA DE GOBERNACIÓN
CAPÍTULO 4: PLAN DE MONTAJE DE COMPONENTES DE LA UNIDAD Y DEL SISTEMA DE GOBERNACIÓN
4.1. Procedimiento de instalación del anillo inferior
La actividad que se describe a continuación es una de las más importantes, debido a que una vez instalado el anillo inferior, este se utiliza como guía para centrar todos los demás componentes de la unidad. Esta tarea se realiza en dos fases, cada una con varias operaciones explicadas a continuación.
4.1.1. Preparación para la instalación
1.- Previo a la instalación del anillo inferior, se debe colocar un andamiaje o plataforma soldada provisionalmente en la parte superior del forro metálico del tubo de aspiración. 2.- Limpiar completamente el anillo inferior verificando que no quede ningún material extraño. 3.-Hacer el levantamiento topográfico de la unidad de manera de localizar el centro físico de la misma que será la guía para el montaje de todos los componentes de la máquina.
4.1.2. Instalación del anillo inferior
1. Suspender cuidadosamente el anillo inferior manteniéndolo nivelado e instalarlo en las bases empotradas en el concreto, tomando en cuenta las referencias topográficas.
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2. Una vez instalado el anillo en posición, se aperna y se aplica el torque requerido para su apriete en forma simétrica y uniforme. Se perforan y se escarian los agujeros de las guías. Se mide con un calibrador cilíndrico el diámetro después del escariado. Se maquinan las guías en un torno al diámetro exacto, medido luego del escariado y se colocan en su posición definitiva.
Figura 16. Instalación del anillo inferior.
4.2. Procedimiento de instalación de las paletas directrices
Las paletas directrices son aquellas encargadas de regular el caudal cuando varía la carga de la turbina y de crear el momento hidráulico requerido para la transferencia de energía.
Para la instalación de estos componentes, se debe seguir el siguiente procedimiento:
62
1. Asegurar que la galería del anillo de descarga, el anillo inferior y el pozo de la turbina disponga de un acceso adecuado, estén limpias y libre de escombros, totalmente iluminada y adecuadamente ventilada.
2. Instalar andamiaje de acceso dentro del pozo de la turbina según sea necesario.
3. Limpiar, en el conjunto del anillo inferior, con inhibidor de corrosión del área donde serán colocados los sellos y limpiar todos los agujeros roscados con el macho correspondiente.
4. Instalar el conjunto de sellos terminales de las paletas directrices.
5. Limpiar los asientos de los cojinetes inferiores de las paletas directrices con un compuesto limpiador adecuado para remover el inhibidor de corrosión y verificar que no existan daños.
6. Limpiar el “Deva” (recubrimiento especial del asiento) dentro de los asientos de los cojinetes metálicos empleando trapos suaves.
7. Colocar
los
O-ring,
ligeramente
engrasados
en
las
ranuras
maquinadas para tal fin.
8. Usando un macho correspondiente al diámetro de los agujeros, limpiar los agujeros roscados en el lado inferior del anillo inferior.
9. Instalar los 24 porta-cojinetes inferiores de paletas dentro del conjunto del anillo inferior. Nivelar con la cara cercana al sello de bronce ó 1.5 mm por arriba de la cara superior del anillo inferior.
63
10. Nivelar los porta-cojinetes con la cara superior cercana al sello de bronce colocar los pernos de apriete y aplicar torque respectivo.
11. Realizar inspección visual de todas las 24 paletas directrices antes de la instalación.
12. Una vez limpia y fuera de su empaque, izar la paleta directriz Nº 1, utilizando los agujeros roscados para izamiento existentes en el eje superior e inferior de la paleta.
13. Limpiar la cara del anillo inferior antes de posicionar las paletas directrices.
14. Engrasar ligeramente el O-ring e instalar el anillo de sello en el tope del porta-cojinete inferior de la paleta.
15. Colgar una señorita en la oreja de izamiento sobre la posición de la paleta directriz Nº 1.
16. Levantar y trasladar la paleta directriz desde la nave de montaje y bajarla al pozo de la turbina.
17. Cuidadosamente transferir el peso de la paleta directriz de la grúa a la señorita.
18. Instalar la paleta dentro del cojinete inferior Nº 1 en posición abierta. Todo el peso será soportado por la plancha inferior.
19. Repetir el procedimiento descrito para instalar las paletas 2 a 24, asegurando que todas estén en posición abierta.
64
20. Colocar el tornillo de ajuste de la paleta, tuerca y arandela dejándolo apretado a mano. Estos ítems serán finalmente fijados y las roscas selladas durante el ajuste final de las alturas de las paletas directrices.
21. Las separaciones mínimas (c) y (d), mostradas en la Fig. 17, entre la paleta y la superficie del anillo inferior, se deben encontrar entre 0,50 – 0,67 mm.
22. Instalar el conjunto de la cubierta superior exterior.
Figura 17. Holgura entre la paleta directriz y el anillo inferior.
65
4.3. Procedimiento para ensamblaje e instalación del conjunto de las cubiertas superiores
4.3.1. Instalación de la cubierta superior externa.
4.3.1.1. Preparación para la instalación
1. Limpiar completamente con solvente la cubierta superior externa para quitar la capa anticorrosiva. Se limpian completamente las bocinas superiores e intermedias al igual que los vástagos de las paletas directrices y luego se aplica suficiente grasa. Se limpia bien la zona superior del rodete y sus bandas.
2. Colocar, en la ranura para empaquetadura del anillo distribuidor, la junta de goma redonda y se fija con cinta adhesiva.
4.3.1.2. Instalación de la cubierta superior en posición
1. Suspender cuidadosamente la cubierta manteniéndola nivelada e instalarla refiriéndose a las marcas de adaptación. (Fig. 18)
2. Cuando la cubierta entre en contacto con la superficie del anillo distribuidor, se debe cuidar que la junta de goma no se desprenda de la ranura de empaquetadura.
66
Figura 18. Instalación de la cubierta superior externa. 3. Para colocar la cubierta, todo lo que se necesita es que la sección del diámetro interno de esta sea concéntrica con el diámetro interno de la superficie de descarga del anillo distribuidor y el anillo inferior. Medir la separación entre la sección del diámetro interno de la misma y la circunferencia externa del anillo del rodete en 8 a 12 puntos alrededor de la circunferencia entera.
4.3.1.3. Inspección de la separación de las paletas directrices
1. Después de la instalación de la cubierta de cabezal, se mide la separación superior (paletas directrices / cubierta superior externa) y la separación inferior (paletas directrices / anillo inferior), con un calibrador de espesor. Se mide también el nivel sobre la cubierta de cabezal apretando provisionalmente dos pernos de esta para cada paleta directriz. Para esta inspección, las paletas directrices deben encontrarse en la condición casi cerrada. Para el cierre de las paletas
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directrices, se puede usar una señorita de cadena para elevarla a fin de reducir el roce con la bocina inferior.
2. Si la separación lateral total (superior + inferior) está fuera de tolerancia (1,35 – 2,25 mm), la cubierta superior externa se debe levantar y se regula nuevamente por medio de la colocación de laminillas.
4.3.1.4. Inspección de la separación del rodete y cubierta superior externa
1.
Medir la separación entre los alrededores del rodete y la cubierta superior externa. (Fig. 19)
Figura 19. Holgura del rodete y de las paletas directrices. (A) Corona del rodete y cubierta superior externa: 3,5 mm +35% y -15%. (Medir en 8 puntos)
68
2.
Es también muy importante la uniformidad de la separación de las paletas directrices. Cada paleta debe poseer casi la misma separación (a) y (b), y (c) y (d); y las paletas reguladoras se deben mover suavemente con una llave de brazo largo o un gato. Para satisfacer las condiciones arriba mencionadas, la cubierta superior externa se debe alinear en la mejor posición. Cuando todas las condiciones sean satisfactorias, se aprietan los pernos con llaves de impacto, tubulares o neumáticas.
3.
Después de ser apretados los pernos, revisar nuevamente la separación lateral de las paletas directrices y la separación del rodete. Revisar también el nivel de la cubierta superior externa.
4.
Perforar y escariar los agujeros de las guías. La perforación y el escariado se realizan a través del anillo distribuidor. Luego, medir con un calibrador cilíndrico después del escariado. Maquinar las guías en un torno al exacto diámetro.
4.3.2. Instalación de la cubierta superior interna
4.3.2.1. Preparación para la instalación.
1. Limpiar completamente con solvente la cubierta superior interna para quitar la capa anticorrosiva.
2. Colocar la junta de goma redonda y fijarla con cinta adhesiva, en la ranura para empaquetadura de la cubierta superior interna.
69
4.3.2.2. Instalación de la cubierta superior interna.
1. Cuando la cubierta se pone en contacto con la superficie de la cubierta superior externa, se debe tener sumo cuidado que la junta de goma no se desprenda de la ranura de empaquetadura. (Fig. 20)
2. Después de ser colocada en posición, apretar los pernos de sujeción de manera uniforme y simétrica.
3. Inspeccionar la horizontalidad de la superficie.
Figura 20. Instalación de la cubierta superior interna.
70
4.3.2.3. Inspección de la separación del eje principal y la cubierta superior interna
1. Medir en ocho puntos, con un micrómetro, la dimensión (A) desde el círculo de fijación de la caja de sellos al borde del guardapernos del eje principal y la dimensión (B) desde el círculo de fijación del cojinete guía de la turbina hasta el asiento del anillo de operación. (Fig. 21)
Figura 21. Holgura entre el eje principal y la cubierta superior interna. 2. Apretar los pernos de sujeción y volver a revisar las separaciones antes mencionadas. Revisar también la horizontalidad de la cubierta de cabezal.
3. Perforar y escariar los agujeros de las guías. La perforación y el escariado se realizan a través de la cubierta superior externa. Medir con un calibrador cilíndrico el diámetro después del escariado. Maquinar las guías en un torno al diámetro exacto.
71
4.4. Armado de los anillos de empuje y cabezales de las paletas directrices
1. Limpiar completamente los vástagos de las paletas directrices, ubicados sobre la cubierta superior. Limpiar las palancas de las paletas y los anillos de empuje y prepararlos para el armado. Las chavetas de las paletas del distribuidor y las otras piezas necesarias deben ser preparadas previamente para su instalación.
2. Aplicar una capa fina de pintura blanca (oxido de zinc con aceite de linaza) en la superficie del vástago de cada paleta directriz. Suspender el cabezal de la paleta mediante el vástago e instalarlo utilizando una señorita. Mientras los cabezales de las paletas directrices se arman en los vástagos, los anillos de empuje deben ser sujetados también a los cabezales.
3. Aplicar grasa a la superficie deslizante de los anillos de empuje antes de ser instalados. Colocar los pernos de fijación en los agujeros de los anillos de empuje.
4. Fijar la posición de los aros de empuje con los pernos.
5. Revisar el movimiento de los cabezales de las paletas del distribuidor.
6. Colocar los sujetadores de las paletas directrices e instalar provisionalmente las chavetas tangenciales con sus sujetadores, después de haber aplicado pintura blanca.
72
4.5. Montaje de los servomotores
1. Preparar dos vigas y cuatro bloques deslizantes con rodillos para ser colocados los servomotores sobre estas. (Fig. 22)
Figura 22. Instalación del servomotor de las paletas directrices.
2. Suspender el servomotor, tirarlo de la señorita de cadena para nivelarlo y apoyarlo sobre los bloques deslizantes.
3. Cuando el servomotor llegue a la pared del forro del pozo, suspenderlo con señoritas de cadena para quitar las vigas y los bloques deslizantes.
4. Suspender cuidadosamente el servomotor y apretar provisionalmente la fundación del mismo. Colocar las laminillas entre la brida y la fundación, y poner las cuñas entre la ménsula de soporte y la base.
73
4.6. Nivelación y colocación del servomotor de las paletas directrices
4.6.1. Colocación y tolerancia del servomotor La tolerancia de la altura de instalación, nivel y dimensión con relación al valor de diseño se muestra en la tabla 2 (Fig. 23). La colocación y el alineamiento del servomotor deben ser efectuados desde el lado de restablecimiento del servomotor. La varilla de indicación de posición del émbolo del servomotor debe ser regulada en la posición de aproximadamente media carrera (posición de apertura de 50%).
4.6.2. Ajuste de la altura del servomotor
Inicialmente, la altura del servomotor se debe regular en función a la línea de base marcada en el anillo de operación de las paletas directrices y la línea central del extremo de ojo del anillo de operación de las paletas y se revisa H1, H2, H3 y H4 (Fig. 24). Se regula provisionalmente la altura a ±2mm con relación al centro del extremo del ojo del anillo de operación de las paletas directrices. La posición del servomotor se debe regular midiendo la distancia A1 y A2. A1 (B1) y A2 (B2) deben estar a ±3 mm del valor señalado, A1 – A2 (B1 – B2) deben estar a ±1,5 mm. (Fig. 23 y tabla 2)
74
Figura 23. Tolerancias en la instalación de los servomotores.
Tabla 2. Valores de las tolerancias en la instalación de los servomotores con respecto al valor de diseño. Diámetro del émbolo del servomotor (mm)
Distancias (mm) A1, A2 B1, B2
Paralelismo (mm) A1 − A2 B1 − B2
Distancias (mm) C1 C2
> 500 Ø
±3
±1,5
±5
75
Figura 24. Ajuste de la altura del servomotor.
4.6.3. Ajuste del nivel del servomotor y confirmación del nivel del extremo del ojo
Medir los niveles del servomotor (L1), (L2) y (L3) (Fig. 25) en la superficie de nivelación del cilindro, la varilla de émbolo y el extremo del ojo respectivamente, con un nivel de escuadra de alta precisión; el valor obtenido debe estar a aproximadamente 0,05 mm/m. Se mide el nivel de extremo del ojo con relación a la varilla de émbolo. Si los niveles arriba mencionados (varilla de émbolo (L2) y el extremo de ojo (L3)) no están en los valores deseados, se coloca un gato debajo del extremo del ojo y se aflojan ligeramente las tuercas de fijación. Manteniendo el nivel de la varilla de émbolo dentro de 0,05 mm/m, se regula el nivel del extremo de ojo (L3) para obtener un valor dentro de la tolerancia, al obtenerlo, apretar las tuercas de fijación.
76
Apertura de 50%
Figura 25. Ajuste del nivel del servomotor.
Finalmente se regula la altura del servomotor un poco más alto (∆h/2) que el anillo de operación de las paletas directrices. El valor (∆h/2) debe ser de 1,0 mm, siendo ∆h el valor de desvío de la cubierta superior interior debido a la presión hidráulica. Se prepara una laminilla de 1,0 mm de espesor para este propósito y se coloca en la parte superior del extremo del ojo, del lado del anillo de operación. Se coloca también una regla recta a través de la superficie del extremo del ojo. El nivel de la varilla de émbolo (L2) y el nivel del extremo de ojo del servomotor (L3) deben ser mantenidos en la posición horizontal mediante el levantamiento con un gato desde la parte inferior del extremo del ojo.
4.6.4. Apriete y ajuste de laminillas del perno de fundación y placa de base de montaje del servomotor
Se mide y se registra la separación entre la brida del servomotor y la placa de fundación para decidir el espesor de la placa (laminilla) espaciadora. Se aplica pintura blanca (oxido de zinc) a la superficie de la placa espaciadora y a los pernos. Después de la instalación de la placa 77
espaciadora y los pernos, se revisa nuevamente el nivel (L1) y (L2) y se regula mediante las laminilla, si es necesario. Se aprietan los pernos de fundación de la placa de base de montaje antes de la fijación del servomotor. El máximo espesor de las laminillas a insertarse no debe pasar de 1 mm de espesor. Si las laminillas exceden de 1mm, se labra la placa espaciadora. Se fija la base del servomotor usando las chavetas. El pasador hendido debe ser golpeado cuidadosamente usando un martillo, de manera que no exceda un cambio de 0,01 mm. Después de la fijación del servomotor, se suelda por puntos el pasador hendido para evitar deslizamiento. La soldadura por puntos debe efectuarse en tres partes. Para un pasador hendido la longitud de soldadura de puntos debe ser de 30 mm de largo. Los agujeros de las guías se deben perforar y escariar. Luego, deben ser colocadas las guías (Fig. 26).
Existe mucha relación entre la colocación y nivelación del servomotor. Por lo tanto, el nivel y la altura del servomotor deben revisarse en toda ocasión para lograr el correcto funcionamiento del distribuidor.
Figura 26. Colocación de las laminillas y los pasadores hendidos del servomotor.
78
4.7. Armado e instalación de las palancas de las paletas del distribuidor
a. Limpiar cuidadosamente tanto el área de trabajo como las piezas a ser instaladas, las cuales son: eslabones, pasadores excéntricos y pasadores fusibles. También es necesario que se limpie perfectamente el agujero de engrase de los pasadores.
b. En el armado, las piezas se deben sujetar en posición siguiendo el número de la paleta del distribuidor.
c. Armar primero el lado de la palanca de la paleta.
d. Fijar el perno de ojo al pasador excéntrico. Sujetarlo e insertarlo en el agujero del pasador de la palanca de la paleta. Luego, sujetar la placa de acoplamiento inferior y fijarla en posición desde la parte inferior del pasador.
e. Fijar en posición la placa de acoplamiento superior y sujetarla un tanto con los pernos y los manguitos de separación. Luego, colocar la placa de fijación.
f. El pasador excéntrico debe poseer una excentricidad de 10 mm. Elegir la posición media y fijarlo en esa posición provisionalmente, alineándolo con la posición neutral de la placa de fijación.
g. Fijar la placa de acoplamiento en el agujero del pasador fusible, ubicado en el lado del anillo de operación de las paletas directrices. Se inserta el pasador y se deja trabado de la manera prescrita.
h. Colocar la arandela de fijación en la parte de sujeción. 79
4.8. Ajuste de la condición completamente cerrada de las paletas directrices e instalación del acoplamiento del servomotor
4.8.1. Ajuste del pasador excéntrico
a) Cerrar las paletas directrices colocando dos señoritas de cadena en el anillo de operación. Ambos servomotores deben estar en su posición completamente cerrada.
b) Revisar la superficie de contacto de las paletas directrices. Si la separación excede el valor permisible, se regula la separación mediante el pasador excéntrico de manera que el cierre entre paletas quede uniforme. Simultáneo a esto, también se debe revisar la posición completamente cerrada del anillo de operación midiendo la distancia (L) que hay desde la línea central de la turbina al centro del agujero del pasador del anillo de operación. (Fig. 27) 4.8.2. Armado del acoplamiento del Servomotor
1.
Después de la nivelación y ajuste de la condición completamente cerrada de las paletas directrices, proceder a armar los acoplamientos de conexión (eslabones) del servomotor entre el anillo de operación de las paletas del distribuidor y el extremo del servomotor.
80
Figura 27. Ajuste de la condición completamente cerrada de las paletas directrices.
2.
El acoplamiento o barra de conexión y el pasador del lado del anillo de operación de las paletas directrices se deben instalar después de realizar una limpieza y aplicación de grasa. Entre la placa del acoplamiento superior y el anillo de operación de las paletas, se insertan laminillas o el calibrador de espesor para determinar la separación. Registrar el valor obtenido.
81
4.8.3. Ajuste de compresión y conexión del acoplamiento del servomotor
a) El ajuste de compresión del servomotor se debe efectuar después de ser armado el mecanismo de operación de las paletas directrices y confirmadas la condición completamente cerrada de las mismas.
b) Medir el desvío de ambos centros de agujero del pasador del extremo de ojo del lado del servomotor. Se afloja la tuerca de fijación para el extremo de ojo y se hace girar ligeramente la varilla de émbolo para lograr el correcto valor de compresión. En el caso que para conseguir la compresión deseada sea necesario dar más de un (1) paso de tornillo del extremo de ojo, se debe efectuar la regulación girando el extremo del ojo en vez de girar el émbolo.
c) Luego de esto, fijar el pasador y confirmar que el pasador baja suavemente por su propio peso. Después del encaje del pasador, verificar que no cambie el nivel de la varilla de émbolo.
d) La tolerancia del grado de compresión debe estar dentro de 0,5 mm con relación al valor especificado.
e) Efectuar la confirmación final del grado de compresión por el valor de diferencia de la carrera de servomotor según la presión de aceite aplicada y reducida.
4.9. Instalación de los controles del gobernador Esta sección incluye los siguientes elementos:
82
•
Parte hidráulica del regulador (tanque sumidero).
•
Paneles de control para la parte hidráulica.
•
Tanque de presión.
•
Panel electrónico de control del regulador.
4.9.1. Precauciones
- Para manejar las piezas se deben usar cuerdas – (juego de eslingas de poliéster) para levantar pesos y no guayas o cadenas.
- Manejar los componentes evitando los choques entre ellos.
- No exponer los elementos a la lluvia, no mantenerlos en lugares húmedos, evitar el polvo o el contacto con productos químicos.
- De ser posible, mantener la protección para transporte hasta haber terminado la instalación.
- No se deben efectuar soldaduras directamente sobre estos elementos.
- Durante la instalación, asegurar que todos los elementos estén en posición horizontal/vertical y no retorcidos.
- Debe dejarse suficiente espacio libre para abrir puertas y cubiertas.
- El llenado de aceite se debe efectuar únicamente justo antes de la puesta en marcha.
83
4.9.2. Procedimiento de instalación.
a) Preparar y supervisar los cimientos, los rieles de grúa y los ganchos de fijación.
b) Antes de efectuar la instalación de todo el equipo, limpiar a fondo todas las superficies tratadas con una capa de producto anticorrosivo.
c) Para limpiar, usar acetato de butilo, alcohol metílico u otro disolvente similar.
d) Instalar y alinear la parte hidráulica del gobernador (tanque sumidero), el
tanque
de
presión
y el
panel
hidráulico del
gobernador/panel del motor del gobernador y el panel del control electrónico del gobernador en los mismos sitios donde se encontraban los equipos que se están reemplazando, conforme a los planos correspondientes.
e) Fijar estos elementos al suelo con clavijas.
4.9.2.1. Instalación del dispositivo de control de velocidad.
a) Ajustar la rueda dentada al eje de la turbina. b) Instalar el sensor de velocidad fijado al soporte. c) Ajustar la distancia entre la rueda dentada y el sensor de velocidad (aproximado entre 1 y 1.5 mm) d) El ajuste final se hará en el curso de la puesta en marcha de la unidad.
84
4.9.2.2. Instalación del mecanismo de retroalimentación eléctrica para el servomotor de las paletas directrices.
a) Ajustar el soporte para la fijación de la franja de acero inoxidable a la barra del servomotor. b) Ajustar el mecanismo de retroalimentación eléctrica al soporte ya preparado y situado sobre el servomotor. c) Ajustar la franja de acero inoxidable y atornillarla al soporte. d) Ajuste final del mecanismo de retroalimentación eléctrica durante la puesta en marcha de la unidad.
4.9.2.3. Proceso de lavado del sistema de tuberías.
Antes de dar inicio al flujo definitivo de aceite y/o aire, las tuberías del sistema deben ser limpiadas mediante un proceso de flushing, el cual consiste en pasar por un tiempo determinado un fluido de limpieza que puede ser una solución de agua con ácido clorhídrico o la recomendada por el fabricante del equipo, para así eliminar todas las impurezas que se encuentren en el interior de la tubería, luego debe inyectarse aire seco y limpio a presión y dejar que se seque totalmente la tubería. 4.9.2.4. Estándar de pureza de aceite
El grado de pureza del fluido ha de ser por lo menos clase 7 según NAS 1638 (Nacional Aerospace Standard).
85
4.9.2.5. Cableado eléctrico
El cableado eléctrico de todos los elementos, instrumentos, etc., al exterior de los paneles de control cumplirá las exigencias de los diagramas esquemáticos. 4.10. Procedimiento de instalación de las tuberías de aceite del sistema de gobernación •
Asegurar que el área esté limpia, bien iluminada, adecuadamente ventilada, que tenga un acceso conveniente y que existan condiciones de trabajo seguras.
•
Instalar la unidad hidráulica de potencia del gobernador en la EL. 10 m.s.n.m., asegurándose que la unidad de potencia esté nivelada y en las dimensiones correctas desde los ejes de la unidad.
•
Instalar
la
unidad
Enfriador/Filtro
en
la
EL.
10
m.s.n.m.,
asegurándose que la unidad esté vertical, a nivel y en las dimensiones correctas desde los ejes de la unidad y la unidad hidráulica de potencia del gobernador.
•
Instalar los recipientes de presión Aire/Aceite en la EL. 10 m.s.n.m., asegurándose que los recipientes estén verticales, a nivel y en las dimensiones correctas desde los ejes de la unidad. Alineación final según el recorrido de la tubería antes de vaciar lechada.
•
Instalar la válvula de control y la válvula de arranque y parada.
86
•
Terminar la instalación de la tubería de enfriamiento de agua y todas las soldaduras en sitio. Probar todas las soldaduras 100% con tinte penetrante.
•
Probar todas las tuberías a presión de 90 bar por 10 minutos. Asegurarse que la tubería esté limpia y reinstalar conectando a los tubos de suministro de agua de enfriamiento.
•
Instalar toda la tubería desde los recipientes de presión Aire/Aceite hasta la unidad hidráulica de potencia del gobernador. Finalizar todas las soldaduras en sitio y revisar la tubería.
•
Instalar todas las tuberías desde la unidad hidráulica de potencia del gobernador a la válvula de control y desde la válvula de control a los servomotores. Finalizar todas las soldaduras en sitio y revisar la tubería.
•
Hacer prueba de presión estática de las tuberías con las siguientes escalas:
Línea de Suministro 90 bar. Línea de Retorno 90 bar. Línea de Drenaje 20 bar.
Tiempo de Prueba: 10 minutos.
•
Limpiar con baño químico toda la tubería, secar y pintar. Rociar la parte interior con DINITROL si los tubos van a ser almacenados por un período de tiempo.
87
•
Reinstalar toda la tubería, hacer pruebas de presión usando aceite y luego lavar con chorro de aceite (flushing) por 24 horas.
•
Instalar todas las tuberías de pequeño diámetro entre la unidad hidráulica de potencia del gobernador y los recipientes Aire/Aceite de presión, la válvula de control y la válvula de arranque y parada y el panel de interruptores de presión en la EL 10 m.s.n.m.
•
Limpiar y probar a presión toda la tubería con aceite a 90 bar por un lapso de 10 minutos.
•
Instalar la tubería de pequeño diámetro, conectar a la línea de suministro.
•
Finalizar toda la instalación eléctrica y probar los sistemas.
88
CAPÍTULO 5: PROTOCOLO DE PRUEBAS DEL SISTEMA DE GOBERNACIÓN
CAPÍTULO 5: PROTOCOLO DE PRUEBAS DEL SISTEMA DE GOBERNACIÓN La importancia de la realización de las pruebas y seguimientos previos a la puesta en operación de los equipos electromecánicos, va más allá de la necesidad primaria de su puesta en funcionamiento. Su importancia abarca la necesidad de obtener registros que permitan conocer las limitaciones que pudiesen presentar los mismos, provocadas por deficiencias en el diseño, construcción o montaje, dentro del desarrollo de las pruebas; al mismo tiempo, conocer sus posibilidades y disponibilidad, en caso de problemas que pudiesen presentarse a futuro, por fallas en alguno de sus componentes o los del sistema al cual está vinculado.
Para disminuir la posibilidad de error, y procurar la determinación y estimación más precisa de los resultados, debe diseñarse un adecuado procedimiento para pruebas, que garantice, con base en una correcta metodología de trabajo, un resultado confiable. Estas razones mencionadas plantean la relevancia de la realización de protocolos de pruebas para los equipos electromecánicos antes que entren en servicio.
Las pruebas que se realizan a los equipos en la central constituyen parte de la metodología de instalación de fuentes de generación, dada la importancia que radica en la verificación del funcionamiento normal, y en el conocimiento de las características y respuesta de la unidad ante condiciones tanto normales como anormales de operación. Estas pruebas se han
venido
practicando
en
todas
las
unidades
de
las
centrales
hidroeléctricas de la empresa C.V.G. EDELCA, no sólo para la puesta en servicio por primera vez de las unidades, sino además luego de la realización de mantenimientos mayores de las mismas.
90
La División de Supervisión de Obras Electromecánicas es la encargada de dirigir y ejecutar las pruebas a los equipos electromecánicos, y participar en todos los aspectos relacionados con las mismas, en las distintas centrales de la empresa.
5.1. PRUEBA DE ACEPTACIÓN Y RECHAZO DE CARGA
5.1.1. OBJETIVO
Ajustar satisfactoriamente el lazo de control y los elementos temporizados del Gobernador para optimizar el comportamiento de la Unidad cuando ocurre un rechazo y aceptación de carga.
5.1.2. LISTA DE PRECAUCIONES
Haber inspeccionado cuidadosamente la Unidad, verificando que las partes rotantes se encuentren en buen estado.
Generador Listo y balanceado.
Sistema de Cierre de Emergencia de las paletas reguladoras en óptimas condiciones y listo para ejecutar un cierre de emergencia.
Libres de obstáculos todos los accesos de la Unidad.
Bomba de aceite del cojinete de empuje en funcionamiento.
Bomba de agua de enfriamiento de aceite del Gobernador en funcionamiento (BEG). 91
Bomba de enfriamiento del sello del eje en operación.
Bomba
de
enfriamiento
del
aceite
del
cojinete
guía
en
funcionamiento.
Los modos de arranque y parada en servicio.
Los dispositivos de protección de la Unidad en servicio.
Desactivar los Pickup centrífugos de sobrevelocidad que activan el paro de emergencia de la Unidad.
Ajustar las paletas directrices.
Frenos de la unidad Liberados.
Sistema de Gobernación listo y con ajuste óptimo (parámetros PID).
Regulador Automático de tensión del Sistema de Excitación listo y con ajuste óptimo.
Ubicar personal en los siguientes puntos:
• Puerta de acceso a la tubería de aspiración, elevación -0,5 m.s.n.m.
• Pozo de la Turbina, elevación 8,3 m.s.n.m.
• Cubículos CCM-GOB y UHP-GOB, elevación 10 m.s.n.m.
92
• Galería de equipos eléctricos (Cubículos GE-GOB y TCU), elevación 13,9 m.s.n.m.
5.1.3. PROCEDIMIENTO DE PRUEBAS.
5.1.3.1. Aceptación de Carga.
Sincronizar la Unidad y conservar la velocidad nominal con el Gobernador en Modo Manual.
La prueba se realizará cargando y descargando la Unidad.
La prueba se efectuará en pasos de 10% de apertura de las paletas sobre la posición de apertura sin carga.
Confirmar que todas las condiciones son satisfactorias.
Tomar las lecturas y asentarlas en la tabla mostrada en el apéndice A (Tabla A.1), antes de cada paso de la prueba bajo condiciones de estabilización.
Avisar al personal que va a comenzar la prueba.
Tomar los siguientes registros oscilográficos durante la prueba de aceptación de carga (por un periodo de tres (03) minutos).
•
Potencia de salida del Generador.
•
Carrera del servomotor de las paletas.
93
•
Voltaje del Generador.
•
Frecuencia del Generador (Velocidad).
•
Presión de agua en la caja espiral.
•
Presión de agua en el tubo de aspiración.
•
Consigna de potencia.
Tomar las siguientes lecturas de parámetros durante la prueba de aceptación de carga.
•
Niveles de agua del embalse y canal de descarga.
•
Caudal de descarga de la Turbina.
En cada paso de la prueba evaluar la estabilidad de la Unidad mediante el análisis del registro de potencia de salida del Generador.
En
caso
de
detectarse
en
régimen
permanente
oscilaciones de potencia mayores al 0,4% del valor nominal se deberán reajustar los parámetros del lazo PID hasta cumplir con la especificación de diseño.
5.1.3.2. Rechazo de Carga.
Los rechazos de carga deberán efectuarse a un 25%, 50%, 75% y 100% de la carga correspondiente al nivel del embalse, en el modo automático.
1. Arrancar y sincronizar la unidad a 25% de la carga nominal.
94
2. Confirmar que todas las condiciones de la prueba son satisfactorias.
3. Cuando las condiciones de operación de la Unidad, como potencia de salida del generador, presión de la caja espiral y apertura de las paletas directrices queden estabilizados, se deberán registrar los valores tomados antes de la prueba en las tablas de datos A.2, A.3 y A.4 mostradas en el apéndice A.
4. Informar a todo el personal de prueba que la prueba va a comenzar y abrir manualmente el interruptor principal.
5. Observar el período transitorio de la Unidad y efectuar la toma de registros correspondientes.
6. Una vez estabilizada la Unidad (Velocidad en vacío) tomar las lecturas correspondientes.
7. Evaluar los registros y verificar con los valores esperados para determinar si el resultado obtenido es satisfactorio.
8. Si es necesario cualquier ajuste en el tiempo del recorrido del servomotor de las paletas, o bien en cualquiera de los parámetros del lazo de control electrónico, repetir la prueba hasta obtener la respuesta adecuada del sistema de Gobernación.
9. Si el rechazo de carga a 25% es satisfactorio, proceder con la prueba a 50%, 75% y 100% de la misma manera antes mencionada, verificando que la máxima presión, la máxima velocidad y las condiciones de la Unidad, tal como alineamiento del eje, vibraciones y temperatura de los cojinetes sean normales.
95
10. Tomar los siguientes registros digitalizados durante cada rechazo de carga.
•
Presión de la caja espiral.
•
Presión del tubo de aspiración.
•
Carrera del Servomotor de las paletas.
•
Potencia de salida del Generador.
•
Velocidad de la Unidad.
•
Voltaje del Generador.
•
Vibración del cojinete de empuje.
11. Tomar las siguientes lecturas antes y después de cada rechazo:
•
Presión y nivel de aceite del Gobernador.
•
Niveles de agua del embalse y canal de descarga.
•
Caudal de descarga (con sistema acústico).
•
Voltaje del generador.
•
Corriente del Generador.
•
Frecuencia del Generador. 96
Nota: Los registros digitalizados deberán cubrir algunos segundos antes del rechazo de carga y por lo menos un minuto después del mismo.
5.1.4. NORMAS APLICABLES
308 IEC “INTERNATIONAL CODE FOR TESTING OF SPEED GOBERNING SISTEM FOR HYDRAULIC TURBINES”.
IEC “GUIDE FOR OPERATION AND MANTENANCE OF HYDROGENERATOR”.
IEEE STD. 492-1974.
5.1.5. LISTA DE INSTRUMENTOS
• Un registrador digital, con alta impedancia de entrada y un mínimo de ocho canales independientes.
• Frecuencímetros de precisión elevada.
• Cronómetros.
• Transductores de Presión.
• Voltímetros.
• Amperímetros.
• Medidor de Energía de Precisión.
97
• Transductor de Potencia.
• Transductores de Vibración.
5.1.6. RESULTADOS
5.1.6.1. Resultados Esperados.
Durante la prueba de toma de carga, con la Unidad conectada al sistema, la magnitud de las oscilaciones sostenidas de la potencia de salida causadas por el Gobernador no deberán exceder el 0,4% de la potencia nominal de la Turbina (0,32MW). La magnitud de las oscilaciones sostenidas deberá medirse durante tres minutos.
Después del rechazo de carga máxima, el pico de velocidad que excede por más de 3% la velocidad nominal no deberá aparecer más de dos (2) veces.
Después del rechazo de carga máxima, el tiempo transcurrido entre el primer movimiento de los servomotores en la dirección de apertura de las paletas y el punto en el cual la fluctuación de la velocidad deja de exceder el +0.5% de la velocidad nominal no deberá ser mayor de 40 Seg.
98
5.1.6.2. Resultados Obtenidos.
Magnitud
de
las
oscilaciones
sostenidas
de
potencia:
_______________ MW
Numero. de Picos de velocidad superior al 3% del valor nominal durante el rechazo de carga máxima: ______________.
Tiempo de estabilización en la dirección de apertura de las paletas reguladoras ___________(Seg.)
5.2. PRUEBA DE SOBREVELOCIDAD
5.2.1. OBJETIVO Verificar que durante las pruebas de sobrevelocidad de la Unidad los valores de temperatura, presión, flujo de agua, niveles de aceite, vibración y ruidos estén dentro de lo permisible. Verificar además el funcionamiento de los interruptores de sobrevelocidad.
5.2.2. LISTA DE PRECAUCIONES
Haber inspeccionado cuidadosamente la Unidad, verificando que las partes rotantes se encuentren en buen estado.
Generador listo y balanceado.
99
Sistema de Cierre de Emergencia de las paletas reguladoras listo y en condiciones para efectuar un cierre de emergencia.
Libres de obstáculos todos los accesos a la Unidad. Dispositivos de protección de la Unidad en servicio.
Interruptores de sobrevelocidad para disparo de la Unidad y activación del Sistema de Cierre de Emergencia fuera de servicio.
Bomba de aceite del cojinete de empuje en funcionamiento
Bomba de agua del sistema de enfriamiento del Gobernador en funcionamiento.
Bombas de agua de enfriamiento del sello del eje en operación.
Frenos de la Unidad liberados.
Instrumentación instalada y calibrada
Ubicar el personal en los siguientes puntos:
• Puerta de acceso a la tubería de aspiración, elevación -0.5 m.s.n.m.
• Pozo de la Turbina, elevación 8.3 m.s.n.m.
• Cubículo de control CCM-GOB y UHP-GOB, elevación 10 m.s.n.m.
• Galería de equipos eléctricos (cubículos CE-GOB y TCU), elevación 13.9 m.s.n.m. 100
5.2.3. PROCEDIMIENTO DE PRUEBAS.
5.2.3.1. Sobrevelocidad
Desde el tablero CC-UHP-GOB (Control Local) operar la Unidad a velocidad nominal en “Modo Regulador” hasta que la temperatura del metal y del aceite del cojinete se estabilicen. Tomar lecturas en operación y registros de medición. Llenar Tabla A.5. (Apéndice A)
Transferir la operación en el CC-UHP-GOB a “Modo Manual”.
Aumentar gradualmente la velocidad de la Unidad mediante el limitador de paletas directrices hasta un 120% de la velocidad nominal (144 RPM), por un tiempo no mayor de un minuto, prestando atención a la velocidad, temperatura de aceite de los cojinetes, vibraciones y los niveles de ruido. Tomar lecturas en operación y registros de medición. Llenar Tabla A.5.
Llevar nuevamente la Unidad hasta su velocidad nominal. Tomar lecturas en operación y registros de medición. Llenar Tabla A.5.
Si la maniobra anterior es satisfactoria aumentar nuevamente la velocidad en forma progresiva y lentamente hasta un 160% de la velocidad nominal (192 RPM) por un tiempo no mayor de un minuto. Tomar lecturas en operación y registros de medición. Llenar Tabla A.5.
Detener la máquina.
Comprobar el estado de la Unidad interna y externamente.
101
5.2.3.2. Ajuste de los interruptores de sobrevelocidad
Colocar en servicio los interruptores de sobrevelocidad de la Unidad.
Desde el tablero CC-UHP-GOB (Control Local) operar la Unidad a velocidad nominal en “Modo Regulador” hasta que la temperatura del metal y del aceite del cojinete se estabilicen.
Cambiar el selector de operación del Tablero CC-UHP-GOB a “Modo Manual”.
Mediante
el
limitador
de
paletas,
aumentar
la
velocidad
gradualmente hasta un máximo de 160 % del valor nominal (192 RPM), prestando mucha atención en la temperatura de los cojinetes y los niveles de ruido. Tomar nuevamente lecturas en operación y registros de medición. Llenar Tabla A.5.
Verificar la actuación de los switches centrífugos de sobrevelocidad durante la operación anterior y tomar nota de la velocidad (RPM) o punto de operación de los mismos.
Cerrar las paletas directrices hasta obtener la velocidad nominal en vacío y mantener la Unidad en esta condición por 30 minutos.
Chequear las condiciones de rotación de la Unidad, temperatura de los cojinetes y niveles de ruido. Tomar nuevamente lecturas en operación y registros de medición. Llenar Tabla A.5.
Desde el Tablero CC-UHP-GOB enviar el paro de emergencia de la Unidad, verificar su actuación. 102
Parar la Unidad.
NOTA: Si ocurre cualquier anormalidad durante o después de las pruebas se deberá parar inmediatamente la unidad y efectuar las medidas correctivas.
5.2.4. NORMAS APLICABLES
IEEE STANDARD, “TEST PROCEDURES FOR SYNCHRONOUS MACHINES” Sección 2.45.
5.2.5. LISTA DE INSTRUMENTOS • Dos (02) Medidores de Ruido • Un (01) Registrador Digital. • Un (01) Termómetro. • Cuatro (04) Sensores de Vibración (proximitores) • Seis (06) acelerómetros
103
5.3. PRUEBA DEL SISTEMA DE SUMINISTRO DE ACEITE DEL GOBERNADOR
5.3.1. OBJETIVO
Esta prueba tiene como finalidad verificar la calibración y el correcto funcionamiento de los equipos, dispositivos y accesorios pertenecientes al Sistema de Suministro de Aceite del Gobernador
5.3.2. LISTA DE PRECAUCIONES
Deberán haberse realizado y revisado todas las conexiones de cableado, tuberías y soportes del Gobernador.
Deberán haberse revisado los voltajes de alimentación de los Cubículos de Control (CE-GOB, CCM-GOB, CC-UHP-GOB).
Los compresores del Sistema de Gobernación deberán estar probados y en Servicio.
El Sistema Hidráulico deberá estar correctamente llenado y presurizado.
El cubículo de Control Electrónico del Gobernador (CE-GOB) deberá estar fuera de servicio.
El cubículo de Control de la Unidad Hidráulica de Potencia del Gobernador (CC-UHP-GOB) deberá estar fuera de servicio.
Verificar que no haya personal no autorizado en el área de prueba.
104
Colocar avisos de peligro, para prevenir el acceso de personal no autorizado al área de prueba y disponer de equipos de extinción de incendio en el sitio de acuerdo a la normativa de trabajo seguro.
5.3.3. PROCEDIMIENTO DE PRUEBAS.
5.3.3.1. Medición de la Resistencia de Aislamiento de los Motores de las Bombas del Gobernador.
Efectuar el megado de los motores de C.A. de acuerdo a normas ABB, IEEE y medir la resistencia de los devanados.
Tabla 3. Megado de los motores. MOTOR
No. CLIENTE AISLAMIENTO
Serial________
M-BG-1
Serial _______
M-BG-2
Serial _______
M-BRG
Temperatura Ambiente
RESULTADO
_____________________
Revisión de las resistencias de calefacción
5.3.3.2. Chequeo de los Cubículos de Control (CE, UHP y CCM) y Módulo de potencia Hidráulica
Inspección del cubículo de Control Electrónico del Gobernador (GEGOB)
105
Efectuar Inspección de acuerdo a la Tabla A.6 mostrada en el apéndice A.
Inspección del cubículo de Control Hidráulico del Gobernador (CCUHP-GOB).
Efectuar Inspección de acuerdo a la Tabla A.7.
Inspección del cubículo de Control de Motores del Gobernador (CCMGOB).
Efectuar Inspección de acuerdo a la Tabla A.8.
Inspección del Unidad Hidráulica de Potencia Gobernador (UHPGOB).
Efectuar Inspección de acuerdo a la Tabla A.9
5.3.3.3. Pruebas Funcionales del Control de las Bombas de Aceite del Gobernador (BG1, BG2 y BRG).
Colocar el conmutador de control de las Bombas del Cubículo CCMGOB en modo “Fuera”, los PLC’s de los Cubículos CCM-GOB, UHP-GOB y CE-GOB deben estar en RUN.
A. Prueba de la Bomba Reforzadora BRG
a) Pasar el selector del CCM-GOB a la posición Manual. Proceder al arranque de la bomba. La bomba debe arrancar y llevar la presión
106
del sistema hasta alrededor de la presión nominal de operación (60 bar) y mantenerse en funcionamiento continuo. Luego parar la bomba BRG por medio del pulsador Manual.
b) Pasar el selector a la posición Automático y simular el comando de arranque procedente de sala de control. La Bomba debe arrancar y llevar la presión del sistema hasta alrededor de la presión nominal de operación (60 bar) y mantenerse en funcionamiento continuo.
c) Realizar la descarga manual y evaluar el comportamiento de la bomba reforzadora
d) Llenar tabla de resultados A.10.
B. Prueba de Operación Manual de las Bombas BG1 y BG2
a) Pasar el selector de la bomba BG1 del CCM-GOB a la posición Manual.
b) Arrancar la bomba BG1 por medio del pulsador de arranque. El resultado debe ser el arranque de la bomba con la válvula de descarga abierta por unos pocos segundos. Posteriormente debe cerrarse la válvula de descarga automática y el aceite fluirá hacia el tanque de alta presión. La bomba se detendrá cuando se alcance el nivel de sobrepresión del sistema establecido por software (62 bar).
c) Regresar el selector de la bomba BG1 a la posición Fuera.
107
d) Utilizando la válvula manual de retorno al tanque sumidero bajar la presión del sistema hasta alrededor de 57 bar. (El control sobre las bombas se restablecerá cuando la presión del sistema caiga a 58,5 bar).
e) Repetir el procedimiento anterior (pasos a, b, c y d) con la bomba BG2.
f) Llenar tabla de resultados A.10.
C. Prueba de Operación Automático de las Bombas BG1 y BG2
a) Colocar el selector del tablero CCM-GOB en la posición de bomba BG1 en Avance.
b) Colocar los selectores de las bombas BG1 y BG2, respectivamente en posición automático. El resultado es que la bomba debe arrancar y se detendrán simultáneamente cuando la presión del sistema alcance su valor normal de 60 bar.
c) Controlar la presión mediante la válvula de retorno manual al tanque de sumidero para acelerar la descarga. Cuando la presión caiga alrededor de 57,5 bar deberá arrancar la bomba en avance (BG1). A partir de este momento se procederá a continuar abriendo la válvula de retorno manual para acelerar aún más la descarga y lograr que la presión del sistema disminuya hasta alrededor de 57 bar, punto en el cual deberá arrancar la bomba de respaldo (BG2). El resultado debe ser el arranque de la bomba con la válvula de descarga abierta por unos pocos segundos. Posteriormente debe cerrarse la válvula de descarga automática y el aceite fluirá hacia el tanque de alta presión. Ambas se
108
detendrán cuando se alcance el nivel de presión normal establecido por software (60 bar).
d) Repetir el procedimiento anterior seleccionando la bomba BG2 en Avance.
e) Llenar tabla de resultados A.11.
D. Comportamiento de las Bombas BG1 y BG2 en Caso de Falla de la Bomba Reforzadora
a) Cerrar completamente la válvula de descarga manual al tanque de sumidero, a fin de alcanzar la presión normal del sistema en 60 bar.
b) Colocar los selectores de las Bombas BG1 y BG2 en posición automático.
c) Colocar el selector del tablero CCM-GOB en la posición de Bomba BG1 en Avance.
d) Simular falla de la bomba Reforzadora (Perdida de tensión). El resultado es que la bomba en avance (BG1) debe asumir la función de la bomba reforzadora arrancando una vez fallada esta última, la presión del sistema deberá mantenerse alrededor de 60 bar, regulada por medio de la válvula automática de descarga de la Bomba en Avance la cual es activada vía PLC.
109
e) Abrir lentamente la válvula de descarga manual para que la presión del sistema caiga hasta alrededor de 57,5 bar. El resultado debe ser que la bomba de respaldo debe arrancar asumiendo el papel de la bomba en avance.
f)
Proceder al cierre de la válvula de descarga manual y esperar hasta que se normalice la presión del sistema (60 bar).
g) Repetir el procedimiento anterior con la Bomba BG2 en Avance.
h) Llenar tabla de resultados A.13.
E. Comportamiento del Sistema por muy Bajo Nivel en el Tanque Sumidero
a) Normalizar el funcionamiento de la bomba reforzadora y colocar en Automático las bombas BG1 y BG2. Colocar la bomba BG1 en Avance mediante el selector correspondiente.
b) Simular la condición de muy bajo nivel del tanque de sumidero, activando el relé correspondiente. El resultado debe ser que la bomba reforzadora debe detenerse.
c) Mediante la apertura de la válvula manual de retorno bajar lentamente la presión del sistema hasta aproximadamente 56 bar. El resultado debe ser que ninguna de las bombas principales debe arrancar.
110
d) Colocar los selectores de las bombas principales en posición Manual y proceder al Arranque de las bombas mediante el pulsador Manual. El resultado debe ser que ninguna de las bombas principales debe arrancar.
e) Colocar los selectores de las bombas principales en posición Automático y normalizar la condición de muy bajo nivel en el tanque de sumidero. El resultado debe ser que las dos bombas principales deben arrancar para normalizar la presión. (Para arrancar nuevamente la bomba reforzadora en Automático deberá simularse el comando desde sala de control).
f)
Llenar tabla de resultados A.14.
F. Verificación de Alarmas por Filtros Obstruidos
a) Simular la condición de filtro N°1 Obstruido.
b) Verificar despliegue de la alarma correspondiente en la interfase hombre máquina del CC-UHP-GOB.
c) Simular la condición de filtro N°2 Obstruido.
d) Verificar despliegue de la alarma correspondiente en la interfase hombre máquina del CC-UHP-GOB.
e) Verificar el estado del Filtro y separador de agua del tanque de aire.
111
f)
Verificar el estado del Filtro de venteo de aire secador de la UHPGOB.
g) Llenar tabla de resultados A.15.
G. Comportamiento del Sistema por Muy Alto Nivel y Muy Bajo Nivel en el Tanque de Alta Presión
a) Normalizar el funcionamiento de la bomba reforzadora y colocar en Automático las bombas BG1 y BG2. Colocar la bomba BG1 en Avance a través del selector correspondiente.
b) Simular la condición de muy bajo nivel de aceite del tanque de alta presión. El resultado debe ser que el PLC del CC-UHP-GOB emita una señal para parar la Unidad (Verificar en el TCU). El resultado debe ser que las bombas del sistema continuarán en su funcionamiento normal.
c) Normalizar la condición de muy bajo nivel del aceite tanque de alta presión. Mantener las condiciones de funcionamiento normal de las bombas BRG, BG1 y BG2.
d) Simular la condición de muy alto nivel del tanque de alta presión. El resultado debe ser que el PLC del CC-UHP-GOB emita una señal para parar la Unidad (Verificar en el TCU). El resultado debe ser que las bombas del sistema continúen en su funcionamiento.
e) Llenar tabla de resultados A.16.
112
5.3.3.4. Prueba de Funcionamiento Continuo de las Bombas (duración 2 horas)
Desconectar la alimentación de la válvula solenoide de la BG1 y también la alimentación de la válvula solenoide de la BG2.
Realizar la medición de voltaje, corriente de arranque, corriente nominal y sentido de rotación de cada uno de los motores de las bombas BRG, BG1, BG2 y BEG.
Tabla 4. Registro de datos de funcionamiento de los motores de las bombas. Motor
RPM FASE
Corriente Medida
Voltaje
Sentido
Arranque
Medido
Rotación
Nominal
BRG
BG1
BG2
BEG
113
5.3.3.5. Medición del Caudal de descarga de las Bombas; acorde a las Normas ASME TEST CODE N° 29, ITEM 469
Tabla 5. Registro de datos de operación de las bombas. Bomba
BRG
BG1
BG2
BEG
Presión Nominal de diseño (Bar) Caudal
de
diseño
[lits/min] a 40 °C RPM Prueba
1
2
3
4
5
6
7
8
Presión Nominal de diseño (Bar) Diferencia de nivel de
aceite
tanque
de
en
el
presión
(mm) Tiempo (seg.) Descarga de aceite (Lts/Min)
Temperatura Aceite: _____°C Temperatura Ambiente: ______°C
114
5.3.3.6. Ajuste y Pruebas del funcionamiento de las Válvulas de Seguridad de las Bombas de Aceite y del Tanque a presión:
a) Válvulas de Alivio de las Bombas:
Tabla 6. Verificación del funcionamiento de válvulas de alivio de las bombas. Descarga
Valor de Diseño
Valor de
(Kg/cm2)
Calibración (Kg/cm2) Válvulas de Seguridad
Presión Mínima Presión Máxima
Temperatura Aceite: _____°C Temperatura Ambiente: ______°C
115
b) Válvulas de Seguridad del tanque a presión
Tabla 7. Verificación del funcionamiento de las válvulas de seguridad del tanque a presión. Válvula Nº
Presión de Diseño
Presión de Ajuste
(Kg/Cm2)
(Kg/Cm2)
5.3.3.7. Prueba de Operación de los Interruptores de Nivel de Aceite del Tanque Sumidero y del Tanque de Presión (Aire-Aceite)
a) Interruptores de nivel de aceite del tanque de presión
Nota: Tomando como cero la altura medida desde el piso sobre el cual se encuentra el tanque.
Tabla 8. Operación de los interruptores de nivel de aceite del tanque sumidero y del tanque de presión. Dispositivo N° en
N° Edelca
Valor de
Valor Medido Señal Que
Diseño (mm)
(mm)
Actúa
plano Nivel muy bajo (Parada de la unidad) Nivel bajo (Alarma) Parar admisión
116
de aire comprimido Arranque de admisión de aire comprimido Nivel alto (Alarma) Nivel muy alto (Parada de la unidad)
b) Interruptores de nivel de aceite tanque de sumidero
Nota: Tomando como cero el tope del tanque de sumidero.
Tabla 9. Operación de los interruptores de nivel de aceite del tanque sumidero. Dispositivo Tipo
N° Edelca
Valor de
Valor Medido Dispositivo
Diseño (mm)
(mm)
Que Actúa Nivel alto (Alarma) nivel muy bajo (Alarma)
117
5.3.3.8. Relación Entre La Presión de Aceite y el Nivel de Aceite en el Tanque a Alta Presión
Procedimiento: -
Cargar el tanque de presión a la presión nominal de trabajo 60 bar.
-
Parar las bombas y bajar lentamente el nivel de aceite en el tanque de presión.
-
Medir la presión y el nivel en el tanque.
Tabla 10. Registro de presión y nivel de aceite en el tanque a alta presión en distintos instantes de tiempo. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Presión de aceite (Kg/cm2) Nivel de aceite (mm) Tiempo (Min-seg)
Temperatura Aceite: _____°C Temperatura Ambiente: ______°C Resultados:______
118
5.3.3.9. Ajuste de las Válvulas de Descarga Tabla 11. Ajuste de las válvulas de descarga. Acciones
Valor de Diseño (Kg/cm2)
Descarga
Válvulas de Descarga de las Bombas Avance Retraso
Condiciones: BG1 en avance y BG2 en retraso Arranque Parada Condiciones: Avance BG2 en avance y BG1 en retraso Arranque Parada
Retraso
Valor de Calibración (Kg/cm2) Válvulas de Descarga de las Bombas BG1 BG2
BG1
BG2
Temperatura Aceite: _____°C Temperatura Ambiente: ______°C Resultados:______
5.3.3.10. Ajuste de los Interruptores de Presión del Sistema:
Tabla 12. Ajuste de los interruptores de presión del sistema. Indicación Valor de Diseño Valor Medido (Bar) (Bar) N° Edelca Operac. Reposic. Operac. Reposic. Presión muy baja (Parada de la unidad) Presión baja (Alarma)
Dispositivo Tipo
119
Presión Alta (Parada de bombas) Presión Alta (Alarma) Arranque Bomba reserva (BG1 ó BG2) Arranque Bomba Avance (BG1 ó BG2)
Temperatura Aceite: _____°C Temperatura Ambiente: ______°C Resultados:______
Nota: El ajuste de los interruptores de presión se hará mediante presión de aceite suministrada por una bomba portátil de prueba.
5.3.3.11. Chequeo de la Operación del Interruptor de Nivel Muy Bajo en el Tanque a Presión.
A= nivel del tanque: ______mm. Presión de Operación: ____bar. Resultado: _____.
120
5.3.3.12. Chequeo de Operación de la Válvula de Admisión de Aire
Procedimiento:
a) Las Bombas deben estar en modo Automático.
b) Proceder a subir el nivel en los Tanques de alta presión sobre los 100 mm de altura en el indicador.
c) Detener la subida de nivel de aceite cuando la válvula de admisión entra en operación. Resultados: _____
5.3.3.13. Revisión de Todos los Filtros
Tabla 13. Condición de los filtros del sistema. Nombre Bomba de circulación para
Condición
Ubicación BEG
enfriamiento y filtración Bomba principal 1
BG1
Bomba principal 2
BG2
Bomba Auxiliar de
BRG
volumen auto-ajustable Filtro de Aceite para la
Control de las Válvulas
línea piloto
piloto
Filtro y separador de agua
Tanques de Aire-Aceite
Filtro de Aceite
Circuito de enfriamiento y filtración en la UHP-GOB
121
Venteo de Aire Secador
Sobre la UHP-GOB
5.3.3.14. Ajuste de los Interruptores de Temperatura de Aceite
Resultados ______
5.3.3.15. Confirmación de los Niveles en el Tanque de Sumidero y el Tanque de Presión Aire-Aceite
Resultados ______
5.3.3.16. Chequeo de la Existencia de Fugas de Aceite en el Sistema
Condición: Medir el tiempo y tomar la variación de nivel de aceite para la variación de presión de 48 bar a 60 bar. Cuando:
a) El servomotor se encuentra cerrado.
b) El servomotor se encuentra a 50 % de apertura.
122
Tabla 14. Chequeo de fugas de aceite en el sistema. Servomotor Cerrado
Servomotor se encuentra a 50 % de apertura
Diferencia de nivel de Aceite (mm) Tiempo (Min-Seg) Fugas de Aceite (Lits/Min)
Área del tanque a presión: _______cm2. Presión de Aceite en el Tanque de alta presión: ______ bar. Temperatura del Aceite: _____°C. Temperatura del Ambiente: _____°C.
5.3.4. NORMA APLICABLE.
ASME TEST CODE N° 29, ITEM 4.69
5.3.5. LISTA DE INSTRUMENTOS
-
Un (1) Multímetro
-
Un (1) Cronometro
-
Un (1)Manómetro
-
Un (1)Megaohmmetro
-
Una (1)Bomba portátil
-
Un tacómetro digital
123
CAPÍTULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CAPITULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES:
1. De acuerdo a los análisis de los resultados a los ensayos efectuados al funcionamiento de las unidades de la casa de maquinas nº 1 de la central hidroeléctrica Antonio José de Sucre (Macagua) se concluye que para mantener en operación comercial esta planta, con suficientes índices de confiabilidad y seguridad, se hace necesario la modernización de la misma mediante la aplicación de un proceso de rehabilitación de varios de sus componentes.
2. El proceso de modernización y rehabilitación de las unidades generadoras de Macagua I, incrementará la potencia de la central en un 30% (aproximadamente 120 MW)
y por ende la energía a
suministrar al sistema lo que se traduce aumento de ingresos económicos a la empresa. 3. La repotenciación de la casa de máquinas de Macagua I permitirá que esta central continúe su funcionamiento con equipos modernos y de alta tecnología de última generación. 4. Se aumentará la vida útil de los equipos, esperando que los mismos duren en funcionamiento por lo menos 25 años adicionales, cumpliendo con la ejecución de
los programas de mantenimientos
respectivos.
5. Se propone tecnología de avanzada, tanto de la unidad generadora como
de
otros
equipos
tales
como
grúas,
compuertas
de
mantenimiento, etc.
125
RECOMENDACIONES:
1. Los parámetros indicados en este plan de montaje deben ser utilizados por el personal del contratista, de la inspección y del cliente como una guía en la ejecución del montaje de los componentes de la unidad, la cual debe ser complementada con los documentos contractuales tales como especificaciones técnicas, normas y códigos aplicables, planos, manuales técnicos, hojas técnicas de productos y cualquier otra información disponible que pueda considerarse aplicable a los trabajos de montaje e instalación de turbinas y generadores y sus componentes periféricos, siempre y cuando esté aprobada por el dueño de la central. 2. Los protocolos de prueba se deben ejecutar tal como se indica en este plan a fin de permitir la aceptación de la unidad, una vez analizados los resultados, y que estén de acuerdo con los parámetros de diseño del fabricante y los cuales hayan sido aprobados por C.V.G. EDELCA. 3. Debe efectuarse una inducción para adiestrar al personal que laborará en los trabajos de inspección de la repotenciación de las turbinas de casa de máquinas de Macagua I a fin de lograr su familiarización con los componentes y con el presente manual de instrucciones. 4. Se deben llevar todos los registros de mediciones y pruebas preoperativas efectuadas durante los procesos de montaje de los equipos a fin de emitir el respectivo “data book” de cada unidad, en los cuales se deben archivar todos y cada uno de los documentos técnicos de la máquina.
5. Antes de iniciar los trabajos de montaje de los componentes de la turbina se debe confirmar que los equipos de izamiento y transporte
126
estén dentro de las condiciones de operatividad requeridas por las normas aplicables. En caso contrario, deben ser sometidos a pruebas de carga, y si no cumplen con las mismas deben ser reemplazados.
6. Para complementar este plan de montaje se debe diseñar un manual que regule las condiciones de seguridad industrial que se deben cumplir durante la ejecución de los trabajos, para evitar accidentes.
7. Para la ejecución de las pruebas de aceptación de los equipos requeridas por los protocolos, se debe crear equipos de trabajo multidisciplinario
constituido
por
personal
del
contratista de
instalación y de C.V.G EDELCA, así como también de los asesores del fabricante de los equipos, para lo que se recomienda la conformación de un comité de pruebas que rija todas y cada una de ellas, así como también para decidir la aceptación o rechazo de los resultados obtenidos en las pruebas.
8. La entrada en operación comercial de la unidad esté restringida por la aceptación de los resultados obtenidos en las pruebas y a la aceptación de las mismas por parte del comité de pruebas.
9. Antes del inicio de las pruebas indicadas en los protocolos, se deben cumplir con todas las precauciones indicadas en él y haber solicitado los permisos correspondientes. Estos permisos deben ser autorizados; en caso contrario, no se deben iniciar las referidas pruebas.
10. Los equipos de control, mediciones y registro de datos, tanto en la ejecución de los trabajos de montaje e instalación como aquellos a ser utilizados en las pruebas de aceptación, deben estar calibrados, y se debe presentar el certificado de calibración, el cual debe ser certificado por escrito por un ente calificado y aprobado para tal fin.
127
11. El fabricante de los equipos deberá presentar un plan de inspección durante el montaje e instalación de la máquina, donde considere todos los controles dimensionales y ensayos no destructivos, y en el que se indique el tipo de inspección a realizar, definiendo la misma si será de control de montaje
o de aprobación por parte del cliente,
definiendo igualmente las entidades que deben presenciar el evento de control.
12. El contratista de instalación debe realizar pre-ensamblajes de los equipos que permitan esta operación fuera de los pozos de la unidad, a fin de constatar la idoneidad del montaje, así como también para reducir los tiempos de instalación de los equipos.
13. Toda la mano de obra que el contratista de montaje de los equipos pretenda utilizar en la ejecución de los trabajos deberá ser calificada y de primera calidad. El cliente se reserva el derecho de efectuar las pruebas de habilidad del personal propuesto de acuerdo a las normas aplicables si así lo considera conveniente.
128
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS SARRATE, Lana, “La Escuela del Técnico Mecánico: Elementos de Hidráulica”, Tercera Edición, Editorial Labor, Barcelona, 1971. Consorcio Kvaerner – GE Canadá (2002). “Instrucciones de Ensamblaje e Instalación de la Turbina, Volumen T 004, Grupo Turbinas y Gobernadores, Proyecto Caruachi - Venezuela”. C.V.G. EDELCA (2005). “Alcance del Proyecto de Rehabilitación de la Central Hidroeléctrica Macagua I”. C.V.G. EDELCA (2006). “Proyecto de Rehabilitación de la Central Hidroeléctrica Macagua I: Parte X – Especificaciones Técnicas - Turbinas Hidráulicas y Gobernadores, Sección 10.1, Turbinas Hidráulicas” C.V.G. EDELCA (2006). “Proyecto de Rehabilitación de la Central Hidroeléctrica Macagua I: Parte X – Especificaciones Técnicas - Turbinas Hidráulicas y Gobernadores, Sección 10.3, Sistemas de Gobernación” http://www.edelca.com.ve http://www.usuarios.lycos.es/jrcuenca/Spanish/Turbinas/turbinas_hidraulicas.htm
129
APÉNDICE A TABLAS DE MEDICIONES Y REGISTROS DE DATOS DURANTE LAS PRUEBAS PREOPERACIONALES
130
MEDICIONES Y HOJAS DE REGISTROS Aceptación Y Rechazo De Carga TABLA A.1 Planta Macagua Unidad No._______
PRUEBA DE ACEPTACION Y RECHAZO DE CARGA
Tabla No. 01 Fecha:
Prueba de Operación de la Unidad Ajuste del Gobernador
Caída de Velocidad (%) P I D
Prueba No.
1
2
3
4
Salida del Generador (MW) Carrera S.M. Paletas directrices (mm) Frecuencia del Generador (HZ) Posición Control de Potencia (%) Presión de Agua Caja espiral (Kg/Cm2) Presión de Agua Tubo de Aspiración (Kg/Cm2) Descarga de la Turbina (Mt3/Seg)
Condiciones de la Prueba: Nivel del Embalse ___________________________msnm Nivel de Descarga ___________________________msnm EDELCA:
131
5
TABLA A.1 (Continuación)
Planta Macagua Unidad No._______
Tabla No. 01 (Continuación)
PRUEBA DE ACEPTACION Y RECHAZO DE CARGA
Fecha:
Prueba de Operación de la Unidad Ajuste del Gobernador
Caída de Velocidad (%)
Prueba No.
P I D 6
7
8
9
Salida del Generador (MW) Carrera S.M. Paletas directrices (mm) Frecuencia del Generador (HZ) Posición Control de Potencia (%) Presión de Agua Caja espiral (Kg/Cm2) Presión de Agua Tubo de Aspiración (Kg/Cm2) Descarga de la Turbina (Mt3/Seg)
Condiciones de la Prueba: Nivel del Embalse ___________________________msnm Nivel de Descarga ___________________________msnm EDELCA:
132
10
TABLA A.2
Planta Macagua Unidad No._______
PRUEBA DE ACEPTACION Y RECHAZO DE CARGA
Fecha: 1
2
3
4
Generado r
Prueba No. Tiempo (H-M) Potencia de Salida (MW) Potencia Reactiva (MVAR) Voltaje Terminal (KV) Corriente de Carga (KA) Frecuencia (HZ)
Tabla No. 02
Tanque Presión
Turbina
Carrera del S. M. de las En Carga Paletas Directrices Estabilizado (mm) Tiempo de Cierre de Las Paletas Directrices (Seg.)
En Carga (RPM) Máxima (RPM) ∆V (%) En Carga (Kg/Cm2) Presión de la caja Máxima (Kg/Cm2) espiral Estab. (Kg/Cm2) En Carga (Kg/Cm2) Presión de la Tubería de Máxima (Kg/Cm2) Aspiración Estab. (Kg/Cm2) Velocidad
En Carga (Kg/Cm2)
Presión de Aceite
En Vacio (mm) En Carga (mm)
Nivel de Aceite
En Vacio (mm))
Empuje Hidráulico (TON) Descarga de la Turbina (M3/Seg.) EDELCA:
133
5
TABLA A.3
Planta Macagua Unidad No._______
PRUEBA DE ACEPTACION Y RECHAZO DE CARGA
Prueba No.
Tabla No. 03 Fecha: 1
2
3
4
Tiempo (H-M) Excentricidad del Eje de la Turbina (µ µm) (Ver Nota 1) Nivel de Ruido en el Pozo de la Turbina (Ver Nota 2) Cubierta Superior (Ver Nota 3) Vibración Boca de Visita (µ µm) Tubo de Aspiración (Ver Nota 4) Nivel de Agua
Aguas arriba (Embalse) Aguas Abajo
Temperatura Dentro del pozo de la turbina Temperatura del Aceite Tanque sumidero
EDELCA:
134
5
TABLA A.4
Planta Macagua Unidad No._______
PRUEBA DE ACEPTACION Y RECHAZO DE CARGA
Prueba No.
Tabla No. 04 Fecha: 1
2
3
4
Tiempo (H-M) Salida del Generador (MW) Servomotor Tiempo Muerto (Seg.) de las Tiempo de Cierre T1 (Seg.) Paletas Directrices Tiempo de Cierre T2 (Seg.) Con Carga (RPM) Velocidad Máximo (RPM) Variación (%) Presión Máximo Caja Mínimo Espiral Presión del Máximo Tubo Mínimo Aspirador Empuje Hidráulico
Con Carga Máximo
EDELCA:
135
5
SOBREVELOCIDAD TABLA A.5
META L ACEITE
TEMPERATURA °C
CONDICIÓN HORA (H-M) TIEMPO DE PRUEBA (MIN.) VELOCIDAD (RPM) CARRERA DEL SERVOMOTOR PALETAS (mm) TURBINA
TANQUE DE SUMIDERO AMBIENTE TURBINA
POZO
DE
VIBRACIONES
PRESIÓN
TEMPERATURA SELLO DEL EJE (°C) FLUJO AGUA DE ENFRIAMIENTO SELLO DEL EJE (L/MIN.) CAJA ESPIRAL (KG/CM2) TUBERIA DE ASPIRACIÓN (KG/CM2) SELLO DEL EJE (KG/CM2) EXCENTRICIDAD DEL EJE DE LA TURBINA (µ µm) NIVEL DE RUIDO POZO DE LA TURBINA (Db) CANAL DE DESCARGA DE LA TURBINA (M3/S) COJINETE DE TURBINA EJE X (µ µm) COJINETE DE TURBINA EJE Y (µ µm) COJINETE GUIA GEN. EJE X (µ µm) COJINETE GUIA GEN. EJE Y (µ µm) CUBIERTA DE TURB. DIR, AXIAL (M/S2) MENSULA DEL GEN. DIR. AXIAL (M/S2)
136
CARCAZA DEL GEN. EJE X (M/S2) CARCAZA DEL GEN. EJE Y (M/S2) CARCAZA DEL GEN. TANGENCIAL (M/S2) NIVEL AGUAS ARRIBA (M.S.N.M) NIVEL CANAL DE DESCARGA (M.S.N.M)
137
PRUEBA DE SUMINISTRO DE ACEITE MEDICIONES Y HOJAS DE REGISTRO TABLA A.6 Cubículo Electrónico del Gobernador (CE-GOB) PARTES ARMARIO
DESCRIPCION Pintura externa e identificación ARMARIO Puerta ARMARIO Rack Basculante ARMARIO Pintura interna ARMARIO Iluminación interna ARMARIO Regletas y Borneras ARMARIO Filtros de aire ARMARIO Calefacción PLC Tarjetas Rack HMI, INTERFACE Menú HOMBRE MAQUINA Operatividad de las teclas MONITOR Operatividad del menú TECLADO Funcionamiento
ESTADO
OBSERVACION
TABLA A.7 Centro de Control de la Unidad Hidráulica del Gobernador (CC-UHP-GOB) PARTES ARMARIO
DESCRIPCION Pintura externa e identificación ARMARIO Puerta ARMARIO Pintura interna ARMARIO Iluminación interna ARMARIO Regletas y Borneras ARMARIO Filtros de aire ARMARIO Cableado General ARMARIO Calefacción PLC Tarjetas Rack HMI, INTERFACE Operatividad del
ESTADO
OBSERVACION
138
HOMBRE MAQUINA PANEL 1
Menú Instrumentos Conmutadores Identificación
TABLA A.8 Centro de Control de Motores del Gobernador (CCMGOB) PARTES ARMARIO
DESCRIPCION Pintura externa e identificación ARMARIO Puerta ARMARIO Pintura interna ARMARIO Iluminación interna ARMARIO Regletas y Borneras ARMARIO Filtros de aire ARMARIO Cableado General ARMARIO Calefacción PLC Tarjetas Rack HMI, INTERFACE Menú HOMBRE MAQUINA Operatividad de las teclas PANEL 1 Instrumentos Conmutadores Identificación Contadores PANEL 2 Interruptores Conmutadores Identificación Contadores PANEL 3 Interruptores Conmutadores Identificación
ESTADO
OBSERVACION
139
TABLA A.9 Unidad Hidráulica del Gobernador (UHP-GOB)
PARTES SUMIDERO SUMIDERO SUMIDERO SUMIDERO
CAJAS DE TERMINALES CAJAS DE TERMINALES CAJAS DE TERMINALES CAJAS DE TERMINALES CAJAS DE TERMINALES CAJAS DE TERMINALES
DESCRIPCION Apariencia física Pintura Externa Pintura interna Identificación física de todos los equipos. Dispositivos e instrumentos Pintura Externa
ESTADO
OBSERVACION
Pintura interna Iluminación Cableado General Puerta Regletas y Borneras
TABLA A.10 Prueba de las Bombas de Aceite en Manual BOMBAS BRG BG1 BG2
ARRANQUE
PARADA
OBSERVACION
140
Presión bar
BG1 ON
OFF
VALVUL A ON
OF F
Bomba Principal 2 BG2 ON
OFF
VALVULA
ON
OFF
Bomba Auxiliar BRG ON
OFF
VALVUL A ON
OFF
141
TABLA A.11 Prueba de las Bombas de Aceite en Automático, con Selección de BG1 en Adelanto
Bomba Principal 1
Presión bar
BG1 ON
OFF
VALVULA
ON
OFF
Bomba Principal 2 BG2 ON
OFF
VALVULA
ON
OFF
Bomba Auxiliar BRG ON
OFF
VALVUL A ON
OFF
142
TABLA A.12 Prueba de las Bombas de Aceite en Automático, con Selección de BG2 en Adelanto
Bomba Principal 1
TABLA A.13 Comportamiento de las Bombas BG1 y BG2 en Caso de Falla de la Bomba Reforzadora.
Condiciones a Chequear
Arranque Presió n Ref.
Parada
Observaciones
Presión Presión Presión Arranqu Ref. Parada e
BG1 en Avance BG2 en Respaldo BRG en Falla Todas las Bombas en Automático Bomba en Avance Bomba en respaldo Condiciones a Chequear BG2 en Avance BG1 en Respaldo BRG en Falla Todas las Bombas en Automático Bomba en Avance Bomba en respaldo
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TABLA A.14 Comportamiento de las Bombas BG1 y BG2 en Caso de Falla de la Bomba Reforzadora. Condiciones a Chequear
Comportamiento durante la prueba al bajar la presión a 56 Bar
BG1 en Avance BG2 en Respaldo BRG Normal BG1 y BG2 en Automatico.
Simular condición de bajo nivel en el tanque de sumidero Condiciones a Chequear
Comportamiento durante la prueba al bajar la presión a 56 Bar
BG1 en Avance BG2 en Respaldo BRG Normal BG1 y BG2 en Manual.
Simular condición de bajo nivel en el tanque de sumidero
TABLA A.15 Verificación de Alarma por Filtros Obstruidos.
144
Nombre Filtro de Aceite para la línea piloto Filtro y separador de agua Filtro de Aceite Venteo de Aire Secador
Condición
Ubicación CC-UHP-GOB CC-UHP-GOB CC-UHP-GOB CC-UHP-GOB
TABLA A.16 “Comportamiento del Sistema por muy Alto Nivel y muy Bajo Nivel en el Tanque de Alta Presión”. Condiciones a Chequear
Comportamiento durante la prueba. Verificar en el TCU.
BG1 en Avance BG2 en Respaldo BRG Normal BG1 y BG2 en Automatico.
Simular condición de muy bajo nivel en el tanque de alta presión Normalizar condiciones BG1 en Avance BG2 en Respaldo BRG Normal BG1 y BG2 en Manual.
145
Simular condición de muy alto nivel en el tanque de alta presión
146
APÉNDICE B DIAGRAMAS DE CONEXIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN A UTILIZAR DURANTE LAS PRUEBAS
147
DIAGRAMA DE CONEXIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN PARA LA PRUEBA DE ACEPTACIÓN Y RECHAZO DE CARGA
Posición del
GENERADOR
interruptor Del Generador 52 TRANSDUCTOR DE POSICIÓN SERVOMOTOR PALETAS
TRANSDUCTOR DE PRESIÓN
CAJA ESPIRAL
P.M.G.
TRANSDUCTOR DE VELOCIDAD
TRANSDUCTOR DE POTENCIA
EQUIPO DE ADQUISICIÓN DE DATOS
TRANSDUCTOR DE PRESIÓN
TUBERIA
DE ASPIRACIÓN
Figura B.1. Esquema de Conexión de la Instrumentación a utilizar
148
DIAGRAMA
DE
CONEXIÓN
DE
LA
INSTRUMENTACIÓN
A
UTILIZAR EN LA PRUEBA DE SOBREVELOCIDAD
REGISTRADOR
NUCLEO (R, T, A) CARCAZA (R)
GENERADOR
CGIG (X&Y)
MIG (AXIAL)
CGT (X&Y)
CST (AXIAL)
PRE-CE
CAJA ESPIRAL
PRE-TA
TUBO ASPIRADOR
Figura B.2. Esquema de conexión de la instrumentación a utilizar
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