GUIA DE FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA

INDICE

1. INTRODUCCION 2. CENTRALES HIDROELECTRICAS

2.1 ESTUDIOS A REALIZAR 2.2 MAPA CONCEPTUAL 2.3 COMPONENTES DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA a) Obras civiles b) Casas de máquinas c) Tubería forzada d) Válvulas e) Turbinas f) Regulador de velocidad g) Generadores h) Regulador de tensión i) Sistema de sincronización k) Sistema de medición l) Equipamiento auxiliar m) Sistemas de control moderno

GUIA DE FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA

1. INTRODUCCION 1.1 Generalidades sobre el funcionamiento

Si bien una central de generación de energía eléctrica, es similar a una industria común, en la que se trata de transformar una materia prima en un producto acabado, existen diferencias con ésta, porque se trata de una transformación de un recurso natural (derivados del petróleo, gas natural, recursos hídricos u otros) en un producto “no tangible”. (Literalmente, NO TANGIBLE, significa que no se puede tocar, y bueno, hagan la prueba de tocar el producto final de una central y sentirán lo que pasa).

Así mismo, otra diferencia con una industria cualquiera es que el producto, energía eléctrica, debe cumplir con estándares de calidad tales que, si no cumple, las normas y reglamentos vigentes penalizan pesadamente a los propietarios de la central. Para cumplir con los estándares de calidad requeridos, los responsables de la operación y funcionamiento de una central y el equipamiento componente de la central, deben mantener las características técnicas del producto dentro de límites establecidos. Los parámetros de la energía eléctrica que se tiene en cuenta, son:

1) Tensión de salida del generador 2) Frecuencia

Ambas magnitudes deben mantenerse, durante la operación de la central, dentro de límites de variación mínima establecida, independientemente de las variaciones de carga que normalmente se presentan.

2. CENTRALES HIDROELÉCTRICAS 2.1 Estudios a realizar para construir una central hidroeléctrica En el diseño de este tipo de centrales participan profesionales de distintas ramas de

la ingeniería. Como en todo proyecto de ingeniería de mediana a gran magnitud, existen varios niveles de estudios que hay que encarar. Principalmente, se considera los siguientes niveles:

a) Perfil de proyecto En este nivel, se reconoce la existencia del recurso natural, se realizan sondeos

sobre los caudales de los ríos de interés, se levanta datos topográficos, se comprueba los accesos y se confrontan los datos mediante el uso de cartas

geográficas con niveles, como las del IGM (Instituto Geográfico Militar). Inclusive se llega a calcular costos globales y de esta forma verificar mediante el cálculo aproximado de indicadores la viabilidad del proyecto.

Este nivel de estudios es importante para descartar eventuales gastos posteriores, en

los siguientes niveles de estudio, puesto que a menudo, la información con que se cuenta (ya sea a través de pobladores que viven cerca de los ríos u observaciones de visitantes) suele ser muy optimista, lo que a menudo crea falsas expectativas.

Al contrario, si se comprueba que se presentan condiciones de viabilidad del

proyecto se debe comenzar, si no existe ya, a realizar mediciones de caudal del o los ríos de interés. Este aspecto es de vital importancia, para contar con datos de aforos en distintas horas del día, en las 4 estaciones y sobre todo, si el proyecto es relativamente pequeño, en la época seca.

b) Estudios de pre-factibilidad En este nivel se pasa a realizar un estudio donde intervienen especialistas de las

diversas ramas de la ingeniería y otros profesionales como ser: economistas, sociólogos y expertos en impacto ambiental.

Así mismo, se profundizan algunos estudios que son vitales. En particular se

requiere un estudio completo de hidrología para verificar el potencial real del recurso natural. También se realizan levantamientos topográficos con cierta precisión, generalmente en escalas 1/5.000, 1/2.000. Otro estudio importante tiene que ver con la geología de la cuenca y los lugares donde se levantarán las obras.

En este nivel de estudios, se calculan los costos de las obras con mayor precisión y

se calculan algunos indicadores iniciales de la viabilidad económica, social y financiera del proyecto, además de los efectos del impacto ambiental.

c) Estudios de factibilidad y diseño final En este nivel de estudios, dependiendo de definiciones del propietario o

inversionista del proyecto, se pasa a profundizar los estudios de ingeniería pudiendo llegar a realizar (o encargar) un diseño final de las obras.

Como parte integrante de los estudios, se elabora el análisis financiero para

determinar la conveniencia de la inversión. Tratándose de obras que seguramente tendrán impactos de distinta naturaleza: principalmente social y ambiental, el estado interviene mediante las regulaciones correspondientes o verificaciones de cada caso.

Tratándose de la explotación de recursos naturales, si la inversión que se realizará es

privada, las instituciones estatales (gobierno central, prefecturas, alcaldías) deberán intervenir para verificar por su cuenta los indicadores económicos, sociales y

ambientales y eventualmente, si el proyecto no es rentable desde el punto de vista privado, las instituciones citadas podrán coparticipar en el proyecto, para viabilizar su concreción.

d) Conclusiones Resumiendo, se puede indicar que para construir una central hidroeléctrica se debe

realizar varios niveles de estudios, los que son elaborados por Consultoras especializadas y conformadas por equipos de profesionales de las especialidades descritas.

Por lo tanto, los principales estudios que se realizan para implementar una central hidroeléctrica, son:

- Estudios hidrológicos de las cuencas de interés - Estudios de geotecnia - Estudios topográficos, a distintas escalas, llegando al nivel de detalle en los

diseños finales - Estudios de evaluación socio-económica de alternativas de suministro de

energía eléctrica. - Estudios de evaluación financiera. - Estudios de impacto ambiental - Estudios estructurales de obras civiles - Estudios de dimensionamiento de las obras: represas, canales, túneles,

cámara de carga, tuberías de presión, chimenea de equilibrio, obras de descarga de excedencias.

- Estudios de accesos a las obras, carreteras, otras. - Estudios de dimensionamiento y especificaciones técnicas de equipos

eléctricos de potencia y equipamiento eléctrico en general, protecciones, subestación de subida de tensión, estudios de líneas de transmisión, etc.

- Estudios de dimensionamiento y especificaciones técnicas de equipos mecánicos, tales como turbinas, válvulas, bombas, sistemas de refrigeración, etc.

- Estudios y especificaciones técnicas de los sistemas de comunicaciones, automatización, control, mando a distancia, etc.

Debido a que una de las competencias principales que deberá adquirir el egresado de Ingeniería Electromecánica, es: “REALIZARA DISEÑOS DE SISTEMAS ELÉCTRICOS”, en la carrera de Ingeniería Electromecánica de la UAGRM, en la materia Centrales Hidroeléctricas (ELT-292) se desarrolla a lo largo del semestre, con los estudiantes subdivididos en grupos, proyectos de pequeñas centrales hidroeléctricas. Para la realización de los proyectos se cuenta con cartas del IGM, con datos recopilados en los lugares de interés de caudales de ríos (ubicados, la mayor parte

de ellos, en los Valles Cruceños). Además, existe información (diagramas, tipos de equipos, videos, etc.) sobre equipamiento y la industria eléctrica aplicable a los sistemas hidroeléctricos, en la red web. Otra de las competencias del egresado es: “GESTIONARÁ EL MANTENIMIENTO Y LA OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS ELECTRICOS”. Los temas desarrollados a continuación, aportan en la preparación del estudiante para adquirir las competencias indicadas.

2.2 ESQUEMA: COMPONENTES DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA

En el archivo COMPONENTES DE UNA C.H. se ha esquematizado el funcionamiento de una central mediante un esquema de bloques, donde se indica los equipos componentes y su relación entre si. Así mismo, en este texto se abarcará, inicialmente, solo las centrales hidroeléctricas.

2.3 COMPONENTES Los componentes y equipamiento principales de las centrales hidroeléctricas son:

a) Obras civiles (obras de toma, represas, canales, cámara de carga, canales de descarga, caminos de acceso, etc.)

b) Casa de máquinas c) Tubería forzada d) Válvula de ingreso de agua e) Turbina f) Regulador de velocidad g) Generador h) Sistema de excitación i) Regulador de tensión j) Sistema de sincronización k) Sistema de medición, control y protección l) Equipamiento auxiliar

m) Sistema de control moderno

Cada uno de los componentes indicados se desglosan en otros elementos y equipamiento que, resumiendo, son los siguientes:

a) OBRAS CIVILES Estas obras son necesarias para acumular (en caso de centrales con embalse) y/o

dirigir el agua hacia los equipos que transformarán la energía potencial en energía mecánica.

Dependiendo del tipo de central, básicamente: con embalse y sin embalse, las obras

civiles están compuestas por todas o algunas de las obras que a continuación se lista:

Con embalse

- Represas - Canales y/o túneles - Tubería forzada o conducto a las turbinas - Casa de máquinas - Canal o túnel de descarga

VALLE DE ZONGO - CENTRAL ZONGO – LA PAZ

(Tuberías y casas de máquinas: actual y antigua)

REPRESA DE ZONGO (Embalse lleno)

REPRESA DE ZONGO (Embalse en época seca)

REPRESA Y EMBALSE DE SAN JACINTO - TARIJA

Sin embalse (a pelo libre, agua fluyente)

- Obras de desvío o derivación (barraje) - Obras de toma de agua (incluye compuertas para control de ingreso de agua) - Desarenador - Canales - Túneles - Cámara de carga - Obras para rebases o excedencias de agua - Casa de máquinas

- Obras de descarga del agua turbinada

Como parte integrante de las obras civiles se puede también considerar los caminos de acceso a la central, las brechas o accesos hacia los túneles, canales, cámaras de carga, tuberías u otros componentes. Estas obras son de primordial importancia para la construcción, mantenimiento y operación de las centrales.

a1) Fallas en obras civiles

Como toda obra, existen variadas posibilidades que se presenten fallas en estos tipos

de obras. Estas se pueden presentar por:

- Fallas de diseño - Falta de mantenimiento oportuno - Operación fuera de los rangos de seguridad

- Por causas naturales imprevistas

Como ejemplos de fallas se puede mencionar:

- Filtraciones de agua en canales, túneles, represas. - Deslizamientos a causa de filtraciones o malas condiciones geológicas de

laderas, cuencas o terrenos en los que están asentadas las obras y que pueden afectar la estabilidad de las obras.

- Destrucción de sectores de muros o pisos de canales, túneles, cámara de carga

- Destrucción de obras de desvío o toma a causa de riadas extremas Como ya se vio, la cantidad y volumen de las obras civiles en este tipo de centrales es grande, por lo tanto, se torna imprescindible contar con equipos y materiales en grado de responder prontamente a emergencias. En el caso que el sistema de generación cuente con varias centrales, el trabajo de mantenimiento es permanente, durante todo el año.

Normalmente se presentan trabajos de emergencia en época de lluvias, mientras que se deja para la época seca los trabajos de mantenimiento de canales, túneles, obras de desvío y toma de agua, etc.

VALLE DE ZONGO - OBRA DE DESVIO PARA CENTRAL HUAJI

VALLE DE ZONGO - OBRA DE TOMA PARA CENTRAL HUAJI

VALLE DE ZONGO – CANAL DE CENTRAL SAINANI

VALLE DE ZONGO – TUNEL

VALLE DE ZONGO – CANAL CENTRAL SANTA ROSA – UNIDAD 1

(Canal en proceso de readecuación por destrucción de central, debido a derrumbe)-2006