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UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA “JOSÉ SIMEÓN CAÑAS”
EVALUACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE LA MICROCENTRAL
HIDROELÉCTRICA “LA CHÁCARA”
TRABAJO DE GRADUACIÓN PREPARADO PARA LA
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
PARA OPTAR AL GRADO DE
INGENIERO MECÁNICO
POR:
JULIO EMILIO ARGÜELLO HIDALGO DANIEL ARMANDO RIVAS ALFARO
OCTUBRE 2010
ANTIGUO CUSCATLÁN, EL SALVADOR, C.A.
RECTOR JOSÉ MARÍA TOJEIRA, S.J.
SECRETARIO GENERAL RENÉ ALBERTO ZELAYA
DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
EMILIO JAVIER MORALES QUINTANILLA
COORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA
MARIO WILFREDO CHÁVEZ MOLINA
DIRECTOR DEL TRABAJO ROBERTO FRANCISCO CÓRDOVA GARCÍA
LECTOR LUIS ROBERTO DELEÓN RUÍZ
AGRADECIMIENTOS
Infinitas gracias al Ing. Roberto Córdova por dirigirnos y aconsejarnos en todo momento a
la realización de este documento Agradecemos profundamente al Ing. Salvador Handal,
por su constante y desinteresada colaboración. A Luis Lara por su aporte y ayuda en las
labores eléctricas del documento. Al Ing. Roberto De León por brindarnos ese apoyo
incondicional. Agradecimientos a las personas que en una y otra forma ayudaron para que
podamos estar aquí.
Julio Argüello
Daniel Rivas
DEDICATORIA
A Dios, altísimo y gran amigo, por la oportunidad de superación, crecimiento y por nunca
soltarme en la calma o la tormenta durante mis pasos en esta vida.
Dedico y agradezco a mi familia por el apoyo y aporte para que haya llegado a esta etapa
de la vida.
A todos mis compañeros que desde el inicio unimos trabajo para llegar hasta aquí. A todos
mis amigos y amigas que en su debido momento me brindaron ánimos y ayuda en seguir
adelante.
Julio Argüello
DEDICATORIA
A Dios todo poderoso, por toda la ayuda, guía e iluminación recibida a lo largo de todos
estos años de carrera y por brindarme la bendición de llevar a buen término los estudios
universitarios.
A mi padre y abuelo, por el sacrificio realizado para que pudiera convertirme en un
profesional y por el apoyo que me han brindado a lo largo de todos estos años de
formación.
Al Ingeniero Roberto Córdova, por su guía y consejos tanto a lo largo de la carrera como en
la realización de este trabajo de graduación.
A todas las personas que han formado parte de mi vida en la universidad y que han hecho
todos estos años de los mejores de mi vida.
Daniel Rivas
i
RESUMEN EJECUTIVO
El funcionamiento adecuado de una microcentral hidroeléctrica es vital para dar un buen
servicio de suministro eléctrico a las comunidades; principalmente aquellas comunidades
aisladas a recibir servicio eléctrico de la red nacional.
La calidad del servicio eléctrico entregado dependerá en gran manera de su diseño, del
seguimiento de los planes de mantenimiento en todos sus componentes (obras civiles,
sistemas mecánicos y sistemas eléctricos), de la organización, cooperación y la constante
capacitación del personal. Estas y muchos puntos de trabajo, forman una pieza de suma
importancia para el optimo rendimiento en una microcentral hidroeléctrica.
El objetivo principal de esta investigación es evaluar y proponer acciones para la
optimización y funcionamiento de la microcentral hidroeléctrica “La Chácara” ubicada en
el municipio de Carolina, departamento San Miguel. Esta Microcentral hidroeléctrica
suministra servicio eléctrico a aproximadamente 60 hogares.
Se pretende auditar y evaluar dicha microcentral hidroeléctrica; estudiando el actual
comportamiento de sus partes, analizando su modo de funcionamiento e ir observando
aquellos puntos de relevancia y carencias.
En base a los resultados obtenidos en la evaluación, se recomienda y se plantean aquellas
acciones necesarias para mejorar la efectividad y el rendimiento de esta microcentral. Entre
las propuestas se presentan varios diseños de partes necesarias que la microcentral no posee
asi como planes básicos de mantenimiento, tanto de aquellas partes ya existentes como las
que se recomiendan complementar.
Al implementar estas acciones, se espera mejorar la operación de la microcentral,
aumentando así la calidad de entrega del servicio eléctrico, disminuyendo las paradas por
fallos y prologando su vida útil.
ii
INDICE
RESUMEN EJECUTIVO ..................................................................................................... i
ÍNDICE DE FIGURAS ..................................................................................................... vii
ÍNDICE DE TABLAS ......................................................................................................... xi
SIGLAS .............................................................................................................................. xiii
SIMBOLOGÍA .................................................................................................................... xv
PRÓLOGO ....................................................................................................................... xvii
CAPÍTULO 1. LAS MICROCENTRALES HIDROELÉCTRICAS, LAS TURBINAS DE FLUJO CRUZADO Y EL MANTENIMIENTO EN LAS MICROCENTRALES . 1
1.1 Introducción ............................................................................................................. 1
1.2 Las microcentrales Hidroeléctricas .......................................................................... 1
1.3 Obra Civil ................................................................................................................. 3
1.3.1 Bocatoma .......................................................................................................... 3
1.3.2 Canales .............................................................................................................. 4
1.3.3 Aliviaderos ........................................................................................................ 5
1.3.4 Desarenadores ................................................................................................... 6
1.3.5 Cámara de Carga ............................................................................................... 7
1.3.6 Tubería Forzada ................................................................................................ 8
1.3.7 Casa de Maquinas ........................................................................................... 10
1.3.8 Canal de descarga ........................................................................................... 11
1.4 Sistemas Mecánicos ............................................................................................... 12
1.4.1 Compuertas ..................................................................................................... 12
1.4.2 Válvulas de distribución ................................................................................. 13
1.4.3 Turbinas Hidráulicas ....................................................................................... 14
1.4.4 Turbina Mitchell - Banki o de Flujo Cruzado ................................................. 14
1.4.5 Sistemas transmisores de Potencia ................................................................. 17
1.5 Sistemas e instalaciones eléctricas ......................................................................... 18
1.5.1 Generador Eléctrico ........................................................................................ 19
1.5.2 Tableros de Distribución y Protección ............................................................ 20
1.5.3 Equipo de transformación y línea de distribución/transmisión ...................... 21
1.5.4 Sistema de regulación automático .................................................................. 22
1.5.5 Sistema de Regulación de Carga .................................................................... 23
1.5.6 Sistema de disipación de energía ................................................................... 24
1.6 Mantenimiento en Microcentrales Hidroeléctricas y Turbina de Flujo Cruzado .. 25
1.6.1 Mantenimiento en Obras Civiles .................................................................... 25
1.6.2 Mantenimiento en Sistemas Mecánicos ......................................................... 29
1.6.3 Mantenimiento en Sistema Eléctrico .............................................................. 34
CAPÍTULO 2. AUDITORIA Y EVALUACIÓN GENERAL DE LA MICROCENTRAL HIDROELÉCTRICA “LA CHÁCARA” ...................................... 37
2.1 SABES ................................................................................................................... 37
2.2 La Microcentral Hidroeléctrica “La Chácara” ....................................................... 37
2.3 Antecedentes .......................................................................................................... 38
2.4 Partes y Aspectos a Auditar en la MCH “La Chácara” ......................................... 39
2.5 Obra Civil en MCH “La Chácara” ........................................................................ 40
2.5.1 Obra de toma de agua. .................................................................................... 40
2.5.2 Canal de Acceso y Aliviaderos ...................................................................... 42
2.5.3 Cámara de carga y desarenador ..................................................................... 44
2.5.4 Tubería Forzada. ............................................................................................. 46
2.5.5 Casa de maquinas. .......................................................................................... 47
2.5.6 Canal de descarga. .......................................................................................... 49
2.6 Sistemas Mecánicos ............................................................................................... 51
2.6.1 Compuertas ..................................................................................................... 51
2.6.2 Distribución de flujo a elementos hidráulicos ................................................ 51
2.6.3 Turbinas Mitchell - Banki o de Flujo Cruzado de la MCH “La Chácara” ..... 52
2.6.4 Sistema de transmisión de potencia en la MCH ............................................. 54
2.7 Sistemas e instalaciones eléctricas de la MCH “La Chácara” ............................... 55
2.7.1 Características del Generador ......................................................................... 55
2.7.2 Protecciones ................................................................................................... 56
2.7.3 Sistema regulador de Carga ............................................................................ 57
2.8 Auditoria mediante “Check List” para MCH ........................................................ 59
2.8.1 Esquema del “Check List” para auditar una MCH ......................................... 60
2.8.2 Resultados obtenidos aplicando el “Check List: Auditoria a una MCH” en la MCH “La Chácara” ....................................................................................................... 61
2.9 Caudales y altura disponible en MCH “La Chácara” ............................................. 63
2.9.1 Datos Caudales obtenidos ............................................................................... 63
2.9.2 Altura disponible ............................................................................................. 65
2.10 Análisis de la potencia electromecánica teórica. .................................................... 65
2.10.1 Cálculo de la eficiencia teórica de la turbina Banki según el rodete ............. 65
CAPÍTULO 3. PROPUESTAS DE MEJORA PARA LA MICROCENTRAL HIDROELECTRICA LA CHACARA ............................................................................. 69
3.1 Mejora de Obra Civil en MCH “La Chácara” ........................................................ 69
3.1.1 Diseño Aliviaderos ......................................................................................... 69
3.1.2 Desarenador y cámara de carga ...................................................................... 71
3.1.3 Sistema de rejillas de agua .............................................................................. 72
3.1.4 Tubería Forzada .............................................................................................. 74
3.1.5 Casa de Maquinas ........................................................................................... 74
3.1.6 Canal de Descarga .......................................................................................... 75
3.1.7 Lugares propuestos de instalación .................................................................. 80
3.2 Mejoras en Sistemas Mecánicos ............................................................................ 81
3.2.1 Diseño de Compuertas .................................................................................... 81
3.2.2 Diseño de Distribución mediante Válvulas .................................................... 82
3.2.3 Turbina Mitchell - Banki o de Flujo Cruzado de la MCH “La Chácara” ....... 84
3.2.4 Propuestas de mejora en los Sistemas e instalaciones eléctricas de la MCH “La Chácara” ................................................................................................................. 85
3.3 Mejoramiento en la Organización, Capacitación y mejoramiento continúo .......... 86
3.3.1 Plan de mantenimiento preventivo ................................................................. 86
3.3.2 Diagnostico de fallas para el sistema generador y tablero de distribución eléctrica de la MCH “La Chácara” ................................................................................ 95
3.3.3 Plan de seguridad industrial ............................................................................ 96
3.3.4 Propuesta de diseño de señalización de riesgo ............................................. 102
3.3.5 “Check list” de condiciones seguras ............................................................. 103
CAPÍTULO 4. DIMENSIONAMIENTO DE UNA TURBINA DE FLUJO CRUZADO ADECUADA A LA MCH “LA CHÁCARA” ........................................... 105
4.1 Consideraciones para dimensionamiento de TFC ............................................... 105
4.2 Paso 1: Determinación de valores para el diseño de la turbina. .......................... 105
4.3 Paso 2: Determinación de discos intermedios en la turbina ............................... 106
4.4 Paso 3: Determinación del ancho de admisión (bo) en la turbina ........................ 106
4.5 Paso 4: Determinación de límites de aplicación de la turbina de flujo cruzado (potencia, rpm y línea d-d) ............................................................................................. 107
4.6 Paso 5: Determinación de potencia en el eje y revoluciones por minutos en la turbina ............................................................................................................................. 108
CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................. 109
5.1 Conclusiones ........................................................................................................ 109
5.2 Recomendaciones ................................................................................................ 110
BIBLIOGRÁFIAS ............................................................................................................ 111 ANEXOS ANEXO A. CUESTIONARIO CHECK LIST PARA DIAGNOSTICO DE UNA
MCH Y RESULTADOS EN LA APLICACIÓN EN LA MCH “LA CHÁCARA” ANEXO B. METODOS PARA MEDICIONES DE CAUDAL EN CANALETA DE
UNA MCH ANEXO C. CÁLCULOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE ALIVADEROS,
DESARENADOR Y CAMARA DE CARGA PARA LA MCH “LA CHÁCARA” ANEXO D. PLAN DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO EN UNA MCH,
EQUIPO, MATERIALES Y HERRAMIENTAS REQUERIDAS PARA LA EJECUCUIÓN DEL MANTENIMIENTOPREVENTIVO
ANEXO E. DIAGNOSTICO DE FALLAS, PLAN DE SEGURIDAD INDUSTRIAL
PARA OPERADORES TÉCNICOS
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Partes de una MC hidroeléctrica [Ente Vasco de la Energia (EVE), 1999: p.17] 2
Figura 1.2 Bocatoma de una MC ............................................................................................ 4
Figura 1.3 Canal trapezoidal abierto. ...................................................................................... 4
Figura 1.4 Aliviadero .............................................................................................................. 5
Figura 1.5 Desarenador [Adam Harvey,1993: p.90] .............................................................. 6
Figura 1.6 Cámara de carga [Adam Harvey, 1993: p.91] ....................................................... 8
Figura 1.7 Partes de soportes de Tubería forzada metalica .................................................... 9
Figura 1.8 Uniones de Tubería forzada ................................................................................ 10
Figura 1.9 Anclaje de Tubería forzada ................................................................................. 10
Figura 1.10 Canal de descarga o salida de una MC. ............................................................. 11
Figura 1.11 Compuerta reguladora parcial y/o total de flujo ................................................ 12
Figura 1.12 Válvulas utilizadas para cierre y/o distribución de caudal y sus partes (válvula
principal) ............................................................................................................................... 13
Figura 1.13 Turbina Mitchell Banki ..................................................................................... 15
Figura 1.14 Modelado de una maquina síncrona. ................................................................. 20
Figura 1.15 Interruptor termo magnético trifásico y panel de distribución eléctrico ........... 21
Figura 1.16 Subestación de transformación (A), pararrayos contra sobrevoltajes y descargas
atmosféricas (B), cortacircuitos con fusible (C). .................................................................. 22
Figura 1.17 Diagrama sistema de regulación de carga por resistencias .............................. 24
Figura 2.1 Logo de SABES ................................................................................................. 37
Figura 2.2 Fachada principal de la MCH “La Chácara”. ..................................................... 38
Figura 2.3 Vista aérea del área de la MC “La Chácara” ...................................................... 39
Figura 2.4 Construcción de represa en el rio Carolina de la MCH “La Chácara” ............... 40
Figura 2.5 Represa de la MC “La Chácara” en marzo 2010 ................................................ 40
Figura 2.6 Canal de Bocatoma de la MCH “La Chácara” en marzo 2010 .......................... 41
Figura 2.7 Rejilla de limpieza en canal Bocatoma de la MCH “La Chácara” en marzo 2010
.............................................................................................................................................. 41
Figura 2.8 Canal de Acceso, MC “La Chácara” en marzo 2010 ......................................... 42
viii
Figura 2.9 Medidas promedio de perfil del canal de Acceso en milímetros, MC “La
Chácara”. .............................................................................................................................. 42
Figura 2.10 Breve fuga de agua en Canal de Acceso, MC “La Chácara” en marzo 2010 .. 43
Figura 2.11 Rebalse de canal durante época lluviosa de invierno. ..................................... 43
Figura 2.12 Cámara de carga, MC “La Chácara” en marzo 2010 ....................................... 44
Figura 2.13 Cámara de carga, tubería forzada MC “La Chácara” en marzo 2010 .............. 44
Figura 2.14 Cámara de carga, rebalse durante invierno, MCH “La Chácara” en junio 2010
.............................................................................................................................................. 45
Figura 2.15 Labores de limpieza en el interior de la cámara de carga. ............................... 45
Figura 2.16 Rejilla de la cámara de carga obstruida por ramas de árboles. ........................ 46
Figura 2.17 Unión de tubería forzada MC “La Chácara”, marzo 2010 .............................. 46
Figura 2.18 Aliviadero de tubería forzada MC “La Chácara”, diciembre 2009 ................. 47
Figura 2.19 Casa de maquinas de la MCH “La Chácara”, marzo 2010 .............................. 47
Figura 2.20 Turbina de Flujo Cruzado Principal en la MC “La Chácara”, marzo 2010 ..... 48
Figura 2.21 Turbina de Flujo Cruzado auxiliar y su generador en la MC “La Chácara”,
marzo 2010 ........................................................................................................................... 49
Figura 2.22 Canal de descarga, agosto 2009 ....................................................................... 49
Figura 2.23 Medidas promedio de perfil del canal de salida en milímetros, MC “La
Chácara” ............................................................................................................................... 50
Figura 2.24 Descarga de agua turbinada al rio, agosto 2009 .............................................. 50
Figura 2.25 Forma de vaciado actual de la cámara de carga. .............................................. 51
Figura 2.26 Tuberías forzadas, la grande corresponde a la TB 1, de en medio corresponde a
TB 0 y la tubería pequeña corresponde a la destinada para el banco de resistencias. .......... 52
Figura 2.27 Placa del Generador de Turbina de Flujo Cruzado auxiliar, agosto 2009 ....... 53
Figura 2.28 Placa de la TBC 1, agosto 2009 ....................................................................... 54
Figura 2.29 Sistema de transmisión mediante faja. Turbina de Flujo Cruzado Principal
operando con dos fajas, junio 2010 ...................................................................................... 55
Figura 2.30 Generador instalado en central “La Chácara” .................................................. 56
Figura 2.31 Datos de placa del generador ........................................................................... 56
Figura 2.32 Interruptor principal de carga. ......................................................................... 57
Figura 2.33 Centro de control banco de resistencias y monitoreo de la central .................. 57
ix
Figura 2.34 Banco de resistencias. ....................................................................................... 58
Figura 2.35 Grafico Demanda potencia eléctrica activa (W) .............................................. 58
Figura 2.36 Grafico Demanda potencia eléctrica aparente (VA) ........................................ 59
Figura 2.37 Radar de Chart en la evaluación de la MCH “La Chácara” usando el “Check
List para evaluación de Microcentrales Hidroeléctricas”. .................................................... 62
Figura 3.1 Representación de medidas de sección transversal en canal para Tabla 3.1. ..... 69
Figura 3.2 Representación de medidas de vertedero para Tabla 3.1., vista lateral en canal.
.............................................................................................................................................. 70
Figura 3.3 Dimensiones de desarenador (unidades: metros) ............................................... 71
Figura 3.4 Dimensiones de cámara de carga (unidades: metros) ........................................ 72
Figura 3.5 Rejilla de Bocatoma ........................................................................................... 73
Figura 3.6 Rejilla en cámara de carga .................................................................................. 73
Figura 3.7 Rastrillo de limpieza de las rejillas ..................................................................... 74
Figura 3.8 Modelo de vertedero triangular .......................................................................... 76
Figura 3.9 Modelo Vertedero rectangular ............................................................................ 77
Figura 3.10 Modelo de colchón de amortiguación .............................................................. 80
Figura 3.11 Vista aérea de la MCH con las propuestas lugares para instalación de
diferentes componentes ......................................................................................................... 81
Figura 3.12 Sistema de distribución de caudal en casa de maquinas. A: Accesorio Tee, B:
Reductor de tubería, C: Codo ............................................................................................... 83
Figura 3.13 Guarda de seguridad sistema de poleas y fajas ................................................ 84
Figura 3.14 Dimensionamiento de separación de guarda de seguridad y poleas ................. 85
Figura 3.15 Señalizaciones de Riesgo ............................................................................... 103
Figura 3.16 Señalizaciones de elementos de uso obligatorios. .......................................... 103
Figura 3.17 Señalización de extintor de incendios ............................................................ 103
Figura 4.1 Grafico Alcance de aplicación para ningún disco intermedio en el rodete
[WIDMER, R.; Y A. ARTER, 1993: P. 10] ....................................................................... 106
Figura 4.2 Grafico Caída neta o numero de revoluciones contra el caudal, mostrando
limites de aplicación, potencia y línea d-d. [WIDMER, R.; Y A. ARTER, 1993: P. 16] .. 107
Figura B.1 Molinete “Messtechnik” .................................................................................. B-1
Figura B.2 Conductivímetro ............................................................................................... B-3
x
Figura B.3 Grafico para la determinación de la Constante de Temperatura [Adam
Harvey,1993: p.55] ............................................................................................................. B-3
Figura B.4 Configuración cruzada para la colocación de transductores utilizada en la
medición del caudal disponible de agua. ............................................................................ B-6
Figura B.5 Medidor PT878 ............................................................................................... B-6
Figura C.1 Diseño de Canal con aliviadero ........................................................................ C-3
Figura C.2 Dimensionamiento de un desarenador ............................................................. C-6
xi
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1. Datos de placa de generador magnaPLUS ........................................................... 55
Tabla 2.2 de resultados individuales de evaluación de la MCH “La Chácara” usando el
“Check List para evaluación de Microcentrales Hidroeléctricas”. ................................... 62
Tabla 2.3 Mediciones de caudales en actual estudio ............................................................ 64
Tabla 3.1. Medidas de vertedero según medidas de sección transversal de canal ................ 70
Tabla 3.2. Caudal en vertedero según altura marcada en regla ............................................ 78
Tabla A.1. Cuestionario de “Check List” .......................................................................... A-4
Tabla A.2. Resultados de aplicación del “Check List” a la MCH “La Chácara” ............ A-9
Tabla C.1. Resultados de análisis de muestras de agua. ..................................................... C-5
Tabla C.2. Resultados de análisis de muestras de arena. .................................................... C-5
Tabla D.1 Plan de mantenimiento para obras civiles en MCH. ......................................... D-3
Tabla D.2. Equipo, materiales y herramientas requeridas para el mantenimiento en obras
civiles ............................................................................................................................. D-4
Tabla D.3 Plan de mantenimiento para elementos mecánicos en MCH ............................ D-5
Tabla D.4. Equipo, materiales y herramientas requeridas para el mantenimiento en
elementos mecánicos ...................................................................................................... D-5
Tabla D.5. Plan de mantenimiento preventivo en generador eléctrico .............................. D-6
Tabla D.6 Plan de mantenimiento preventivo red de transmisión. .................................... D-6
Tabla D.7 Plan de mantenimiento preventivo en red primaria. ......................................... D-7
Tabla D.8 Plan de mantenimiento preventivo en red secundaria. ..................................... D-7
Tabla D.9 Equipo, material y herramientas requeridas para el mantenimiento en elementos,
sistemas e instalaciones eléctricas. ................................................................................. D-8
Tabla E.1 Diagnostico de fallas en la turbina. .................................................................... E-2
Tabla E.2 Diagnostico de fallas en el generador. ............................................................... E-5
Tabla E.3 Diagnostico de fallas en tablero de distribución. ............................................... E-5
Tabla E.4 Plan de seguridad industrial en obras civiles. .................................................... E-7
Tabla E.5 Plan de seguridad industrial en elementos mecánicos. ...................................... E-9
Tabla E.6 Plan de seguridad industrial en elementos, sistemas y redes eléctricas. .......... E-10
Tabla E.7 Modelo tabla Check list. ................................................................................... E-11
xii
xiii
SIGLAS
EPP:
MC:
MCH:
SABES:
Equipo de Protección Personal
Microcentral
Microcentral Hidroeléctrica
Saneamiento Básico, Educación Sanitaría y Energías Alternativas (ONG)
TFC:
ITDG:
Turbina de Flujo Cruzado
Grupo Intermediario para el Desarrollo de Tecnologías. (Intermediate
Technology Development Group)
xiv
xv
SIMBOLOGÍA
Q : caudal [m3/s],
Hneta : altura neta [m],
B :
b:
y:
h:
L:
P:
η:
ηtfc
γ:
bo:
z:
n:
Longitud superior de sección transversal (trapezoidal) en canaleta [m],
Longitud inferior de sección transversal (trapezoidal) en canaleta [m],
Altura de sección transversal (trapezoidal) en canaleta [m],
Altura de agua en canaleta [m],
Longitud de vertedero [m],
Potencia [kW],
Eficiencia teórica
Eficiencia teórica de una Turbina Banki,
Peso especifico del agua, [kN/m3]
Ancho del rotor [m],
Numero de alabes en el rotor,
Numero de revoluciones por minuto [rpm]
xvi
xvii
PRÓLOGO El presente estudio que la Universidad Centroamericana “José Simeón Cañas”, en la
facultad de Ingeniería y Arquitectura ha desarrollado, trata sobre las microcentrales
hidroeléctricas y está enfocada a la evaluación y propuestas de mejora a una de estas que
opera actualmente.
El primer capítulo entrega por resumido los componentes que una microcentral debe tener
para su buen funcionamiento, desarrollo y optimización. Explicando también de forma
breve la importancia que las labores de mantenimiento tienen en estas mismas partes.
En el capitulo dos, es descrita en sus partes la microcentral hidroeléctrica “La Chácara”
situada en Carolina San Miguel. Al conocer el estado actual, la microcentral es evaluada
mediante una hoja electrónica preparada denominada “Check List: Auditoria a una
Microcentral Hidroeléctrica”. Es expuesto aquí el modo actual de operación, sus fortalezas,
debilidades, carencias, etc. Al final del capítulo son detallados los caudales obtenidos para
este estudio, potencias teóricas y reales obtenidas, etc.
En el desarrollo del capítulo tres son planteadas las propuestas de mejoras en base a los
resultados expuestos del capítulo anterior. Son detalladas aquellos componentes que deben
reestructurarse y son diseñadas las partes que carece la microcentral. En el tema de
organización, se establecen planes de mantenimiento, de organización y la aplicación de
seguridad industrial en las tareas de labores.
Con la información básica necesaria de una central hidroeléctrica (la altura y el caudal
disponibles), el capitulo cuatro desarrolla el dimensionamiento adecuado y potencia
esperada que una turbina de flujo cruzado puede entregar a esta central según las
condiciones del lugar.
En el capítulo 5 son planteadas puntualmente las conclusiones y recomendaciones
generales del estudio.
xviii
1
CAPÍTULO 1. LAS MICROCENTRALES HIDROELÉCTRICAS, LAS TURBINAS DE FLUJO CRUZADO Y EL MANTENIMIENTO EN LAS MICROCENTRALES
1.1 Introducción
La generación de potencia mediante el aprovechamiento hidráulico de un medio natural
como lo son los ríos, es una de las formas más limpias, aprovechables y renovables que
pudieran existir. Su rango de extracción de energía tiene un amplio rango dependiendo a
que uso y/o fin se llevara esta energía; por lo general es utilizada para la generación
eléctrica.
En El Salvador, la generación hidroeléctrica representa cerca del 32.4 % de la generación
total (de acuerdo al “Boletín de Estadísticas Eléctricas # 9 2007” de la SIGET).
El principio tecnológico es el mismo entre las grandes centrales y las Microcentrales (MC),
sin embargo el mismo tamaño define la facilidad de estudio, diseño y sobretodo
construcción de una.
La definición y conocimiento de cada parte que una MC tiene es de vital importancia para
sacar el mejor provecho del recurso natural disponible.
Este capítulo trata de describir lo que es una MC, cada una de esas partes y cual debería de
ser el mantenimiento recomendable para una mejor extracción de potencia natural.
1.2 Las microcentrales Hidroeléctricas
Son catalogadas como “Microcentrales” (MC) a las centrales hidráulicas que entregan
potencia energética de provecho desde 200 watt a 300 kW. Las MC son generadoras de
potencia mecánica del aprovechamiento de riachuelos.
2
En los países en vías de desarrollo como lo es El Salvador, las MC representan grandes
posibilidades para el avance en comunidades y/o poblados donde el suministro de la red
nacional no llega o para otro tipo de aprovechamiento mecánico. Es por esto que las MC
son ideales para sitios asilados
La figura 1.1 muestra las partes más comunes en una MC. Las MC por lo general son de
sistema “derivación”, esto quiere decir que por medio de un canal, desvía parte del caudal
del rio hasta la cámara de carga, donde este caudal es transportado a la turbina hidráulica
mediante la tubería forzada.
Figura 1.1 Partes de una MC hidroeléctrica [Ente Vasco de la Energia (EVE), 1999: p.17]
3
1- Represa o dique
2- Bocatoma
3- Canal
4- Cámara de Carga y desarenador
5- Tubería Forzada
6- Casa de maquinas
7- Canal de descarga
En este estudio se han clasificado estas partes en tres grandes grupos: “Obra Civil”,
“Sistemas mecánicos” y “Sistemas e instalaciones eléctricas”
1.3 Obra Civil
Son aquellas partes de la MC, de construcción civil. Aquí se pueden clasificar las siguientes
partes de una MC:
• Bocatoma
• Canales
• Aliviaderos
• Desarenadores
• Cámara de Carga
• Tubería Forzada
• Casa de maquinas
• Canal de descarga
1.3.1 Bocatoma
Son obras hidráulicas, donde su función es adquirir y acondicionar cierta cantidad de caudal
del rio para el aprovechamiento hidro - energía. El bocatoma dirige el caudal de agua hacia
el aprovechamiento.
4
La toma normalmente dispone de una rejilla que evita la entrada de elementos sólidos al
canal y una compuerta de seguridad. En funcionamiento normal esta compuerta permanece
abierta, cerrándose únicamente en caso de emergencia, regulación de caudal de entrada o
cuando se va a realizar una inspección, reparación y/o mantenimiento.
Figura 1.2 Bocatoma de una MC
1.3.2 Canales
Según el tipo de minicentral (de derivación o con embalse), se necesita una red mayor o
menor de conducciones (canales, tuberías, etc.). Las centrales en derivación es donde el
agua tiene que hacer cierto recorrido por el terreno debe llegar primero la cámara de carga
desde la bocatoma y después es llevada hasta la turbina.
El recorrido de bocatoma a turbina es llevado a cabo mediante canales que pueden ser
abiertos al ambiente ó cubiertos (parcial o totalmente). Otro tipo de recorrido entre el
bocatoma a turbina es mediante una conducción a presión
Figura 1.3 Canal trapezoidal abierto.
5
Los canales pueden realizarse excavando el terreno, sobre la propia ladera o mediante
estructura de hormigón. Estos canales llevan una pendiente, evitando perdidas. Al realizar
estos trazados hay que procurar que el movimiento de tierras sea el mínimo posible,
adaptándose al terreno.
La sección transversal a adoptar dependerá de la clase de terreno, ya que habitualmente se
utiliza la sección rectangular para canales en roca y la sección trapezoidal para canales en
tierra.
Para conducciones canal libre utiliza con frecuencia, secciones trapezoidales prefabricadas
de hormigón.
1.3.3 Aliviaderos
Un aliviadero es un tipo de vertedor, donde el agua que sobrepasa la capacidad del canal es
liberada o forzada a liberar mediante una compuerta reguladora y se libera un caudal que se
desea desviar. De esta manera se evita que un sobre caudal llegue a la central. Común
mente esto ocurre durante las estaciones de invierno. Sus características principales son su
largo, altura y el tipo de cresta definida por un coeficiente de descarga. Todo caudal que se
desea aliviar del sistema, debe ser devuelto al rio.
Figura 1.4 Aliviadero
6
1.3.4 Desarenadores
Las aguas captadas para propósito de generación de energía, proveniente de ríos, estas
aguas poseen pequeños sólidos como granos de arena. La velocidad con la que estos sólidos
impactan a los alabes de la turbina, pueden ocasionar daños como desgaste y erosión.
Es por esta razón que se usan los elementos conocidos como desarenadores. El propósito de
estos desarenadores es reducir la velocidad del agua para que estas partículas de arena
asienten en el fondo, evitando que la mayoría vayan a la turbina.
Este sedimento debe asentar en el principio del canal, en algún punto del recorrido y en la
entrada de la tubería forzada (en la cámara de carga).
Figura 1.5 Desarenador [Adam Harvey,1993: p.90]
7
1.3.5 Cámara de Carga
La cámara de carga es un depósito localizado al final del canal del cual arranca la tubería
forzada. En algunos casos se utiliza como depósito final de regulación, aunque
normalmente tiene solo capacidad para suministrar el volumen necesario para el arranque
de la turbina sin intermitencias.
Cuando la conducción entre la toma de agua y la cámara de carga se realiza en presión, ésta
última será cerrada y tendrá además una chimenea de equilibrio, para amortiguar las
variaciones de presión y protegerla de los golpes de ariete.
Al diseñar la geometría de la cámara hay que evitar al máximo las pérdidas de carga y los
remolinos que puedan producirse, tanto aguas arriba como en la propia cámara. Si la tubería
forzada no está suficientemente sumergida, un flujo de este tipo puede provocar la
formación de vórtices que arrastren aire hasta la turbina, produciendo una fuerte vibración
que bajaría el rendimiento de la minicentral.
La cámara de carga debe contar además con un aliviadero, ya que en caso de parada de la
central el agua no turbinada se desagua hasta el río o arroyo más próximo. También es muy
útil la instalación en la cámara de una reja con limpia-rejas y compuertas de desarenación y
limpieza. Una cámara de carga es un desarenador más en el sistema, un filtro final para
intentar sedimentar todo lo posible.
Al diseñar la geometría de la cámara hay que evitar al máximo las pérdidas de carga y la
turbulencia que puedan producirse, tanto aguas arriba como en la propia cámara. Si la
tubería forzada no está suficientemente sumergida, un flujo de este tipo puede provocar la
formación de vórtices que arrastren aire hasta la turbina, produciendo una fuerte vibración
que bajaría el rendimiento de la MC.
8
Figura 1.6 Cámara de carga [Adam Harvey, 1993: p.91]
Tanto los desarenadores y la cámara de carga deben cumplir cinco importantes principios:
a) Su longitud y ancho deben ser los adecuados para la sedimentación, no sobrepasar
dimensiones voluminosas.
b) Deben permitir una fácil eliminación de los depósitos.
c) La sedimentación debe ser liberada mediante compuertas de alivie con mucho
cuidado evitando la erosión del suelo alrededor.
d) Se debe evitar la turbulencia que es causada por cambios de áreas que podrían llegar
a irse a la tubería forzada.
e) Tener una buena capacidad para acumular el sedimento.
1.3.6 Tubería Forzada
En el tramo, cámara de carga a turbina, se encuentra una tubería a la que se le denomina
“Tubería Forzada” o “Tubería de Presión”. Cuando la presión interna es muy alta, se
incluye un armazón metálico como refuerzo.
Su diseño e innovación debe ser prioritario en un presupuesto de construcción y/o
mantenimiento de una MC, para optimizar costos y los mismos mantenimientos. Las
9
dimensiones, materiales y accesorios dependerán de la presión, longitud y terreno donde
será instalada.
Dependiendo del material de la tubería, éstas contarán con apoyos, anclajes, juntas de
dilatación, tubo de aireación, cono de aducción y otros accesorios. En el caso de tuberías de
acero, éstas se cubren normalmente con una capa anticorrosiva y necesitará volver a
pintarse cada cierto tiempo. Accesorios que una tubería forzada puede tener es:
• Junta de dilatación: Son accesorios que conecta dos tubos de acero, dejando un
espacio de más ó menos de una pulgada para absorber variaciones longitudinales,
debido a la variación de la temperatura.
• Soportes o apoyos: Sirven fundamentalmente como apoyo de la tubería de presión
cuando ésta es de acero. Cuando la tubería es de PVC no se utilizan apoyos, ya que
va enterrada.
Figura 1.7 Partes de soportes de Tubería forzada metálica
• Acoplamiento: Los tramos de tubería son unidos mediante soldadura o bridas
cuando la tubería es de acero. Cuando la tubería es de PVC el acoplamiento es
rígido utilizándose pegamento o a través de una unión flexible.
10
Figura 1.8 Uniones de Tubería forzada
• Anclajes: Los anclajes se colocan para soportar los esfuerzos generados por los
cambios de dirección en el perfil de la tubería de presión, generalmente se hacen de
hormigón en masa, reforzado con fierro de construcción.
Figura 1.9 Anclaje de Tubería forzada
1.3.7 Casa de Maquinas
La casa de maquinas es el lugar donde se albergan los equipos electromecánicos como lo
son la turbina, control de desviaciones de agua de la tubería forzada (en caso de tener más
turbinas), el generador, controles eléctricos, almacén de repuestos, etc. Estos pueden estar
distribuidos en diferentes habitaciones en el interior de la casa de maquinas.
11
Su infraestructura debe ser lo suficientemente fuerte para resistir algún desastre natural
(terremotos, inundaciones, etc.), de esta manera la MC podrá operar ante cualquier
circunstancia que pueda estar sometida y que el operador este cómodo realizando su
trabajo.
Es necesario tener un área cuadrada lo suficientemente espaciosa y diseñada para maniobrar
estos equipos y no sobresaturar el espacio.
1.3.8 Canal de descarga
Después que el agua ha cumplido su función de entregar la mayoría de energía potencial
(presión), esta debe ser descargada de nuevo al rio. Existen centrales donde su descarga es
directa hacia el rio. Otras MC descargan direccionando este flujo con tuberías (distancia
corta al rio); sin embargo, cuando el rio está relativamente retirado de la casa de maquinas,
se hace un canal similar al de alimentación.
Las dimensiones de este canal deben ser tales que no existan demasiada turbulencia ni
rebalse. Su material y refuerzo de construcción pueden ser las mismas que la de canal de
entrada.
Figura 1.10 Canal de descarga o salida de una MC.
12
1.4 Sistemas Mecánicos
Las MC cuentan con sistemas que para cumplir su función, requieren de un diseño y
construcción mecánica especializada; principalmente en las turbinas hidráulicas es donde se
requiere de la ingeniera, análisis y un estudio complejo. Solo el diseño de una turbina para
un determinado lugar (condiciones de altura y caudal disponibles), es un estudio único y
avanzado.
En esta sección se explicara de forma breve y sencilla las partes mecánicas y su función,
que una MC cuenta. Estas partes son: Compuertas, válvulas de distribución y la turbina
Mitchell Banki (turbina más común en las MC).
1.4.1 Compuertas
En una MC existen varios tipos de compuertas según su función. Estas funciones pueden
ser principalmente para: retención total de flujo, regulación de caudal, limpieza en el
desarenador.
Las compuertas de retención total de flujo y las de regulación de caudal pueden ser las
mismas. Al regular la compuerta, el rebalse puede darse por el aliviadero cercano. Para las
MC, el tipo de compuerta más común es la deslizante con rodillos y la regulación de
abertura es mediante un tornillo de potencia.
Figura 1.11 Compuerta reguladora parcial y/o total de flujo
13
Su diseño, uso y mantenimiento (con el cuidado e inspección periódica) lo hace muy
efectivo y sus criterios son ideales para los MC.
Las compuertas para los desarenadores en las MC, normalmente son del mismo tipo que las
anteriores y van a un lado del desarenador con un canal de alivio al rio. Esta compuerta se
abre con cierta frecuencia (según el tiempo de retención de sólidos en el fondo) y se abre en
un corto tiempo mientras se limpia.
1.4.2 Válvulas de distribución
Las MC normalmente cuentan con conexión directa de la tubería forzada entre la cámara de
carga y la turbina (teniendo en cuenta una válvula entre la tubería forzada y la turbina). Sin
embargo, muchas de estas MC para el propósito hidroeléctrico, cuentan con un banco de
resistencias eléctricas para disipar la potencia eléctrica no consumida (principalmente
aquellas que no están conectadas a la red nacional), para enfriar estas resistencias se deriva
un pequeño caudal, tomado de la cámara de carga o de una derivación de la tubería forzada.
Figura 1.12 Válvulas utilizadas para cierre y/o distribución de caudal y sus partes (válvula principal)
La válvula principal Es un mecanismo de obturación que controla el paso de agua hacia la
turbina y/o distribución. La válvula principal debe trabajar siempre completamente abierta
o cerrada y por lo general es del tipo compuerta o de mariposa. Existen MC que operan con
dos o más turbinas y/o tienen una turbina auxiliar mientras la(s) principal(es) están en
mantenimiento y/o detenidas. La distribución y/o desviación de caudal para componentes
en las MC, debe llevarse a cabo mediante un buen sistema de válvulas organizadas.
14
1.4.3 Turbinas Hidráulicas
Una turbina hidráulica es una turbomaquina hidráulica, en la cual el trabajo mecánico
proviene de la variación de la cantidad de movimiento del agua al fluir a través de un
sistema de álabes rotativos. En este sistema, denominado rodete, puede ocurrir una simple
desviación del flujo de agua o, en otros casos, una desviación y una aceleración de este
flujo.
Las turbinas hidráulicas pueden clasificarse en dos grande grupos: turbinas de acción y de
reacción. A estos dos grupos corresponde las turbinas modernas que hoy en día se emplean
en las centrales hidráulicas, sean estas pequeñas o grandes.
En las turbinas de acción podemos mencionar:
• Turbinas Pelton
• Turbinas Michell – Banki o de flujo cruzado
En las Turbinas de reacción se pueden incluir:
• Turbina Francis
• Turbinas Kaplan
1.4.4 Turbina Mitchell - Banki o de Flujo Cruzado
El origen de esta rueda no es muy claro. A principios del siglo 20 un ingeniero inglés, A. G.
M. Mitchell, escribió un artículo sobre las ruedas de flujo cruzado. Más tarde, las referencias
europeas mencionan a Mitchell como el precursor de este tipo de rueda, por lo que los
fabricantes europeos la nominan como la "Rueda Mitchell de flujo cruzado". Sin embargo, en
América, la rueda es conocida como rueda Banki en honor a Donat Banki que hizo una
publicación; "Neue Wasserturbine", que introdujo el concepto a América.
15
La turbina de Flujo cruzado (TFC) constituye actualmente una buena elección para el
aprovechamiento de pequeñas caídas hidráulicas en los países en vía de desarrollo. Ya que es
de fácil construcción: requiere poca soldadura y maquinado poco especial pero simple.
Figura 1.13 Turbina Mitchell Banki
A diferencia de las turbinas de flujo axial o radial, el agua en una TFC pasa a través del
rodete de forma transversal. Esto implica que el agua pasa dos veces por los alabes
entregando un trabajo adicional, por ende esto mejora su eficiencia.
El primer impulso se produce cuando el caudal entra en la turbina orientado por el inyector
hacia rodete. Este tipo de turbinas tienen un campo de aplicación en aprovechamientos
variación de caudales muy grande
Los rangos generales para la operación óptima de esta turbina [Ossberger GmbH & Co,
2007], en el Sistema Internacional de unidades (SI), pueden mencionarse las siguientes:
• Altura (H) 1m ≤ H ≤ 100m
• Caudal (Q) 0,1 m3/seg ≤ Q ≤ 7 m3/seg
• Potencia (P) P ≤ 1 MW
• Velocidad específica 30 ≤ Ns ≤ 210 ó 23 ≤ Nq ≤ 70
16
Dichos valores de Ns como Nq establecen un rango de revoluciones establecido en base a
las experiencias.
Los rangos de Ns y Nq dependerán principalmente del diseño y sus condiciones como: la
altura neta disponible y el caudal de diseño.
1.4.4.1 Características Principales
Las características más importantes para las TFC según el “Grupo Intermediario para el
Desarrollo de Tecnologías (ITDG) de la turbina Michell-Banki”, podemos mencionar:
• Amplio rango de aplicación respecto a las condiciones (caudal y altura) del lugar a
ser instalada. Su eficiencia no variara mucho.
• Su construcción no es gran dificultad, ideal para talleres mecánicos comunes.
• Costos iníciales bajos en instalación, operación y
Mantenimiento.
• Ideal para ser usada en medios rurales y/o lugares en vías de desarrollo.
1.4.4.2 Partes de la Turbina
Las partes más representativas de una Turbina Banki son:
• Carcasa
• Tobera de transición
• Inyector
• Rotor
• Alabe directriz
1.4.4.3 Principio de Funcionamiento
La presión del agua depositada en la tubería forzada, es descargada sobre los álabes del
rotor a presión atmosférica. El rotor está compuesto por dos placas circulares paralelos,
17
entre estos de forma perpendicular van unidos los álabes curvados en forma de sector
circular.
El inyector es una tubería especial, donde inicia de forma circular (donde se conecta a la
tubería forzada) y finaliza de forma rectangular (conecta al alabe director). Este inyector es
el que dirige el agua hacia los alabes del rotor con un cierto ángulo.
La energía del agua es transferida al rotor en dos fases de intercambio,(estas dos fases es la
que le da a la TFC el nombre de turbina de doble efecto). La primera fase es donde el agua
entrega un promedio del 70% de la energía total transferida al rotor; dejando en la segunda
fase una entrega de energía de alrededor del 30% .
1.4.5 Sistemas transmisores de Potencia
En las MCH, las turbinas deben transferir esa energía mecánica al generador, para realizar
esto debe haber un sistema que transfiera esa potencia y convertirla en energía eléctrica.
Normalmente los generadores eléctricos para esta aplicación son de corriente alterna,
requieren que la turbina genere un movimiento a una frecuencia de 60 Hz, estos
generadores disponen de velocidades n=3600/p (siendo n las RPM necesarias y p el numero
de polos que el generador tiene).
La velocidad de giro depende directamente de la caída de la MCH, del caudal y las
dimensiones propias de rodete.
Las grandes Centrales Hidroeléctricas presentan un acople directo entre turbina y generador
al dimensionar la turbina que permita una velocidad de giro necesaria para los generadores.
Sin embargo, las MCH en su mayoría no son de acople directo; el caso de estas es llevar un
sistema de poleas, cadenas o cajas reductoras que permitan adecuar la velocidad de giro
entre la turbina y generador. La transmisión busca aumentar o disminuir la velocidad
angular y transmitir la fuerza.
18
1.4.5.1 Tipos de transmisiones
Existen varios tipos de transmisiones, entre los más importantes podemos mencionar y
describir:
• Transmisiones por fajas: Es el sistema de transmisión más usada en las MCH. Esta
funciona mediante la fricción que hace la polea, moviendo la faja, con este mismo
principio se hace mover la siguiente polea. Esta dependerá del coeficiente de
fricción y el ángulo de contacto de la faja con la polea menor. Ambas poleas tienen
diámetros según la velocidad entregada y requerida. Son las transmisiones de costos
más bajos.
Las fajas dentadas se diferencian de las anteriores porque en ellas la transmisión es
a través de una fuerza de contacto directo y no por dirección. Esto le permite una
sincronización perfecta en el movimiento.
• Transmisiones por cadenas: Flexibles al tener articulaciones de eslabones metálicos,
que al entrar en contacto con los dientes de las poleas permiten una perfecta
sincronización. Los eslabones son hechos con material de alta resistencia. Sin
embargo los costos son elevados para este tipo de transmisión.
• Transmisiones por engranajes: Conocidas también como cajas reductoras, estas
utilizan una serie de engranajes ocupando poco espacios. Las perdidas por fricción
son mínimas y las fuerzas en los cojinetes son mínimas. Sin embargo su inversión y
mantenimiento requieren de mayor cuidado.
1.5 Sistemas e instalaciones eléctricas
En la construcción y puesta en marcha de una MCH, es necesaria la implementación de una
serie de dispositivos, los cuales permitan la correcta operación del sistema eléctrico y de
esta manera entregar energía eléctrica con la calidad óptima según las necesidades
19
Estos dispositivos deben de dimensionarse en función de la demanda y ser correctamente
instalados, calibrados y puestos en marcha cumpliendo las normas de seguridad y
respetando las disposiciones por parte del fabricante.
Para que el proceso de generación de energía eléctrica a partir de la energía hidráulica se
desarrolle de la mejor manera posible, los elementos básicos necesarios, con los que debe
contar la MCH en cuestión son los siguientes.
• Grupo Turbina-Generador.
• Tableros de distribución y protección.
• Equipo de transformación y línea de distribución/transmisión.
• Sistema de regulación automático.
1.5.1 Generador Eléctrico
Es la máquina que transforma la energía mecánica de rotación de la turbina en energía
eléctrica. El generador basa su funcionamiento en la inducción electromagnética. El
principio de su funcionamiento se basa en la ley de Faraday, mediante la cual, cuando un
conductor eléctrico se mueve en un campo magnético se produce una corriente eléctrica a
través de él.
El generador, o alternador, está compuesto de dos partes fundamentales:
• Rotor o inductor móvil. Su función es generar un campo magnético variable al
girar arrastrado por la turbina.
• Estator o inducido fijo. Sobre el que se genera la corriente eléctrica
aprovechable.
Los generadores pueden ser ya sean síncronos o asíncronos dependiendo de su modelaje
constructivo y la naturaleza de la excitación en sus devanados.
20
Figura 1.14 Modelado de una maquina síncrona.
1.5.2 Tableros de Distribución y Protección
En toda MCH, deben de instalarse tableros en los cuales se haga la distribución de la
alimentación a las cargas así como las respectivas protecciones contra sobrecargas y
cortocircuitos.
Estas protecciones y aparatos de maniobra, se tienen que dimensionar adecuadamente para
garantizar el correcto funcionamiento y de esta manera asegurar la protección de los
equipos de generación y control.
Con el uso de estos dispositivos se facilita la conexión y desconexión de la central con las
cargas lo cual puede ser aprovechado para labores de mantenimiento, expansión o
reparaciones en los equipos.
21
Figura 1.15 Interruptor termo magnético trifásico y panel de distribución eléctrico
1.5.3 Equipo de transformación y línea de distribución/transmisión
El equipamiento eléctrico es necesario en la MCH, ya que es el encargado de la
transformación de la tensión, de la medición de los diferentes parámetros de la corriente
eléctrica, de la conexión a la línea de salida y de la distribución de la energía.
El transformador de tensión es uno de los elementos fundamentales de este equipamiento.
Dependiendo de la tensión de trabajo del generador, la transformación puede ser baja/media
o media/alta tensión. El objetivo es elevar la tensión al nivel de la línea existente para
permitir el transporte de la energía eléctrica con las mínimas pérdidas posibles.
En la gran mayoría de los casos la generación es para un sistema trifásico, por lo que es
necesaria la instalación de la subestación de distribución, en la cual se eleva el voltaje
generado a la tensión nominal de transporte hacia los usuarios.
En dicha subestación es necesaria la instalación de elementos disyuntores como
cortacircuitos y fusibles; así como elementos de protección contra sobre voltajes peligrosos
como son los pararrayos tipo distribución para media tensión.
22
Figura 1.16 Subestación de transformación (A), pararrayos contra sobrevoltajes y descargas atmosféricas (B),
cortacircuitos con fusible (C).
1.5.4 Sistema de regulación automático
La instalación de estos elementos es necesaria para regular y controlar el buen
funcionamiento de la MCH, además de los dispositivos de protección que deben colocarse
en la central y la línea eléctrica, y que actuarán cuando se produzca algún fallo en la
central.
En el caso de que la MCH cuente con un generador síncrono, con conexión aislada de la red
se necesita un sistema de regulación de velocidad y de potencia, para que el control de la
turbina asegure el mantenimiento de la frecuencia de la red en cualquier condición de
carga. El control del generador necesita un regulador de tensión que actúe sobre la
excitación del alternador, con el fin de mantener la tensión dentro de los límites admisibles.
La automatización de una MCH permite reducir los costes de operación y mantenimiento,
aumentar la seguridad de los equipos y optimizar el aprovechamiento energético de la
instalación.
El grado de automatización va a depender principalmente de la ubicación y el tipo de
central, de las posibilidades reales de regulación, y del presupuesto, incluyendo el coste del
personal de trabajo. La automatización será total cuando incluya el arranque, regulación y
B A (C
C
23
parada de la central, y será parcial cuando mande solamente parada y alarma, en caso de
que actúen las protecciones de la central.
En cuanto a la tecnología se puede distinguir entre:
Convencional: Basada en los relés electromecánicos o estáticos. La utilización de relés
convencionales es la forma más sencilla y económica de automatizar una central, aunque
tiene la desventaja de ser más limitada.
Digital: Se refiere a técnicas informáticas que permiten la gestión de todas las funciones de
la central. Los equipos de automatización que funcionan con microprocesadores ofrecen un
abanico mayor de posibilidades de automatización, siendo posible la programación de
distintas secuencias.
1.5.5 Sistema de Regulación de Carga
Una manera más económica para la regulación y control en las microcentrales
hidroeléctricas, es la regulación automática de carga.
Este sistema consiste en que el generador produce una cantidad de potencia constante y el
regulador electrónico de carga, a través de válvulas electrónicas llamadas electroválvulas,
deriva la energía no consumida por la demanda a un sistema de disipación de energía.
Algunas de las ventajas de este tipo de reguladores son:
• Simplificación del diseño de las turbinas al no existir la necesidad de regular el
caudal.
• Operación y procesos de mantenimientos sencillos.
• Se elimina la presencia de sobrepresiones en la tubería de presión.
• Mayor rapidez en la respuesta a cambios de carga.
24
1.5.6 Sistema de disipación de energía
Los sistemas de disipación de energía más usados son por medio de resistencias
calefactoras del medio ambiente, o resistencias sumergidas en agua circulante.
Las resistencias calefactoras de aire, se colocan de manera en que el ambiente donde serán
instaladas dichas resistencias, presente un espacio amplio y en donde la circulación de aire
sea abundante y de manera permanente.
Las resistencias sumergidas en agua, deben de acondicionarse en un pequeño tanque donde
serán instaladas. Debe ponerse atención a que en todo momento las resistencias deben de
estar sumergidas en agua, y que además exista agua en permanente circulación, lo que se
puede lograr sacando una derivación de la tubería de presión. El tanque o depósito de agua
puede construirse de plancha de acero, de concreto o de cualquier otro material que resulte
apropiado.
Figura 1.17 Diagrama sistema de regulación de carga por resistencias
25
1.6 Mantenimiento en Microcentrales Hidroeléctricas y Turbina de Flujo Cruzado
La implementación de una MC hidráulica requiere de una inversión alta de capital; a fin de
recuperar dicha inversión en el plazo previsto en el análisis económico de rentabilidad, la
central debe funcionar todo el tiempo para el que fuese diseñada. Esto es posible solamente
con una adecuada operación del sistema y un programa de mantenimiento bien planificado
que efectivamente sea llevado a la práctica.
Entre las principales consecuencias de una operación inadecuada y la desatención del
mantenimiento podemos mencionar:
• Desgaste acelerado del equipo electromecánico.
• Pérdidas económicas debido a la energía dejada de producir.
• Costos imprevistos de reparación y/o reposición de piezas.
Por lo tanto, las actividades y procedimientos de mantenimiento deben repetirse
periódicamente y asignarse a una persona capacitada para ejecutar, registrar y programar
dichas actividades.
A continuación se enumeraran las diversas acciones de mantenimiento en función de cada
parte de la MC hidráulica y se describirán aquellas que requieran cierto conocimiento
técnico para su ejecución.
1.6.1 Mantenimiento en Obras Civiles
1.6.1.1 Mantenimiento en Bocatomas
La presa es una estructura de concreto a lo largo del río, en la mayoría de casos, necesita
poco mantenimiento. Generalmente en la época de lluvia, los ríos traen consigo piedras
grandes, arena, vegetación, esta se deposita en la parte previa a la presa, ocasionando un
bloqueo en la entrada de agua al canal, por lo que es necesario retirarlos.
26
Durante el verano, es más fácil observar la existencia de rajaduras o filtraciones; en esta
época se deben de realizar los trabajos de resane, si fuera posible, impermeabilizar
temporalmente las filtraciones con sacos de arena.
Además es necesario revisar diariamente la ventana de captación ya que es el punto donde
el agua deja el río para irse al canal; probablemente diversos materiales flotantes pueden
quedar atrapados entre la rejilla, disminuyendo así el flujo de agua.
Los desfogues y rebosaderos que pudieran formar parte de la bocatoma se deben de
inspeccionar periódicamente para detectar daños que podrían ocurrir con el tiempo, como
deslizamientos en la cimentación, rajaduras. Dichos daños deben de ser reparados
rápidamente ya que estos podrían extenderse y causar reparaciones costosas.
1.6.1.2 Mantenimiento en Canales
Si el agua se trasladara a una velocidad mayor que la designada, el canal podría erosionarse
y si el agua se traslada a una velocidad menor, el canal tendería a sedimentar los sólidos
suspendidos en el canal. Por tanto, es conveniente mantener la velocidad de desplazamiento
del agua en el límite designado. Esta consideración se debe tomar en cuenta al reparar los
canales sin revestimiento.
Además, el canal se debe inspeccionar periódicamente removiendo los sedimentos, las
piedras y la vegetación. El mantenimiento en canales debe de estar orientado a prevenir
fugas y repararlas tan pronto aparezcan, en los acueductos también se debe inspeccionar los
soportes y la estructura en general.
1.6.1.3 Mantenimiento en Desarenadores
Los sedimentos encontrados se deben de expulsar periódicamente mediante la apertura de
la compuerta de purga; de lo contrario se seguirán acumulando hasta que algún exceso pase
a la turbina y provoque en este un desgaste por abrasivo y erosivo. Durante la época
lluviosa, la frecuencia de vaciado del desarenador deberá ser mayor. Además de la limpieza
27
de sedimentos, el desarenador requiere poco mantenimiento como la ocasional reparación
de la mampostería que se llevara a cabo en la época de sequía, las guías y accesorios de la
compuerta de purga, requieren cierta lubricación dependiendo de su diseño.
1.6.1.4 Mantenimiento en cámaras de carga
La cámara de carga cumple la función de un desarenador. La cámara de carga se compone
por una rejilla, un rebosadero y en algunas ocasiones, una válvula y/o compuerta para
regular el paso de agua a la turbina.
Las rejillas se deben de inspeccionar periódicamente y limpiarlas; la frecuencia de esta
actividad depende de la cantidad de materiales flotantes que el agua traiga consigo. Los
desfogues y rebosaderos que forman parte de la cámara de carga también deben ser
inspeccionados en sus soportes y estructura para detectar daños que podrían ocurrir con el
tiempo, como en el caso de las rajaduras o deslizamientos de la cimentación.
1.6.1.5 Mantenimiento en Tuberías
En las MC antiguas, es común ver tuberías de plancha de acero remachada o soldada; en las
MC más recientes se emplean tuberías de PVC.
Las tuberías de acero requieren poco mantenimiento, en algunas ocasiones se pueden
presentar goteras en las uniones de las tuberías. Cuando se tratan de uniones cónicas, estos
pueden solucionarse rápidamente con soldadura de plomo; en el caso de bridas empernadas,
bastara con ajustar los pernos y si persistiera la fuga, habrá que revisar el estado del
empaque.
Uno de los principales problemas en las tuberías de acero es corrosión; se puede presentar
en forma generalizada o localizada. En ambos casos es conveniente una minuciosa limpieza
de la superficie con cepillos de cerdas de acero, solventes químicos o arenado. La
aplicación inmediata de una capa de pintura anticorrosiva sobre el metal puede ayudar a
28
extender el tiempo de vida de la tubería; se recomienda esta aplicación con alguna
periodicidad.
En tuberías viejas no es recomendable retirar las formaciones calcáreas del interior de los
tubos ya que se puede reducir sustancialmente el espesor de la tubería y provocar el
consecuente debilitamiento del material.
Las tuberías de material plástico PVC no deben ser expuestas a los rayos solares debido al
prematuro envejecimiento que estos provocan en el material. Se recomienda instalar estas
tuberías en zanjas y cubrirlas con tierra, protegiéndolas también de golpes ocasionales que
podrían fracturarlas con facilidad. Es sumamente importante inspeccionar el estado de los
soportes y anclajes considerando la presencia de drenajes laterales para conducir aguas de
lluvia que de otro modo podrían socavar el terreno provocando inestabilidad, deformación
y hasta rotura de tuberías.
En caso de ser necesario el acceso al interior de la tubería de carga, antes de proceder a
cualquier acción se deben tomar las siguientes precauciones para asegurar un acceso
seguro:
• Comprobar que se ha vaciado el agua de la tubería y que el flujo de agua no puede
restablecer hasta que haya salido todo el personal, equipo y material.
• La tubería debe ventilarse abriendo las compuertas de inspección que se encuentran
anterior y posteriormente a la sección a la que se entra.
• Proporcionar un medio seguro de entrada/salida al interior de la tubería.
• Establecer un sistema de señales y procedimientos con un grupo de apoyo en el
exterior de la tubería.
29
1.6.2 Mantenimiento en Sistemas Mecánicos
De todos los mantenimientos dados a una MC, los que son dirigidos a los sistemas
mecánicos son los más rigurosos y necesarios para el funcionamiento. Son estos los
elementos (principalmente la TFC) los que permiten transformar y transferir la energía a la
necesidad.
Para alargar la vida útil de la MC, es de plantear una vida larga a estos sistemas.
1.6.2.1 Mantenimiento en Compuertas
Estos elementos necesitan ser engrasados y revisados con cierta periodicidad. Sus
componentes deben ser reemplazados (principalmente sus rodamientos) al presentar
desgaste, fallos y si ha pasado el tiempo límite de funcionamiento. Mantener estas
compuertas limpias y siempre pintadas con su respectivo anticorrosivo las mantendrán
funcionando un largo periodo.
1.6.2.2 Mantenimiento en válvulas
Las válvulas son instaladas generalmente al final de la tubería, en la mayoría de casos se
instalan en la casa de maquinas. Las válvulas tienden a presentar fugas de agua, para ello
bastara ajustar el sello y/o cambiar el empaque. Este ajuste se debe realizar hasta que el
agua deje de salir; un ajuste mayor dificulta el libre accionamiento y lo que es peor,
provoca desgaste localizado del eje o vástago de accionamiento.
Estas válvulas están diseñadas para trabajar en una determinada posición, es decir cerradas
o abiertas, nunca en una posición intermedia debido al desgaste prematuro del elemento
obturador y las fuertes pérdidas de carga que producen en esta posición.
Si la válvula no tiene cierre hermético es debido a que los asientos del obturador y el
asiento se han desgastado (erosionado) por lo que habrá que desmontarla para que en el
30
taller se proceda a realizar la recuperación de forma mediante soldadura de relleno y
torneado correspondiente.
1.6.2.3 Mantenimiento en Turbinas Hidráulicas
Las turbinas en la realidad necesitaran poco mantenimiento en la medida que se mantenga
limpia el agua que entra a ella. Son los rodamientos o apoyos del eje; los que se debe de
estar alerta ante la ocurrencia de ruido o sobrecalentamiento pues esto nos indica que algo
malo está sucediendo.
Por otro lado, el desgaste de los rodetes y elementos directrices del agua ocurren a lo largo
del tiempo, por lo que será necesario inspeccionarlos rigurosamente anualmente,
proporcionándonos así, información acerca de cuál es el avance del desgaste para poder
planificar una reparación general.
Si la turbina cuenta con un elemento de parada automática o protección contra la
sobretemperatura en los cojinetes, sobrevelocidad, rotura de faja de transmisión, etc. Es
importante realizar una prueba de funcionamiento anual simulando una falla con la
finalidad de garantizar un buen funcionamiento del sistema.
También, se debe de inspeccionar la tapa de inspección de la turbina para evitar la aparición
de corrosión, si esta se presenta, es conveniente una minuciosa limpieza de la superficie con
cepillos de cerdas de acero, solventes químicos o arenado. La aplicación inmediata de una
capa de pintura anticorrosiva sobre el metal puede ayudar a extender el tiempo de vida de la
tapa de inspección.
1.6.2.4 Mantenimiento en Acoplamiento, rodamientos y fajas
Los acoplamientos están conformados por: ejes, poleas, fajas y rodamientos. Este tipo de
acoplamiento se conoce como acoplamiento indirecto y requiere ser inspeccionado
frecuentemente, esto con la finalidad de detectar vibraciones a causa de desalineamiento,
tensiones excesivas en fajas y ajustes de pernos de sujeción.
31
Acople directo: En este la turbina está conectada directamente con el generador, este tipo
de acoplamiento requiere muy poca atención, sin embargo, se recomienda que se verifique
periódicamente el ajuste de los pernos del acople y el estado de los elementos flexibles.
Rodamientos: Existen dos tipos: los rodamientos antideslizantes y los de rodadura. Los
primeros los podemos encontrar en máquinas antiguas y está conformado por una pista
antideslizante conocida como babbit; en la que gira el propio eje, este tipo de rodamiento,
trabaja en baño de aceite y los de gran tamaño están provistos de un sistema de
refrigeración y lubricación forzada.
Los rodamientos de rodadura requieren poca atención, periódicamente se debe de realizar
un engrase y proceder a un remplazo al completar el número de horas de trabajo que el
fabricante haya especificado. Al realizar el engrase, se debe de calcular la cantidad de grasa
a suministrar, ya que un exceso de grasa podría ser causa de calentamiento en el
rodamiento.
Para el cambio de rodamientos, es necesario utilizar un extractor de rodamientos y tener las
máximas precauciones tanto en la manipulación como en el montaje del mismo.
Cualquier desvío de los rodamientos que éstos puedan presentar se traducirá en un desvío
del eje y por ende de la polea. El flexionado del los ejes es un motivo de oscilación de las
poleas por lo que, en caso de presentar este defecto, debe controlarse que la polea no se
ubique demasiado lejos del rodamiento, que no existan cargas excesivas en el arranque o
picos, golpes y/o sobrecalentamientos.
Para los casos en que no se pueda acercar la polea al rodamiento, éste debe ser lo
suficientemente robusto para absorber no sólo la fuerza de la correa, sino el momento
excesivo que ésta provocará debido a la distancia presente.
El tensado de las fajas: Debe verificarse de acuerdo a las recomendaciones del fabricante;
el método a utilizar es el de la máxima flecha de deformación al aplicar una fuerza
determinada, esta deformación depende del tipo de faja que se utilice.
32
La fuerza de ajuste de las fajas debe controlarse permanentemente debido al alargamiento
de las mismas, desajuste de los tornillos tensores o bulones de anclaje y/o desgaste de las
poleas.
Esta fuerza se controla mediante un dinamómetro y nunca se debe sobre-tensar por causa de
patinaje, chillidos ó zumbidos. La fuerza de ajuste de una correa se verifica provocando una
deflexión en el punto medio entre ejes. La fuerza aplicada debe ser perpendicular a la
correa en ese tramo y la deflexión provocada debe ser de 15 mm por cada 1000 mm de
distancia entre ejes.
Es importante recordar que el tipo de deterioro que presenta una faja, nos indica posibles
fallas en la instalación, que acortarán la vida útil de la faja de reemplazo, si dichas fallas no
son corregidas. Las causas más comunes que sugiere la observación directa de la faja
deteriorada son las siguientes:
• Paredes de poleas gastadas ó dañadas, debido al excesivo uso, golpes, óxidos – se
debe controlar visualmente el estado superficial de la polea. No deben existir
dobladuras, grietas, rebabas ni poros.
• Roce de la correa con elementos de la instalación, partes de la maquinaria, defensas,
tornillos que pueden estar en contacto con la faja.
• Tensión insuficiente, provocan que la faja resbale al no tener la presión necesaria de
acuñamiento.
• Sección de polea inadecuada, origina un calce imperfecto de la faja dentro de la
ranura y la superficie de contacto entre polea y faja no es la correcta.
• Poleas desalineadas, en este caso se produce distorsión en las superficies de apoyo,
existen rozamientos y tensiones laterales no deseadas. La corrección se efectúa con
una varilla metálica recta, colocada sobre los costados de la polea y verificando que
33
toque 2 puntos simultáneamente de cada polea. Repetir esta operación girando las
poleas 90°, a uno y otro lado del eje, hasta completar un giro de las poleas.
• Presencia de aceite o grasa, debido a pérdidas, goteos, salpicaduras, etc., la faja
patina, observándose reblandecimiento con pérdida de potencia. Se debe limpiar con
solvente la ranura de la polea.
• Atmósfera con partículas abrasivas, lo que ocasiona que la faja patine, se caliente,
con pérdida de potencia y daños en las paredes de la garganta de la polea.
• Excesiva tensión, acorta la vida útil, produciendo vibraciones, estiramientos,
calentamiento de los rodamientos y flexión de ejes.
• Calor excesivo del medio ambiente, si existe una fuente de calor cercano a la
transmisión, provocará el deterioro prematuro de la correa. Particularmente el
compuesto de goma está diseñado para temperaturas de hasta 50 °C. En caso de
superar estas temperaturas, la faja se afectará presentando grietas y resquebrajaduras
en su cubierta.
• Mandos fuera de codificación, cuando se emplean dos ó más faja, estas deben tener
una tolerancia máxima en su largo para asegurar que ninguna esté floja ó tensa
respecto a las demás, sino transmitiría mayor ó menor potencia. Se deben controlar
que las fajas sean todas de la misma marca, numeración y codificadas, no mezclar
fajas nuevas y viejas.
• Almacenamiento prolongado ó inadecuado, el lugar debe ser fresco, seco y no
expuesto a la luz solar. También influye la correcta posición de la correa en el
gancho de la estantería, para no provocar deformaciones excesivas y permanentes.
Cuando las fajas se almacenan por más de 5 años en lugares con temperaturas de
30° C y 70°C de humedad, los compuestos de goma tienden a resecarse.
34
1.6.3 Mantenimiento en Sistema Eléctrico
Para el correcto funcionamiento de los dispositivos instalados en una MCH es necesario
seguir una rutina de mantenimiento en los diversos dispositivos eléctricos presentes.
Entre algunos de los procedimientos a seguir en el mantenimiento se encuentran los
siguientes:
Ajuste de conexiones:
• Revisar el estado de los empalmes, las conexiones y los terminales. Un ajuste
inadecuado de dichas conexiones conlleva a la presencia de sobrecalentamientos
peligrosos que comprometen la integridad y seguridad de las instalaciones.
• Limpiar los contactos sulfatados y reemplazar los que estén con un deterioro
considerable en la que su sustitución no sea un proceso viable.
• Verificar el área de contacto de las resistencias. Realizar una limpieza general de las
resistencias por lo menos 2 veces en el año, verificar la integridad física de la
resistencia y proceder a su sustitución si se encuentra cortocircuitada o con cortes.
Mantenimiento en el generador: Cuando se ha perdido el nivel de aislamiento en los
embobinados, o existen daños irreparables en el esmalte aislante del conductor en el
devanado, o si se han producido cortocircuitos y recalentamientos, se recomienda la
sustitución de la unidad generadora, sin embargo dependiendo de la factibilidad económica
de este cambio, es posible efectuar un rebobinado cuidando que se haga con la misma
sección de conductor, el mismo número de espiras y conexiones y utilizando aislamiento de
la misma o mayor clase térmica original.
35
Mantenimiento de elementos electrónicos: Los dispositivos electrónicos, teóricamente
tienen una vida indefinida, sin embargo, las fallas pueden presentarse en el mismo instante
de iniciar su estado operativo.
Algunos de los fenómenos que producen fallas en los dispositivos electrónicos son:
• La vibración, produce la descalibración de elementos como resistencias
variables, potenciómetros; aparecen roturas en los puntos de contacto y
soladura.
• Las sobretensiones fatigan o deterioran los elementos de menores tensiones de
operación produciendo en casos extremos la destrucción del elemento.
• La contaminación con polvo, humedad, salinidad, hongos o agentes químicos
produce la degradación de los elementos semiconductores.
El mantenimiento que se recomienda para estos elementos es:
• Limpieza con franelas secas de las superficies y elementos.
• Limpieza y desufaltado de las conexiones utilizando los elementos de
limpieza adecuados para equipos y contactos electrónicos.
• En caso de la existencia de potenciómetros se recomienda su calibración y
correcto ajuste.
• Cambio de fusibles abiertos o con falsos contactos, teniendo el cuidado de
sustituirlos por uno de la misma corriente y tensión nominal.
• Recubrir los paneles impresos con barnices impermeables adecuados para su
uso en tarjetería electrónica.
• Toda revisión o cambio de componentes debe de ser realizado por personal
calificada para dichas operaciones.
36
37
CAPÍTULO 2. AUDITORIA Y EVALUACIÓN GENERAL DE LA MICROCENTRAL HIDROELÉCTRICA “LA CHÁCARA”
2.1 SABES
SABES (Saneamiento Básico, Educación Sanitaría y Energías Alternativas) es una
institución ONG sin fines lucrativos dedicada a la construcción de infraestructura sanitaria
(sistemas de agua potable) y a la organización de las comunidades beneficiarias de estos
mismos proyectos, para su administración y mantenimiento.
Figura 2.1 Logo de SABES
También desarrolla proyectos de energías renovables como lo son las microcentrales
hidroeléctricas (MCH).
2.2 La Microcentral Hidroeléctrica “La Chácara”
Legalmente establecida como “Minicentral Hidroeléctrica Comunidad La Chácara”, es una
MCH administrada y construida bajo la organización de SABES. Situada en Carolina San
Miguel, su propósito es de alimentar el suministro eléctrico a varios hogares de la
comunidad de la Chácara (alrededor de 60 hogares).
SABES, en el año de 1996 construye en la comunidad de la Chácara, Carolina San Miguel,
un sistema de agua potable. Esta comunidad reacciona a una excelente administración y
teniendo recursos hídricos del rio Carolina, se comienza un estudio de factibilidad. En 1999
son tramitados los permisos de medio ambiente y en el 2001 se obtiene la concesión de la
SIGET.
38
Fue construida en el año 2001. Hasta el 2009 estuvo operando con una pequeña turbina
Banki de capacidad de 15 kW de origen peruano, alimentando a más de 50 hogares.
Figura 2.2 Fachada principal de la MCH “La Chácara”.
En el año 2007, SABES encarga una nueva TFC de fabricación local y en agosto del 2009,
fue instalada; esto con el propósito de cubrir la demanda que iba creciendo año con año.
Esta TFC fue construida sin considerar correctamente las condiciones del lugar (caudal y
altura), sin embargo su funcionamiento ha sido muy satisfactorio y el propósito del presente
estudio es auditar también su funcionamiento.
2.3 Antecedentes
En febrero del 2002 fue presentado a SABES un estudio denominado “Estudio hidrológico
e Hidráulico Rio Carolina, Municipio de Carolina, San Miguel”. Su objetivo fue garantizar
un caudal mínimo que el rio puede entregar durante todo el año, garantizar que el canal y
bocatoma realizan su función adecuadamente entre otros datos.
En la Universidad Centroamericana “José Simeón Cañas”, en mayo del 2003, fue
presentado un trabajo de graduación denominado “Control Automático Aplicado a Fuentes
Alternas de Energía Eléctrica”, en la cual se presentan las primeras propuestas de mejora a
la MCH “La Chácara”, enfocado al manejo apropiado de la potencia eléctrica producida
mediante controladores automáticos. También propone capacitaciones y modo de manejo
de la MCH en el enfoque eléctrico.
39
2.4 Partes y Aspectos a Auditar en la MCH “La Chácara”
Las diferentes partes que componen la MCH “La Chácara” serán expuestas, detalladas y
analizadas para poder realizar una mejor auditoria y plantear las propuestas de mejora en el
capitulo posterior.
Figura 2.3 Vista aérea del área de la MC “La Chácara”
40
2.5 Obra Civil en MCH “La Chácara”
A continuación, se describirá brevemente las condiciones en que la MCH se encuentra y
opera respecto a su obra civil.
2.5.1 Obra de toma de agua.
La MC retiene el agua del rio Carolina por medio de un pequeño dique (o represa) de
construcción de concreto, reforzado con rocas y un armazón metálico.
Figura 2.4 Construcción de represa en el rio Carolina de la MCH “La Chácara”
Figura 2.5 Represa de la MC “La Chácara” en marzo 2010
De este dique, se desvía un canal de concreto con un ángulo de unos 30 grados respecto al
rio, este canal tiene por función de bocatoma; recoge gran caudal del rio direccionándolo
hacia el canal principal.
41
Entre este primer canal del dique hasta el canal de recorrido existe una rejilla como filtraje
de basura, hojas de arboles, etc. La rejilla tiene espacios muy abiertos, si bien logra detener
grandes desechos, los pequeños escapan. Dos veces al día (por lo menos) es inspeccionada
para limpiar desechos.
Figura 2.6 Canal de Bocatoma de la MCH “La Chácara” en marzo 2010
Figura 2.7 Rejilla de limpieza en canal Bocatoma de la MCH “La Chácara” en marzo 2010
42
2.5.2 Canal de Acceso y Aliviaderos
El recorrido del canal es de unos 600 metros aproximadamente, su lado transversal no es
constante de forma trapezoidal (sus dimensiones cambian en el recorrido).
Figura 2.8 Canal de Acceso, MC “La Chácara” en marzo 2010
Figura 2.9 Medidas promedio de perfil del canal de Acceso en milímetros, MC “La Chácara”.
La fig. 2.9 representa un dimensionamiento aproximado del canal, estas medidas varían en
el recorrido. El canal de dique y el canal de recorrido están fabricados de concreto sin
refuerzo interno. Su estructura es puro concreto con rocas, no presenta algún armazón
metálico. Los movimientos telúricos ha ocasionado ciertas fugas rompiendo brevemente el
canal, cada cierto tiempo son reparadas pues gran caudal esta en perdida por estas fugas.
43
Figura 2.10 Breve fuga de agua en Canal de Acceso, MC “La Chácara” en marzo 2010
Durante épocas de invierno, la capacidad del canal no es suficiente para el caudal y existen
lugares donde existen rebalses. La MCH no cuenta con compuerta reguladora de caudal,
esto provoca rebalses tanto en ciertas secciones del canal como en la cámara de carga. Cabe
mencionar que estos rebalses ocurren en secciones bajas, no es que cuente con aliviaderos
direccionados al rio en el recorrido de este.
Figura 2.11 Rebalse de canal durante época lluviosa de invierno.
El canal es inspeccionado al menos dos veces al día para limpiar desechos o corroborar que
todo marcha bien.
44
2.5.3 Cámara de carga y desarenador
La MCH no posee un desarenador aparte. La cámara de carga posee un filtro de estructura
metálica y cobertor de lámina galvanizada. Este cobertor de apertura giratoria tiene las
medidas de la parte superior de la cámara; esto para evitar contaminantes y que animales
(como vacas, caballos, etc.) no tomen agua de esta cámara y puedan caer. Sus dimensiones
son de 1.93 m de largo, 1.46 m de ancho y 2 m de profundidad.
Figura 2.12 Cámara de carga, MC “La Chácara” en marzo 2010
En su interior hay parte de tubería forzada, esta porción está sellada con perforaciones (esto
cumple como filtro).
Figura 2.13 Cámara de carga, tubería forzada MC “La Chácara” en marzo 2010
Durante épocas de invierno, la cámara de carga no tiene las dimensiones adecuadas para
soportar todo el caudal que el rio entrega y este rebalsa a los alrededores, sin embargo el
45
problema se debe también a la falta de compuertas y vertederos que puedan regular el
caudal (tanto en el bocatoma como en el recorrido del canal y antes de la misma cámara de
carga).
Figura 2.14 Cámara de carga, rebalse durante invierno, MCH “La Chácara” en junio 2010
Figura 2.15 Labores de limpieza en el interior de la cámara de carga.
Otro aspecto importante a tomar en cuenta tanto de la cámara de carga como del canal de
acceso es la facilidad de tener desperdicios y/o contaminantes que hacen tapar la rejilla de
la cámara de carga. La mayoría de estos contaminantes son ramas de los arboles alrededor
del canal que terminan el recorrido en la rejilla de la cámara de carga.
46
Figura 2.16 Rejilla de la cámara de carga obstruida por ramas de árboles.
La cámara de carga es inspeccionada al menos dos veces al día para limpiar de estos
desechos o corroborar que todo marcha bien.
2.5.4 Tubería Forzada.
La tubería forzada esta a una altura de 16 metros aproximadamente sobre la descarga a la
turbina. Es un tubo de PVC de 375 mm (15 pulgadas) de longitud 80 metros
aproximadamente. La recta final de la tubería forzada hacia la turbina es metálica del
mismo diámetro unida a la tubería de PVC por medio de bridas. En su trayecto tiene una
válvula de alivio en caso de sobrepresión o que el regulador de caudal de la turbina este
cerrada y pueda ocurrir cierto alivio de presión sobre el regulador.
Figura 2.17 Unión de tubería forzada MC “La Chácara”, marzo 2010
47
Figura 2.18 Aliviadero de tubería forzada MC “La Chácara”, diciembre 2009
La tubería forzada, al final del recorrido, no cuenta con una válvula principal. La conexión
es directa entre la cámara de carga y la turbina.
2.5.5 Casa de maquinas.
La casa de maquinas es una pequeña edificación de ladrillos rojos con un área cuadrada de
40 m2, esta edificación está dividida en dos habitaciones.
Figura 2.19 Casa de maquinas de la MCH “La Chácara”, marzo 2010
48
A la entrada de la casa de maquinas, en la primera habitación esta la turbina principal
denominada en este estudio como TFC 1. Consiste en una Turbina de flujo cruzado
construida a nivel local.
Figura 2.20 Turbina de Flujo Cruzado Principal en la MC “La Chácara”, marzo 2010
Frente a la TBC 1, están los tableros eléctricos, marcando frecuencia, carga consumida en
porcentaje (%), entre otros dispositivos electrónicos.
En la segunda habitación esta la turbina que la central estuvo operando (TFC 0) entre el
2001 hasta el 2009. Ahora funciona como turbina auxiliar durante mantenimiento y/o fallo
de la TFC 1. Esta tiene su válvula principal que es su regulador de caudal también (Aunque
la tubería forzada para esta turbina está sellada desde la cámara de carga). Los tableros y
controles eléctricos de dicha turbina se encuentran atrás.
En esta misma habitación se almacenan los pocos repuestos que se tienen en stock para
alguna falla, es la habitación más grande de las dos en la casa de maquinas.
49
Figura 2.21 Turbina de Flujo Cruzado auxiliar y su generador en la MC “La Chácara”, marzo 2010
A un lado de la TBC 0, está el banco de resistencias. Es aquí donde la potencia eléctrica
que no es consumida por la comunidad es transformada en calor y desechada por agua
proveniente de la cámara de carga en una tubería independiente.
2.5.6 Canal de descarga.
El canal de descarga es el mismo para ambas turbinas (pues estas no operan
simultáneamente), sus dimensiones están especificadas en la imagen.
Figura 2.22 Canal de descarga, agosto 2009
50
Figura 2.23 Medidas promedio de perfil del canal de salida en milímetros, MC “La Chácara”
La salida en este canal es un flujo muy turbulento recorriendo más de 20 metros de camino
llegando hasta el rio. No posee una pileta de descarga, cae directamente sobre el rio.
Figura 2.24 Descarga de agua turbinada al rio, agosto 2009
51
2.6 Sistemas Mecánicos
La MCH “La Chácara” no cuenta con los mecanismos indispensables que una MCH
requiere, a continuación se detallan las formas con la que la MCH opera sin estos
mecanismos.
2.6.1 Compuertas
La MCH no cuenta con compuertas propiamente mecánicas y de diseño en ningún punto de
la bocatoma, canal y la cámara de carga; sino que se improvisa de una forma no muy segura
para labores de limpieza principalmente en la cámara de carga.
Esta forma improvisada en la cámara de carga consiste en colocar unos maderos con
plásticos en la rejilla de la cámara de carga. Es una forma peligrosa y no adecuada para
vaciar la cámara de carga pues existen rebalses alrededor del canal que erosionan el suelo y
no es seguro durante las labores de limpieza.
Figura 2.25 Forma de vaciado actual de la cámara de carga.
2.6.2 Distribución de flujo a elementos hidráulicos
Como ya se había mencionado, la MCH cuenta con dos turbinas y un banco de resistencias,
estos componentes requieren del flujo proveniente en la cámara de carga. La MCH “La
Chácara”, para cada uno de estos componentes mencionado tiene su propia tubería forzada.
52
La MCH solo opera con una sola TFC, para evitar que una de las dos no esté operando, en
la cámara de carga se debe de tapar con un tapón de PVC la tubería forzada de la turbina a
no utilizar.
Figura 2.26 Tuberías forzadas, la grande corresponde a la TB 1, de en medio corresponde a TB 0 y la tubería
pequeña corresponde a la destinada para el banco de resistencias.
Esta forma de controlar los flujos entrante a la casa de maquinas no es la adecuada, lo ideal
es un sistema de válvulas en la propia casa de maquinas; de esta forma se evita subir hasta
la cámara de carga para realizar un paro y/o modificación.
En el próximo capítulo se planteara una mejor forma de control sobre los flujos a presión
que deben entrar a la casa de maquinas y su respectiva distribución.
2.6.3 Turbinas Mitchell - Banki o de Flujo Cruzado de la MCH “La Chácara”
La MCH inicio con una sola turbina que aparentemente no entregaba su potencia de diseño,
eventualmente la expansión de la comunidad y que las condiciones hidrológicas decidió
hacer una nueva turbina para mayor capacidad. La primera turbina paso a ser una turbina
auxiliar y esta nueva turbina otorga la potencia suficiente para la comunidad y posibles
expansiones.
53
2.6.3.1 TFC 0
Como se le había llamado así anterior mente para este estudio, la TFC 0 fue la primera
turbina que esta MCH opero. Su diseño y construcción es de origen de Perú y fue
especificada según el estudio de factibilidad llevado a cabo en el año de 1999. El diseño
aparentemente no rendía lo especificado para impartir su potencia generada.
Opera con un generador de corriente alterna (AC) “STAMFORD” de un rango base de 16
kW, modelo 0110229/04.
Figura 2.27 Placa del Generador de Turbina de Flujo Cruzado auxiliar, agosto 2009
2.6.3.2 TBC 1
Opera desde agosto 2009 y no ha tenido mayor fallo, funciona de forma muy aceptable y
cubre la demanda eléctrica actual.
Esta turbina ha sido de fabricación local por “Tecnomecanica Cuscatlán”, tomando en
cuenta otra TBC de condiciones (caudal y altura) ajenas (pero similares) a las de la MCH
“La Chácara”. A pesar de esto, trabaja de manera satisfactoria con las condiciones (caudal y
altura) locales.
54
Figura 2.28 Placa de la TBC 1, agosto 2009
La TBC 1 tiene la capacidad de regular su caudal entrante, siendo esta una válvula principal
de la tubería forzada. Sin embargo no existe una válvula entre la tubería forzada y la turbina
propiamente como ya se había mencionado. La TBC 1 transfiere su potencia mecánica por
medio de fajas a un generador síncrono de corriente alterna (AC) “MAGNAPLUS” de
capacidad de 28 kW, modelo 284PDL1708.
2.6.4 Sistema de transmisión de potencia en la MCH
La MCH utiliza el modo de transmisión de potencia más común en las MCH. Mediante
fajas y poleas en ambas turbinas. En las figuras x y z se observan claramente. La TB 0 con
dos fajas y TB1 con 3 fajas.
Durante una de las visitas a la MCH, en junio del 2010 se vio que la TB1 funciono con solo
dos fajas (cuando normalmente opera con 3). Esto fue por la falta de repuestos en la MCH
y la protección que debe existir en estos elementos en movimiento (evitando que algún
agente externo interfiera en el movimiento y dañe una faja, como fue este el caso).
55
Figura 2.29 Sistema de transmisión mediante faja. Turbina de Flujo Cruzado Principal operando con dos
fajas, junio 2010
2.7 Sistemas e instalaciones eléctricas de la MCH “La Chácara”
2.7.1 Características del Generador
El generador eléctrico implementado en la MCH “La Chácara”, es de la marga
MagnaPLUS modelo 234PDL. Los generadores MagnaPLUS son generadores sincrónicos
AC, autoexcitados y con voltaje regulado en forma externa. El generador consiste de 6
componentes mayores: el estator principal (armazón), el rotor principal (campo), y el rotor
excitador (armazón), el montaje rectificador y el regulador de voltaje. Según los datos de
placa (Figura 2.30), el generador presenta las siguientes características:
FRAME 284 KW 28
RPM 1800 KVA 35
HZ 60 VOLTAJE 120/240 D
FASES 3 AMP. 84 A
FP 0.8 ENCL. ABIERTO
VOLTS. CAMPO 50 V TEMP. AMB. 40ºC Tabla 2.1. Datos de placa de generador magnaPLUS
56
Figura 2.30 Generador instalado en central “La Chácara”
Figura 2.31 Datos de placa del generador
2.7.2 Protecciones
La central cuenta con un sistema de relés térmicos, para la conexión y desconexión de la
carga total del sistema así como tableros para la conexión entre los elementos electrónicos
de regulación de carga. El interruptor asignado a las maniobras de conmutación principal es
de marca Bticino modelo MR 250 tripolar con corriente nominal de 200 A. Es de notar que
los conductores de entrada y salida a dicho ferromagnético no cuentan con la identificación
adecuada de fases. Esto podría provocar confusiones al momento de efectuar procesos de
mantenimiento o reconexiones del sistema.
57
Figura 2.32 Interruptor principal de carga.
2.7.3 Sistema regulador de Carga En las instalaciones de la central, se observó la implementación de un sistema de regulación
por absorción, el cual funcionaba en base a la disipación de potencia en un banco de
resistencias de inmersión en agua. El cual ajusta permanentemente la carga del alternador
para mantener la frecuencia constante, igualando de esta manera la energía de salida
generada por el alternador y la energía hidráulica de entrada.
El banco de resistencias consistía en un sistema formado por un banco de 12 resistencias de
10 ohmios cada una (Figura 2.34). La misión es entonces hacer que el generador no perciba
la variación en la demanda de los usuarios. Esto significa que, en teoría, entregue la misma
potencia todo el tiempo.
Figura 2.33 Centro de control banco de resistencias y monitoreo de la central
58
Al disipar potencia en banco de resistencias se fija la admisión de agua hacia la turbina
hasta el punto en que su impulso sea capaz de permitir al generador que haga frente a la
máxima demanda. Así, cuando dicha demanda no es la máxima la potencia excedente es
entregada al banco de resistencias. El principio de la disipación a través de un banco de
resistencias o método de absorción es “mantener el equilibrio de la potencia demandada”..
Figura 2.34 Banco de resistencias.
Según el análisis de carga realizado en el lapso desde las 6 pm de la tarde a las 10 pm de la
noche, se pudo observar la demanda máxima en ese intervalo de tiempo.
Figura 2.35 Grafico Demanda potencia eléctrica activa (W)
4000.004500.005000.005500.006000.006500.007000.007500.008000.008500.00
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00
Wat
ts
Minutos
Demanda Potencia Activa
W
59
Figura 2.36 Grafico Demanda potencia eléctrica aparente (VA)
En base a lo observado en las mediciones, se observa que la demanda máxima se alcanzo a
aproximadamente a las 7:30 pm con una carga de 8.14 KW. Si se realiza una aproximación
al 125% de la máxima carga medida, se puede asegurar que en la central la demanda
máxima esperada en las condiciones actuales de 10.17 KW.
Esta carga es aproximadamente el 36.33% de la capacidad total del generador, por lo que es
posible la expansión de la carga demandada implicando la posibilidad de servir energía a
mas usuarios.
2.8 Auditoria mediante “Check List” para MCH
Para un mejor desempeño y eficiencia en una MCH, se deben de cumplir varios procesos y
tener sus partes con especificaciones estándares funcionales. En el capítulo 1 se planteo
brevemente estas partes y procesos necesarios para un óptimo funcionamiento de una MCH
de manera práctica, funcional y estándar.
Teniendo en cuenta estas consideraciones, se realizo un “Check List” para evaluar no solo
la MCH “La Chácara”, sino cualquier MCH que contengan aquellas partes y
especificaciones básicas que funciona óptimamente.
4000.00
5000.00
6000.00
7000.00
8000.00
9000.00
10000.00
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00
Vol
t Am
pere
Minutos
Demanda Potencia Aparente
VA
60
Mediante los resultados, se dan a conocer las fortalezas y debilidades que una MCH tiene.
Teniendo en cuenta esto se platean aquellas propuestas para fortalecer y proponer
puntualmente.
2.8.1 Esquema del “Check List” para auditar una MCH
El “Check List” es una hoja de cálculos realizada en Microsoft Excel y muy fácil de
utilizar. Básicamente se contestan específicamente por puntaje las preguntas planteadas y el
programa automáticamente realiza una sumatoria y análisis a estos resultados. Al contestar
por completo, se tendrá una nota básica de 0 a 10 (siendo 10 una MCH ideal). En la
siguiente hoja al cuestionario se tiene un recuadro resumen sobre los porcentajes logrados
contra los porcentajes ideales. La ultima hoja es un radar de chart con la que se observa a
primera vista las fortalezas y debilidades que se presentan en la MCH. Dicha hoja de
cálculo la podemos encontrar en el CD adjunto a este trabajo.
Dicho “Check List” puede aplicarlo cualquier persona que tenga conocimientos básicos de
una MCH. En el Anexo A se encuentran las preguntas que este cuestionario posee.
2.8.1.1 Cuestionario de “Check List”
Las preguntas del cuestionario tienen como objetivo, conocer el cumplimiento de diseño de
sus componentes y la forma de organización y administración que el personal encargado
tiene respecto a la MCH.
Las preguntas del cuestionario están divididas en 4 partes:
• Obra Civil: Evalúa si las obras civiles están diseñadas adecuadamente a las
condiciones de la MCH y si cuenta con todos los componentes necesarios.
• Elementos Mecánicos: Se exponen si tiene aquellos elementos necesarios para
aprovechar la potencia hidráulica y si estos están estructurados, diseñados y
organizados para un fácil control y optimización.
61
• Elementos y Controles Eléctricos: Se analiza el funcionamiento adecuado, control,
capacidad y manejo eléctrico que la MHC cuenta.
• Organización, Capacitación y mejoramiento continuo: Trata de descubrir si el
personal está organizado adecuadamente, capacitado y apto para cumplir las
funciones asignadas en caso de fallas y como estas se van archivando para la mejora
continua.
En total son 15 casillas con sus respectivas preguntas enfocadas al funcionamiento que la
casilla representa. Un ejemplo: la primera casilla representa al Bocatoma y da preguntas
específicas del funcionamiento de este; el bocatoma corresponde a la clasificación de Obra
Civil.
Estas preguntas se contestan teniendo 3 posibles alternativas: negación (0), intermedio (5) y
cumple (10). En intermedio, se debe aclarar en la columna “observaciones” aquello que no
permitió haber cumplido un 10.
2.8.2 Resultados obtenidos aplicando el “Check List: Auditoria a una MCH” en la MCH “La Chácara”
En el anexo A se encuentran el llenado detallado al cuestionario del “Check List: Auditoria
a una MCH” realizado en junio del 2010 a la MCH “La Chácara” y sus ponderaciones. En
esta sección se presentaran los resultados, resumen, fortalezas y debilidades.
La nota global fue de “4.2”. La MCH “La Chácara”, en base a una MCH ideal, muestra una
nota no muy satisfactoria según el desempeño actual.
En la tabla 2.1 se muestran los resultados individuales a modo de resumen de las 15 casillas
que está compuesta el Check List y como se comparan los resultados esperados a los reales.
62
Tabla 2.2 de resultados individuales de evaluación de la MCH “La Chácara” usando el “Check List para
evaluación de Microcentrales Hidroeléctricas”.
La figura 2.37 muestra el “diagrama de chart” o “radar de chart”, mostrando resultados
claves, los vacios y complementos de la MHC.
Figura 2.37 Radar de Chart en la evaluación de la MCH “La Chácara” usando el “Check List para evaluación
de Microcentrales Hidroeléctricas”.
De los resultados podemos decir:
0.0%
2.0%
4.0%
6.0%
8.0%Bocatomas
Canal
Desarenador
Camara de Carga
Tuberia Forzada
Canal de agua turbinada
CompuertasVálvulas de distribuciónTurbina
Generador Electrico
Equipos de medicion y control Electrica
Instalaciones electricas
Capacitacion al personal
Plan de mantenimiento
Plan y seguimiento de monitoreo
IdealReal
63
• De los 15 puntos importantes a evaluar, la MCH carece de 8 puntos
• El generador fue la mejor evaluada
• La turbina hidráulica, las instalaciones eléctricas, el canal de entrada y salida
cumplen su función de forma media (faltan procesos y/o mecanismos para un
optimo funcionamiento).
• La MHC requiere de muchas mejoras.
En base a estos resultados obtenidos, en el capítulo 3 se platearan las mejoras necesarias
con sus respectivos detalles.
2.9 Caudales y altura disponible en MCH “La Chácara”
2.9.1 Datos Caudales obtenidos
Desde agosto del 2009 a julio del 2010 se han realizado 6 visitas con el propósito de
analizar la MCH, en cada visita se realizaron mediciones de caudales con diferentes
métodos descritos en el Anexo B.
Fecha de medición
Método de Medición Lugar Caudal Unidades
15 agosto 2009 Molinete A 1 m de Cámara de Carga 0.1461 m3/seg 15 agosto 2009 Molinete
A 100 m de Cámara de Carga 0.1676 m3/seg
23 octubre 2009 Molinete A 1 m de Cámara de Carga 0.06 m3/seg 23 octubre 2009 Molinete
A 100 m de Cámara de Carga 0.1 m3/seg
2 diciembre 2009 Método de la Sal
A 100 m de Cámara de Carga 0.1314 m3/seg
2 diciembre 2009 Método de la Sal
A 100 m de Cámara de Carga 0.1327 m3/seg
14 marzo Molinete Entrada Bocatoma 0.1851 m3/seg
64
2010 14 marzo 2010 Molinete
A 100 m de Cámara de Carga 0.1702 m3/seg
20 junio 2010 Molinete Entrada Bocatoma 0.2194 m3/seg 20 junio 2010 Molinete A 1 m de Cámara de Carga 0.2128 m3/seg 15 julio 2010 Molinete Entrada Bocatoma 0.2966 m3/seg 15 julio 2010 Molinete
A 100 m de Cámara de Carga 0.2279 m3/seg
15 julio 2010 Molinete A 1 m de Cámara de Carga 0.223 m3/seg 15 julio 2010 Ultrasonido Tubería forzada (normal) 0.1092 m3/seg 15 julio 2010 Ultrasonido Tubería forzada (máximo) 0.21 m3/seg
Tabla 2.3 Mediciones de caudales en actual estudio
Podemos concluir que:
• Las mediciones en octubre no concuerdan mucho con el patrón que debería de ser
(posiblemente por uso inadecuado del equipo). Fuera de esta medición, las demás
son muy aproximadas a la realidad.
• La existencia de un caudal mínimo de 0.15 m3/seg en el canal como lo sugiere el
estudio “Estudio hidrológico e Hidráulico Rio Carolina, Municipio de Carolina, San
Miguel” es muy acertante.
• En épocas de invierno vemos como existe un sobre caudal, esto lo observamos a
simple vista con los rebalses en el canal y cámara de carga.
• El caudal estable en la tubería forzada está por debajo del necesario y optimo, sin
embargo la carga eléctrica consumida no era máxima
• El caudal que la tubería forzada con el regulador de caudal de la turbina casi
totalmente abierta nos dice que dicha tubería tiene una gran capacidad.
65
2.9.2 Altura disponible
La determinación de esta altura la hacemos mediante el manómetro instalado en la TFC 1 y
sacando una media de los datos recopilados en cada viaje. Esta media es de 23 psi que en
columna de agua esto es 16.29 m.
2.10 Análisis de la potencia electromecánica teórica.
A continuación se calcularan los valores teóricos de potencia hidráulica, el valor de
potencia mecánica teórica de la turbina y el valor teórico de potencia eléctrica. Estos
valores serán comparados en lo posible con las mediciones eléctrica realizadas durante el
estudio.
2.10.1 Cálculo de la eficiencia teórica de la turbina Banki según el rodete
Utilizando la fórmula del profesor húngaro Donat Banki para el cálculo de la eficiencia de
la turbina, la cual depende del diámetro del rotor y de la altura neta:
Diámetro de rotor: D_rotor = 0.36196m
Altura neta: H_neta = 16.29 m
Ecuación Banki:
𝜂𝑡𝑓𝑐 = 0.771 − 0.384 𝐷_𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟𝐻_𝑛𝑒𝑡𝑎
(Ec. 2.1.)
Tenemos que:
ηtfc =0.7629
ηtfc =76.29% (Eficiencia teórica de la turbina)
Esta eficiencia es congruente con los textos porque los estudios realizados por mucho
proyectos de turbinas Banki nos dicen que el intervalo de eficiencias de una turbina de este
tipo se encuentra entre el 70% al 77%.
66
Usando el caudal optimo de Q = 0.15 m3/seg y la anterior altura neta (H_neta = 16.29
metros) hacemos el cálculo de la potencia hidráulica aprovechable máximo y el de la
turbina tomando en cuenta la eficiencia teórica de la TFC. Tenemos entonces:
𝑃ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎𝑢𝑙𝑖𝑐𝑎 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = Υ ∗ 𝐻𝑛𝑒𝑡𝑎 ∗ 𝑄 (Ec. 2.2.)
𝑃ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎𝑢𝑙𝑖𝑐𝑎 𝑡𝑒𝑟𝑖𝑐𝑎 = Υ ∗ 𝐻𝑛𝑒𝑡𝑎 ∗ 𝑄 ∗ 𝜂𝑡𝑓𝑐 (Ec. 2.3.)
Donde:
Phidraulica ideal: Potencia máxima posible e ideal
γ: Gravedad especifica del agua
H_neta: Altura neta de la MCH
Q: Caudal ideal y constante de la MCH
Phidraulica teorica: Potencia teórica de la TFC 1
Por resultado tenemos entonces:
Phidraulica ideal: 23.97 kW
Phidraulica teorica: 18.28 kW
Para la potencia teórica eléctrica generada por el sistema necesitamos la eficiencia del
generador eléctrico, esta ronda siempre entre el 90% y el 95%. Para el generador de la
MCH en la TFC 1, asumimos 90% (ηgenerador = 0.9).
La potencia eléctrica teórica está definida por:
𝑃𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = Υ ∗ 𝐻𝑛𝑒𝑡𝑎 ∗ 𝑄 ∗ 𝜂𝑡𝑓𝑐 ∗ 𝜂𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 (Ec. 2.4.)
Resultado tenemos:
Pelectrica = 16.46 KW.
67
La TFC 0 fue diseñada para 15 kW tomando estas mismas consideraciones, un valor muy
cercano.
Conocer la potencia tanto eléctrica, mecánica e hidráulica máxima de la TFC 1 en la
práctica en este estudio no fue posible por motivos eléctricos en la instalación.
68
69
CAPÍTULO 3. PROPUESTAS DE MEJORA PARA LA MICROCENTRAL HIDROELECTRICA LA CHACARA
3.1 Mejora de Obra Civil en MCH “La Chácara”
La MCH “La Chácara”, mediante los resultados del capítulo 2, ha presentado ciertas
debilidades al carecer partes de obra civil importantes de una MCH y/o que su diseño no es
el adecuado para las condiciones regionales. A continuación se presentan diseños y
propuestas para el mejoramiento de la obra civil.
3.1.1 Diseño Aliviaderos
Se propone en este apartado la modificación del canal haciéndole unos vertederos en
distintos puntos de recorrido del canal para aliviar caudales excedentes (especialmente en
épocas de invierno). Estos vertederos deben tener ciertas dimensiones apropiadas para que
no se le quite caudal que necesite la MCH para la operación. En el Anexo C.1 se encuentra
explicado el método de cálculo para el dimensionamiento de un vertedero. Como fue
explicado en el capítulo 2, las dimensiones de la canaleta no son constantes en todo el
recorrido, existen secciones mayores y otras menores. Las siguientes figuras,
complementan la tabla 3.1. Estas mediciones representan las de la sección transversal del
canal en un punto y las medidas que dicho vertedero debe tener.
Figura 3.1 Representación de medidas de sección transversal en canal para Tabla 3.1.
70
Figura 3.2 Representación de medidas de vertedero para Tabla 3.1., vista lateral en canal.
Vertedero Ubicación Referencia B
(m)
b
(m)
y
(m)
h
(m)
(b-h)
(m)
L
(m)
1 10 metros
del
bocatoma
aprox.
Entre el
bocatoma y
primera
compuerta
(actualmente
1era rejilla)
0.8 0.35 0.33 0.20 0.13 0.7
5
2 300
metros del
bocatoma
aprox.
Mediados del
canal
0.8 0.4 0.46 0.30 0.15 0.9
3 1 Metro de
la entrada
de la
cámara de
carga
Antes de la
compuerta a
instalar en la
cámara de carga
0.98 0.5 0.52 0.3 0.22 0.5
Tabla 3.1. Medidas de vertedero según medidas de sección transversal de canal
Es altamente recomendable que exista una compuerta antes de al menos dos vertederos para
que regule el caudal de forma más exacta. Es indispensable también un camino de piedras a
la salida de caudal del vertedero. Este camino debe conducir el flujo hacia el rio, evitando
erosión en el área del canal. Este canal no necesariamente será de piedra, puede ser del
mismo material de las demás canaletas.
71
3.1.2 Desarenador y cámara de carga
En el Anexo C.2 se encuentra el proceso de cálculo para el diseño del desarenador y de la
cámara de carga. Las siguientes imágenes (con dimensiones en metros) indican el
dimensionamiento de estos componentes.
Figura 3.3 Dimensiones de desarenador (unidades: metros)
72
Figura 3.4 Dimensiones de cámara de carga (unidades: metros)
En los anexos “Planos” del CD adjunto a este proyecto, se encuentran detallados las
dimensiones de estos componentes, de las compuertas y otros accesorios necesarios para
estos.
3.1.3 Sistema de rejillas de agua
A la entrada del bocatoma se debe colocar una rejilla metálica del tipo “entrada directa”
como lo especifica la imagen. La separación de las varillas podría ser a cada 4 centímetros.
73
Figura 3.5 Rejilla de Bocatoma
La rejilla en la cámara de carga, cubrirá toda el área inclinada especificada como lo indica
la figura 3.6. La distancia entre las varillas podrá ser de 4 centímetros.
Figura 3.6 Rejilla en cámara de carga
74
Para todas las rejillas, estas deberá de ser de varilla entre 1/4 a 5/8 de pulgada, resistente y
pintada con un poderoso anticorrosivo. En el anexo “Planos” del CD están detallados
ciertas medidas y materiales para las todos los sistemas de filtración.
Para limpieza, se debe fabricar un rastrillo que entre perfectamente entre los espacios de las
varillas para facilitar retirar aquellos desechos que impiden el libre flujo.
Figura 3.7 Rastrillo de limpieza de las rejillas
3.1.4 Tubería Forzada
Las tuberías de PVC como la que tiene la MCH “La Chácara”, por lo general van
enterradas, sin embargo se debe hacer un recubrimiento de piedras alrededor antes de
enterrarlo, esto evitara que raíces puedan romper la tubería y ocasionar grandes daños.
3.1.5 Casa de Maquinas
El área para el cuarto de maquinas es muy espaciosa y resistente, sin embargo se
recomienda:
• Organizar y almacenar el stock de repuestos
• Organizar y almacenar las herramientas adecuadas
• Señalizar los peligros.
• Mantener limpio todos los componentes y el área general.
75
3.1.6 Canal de Descarga
El caudal de descarga sale de forma turbulenta, en el trayecto del canal de descarga se
estabiliza. De ser posible, se recomienda ampliar este canal para disminuir esta turbulencia.
3.1.6.1 Vertedero al final del canal de descarga
Se llama vertedero a la estructura hidráulica sobre la cual se efectúa una descarga a
superficie libre. El vertedero puede tener diversas formas según las finalidades a las que se
destine. Si la descarga se efectúa sobre una placa con perfil de cualquier forma pero de
arista aguda, el vertedero se llama de pared delgada; cuando la descarga se realiza sobre
una superficie, el vertedero se denomina de pared gruesa. Ambos tipos pueden utilizarse
como dispositivos de aforo en el laboratorio o en canales de pequeñas dimensiones. El
vertedero de pared gruesa se emplea además como obra de control o de excedencias en una
presa y como aforador en grandes canales.
Los vertederos son una de las formas más sencillas y más utilizadas para la medición de
caudal; están formados por un hueco situado en el borde superior de una placa metálica o
de madera. Esta placa se coloca en la acequia en sentido perpendicular a la corriente, de tal
modo que toda el agua que circula por la acequia, pasa necesariamente por el vertedero.
Estos se clasifican según la forma que se obligue a adoptar a la sección de la vena liquida
que circule por él, pueden ser de forma rectangular, trapezoidal o triangular.
El vertedero triangular es bastante eficiente pero presenta una gran pérdida de carga; por lo
cual se recomienda para caudales pequeños (menores a 10 l/s) ya que en estos niveles de
caudal, su precisión es mayor a las de los otros vertederos. Su ángulo de inclinación
generalmente es de 90°
76
Figura 3.8 Modelo de vertedero triangular
El vertedero rectangular es uno de los más utilizados debido a que es muy sencillo de
construir. Nos proporciona una lectura con un nivel de error que fluctúa entre el 3% y el
5%. Para poder calcular el caudal se puede utilizar diferentes ecuaciones empíricas; en este
caso solo mencionaremos la ecuación de Francis, que es la más utilizada y corresponde a un
vertedero rectangular con contracción lateral.
𝑄 = 1.84(𝐿 − 0.2𝐻)𝐻32
Donde:
Q= Caudal en m3/s
L= Largo de la cresta del vertedero (metros).
H= Altura o carga leída en el punto de referencia (metros)
77
Figura 3.9 Modelo Vertedero rectangular
Para nuestra aplicación, se propone el diseño de una pileta de 1.8 metros de ancho y 2.3
metros de largo, su profundidad es de 0.5 metros y tendrá instalado un elemento graduado
(como una regla) a 1.5 metros respecto al vertedero para las mediciones de alturas de agua.
Esta pileta se alimentara del canal de descarga y será descargado en un vertedero
rectangular con un largo de cresta de 1 metro, obteniendo así los siguientes resultados de
caudal con respecto a la altura.
78
Ancho de cresta (m)= 1 metro
Altura H
(cm)
Caudal
(m3/s)
Caudal
(l/s)
5 0.0204 20.37
6 0.0267 26.72
7 0.0336 33.60
8 0.0410 40.97
9 0.0488 48.79
10 0.0570 57.02
11 0.0657 65.65
12 0.0747 74.65
13 0.0840 84.00
14 0.0937 93.69
15 0.1037 103.69
16 0.1140 113.99
17 0.1246 124.59
18 0.1355 135.46
19 0.1466 146.60
20 0.1580 157.99
21 0.1696 169.63
22 0.1815 181.51
23 0.1936 193.62
24 0.2060 205.95
25 0.2185 218.50
Tabla 3.2. Caudal en vertedero según altura marcada en regla
En el anexo “Planos” del CD adjunto a este estudio se encuentra detallado esta pileta con su
respectivo vertedero.
79
Un problema frecuente en el diseño de estructuras hidráulicas se presenta cuando es
necesario disipar la energía cinética que adquiere el agua al descender en canales de fuertes
pendientes en vertederos, rápidas y caídas o por la descarga de compuertas a un canal. Los
disipadores de energía son estructuras que se diseñan para generar pérdidas hidráulicas
importantes en los flujos de alta velocidad. El objetivo es reducir la velocidad y pasar el
flujo de régimen supercrítico a subcrítico.
Existen varios tipos de disipadores de energía, entre los cuales se tienen:
Tanques amortiguadores: Disipa la energía cinética del flujo supercrítico al pie de la
rápida de descarga, antes de que el agua retorne al cauce del río. Todos los diseños de
tanques amortiguadores se basan en el principio del resalto hidráulico, el cual es la
conversión de altas velocidades del flujo a velocidades que no puedan dañar el conducto de
aguas abajo. La longitud del tanque debe ser aproximadamente la longitud del
resalto. Ésta se puede disminuir construyendo bloques de concreto, dientes o sobre
elevando la salida. Es muy importante tener en cuenta el número de Froude para saber la
forma y características del resalto y del flujo y así definir el tipo de estanque.
Bloques de concreto o bafles: Se instalan en el piso del tanque amortiguador para
estabilizar el salto suministrando una fuerza en el sentido de aguas arriba. También se
instalan a lo largo del canal de descarga, intercalados, para hacer que el flujo tenga un
recorrido más largo y curveado, disminuyendo su velocidad.
Dientes o dados: Se colocan a la entrada del tanque amortiguador para dispersar el
flujo. También se colocan en los vertederos y canales de descarga para disminuir la energía
por medio de impacto. Cuando se colocan en la contraescarpa distribuyen el impacto en un
área mayor. Por medio del uso de modelos reducidos se ha llegado a la conclusión que son
muy eficaces para caudales pequeños pero para grandes, el agua se subdivide con violencia
y es lanzada en arco de gran altura y al caer provoca socavaciones en el terreno. Debe
tenerse en cuenta las cargas adicionales sobre la estructura que transmiten los dados
80
amortiguadores al vertedero, para que por mal diseño de estos no se comprometa la
estabilidad de la presa.
Escalones: Se colocan con mayor frecuencia en el canal de descarga y disipan la energía
por medio de impacto e incorporación de aire al agua. Colchón hidráulico: se hace necesario cuando no es posible lograr la disipación de energía
deseada de manera natural, es decir cuando el tirante conjugado necesario es mayor al
tirante existente aguas abajo. En esos casos se considera la alternativa de forzar a la
disipación a través de un cuenco artificial, obligando el desarrollo del resalto hidráulico en
un tramo definido que sea lo más corto posible, para este propósito serán necesarias obras
complementarias que permitan proteger el perímetro mojado de la zona de mayores
velocidades.
Figura 3.10 Modelo de colchón de amortiguación
3.1.7 Lugares propuestos de instalación
Si bien, ha sido especificado aproximadamente donde instalar elementos como los
aliviaderos y el desarenador, la siguiente imagen da una vista aérea de donde instalar estos
elementos entre otros que veremos en el siguiente apartado.
81
Figura 3.11 Vista aérea de la MCH con las propuestas lugares para instalación de diferentes componentes
3.2 Mejoras en Sistemas Mecánicos
Los sistemas mecánicos en una MCH tienen como función mejorar la optimización,
garantizar la seguridad de los operarios y un continuo funcionamiento.
3.2.1 Diseño de Compuertas
Se recomienda la instalación de 5 compuertas a lo largo de todo el canal.
82
1. Compuerta en área cercana al bocatoma: Esta compuerta puede colocarse en el
área donde está la actual rejilla. Esta cumplirá el objetivo de ser el primer
regulador de caudal entrante a la canaleta y también cerrara acceso a esta en
caso de mantenimiento y/o necesidad.
2. Compuerta en punto medio al canal: Deberá estar después de un vertedero con
el propósito de desviar parte del caudal que esté de más y enviarlo a una
pequeña quebrada situada en medio del tramo del canal. También podrá cumplir
la función de detener agua al cerrarla por completo.
3. Compuerta en el desarenador: Esta compuerta pasara la mayoría del tiempo
cerrada y se abrirá parcialmente para limpiar el fondo de los sólidos
sedimentados.
4. Compuerta principal de cámara de carga: Su posición será antes de la cámara de
carga y un vertedero debe estar cercano para desviar un caudal excedente. Su
función será regular caudal y cerrar paso del agua al interior de la cámara de
carga.
5. Compuerta lateral de cámara de carga: Al nuevo diseño de cámara de carga,
deberá tener esta compuerta para limpiar los sólidos sedimentados en el fondo
y/o vaciar la cámara de carga.
Las compuertas 1,2 y 4 son de un solo diseño y las 3,5 son similares pero con cierta
diferencia. Estas compuertas propuestas son del tipo deslizantes con rodillos, accionadas
por un tornillo de potencia. Los sellos, rodillos, pintura general (anticorrosiva) deben ser
revisadas al menos una vez por semana para mantenerlas funcionando en todo momento.
En el anexo “Planos” del CD adjunto a este proyecto, podemos encontrar las dimensiones
y breves descripciones de cada compuerta.
3.2.2 Diseño de Distribución mediante Válvulas
Para una buena distribución del caudal en una sola tubería forzada, se debe hacer un
sistema de tubería usando válvulas y accesorios. De esta manera, se podrá tener todo el
control en la casa de maquinas y distribuir el caudal a los elementos necesarios y mantener
83
activos aquellos componentes necesarios. La siguiente figura indica una red de válvulas de
compuertas distribuidas según el componente. Las medidas de válvulas, accesorios y
tuberías dependerán de cada accesorio. La válvula principal y la TFC 1 es del mismo
diámetro de la tubería forzada (15 pulgadas).
Figura 3.12 Sistema de distribución de caudal en casa de maquinas. A: Accesorio Tee, B: Reductor de tubería, C: Codo
84
3.2.3 Turbina Mitchell - Banki o de Flujo Cruzado de la MCH “La Chácara”
Se recomienda dar seguimiento a la cuantificación del funcionamiento de la TFC 1 y
obtener potencia de entrega máxima y mínima que esta TFC tiene con las condiciones
presentadas en “La Chácara”.
3.2.3.1 Guarda de Seguridad de poleas y fajas entre turbina – generador
Se debe fabricar una guarda de seguridad alrededor de las poleas y fajas del sistema. De
esta manera se protegen los elementos y operarios de tener contacto con estas partes en
movimiento.
Figura 3.13 Guarda de seguridad sistema de poleas y fajas
El dimensionamiento de separación entre poleas y la guarda de seguridad viene dado por la
siguiente imagen.
85
Figura 3.14 Dimensionamiento de separación de guarda de seguridad y poleas
La guarda de seguridad debe ser de lámina metálica perforada con agujeros máximos de 10
mm ó lamina desplegada 1/4 de pulgada. De esta manera, se podrá ver el interior y estar
pendientes en caso de fallo de alguna faja. El resto de estructura debe ser fuerte y anclada al
piso, de fácil acceso al interior. Los materiales pueden ser diversos como angulares,
platinas, etc.
3.2.4 Propuestas de mejora en los Sistemas e instalaciones eléctricas de la MCH “La Chácara”
En la MCH “La Chácara”, se pudo observar en las visitas realizadas, diversas deficiencias
en el suministro eléctrico; entre las cuales podemos mencionar: caída de la frecuencia,
fluctuaciones en el voltaje y comportamiento errático del centro de control de carga. Para el
caso de las variaciones de frecuencia, es necesaria la revisión de los dispositivos de
medición y control; y de ser posible la implementación de un sistema de control
automatizado para el monitoreo de los valores de frecuencia y tensión.
En el banco de resistencias, se detecto que los conductores de conexión no presentan
identificación ni código de colores adecuado y algunas de las resistencias presentan
conexiones defectuosas o inexistentes en algunos casos. Esto compromete la integridad de
las instalaciones por riesgo de cortocircuito.
86
Es necesaria la revisión de la configuración del control del banco de resistencias, ya que se
detecto que solo una etapa está en funcionamiento y la corrección está limitada a lo
proporcionado por dicha etapa, lo cual produce el comportamiento errático del banco de
resistencias y el centro de control de carga. Es necesario el levantamiento de un diagrama
unifilar eléctrico para la correcta identificación y facilitar de esta manera las rutinas de
inspección y mantenimiento.
El diseño, construcción y puesta en marcha del sistema de regulación de carga podría ser
adaptado del sistema existente pero en desuso, aplicando las correcciones según las
condiciones actuales presentes en la MCH “La Chácara”.
Asumiendo que la potencia total eléctrica posible generada es de 15 kW y en base a la
potencia máxima consumida según los datos obtenidos en este estudio (10 kW). La central
opera en un 66.66% de esta capacidad. La MCH puede expandir su red en un 23.34%.
(Dejando un factor de seguridad del 10%) Podríamos asumir que un número limite de casas
conectada a la MCH fuera de 80 casas.
Estos cálculos han sido asumiendo que la potencia máxima registrada de 10 kW de
consumo en realidad sea la máxima.
3.3 Mejoramiento en la Organización, Capacitación y mejoramiento continúo
3.3.1 Plan de mantenimiento preventivo
El mantenimiento es la acción eficaz para mejorar aspectos operativos relevantes de un
establecimiento tales como funcionalidad, seguridad, productividad, confort, imagen
corporativa, salubridad e higiene. Otorga la posibilidad de racionalizar costos de operación.
El mantenimiento debe ser tanto periódico como permanente, preventivo y correctivo..
El mantenimiento es la segunda rama de la conservación y se refiere a los trabajos que son
necesarios hacer con objeto de proporcionar un servicio de calidad estipulada. Es
importante notar que, basados en el servicio y su calidad deseada, debemos escoger los
equipos que nos aseguren obtener este servicio; el equipo queda en segundo término, pues
87
si no nos proporciona lo que pretendemos, debemos cambiarlo por el adecuado. Por ello,
hay que recordar que el equipo es un medio y el servicio es el fin que deseamos conseguir.
Mantenimiento es la actividad humana que garantiza la existencia de un servicio dentro de
una calidad esperada. Cualquier clase de trabajo hecho en sistemas, subsistemas, equipos
maquinas, etc., para que estos continúen o regresen a proporcionar el servicio con calidad
esperada, son trabajos de mantenimiento, pues están ejecutados con este fin. El
mantenimiento se divide en mantenimiento correctivo, mantenimiento preventivo y
mantenimiento predictivo.
El mantenimiento correctivo es la acción de carácter puntual a raíz del uso, agotamiento de
la vida útil u otros factores externos, de componentes, partes, piezas, materiales y en
general, de elementos que constituyen la infraestructura o planta física, permitiendo su
recuperación, restauración o renovación, sin agregarle valor al establecimiento. Es la
actividad humana desarrollada en los recursos físicos de una empresa, cuando a
consecuencia de una falla han dejado de proporcionar la calidad de servicio esperada. Este
tipo de mantenimiento de divide en dos ramas: correctivo contingente y correctivo
programable.
El mantenimiento correctivo contingente se refiere a las actividades que se realizan en
forma inmediata, debido a que algún equipo proporciona servicio vital ha dejado de
hacerlo, por cualquier causa, y tenemos que actuar en forma emergente y, en el mejor de los
casos, bajo un plan contingente.
Las labores que en este caso deben realizarse, tienen por objeto la recuperación inmediata
de la calidad de servicio; es decir, que esta se coloque dentro de los limites esperados por
medio de arreglos provisionales, así, el personal de conservación debe efectuar solamente
trabajos indispensables, evitando arreglar otros elementos de la maquina o hacer otro
trabajo adicional, que quite tiempo para volverla a poner en funcionamiento con una
adecuada fiabilidad –que permite la atención complementaria cuando el mencionado
88
servicio ya no se requiera o la importancia de este sea menor y, por lo tanto, al ejecutar
estos trabajos se reduzcan las perdidas.
El mantenimiento correctivo programable se refiere a las actividades que se desarrollan en
los equipos o maquinas que están proporcionando un servicio trivial y este, aun que
necesario, no es indispensable para dar una buena calidad de servicio, por lo que es mejor
programar su atención, por cuestiones económicas; de esta forma, se puede compaginarse si
estos trabajos con los programas de mantenimiento o preservación.
El mantenimiento predictivo es la serie de acciones que se toman y las técnicas que se
aplican con el objetivo de detectar fallas y defectos de maquinaria en las etapas incipientes
para evitar que las fallas se manifiesten catastróficamente durante operación y que
ocasionen paros de emergencia y tiempos muertos causando impacto financiero negativo.
El requisito para que se pueda aplicar una técnica predictiva es que la falla incipiente
genere señales o síntomas de su existencia, tales como; alta temperatura, ruido, ultrasonido,
vibración, partículas de desgaste, alto amperaje, etc. Las técnicas para detección de fallas y
defectos en maquinaria varían desde la utilización de los sentidos humanos (oído, vista,
tacto y olfato), la utilización de datos de control de proceso y de control de calidad, el uso
de herramientas estadísticas, hasta las técnicas de moda como; el análisis de vibración,
la termografia, la tribología, el análisis de circuitos de motores y el ultrasonido.
Entre las ventajas del mantenimiento predictivo podemos mencionar:
• Las fallas se detectan en sus etapas iniciales por lo que se cuenta con suficiente
tiempo para hacer la planeación y la programación de las acciones correctivas
(mantenimiento correctivo) en paros programados y bajo condiciones controladas
que minimicen los tiempos muertos y el efecto negativo sobre la producción y que
además garanticen una mejor calidad de reparaciones.
• Las técnicas de detección del mantenimiento predictivo son en su mayor parte
técnicas "on-condition" que significa que las inspecciones se pueden realizar con la
maquinaria en operación a su velocidad máxima.
89
• El mantenimiento predictivo es mantenimiento proactivo ya que permite administrar
las fallas antes de que ocurran en operación y no después como lo hace el
mantenimiento reactivo.
El mantenimiento preventivo consiste en la programación de inspecciones, tanto de
funcionamiento como de seguridad, ajustes, reparaciones, análisis, limpieza, lubricación,
calibración, que deben llevarse a cabo en forma periódica en base a un plan establecido y
no a una demanda del operario o usuario.
Su propósito es prever las fallas manteniendo los sistemas de infraestructura, equipos e
instalaciones productivas en completa operación a los niveles y eficiencia óptimos.
La característica principal de este tipo de Mantenimiento es la de inspeccionar los equipos y
detectar las fallas en su fase inicial, y corregirlas en el momento oportuno.
Entre las ventajas del Mantenimiento Preventivo podemos mencionar las siguientes:
• Confiabilidad, los equipos operan en mejores condiciones de seguridad, ya que se
conoce su estado, y sus condiciones de funcionamiento.
• Disminución del tiempo muerto, tiempo de parada de equipos/máquinas.
• Mayor duración, de los equipos e instalaciones.
• Disminución de existencias en Almacén y, por lo tanto sus costos, puesto que se
ajustan los repuestos de mayor y menor consumo.
• Uniformidad en la carga de trabajo para el personal de Mantenimiento debido a una
programación de actividades. - Menor costo de las reparaciones.
3.3.1.1 Plan de Mantenimiento Obra civil
Es de suma importancia conocer y realizar las acciones de mantenimiento de las obras
civiles e hidráulicas para un permanente funcionamiento del sistema; para ello
90
describiremos a continuación las diversas actividades de mantenimiento para poder obtener
un óptimo funcionamiento de la MC.
Partes de acero: Si hay partes de acero expuestas al aire, se deberían proteger con
galvanización, pintura, grasa u otro método apropiado. Todo signo de oxidación debe
eliminarse para continuación, proteger el área inmediatamente.
Albañilería: Los bordes de piedra del canal deben repararse en las secciones donde ocurran
daños. Se debe determinar la causa del daño y hacer las correcciones antes de reemplazar o
reparar con cemento las grietas en la albañilería. Las paredes se deberán inspeccionar y
reparar con cemento siempre que sea necesario.
Áreas alrededor de las estructuras de la central: Las áreas alrededor de la planta y a lo
largo del sistema de conducción que no estén pavimentadas con cemento o con un acabado
similar deben estar cubiertas de vegetación. Cualquier árbol o vegetación de gran tamaño
que se encuentre cerca de las estructuras y que les pueda causar daños debe retirarse lo
antes posible. Se debe impulsar el crecimiento de hierba y otra vegetación baja debido a su
efecto estabilizador sobre las pendientes de tierra. Se deben eliminar todas las
obstrucciones en los drenajes de las cercanías de los perímetros de la excavación para
interceptar desprendimientos y evitar la erosión y, si es necesario, se deben rehacer los
drenajes.
Áreas pintadas: La pintura puede verse dañada en puntos localizados debido a daños
mecánicos menores o una pequeña falla localizada en el momento de aplicar la pintura. En
cada caso, se debe secar el área afectada, se debe eliminar la suciedad (o humedad) y se
debe eliminar el posible óxido de la superficie justo antes de volver a pintarla con el mismo
sistema de pintura utilizado inicialmente.
Si el sistema de pintura se deteriora de manera general en un tiempo de uso reducido, es
necesario establecer si la raíz del problema está en la especificación inadecuada del sistema
de pintura para este propósito determinado o si el problema está en la aplicación de la
pintura.
91
Toma de agua: Se sugiere una inspección anual de la presa del río y de la estructura de la
bocatoma. De manera similar, éstas se deben inspeccionar después de cualquier inundación,
especialmente el cauce del río y los trabajos de protección del banco del río.
Se deben a llevar cabo controles periódicos en busca de fugas a través o por debajo de la
presa o alrededor de los refuerzos. La proporción de flujo deberá medirse para poder
observar cualquier incremento y proceder con inspecciones más detalladas o tomar las
medidas necesarias. Estas medidas pueden consistir en la eliminación de la fuente de agua,
bloqueando la fuga con cemento, un empaque impermeable u otro material apropiado, o la
instalación de filtros de grava o arena reversible, o una malla de filtro.
Debe comprobarse el libre movimiento de todos los mecanismos de operación o válvula y
todas las piezas móviles deben lubricarse con grasa. Todo daño a la pintura debe repararse
con un recubrimiento bitumástico o con otra pintura resistente al agua.
Sistema de conducción de agua: Todo el sistema de conducción (desarenador, canal de
conducción y tubería de presión) debe inspeccionarse anualmente.
• Desarenador: La arena que se asienta en el fondo del desarenador se limpia
abriendo la válvula de limpieza, la válvula debe abrirse intermitentemente o de
manera continua durante la época de lluvias. Si un conducto de limpieza está
obstruido, se deben quitar sus tapas para que se pueda limpiar. Se deben comprobar
las condiciones de las estructuras de cemento, además de las válvulas de limpieza y
las compuertas.
• Canal de conducción: Se deberá vigilar el canal de conducción para ver si hay
fugas o bloqueos y para observar su estabilidad. Retirar todo material que haya
caído a la plataforma adyacente al canal descubierto para mantener limpia una
banda de tierra adyacente al canal que podría detener materiales que en el futuro
puedan quedar sueltos. Esto ayudará a evitar que los materiales caigan en el canal.
Las obstrucciones parciales o totales del canal de conducción, causadas por
92
materiales que hayan caído o por el crecimiento de la vegetación, deberán
eliminarse. Se debe mantener la vegetación en las pendientes.
El cemento deberá repararse con retoques de argamasa o cemento, y si es necesario,
las uniones en los trabajos de albañilería deben también repararse con argamasa.
Las estructuras, tales como acueductos, sifones invertidos o paredes de retención,
así como la típica sección del canal de conducción, se deben vigilar para comprobar
si hay indicaciones de inestabilidad o asentamiento de materiales. El canal de
conducción debe drenarse anualmente para inspeccionarlo y limpiarlo totalmente.
Este drenaje se puede llevar a cabo cerrando el flujo en la toma de agua y dejando
que el agua se descargue a través de la turbina bajo condiciones sin carga.
• Cámara de carga: La arena y lodo que se acumulan en la cámara de carga se deben
limpiar periódicamente por medio de la válvula de limpieza. Una sedimentación
severa puede exigir el vaciado de la cámara de carga para su limpieza. La cámara de
carga se puede vaciar cerrando el flujo de agua canal arriba y abriendo la válvula de
limpieza.
Las rejillas de protección de la entrada de la tubería de presión deben limpiarse
regularmente de manera que nunca esté obstruida más del 25% de su área. La
frecuencia de limpieza puede variar durante el periodo de un año. Las barras de las
rejillas se deben revisar periódicamente para observar la presencia de deterioros o
corrosión. Se debe comprobar el libre funcionamiento de las válvulas y se deben
comprobar sus asientos quitando la tapa superior. Todas las partes móviles se deben
engrasar. Se deben llevar a cabo comprobaciones periódicas de la estabilidad de la
cámara de carga para ver si hay fugas.
• Tubería de presión: Es necesario llevar a cabo inspecciones rutinarias de la tubería
de presión para comprobar la condición de la pintura, ver si hay fugas en las
conexiones o uniones de expansión y comprobar las condiciones de cojinetes,
articulaciones y conexiones, los sellos de alrededor de la tubería en los bloques de
93
anclaje y los apoyos de cemento, incluyendo la integridad de sus cimientos. Estas
inspecciones se deben llevar a cabo cada tres meses y también se deben
inspeccionar los cimientos antes y después de lluvias copiosas. Toda erosión de los
cimientos debe corregirse inmediatamente.
Se debe insistir lo más posible en la importancia del mantenimiento de los drenajes
para el control del drenaje de superficie y la prevención de erosión, especialmente si
las estructuras no se han unido con cemento a la roca.
La vegetación alta debe eliminarse en un borde de 10 m a cada lado de la tubería de
presión para reducir el riesgo de incendio. Se debe impulsar el crecimiento de hierba
y otra vegetación baja ya que ayuda a estabilizar la superficie.
En el anexo D.1 podemos observar un cuadro con las acciones de mantenimiento
preventivo en obras civiles para una MCH.
En el anexo D.2 se detalla el equipo, material y herramienta necesaria para poder llevar a
cabo la ejecución del mantenimiento preventivo en las obras civiles de la MCH.
3.3.1.2 Plan de Mantenimiento Sistemas mecánicos
El mantenimiento es la actividad ordenada, planificada y permanente a fin de mantener en
óptimas condiciones de funcionamiento toda la maquinaria, equipos o servicios. La
importancia del mantenimiento radica en el logro de una mejor utilización, conservación u
obtención de una vida útil prolongada, cuando es llevado a cabo en forma ordenada,
planificada y permanente.
Con una buena planificación y ejecución de un programa de mantenimiento preventivo
lograremos mantener y preservar la capacidad de producción de energía de la central,
anticiparnos a las fallas y tomar las medidas necesarias de prevención antes de que ocurran,
reducir los costos operativos y de mantenimiento correctivo, mediante la optimización de
94
los recursos, evitar daños físicos a las personas, instalaciones y equipos, minimizar las
paralizaciones de la central debido a las fallas del equipo y contribuiremos a incrementar la
producción de energía hasta el límite de diseño de la central.
En el anexo D.3 podemos observar un cuadro con las acciones de mantenimiento
preventivo en elementos mecánicos en una MCH.
En el anexo D.4 se detalla el equipo, material y herramienta necesaria para poder llevar a
cabo la ejecución del mantenimiento preventivo en elementos mecánicos de la MCH.
3.3.1.3 Plan de Mantenimiento Sistemas e instalaciones eléctricas
El mantenimiento eléctrico preventivo es la práctica de realizar inspecciones de rutina,
pruebas y servicio en el equipo eléctrico; esto con la finalidad de detectar, reducir o
eliminar problemas inminentes en los equipos.
El propósito de realizar un programa de mantenimiento eléctrico preventivo en equipo
eléctrico es el de reducir el riesgo de accidentes a individuos o instalaciones como
resultados de fallas en sistemas o equipos asegurando la continuidad del servicio de energía
eléctrica a los clientes, garantizando la seguridad y bienes materiales de los usuarios y
prolongando la vida útil de las instalaciones con el mínimo gasto.
En el anexo D.5 podemos observar un cuadro con las acciones de mantenimiento
preventivo en elementos, sistemas e instalaciones eléctricas en una MCH.
Es importante que el personal técnico que realice maniobras en las redes coordine primero
con el personal de la central el momento, duración y el responsable de las maniobras. La
coordinación de acciones es una medida de precaución.
Asimismo, es recomendable que el responsable de las acciones de mantenimiento
preventivo o correctivo en las líneas de distribución sea la única persona autorizada para
dejar sin tensión la red, y una vez terminadas las labores solo el responsable podrá volver a
restablecer la tensión a la red. Aunque las líneas de media tensión (más de 10.000 V) se
encuentren sin tensión, es recomendable que las personas que realicen labores de
95
mantenimiento preventivo o correctivo, traten los conductores como si estuvieran con
tensión.
En el anexo D.6 se detalla el equipo, material y herramienta necesaria para poder llevar a
cabo la ejecución del mantenimiento preventivo en elementos, sistemas e instalaciones
eléctricas de la MCH.
3.3.2 Diagnostico de fallas para el sistema generador y tablero de distribución eléctrica de la MCH “La Chácara”
La posibilidad de minimizar las paralizaciones mediante la detección y localización de
fallas es imprescindible para cualquier industria que pretende tener un crecimiento
sostenido.
Actualmente se está desarrollando una cultura de “cero fallos“, en donde el diagnóstico y
mantenimiento preventivo de la infraestructura es esencial para cumplir con los
compromisos laborales. Cualquier proceso es vulnerable a fallas o eventos no previstos,
tanto en diseño como en ejecución, esto, ayudando al inevitable envejecimiento de los
componentes que lo integran, pueden provocar que el sistema se comporte anormalmente, o
bien, con bajo rendimiento. Los costos económicos, sociales y al medio ambiente pueden
ser muy graves e irreversibles si se minimiza la importancia del diagnóstico de
fallas. Existen modelos de control que pueden ser aplicados para cualquier tipo de sistema,
donde el resultado obtenido se compara con el deseado y en la retroalimentación se corrige
este error, también llamado residuo, considerado síntoma de falla.
Una falla se define como una desviación no aceptable de al menos una característica del
sistema. Hay fallas esenciales que deben ser detectadas y corregidas, y también existen
fallas críticas que deben generar un reacomodo de las funciones de proceso.
Los observadores no lineales es uno de los métodos más utilizados para analizar las fallas
o residuos, aunque en general el proceso de detección se realiza en dos pasos: la generación
de señales que contienen solamente información sobre fallas; y el segundo paso consiste en
la evaluación y análisis de dichos residuos.
96
En el anexo E.1 se presenta una serie de cuadros de diagnostico de falla en el sistema
generador eléctrico y tablero de distribución eléctrica de la MCH “La Chácara”.
3.3.3 Plan de seguridad industrial
La seguridad industrial es una disciplina que comprende actividades de orden técnico, legal,
humano y económico que vela por el bienestar humano y la propiedad física de la empresa;
actualmente se define como una herramienta fundamental en el control de pérdidas y en la
prevención de riesgos.
El objetivo principal de la Seguridad Industrial es salvaguardar la vida y preservar la salud
y la integridad física de los trabajadores por medio del dictado de normas encaminadas
tanto a que les proporcionen las condiciones para el trabajo, como a capacitarlos y
adiestrarlos para que se eviten, dentro de lo posible, las enfermedades y los accidentes
laborales.
La seguridad y la higiene industriales son entonces el conjunto de conocimientos científicos
y tecnológicos destinados a localizar, evaluar, controlar y prevenir las causas de los riesgos
en el trabajo a que están expuestos los trabajadores en el ejercicio o con el motivo de su
actividad laboral. Por tanto es importante establecer que la seguridad y la higiene son
instrumentos de prevención de los riesgos y deben considerarse sinónimos por poseer la
misma naturaleza y finalidad.
Ante las premisas que integran las consideraciones precedentes, se establece la necesidad
imperiosa de desarrollar la capacidad y el adiestramiento para optimizar la Seguridad y la
Higiene en los centros de trabajo, a fin de que, dentro de lo posible y lo razonable, se
puedan localizar, evaluar, controlar y prevenir los riesgos laborales.
La implementación de programas de Seguridad e Higiene en los centros de trabajo se
justifica por el solo hecho de prevenir los riesgos laborales que puedan causar daños al
97
trabajador, ya que de ninguna manera debe considerarse humano él querer obtener una
máxima producción a costa de lesiones o muertes, mientras más peligrosa es una operación,
mayor debe ser el cuidado y las precauciones que se observen al efectuarla; prevención de
accidentes y producción eficiente van de la mano; la producción es mayor y de mejor
calidad cuando los accidentes son prevenidos; un optimo resultado en seguridad resultara
de la misma administración efectiva que produce artículos de calidad, dentro de los límites
de tiempo establecidos.
El implementar y llevar a efecto programas de Seguridad e Higiene para lograr un ambiente
seguro en el área de trabajo y que los trabajadores trabajen seguramente y con tranquilidad,
es parte integral de la responsabilidad total de todos, ya que haciendo conciencia a todos
acarrearía beneficios.
A continuación se propone un programa de seguridad industrial el cual incluye plan de
seguridad en obras civiles, elementos mecánicos, sistemas e instalaciones eléctricas,
normas de seguridad, diseño de señalización de riesgo y diseño de guarda de seguridad.
3.3.3.1 Plan de seguridad industrial en obras civiles
Para poder desempeñar labores en forma segura debemos de identificar y conocer las
actividades de seguridad en el mantenimiento de obras civiles. En el anexo E.2 se presenta
un cuadro de actividades procedimientos y periodicidad con la que deben realizarse las
acciones de seguridad en el mantenimiento de las obras civiles en MCH.
Normas de seguridad en el mantenimiento de las obras civiles: Para poder aplicar las
medidas de seguridad en el mantenimiento de obras civiles debemos de cumplir las normas
de seguridad las cuales son un conjunto de medidas destinadas a proteger la salud de todos
y prevenir accidentes. A continuación se presenta un conjunto de normas para poder
desarrollar de forma segura las actividades diarias.
Normas de seguridad personal:
98
• No improvise, siempre siga las instrucciones.
• Registre e informe de cualquier condición peligrosa.
• Colabore para mantener limpio y ordenado el área de trabajo.
• Use solamente herramientas y equipos correctos.
• Haga que lo atiendan en caso de una lesión personal, no importa lo pequeña
que sea.
• No camine bromeando o distrayendo a otros compañeros.
• Lleve puesto todo el equipo de protección y la ropa de trabajo.
• No arranque equipamiento o maquinaria si no hay disposición.
• Obedezca todas las normas y señales de seguridad.
• No deje materiales o herramientas en el suelo.
• No permita el ingreso de menores de edad.
• Procure que la cámara de carga y desarenador tengan un cerco de protección
contra el ingreso de animales y personas no autorizadas.
Normas de seguridad en el empleo de herramientas:
• Use la llave del tamaño adecuado para el trabajo
• Compruebe que cada lima tenga mango
• Los esquinas con rebabas deben esmerilarse
• Mantenga las cabezas de martillos bien fijas a sus mangos
• Cambie los mangos que estén partidos
• Mantenga los bordes de herramientas cortantes afilados
• Mantenga las herramientas en cajas o estantes cuando no se usen
• Proteja los bordes afilados de las herramientas cuando estén almacenados o
se transporten
• Deseche las herramientas que están gastadas o dañadas sin posibilidad de
reparación
• Use siempre la herramienta correcta para el trabajo
Se recomienda realizar charlas semestrales de reforzamiento en temas de seguridad.
99
3.3.3.2 Plan de seguridad industrial en elementos mecánicos
En el anexo E.3 se presenta un cuadro de actividades, procedimientos y periodicidad con la
que deben realizarse las acciones en el mantenimiento de diversos elementos mecánicos en
pequeñas centrales hidráulicas; esto con el objetivo de identificar, reducir y controlar los
riesgos, a efecto de minimizar la ocurrencia de accidentes e incidentes.
Normas de seguridad en el mantenimiento de elementos mecánicos: Para poder aplicar
las medidas de seguridad en el mantenimiento de elementos mecánicos debemos de cumplir
las normas de seguridad las cuales se encargan de proteger la salud de todos y prevenir
accidentes. A continuación se presenta un conjunto de normas para poder desarrollar de
forma segura las actividades diarias.
Normas de orden y limpieza en la MCH:
• Mantenga limpio los sitios de trabajo.
• Limpiar y secar todos los líquidos, grasas y aceite derramados. Depositar el aceite
en cilindros.
• Depositar la basura y los desechos industriales en lugares seguros (cilindros o pozos
de deshechos).
• Use depósitos de metal para trapos con grasa o aceite.
• Guarde sus herramientas en un sitio seguro cuando no vaya a usarlas. No deje
herramientas en máquinas en marcha.
• Mantenga todas las puertas y salidas sin obstrucciones.
Use ropa y equipos adecuados:
• Lleve puesta la ropa adecuada. Vale la pena vestirse apropiadamente incluso para
un trabajo corto
• Las mangas flojas, las bufandas, anillos y brazaletes son PELIGROSOS. Se pueden
enredar en la maquinaria.
• Use el casco de seguridad para proteger su cabeza
• Utilice los zapatos de seguridad adecuados (Zapatos dieléctricos).
100
• El peligro puede venir desde abajo, asegúrese de que su calzado tenga plantas
fuertes.
Lea y respete las señales de seguridad:
• Antes de iniciar cualquier trabajo de mantenimiento, asegurarse que la válvula esté
cerrada y el interruptor general desconectado.
• No fumar dentro de la casa de máquinas, puede provocar un incendio.
• Revise que los extintores estén operativos.
• Colocar carteles en las zonas de trabajo.
3.3.3.3 Plan de seguridad para el mantenimiento de elementos, sistemas y redes eléctricas
Para poder aplicar las medidas de seguridad en el mantenimiento de elementos, sistemas y
redes eléctricas debemos de cumplir las normas de seguridad las cuales son un conjunto de
medidas destinadas a proteger la salud de todos y prevenir accidentes. En al anexo E.4 se
presenta un conjunto de normas para poder desarrollar de forma segura las actividades
diarias de mantenimiento eléctrico.
Normas de seguridad en el mantenimiento de elementos, sistemas y redes eléctricas: A
continuación se presenta un conjunto de normas para poder desarrollar de forma segura las
actividades diarias de mantenimiento en elementos, sistemas y redes eléctricas.
• Utilice procedimientos de cierre/etiquetado antes de comenzar a trabajar en circuitos
y equipos eléctricos.
• Evite trabajar cerca de fuentes eléctricas cuando usted, sus alrededores, sus
herramientas o su ropa estén mojadas.
• Tenga una toalla o un trapo a la mano para secarse las manos.
• Visualice la localización del extintor de fuego
• Suspenda cualquier trabajo de electricidad al aire libre cuando comience a llover.
101
• Ventile el área de trabajo para reducir peligros atmosféricos como polvo, vapores
inflamables o exceso de oxígeno.
• Mantenga un ambiente limpio y ordenado, libre de peligros.
• Disponga ordenadamente las herramientas y equipos, colocando todo en su debido
lugar después de cada uso.
• Mantenga el área de trabajo libre de trapos, basura y otros escombros o desechos.
• Limpie puntualmente los líquidos que se hayan derramado y mantenga los pisos
completamente secos.
• Use cables que son a prueba de agua al aire libre.
• Asegúrese de que las tres patillas del enchufe estén intactas en todos los cables de
extensión.
• Proteja todos los cables eléctricos cuando los utilice en o alrededor de los pasillos.
• Evite usar cables eléctricos cerca de calor, agua y materiales inflamables o
explosivos.
• Nunca use un cable de extensión con el aislante dañado.
• Nunca trabaje sobre dispositivos energizados.
• Utilice siempre herramientas de mango aislado.
• Utilice elementos de protección personal adecuados y en buen estado.
El personal que trabaja en redes de media tensión y baja tensión deberá contar y utilizar
elementos de protección personal; el uso de este deberá ser obligatorio.
• Casco dieléctrico.
• Guantes dieléctricos.
• Calzado de seguridad con suela dieléctrica.
• Poncho para lluvia.
• Trepadores o espuelas.
102
3.3.4 Propuesta de diseño de señalización de riesgo
La señalización tiene como misión llamar la atención sobre los objetos o situaciones que
pueden provocar peligros así como para indicar el emplazamiento de dispositivos y equipos
que tengan importancia desde el punto de vista de seguridad en los centros de trabajo.
Las señalizaciones deben ser claras y simples, orientadas a la mayor visualización posible;
es importante tener en cuenta cuando se realiza un plan de señalización, considerar que
cualquier individuo que este en el establecimiento al momento de un siniestro, debe
comprender rápidamente las señales indicativas, donde dirigirse y a qué ritmo abandonar el
lugar. Si en el momento que se produce un incendio, se encuentra en el espacio de la
instalación industrial una persona externa a la actividad laboral diaria, ésta debe
comprender donde dirigirse para salvar su vida. Las indicaciones y la comunicación claras
en los momentos de presión son impartidas mayoritariamente por señalizaciones. Para
poder contar con una adecuada señalización; se debe de tomar en cuenta las siguientes
consideraciones:
• Las señales se instalarán preferentemente a una altura y en una posición apropiadas
en relación al ángulo visual, teniendo en cuenta posibles obstáculos, en la
proximidad inmediata del riesgo u objeto que deba señalizarse o, cuando se trate de
un riesgo general, en el acceso a la zona de riesgo.
• El lugar de emplazamiento de la señal deberá estar bien iluminado, ser accesible y
fácilmente visible. Si la iluminación general es insuficiente, se empleará una
iluminación adicional o se utilizarán colores fosforescentes o materiales
fluorescentes.
• A fin de evitar la disminución de la eficacia de la señalización no se utilizarán
demasiadas señales próximas entre sí.
• Las señales deberán retirarse cuando deje de existir la situación que las justificaba.
A continuación se presentan las diversas señalizaciones de riesgo adecuadas al lugar de la
operación.
103
Figura 3.15 Señalizaciones de Riesgo
Figura 3.16 Señalizaciones de elementos de uso obligatorios.
Figura 3.17 Señalización de extintor de incendios
3.3.5 “Check list” de condiciones seguras
Para poder garantizar la utilización y el cumplimiento de las normas de seguridad industrial
al realizar las diversas actividades de operación en la MCH, es recomendable realizar
104
periódicamente una evaluación a cada operador; en dicha evaluación podremos evaluar
tanto el cumplimiento del equipo de protección personal (EPP), realización de las tareas
operativas en condiciones seguras, condiciones físicas en el lugar de trabajo, orden y aseo
entre otras. En el anexo E.5 podemos observar un modelo para poder realizar dicha
evaluación.
105
CAPÍTULO 4. DIMENSIONAMIENTO DE UNA TURBINA DE FLUJO CRUZADO ADECUADA A LA MCH “LA CHÁCARA”
4.1 Consideraciones para dimensionamiento de TFC
El método para elaborar el dimensionamiento de una turbina de flujo cruzado está basado
en la experiencia de la organización SKAT, la cual por varios años, ha desarrollado
diversos proyectos en el campo de la fuerza hidráulica en pequeña escala. Dicho método
consiste en conocer una serie de parámetros y seguir los pasos que describiremos a
continuación.
Entre las consideraciones de diseño que dicho método posee ya definida podemos
mencionar:
• Diámetro del rodete de 30 cm.
• Eficiencia de la turbina de 0.7 o 70 %
• Factor de velocidad = 40 min-1
4.2 Paso 1: Determinación de valores para el diseño de la turbina.
Para poder iniciar en el dimensionamiento de la turbina de flujo cruzado, es necesario
conocer las siguientes variables:
Caída neta (Hneta): es la caída disponible para la turbina expresada como altura de
columna de agua.
Dicho valor fue obtenido mediante la lectura del manómetro que se encuentra a la entrada
de la turbina en funcionamiento actualmente; dicho valor es de 25 psi lo cual es equivalente
a 172.4 KPa.
𝐻𝑛𝑒𝑡𝑎 =𝑃
𝛾𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜=
172.4 𝐾𝑁𝑚2
9.789 𝐾𝑁𝑚3
= 17.61 𝑚
Obteniendo así una altura neta de 17.61 metros.
Caudal (Q): Caudal de agua de descarga en la turbina.
Para obtener un valor confiable del caudal disponible se decidió realizar la medición con un
instrumento ultrasónico especializado, el cual se describe y explica su principio de
106
funcionamiento en el anexo A.3. Al realizar el procedimiento descrito anteriormente y
esperar un tiempo prudencial para poder obtener condiciones estacionarias, el sistema de
medición proporcionó una serie de valores con un promedio de 210 l/s para el caudal más
alto en época lluviosa.
4.3 Paso 2: Determinación de discos intermedios en la turbina
En este paso se busca determinar el número de discos intermedios en la turbina; para ello
buscaremos en el siguiente grafico el punto de intersección entre la altura neta y el caudal.
Obteniendo así, que el rodete no requiere discos intermedios.
Figura 4.1 Grafico Alcance de aplicación para ningún disco intermedio en el rodete [WIDMER, R.; Y A.
ARTER, 1993: P. 10] 4.4 Paso 3: Determinación del ancho de admisión (bo) en la turbina
Para cada instalación de una turbina de flujo cruzado, debemos de definir el ancho de
admisión b0. Dicho parámetro lo podemos calcular mediante la siguiente ecuación:
𝑏𝑜 = 3.623 ∗ 𝑄
�𝐻𝑛𝑒𝑡𝑎= 3.623 ∗
150√17.61
= 129.5 𝑚𝑚
Obteniendo así un ancho total de 129.5 mm
107
4.5 Paso 4: Determinación de límites de aplicación de la turbina de flujo cruzado (potencia, rpm y línea d-d)
En el siguiente grafico podemos observar que al interceptar la altura neta y el caudal y
dicho punto de intersección queda debajo de la línea d-d, es permisible algún sistema de
transmisión entre la turbina y el generador; si el punto de intersección queda arriba de la
línea d-d, se produce una fuerza adicional inclinada en el eje del rodete, por lo que no es
recomendable la utilización de ningún tipo de polea en el eje del rodete.
Figura 4.2 Grafico Caída neta o numero de revoluciones contra el caudal, mostrando limites de aplicación,
potencia y línea d-d. [WIDMER, R.; Y A. ARTER, 1993: P. 16]
En nuestro caso podemos observar que es posible utilizar un sistema de transmisión de
polea correa.
108
4.6 Paso 5: Determinación de potencia en el eje y revoluciones por minutos en la turbina
Para poder determinar la potencia en el eje de la turbina lo haremos mediante la siguiente
fórmula:
𝑃 =𝑄 ∗ 𝐻𝑛𝑒𝑡𝑎 ∗ 𝜂
102=
150 ∗ 17.61 ∗ 0.7102
= 18.1 𝑘𝑊
Obteniendo así como resultado una potencia de 18.1 kW
Para poder calcular el número de revoluciones de la turbina de flujo cruzado debemos
utilizar la siguiente ecuación:
𝑛 =𝑛11𝐷
∗ �𝐻𝑛𝑒𝑡𝑎 =400.3
∗ √17.61 = 560 𝑟𝑝𝑚
Siendo en número de revoluciones n aproximadamente a 560 rpm
Utilizando la información que ofrecen los investigadores en la turbina Banki, no existe un
consenso sobre el número óptimo de alabes a utilizar pero al observar los resultados de
investigaciones donde han alcanzado altas eficiencias, se observa que el número óptimo
puede andar entre 24 y 30 alabes.
Algunos factores a tener en cuenta son los siguientes:
• Los rodetes más grandes tienen una velocidad de giro menor.
• Se debe mantener una cierta proporcionalidad entre el largo y el ancho de la turbina
a fin de evitar cambios de sección demasiado bruscos que provocan fuertes
perturbaciones en la vena fluida dentro de la tobera.
• Se debe tener en cuenta que al seleccionar las dimensiones de la turbina se debe
guardar un grado de simplicidad en la fabricación de esta.
109
CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 Conclusiones
• De acuerdo a las evaluaciones efectuada y la aplicación del “Check list para
Diagnostico de una Microcentral Hidroeléctrica”, la MCH “La Chácara” no opera
con las condiciones óptimas.
• En base a las mediciones y observaciones sobre el servicio eléctrico que la
comunidad recibe, la calidad de energía eléctrica no es la óptima. Existe un
problema con la variación de frecuencia en la energía entregada.
• No existe un riguroso plan de mantenimiento preventivo y de organización para el
manejo de la MCH que nos garantice el funcionamiento óptimo de esta. Los
mantenimientos que se desarrollan en la MCH son mantenimientos correctivos.
• Se deben reestructurar partes de las obras civiles ya existentes. Esto con la finalidad
de prolongar la vida útil del equipo y mejorar la calidad de servicio eléctrico. Esto
debido a diversos factores que indirectamente afecta a la turbina; por ejemplo la
falta de desarenador produce desgaste en los alabes de la turbina al permitir el
ingreso de partículas abrasivas.
• La MCH carece de muchos elementos mecánicos importantes como compuertas y
válvulas.
• Es posible mantener un caudal constante en todo el año en la MCH de 0.15 m3/seg,
pero se deben reparar fugas (para evitar pérdidas en verano) y regular caudal en
invierno (para evitar un sobre caudal y rebalses).
110
• La MCH puede tener una pequeña expansión teórica en su red en un 20%
aproximadamente. Sin embargo se debe mejorar primero la calidad del servicio
eléctrico para poder incentivar a más usuarios de la comunidad. Es necesario
confirmar con mediciones y análisis para precisar la cuantía de esta expansión.
5.2 Recomendaciones
• Las instalaciones y controles eléctricos de la MCH necesitan reevaluarse y
estudiarse de nuevo para mejorar la calidad entregada; tanto en analizar la demanda
de la comunidad, posibles expansiones, aumentar la confiablidad, etc. Se
recomienda realizarse un estudio centrado en esta área y darle seguimiento a las
mejoras.
• La cuantificación de la TFC 1 debe complementarse para comprender y conocer su
desempeño ante las condiciones de “La Chácara”. Estudiar el funcionamiento de la
TFC 0; estudiar su actual método de trabajo y dar seguimiento a varios procesos de
mejoras de esta turbina también. Se recomienda que se realice una continuación y/o
seguimiento de las propuestas del presente estudio.
• Capacitar constantemente al personal operativo de la MCH. Tanto en temas
relacionados con la innovación de las MCH así como de seguridad industrial. De
esta manera la información y administración de esta será enriquecida para el
mejoramiento continuo.
• Se recomienda la aplicación de las propuestas de mejoras planteadas en el capítulo 3
(página 67) para optimizar la MCH.
111
BIBLIOGRÁFIAS
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Misiones, Argentinas.
ANEXOS
ANEXO A
CUESTIONARIO CHECK LIST PARA DIAGNOSTICO DE UNA MCH Y
RESULTADOS EN LA APLICACIÓN EN LA MCH “LA CHÁCARA”
A - 1
ANEXO A. CUESTIONARIO CHECK LIST PARA DIAGNOSTICO DE UNA MCH Y RESULTADOS EN LA APLICACIÓN EN LA MCH “LA CHÁCARA”
A.1 Cuestionario del Check List
La siguiente tabla muestran las diferentes preguntas que el “Check List” en el CD adjunto a
este estudio posee.
OBRA CIVIL 1) Bocatomas
1.1 La micro central cuenta con un bocatoma adecuado
1.2 El bocatoma se encuentra ubicado en un tramo recto y estable del río 1.3 Posee una reja de admisión
1.4 Posee una compuerta de admisión (ataguía), para la regulación del flujo
1.5 Se encuentra en buenas condiciones la obra civil (No fuga de agua)
1.6 No existe alguna obstrucción del bocatoma (Piedras, vegetación, basura) 2) Canal
2.1 Las medidas del canal son las adecuadas para el caudal (rebalse) 2.2 La estructura del canal esta reforzada 2.3 No presenta fugas 2.4 Presenta aliviaderos en su trayecto
3) Desarenador 3.1 La microcentral cuenta con un desarenador.
3.2 Se encuentra en buenas condiciones la obra civil (Fuga de agua, rebalse, etc.).
3.3 El desarenador cuenta con una compuerta de purga de sedimentos.
3.4 Existe alguna obstrucción el desarenador( Piedras, vegetación, basura). 4) Cámara de Carga
4.1 Posee compuerta para regulación, cierre parcial y/o total del caudal
4.2 Posee reja de admisión que filtra desechos arrastrados por el agua
4.3 Las medidas de la cámara son las adecuadas para recibir el caudal (no existe rebalse)
5) Tubería Forzada
A - 2
5.1 Posee una reja de admisión. 5.2 La tubería se encuentra bajo tierra (Tubería de PVC).
5.3 No Presenta algún tipo de desgaste (Corrosión, grietas, golpes, perforaciones). 5.4 No existe filtración de agua (Uniones).
6) Canal de agua turbinada
6.1 Las medidas del canal son las adecuadas para el caudal (rebalse) 6.2 La estructura del canal esta reforzada 6.3 No Presenta fugas
ELEMENTOS MECANICOS 7) Compuertas
7.1 Posee compuerta para regulación, cierre parcial y/o total del caudal al principio del canal (bocatoma)
7.2 La compuerta(bocatoma) presenta corrosión y/o desperfectos mecánicos
7.3 Posee compuerta para regulación, cierre parcial y/o total del caudal en el desarenador
7.4 La compuerta(desarenador) presenta corrosión y/o desperfectos mecánicos
7.5 Posee compuerta para regulación, cierre parcial y/o total del caudal en la cámara de carga
7.6 La compuerta(cámara de carga) presenta corrosión y/o desperfectos mecánicos
7.7 Posee compuerta para regulación, cierre parcial y/o total del caudal al principio del canal (bocatoma)
7.8 La compuerta(bocatoma) presenta corrosión y/o desperfectos mecánicos 8) Válvulas de distribución
8.1 Posee una válvula principal con la tubería forzada
8.2 Posee un sistema de válvulas a otros componentes y/o turbinas
8.3 Las válvulas y uniones son las adecuadas para la presión y caudal 8.4 Presenta fugas y/o goteos en las uniones
9) Turbina 9.1 Posee regulador de caudal 9.2 Posee elemento de medición de presión 9.3 Presenta Fugas de agua 9.4 Los rodamientos están correctamente lubricados
9.5 Posee guarda de seguridad la faja de transmisión de potencia 9.6 La faja esta adecuadamente tensada
ELEMENTOS Y CONTROLES ELECTRICOS 10) Generador Eléctrico 10.1 Se encuentra alineado con la turbina hidráulica
A - 3
10.2 La carcasa del generador No presenta desgaste (Corrosión). 10.3 Se encuentra debidamente anclado.
10.4 Existe presencia de contaminantes (Polvo, humedad, grasa). 10.5 Presenta algún tipo de ruido en sus rodamientos.
11) Equipos de medición y control Eléctrica 11.1 Se cuenta con medición de frecuencia 11.2 Se cuenta con medición de potencia consumida en la red 11.3 La Central cuenta con Diagrama unifilar 11.4 Los equipos están debidamente identificados 11.5 Accesibilidad a los dispositivos de protección eléctricos
12) Instalaciones eléctricas
12.1 El transformador es el adecuado para la demanda suministrada 12.2 Transformador se encuentra debidamente instalado
12.3 Existe una verificación periódica de puntos calientes en las conexiones 12.4 Existe red de tierra
ORGANIZACION, CAPACITACION Y MEJORAS 13) Capacitación al personal
13.1 Existe un proceso para evaluar las diferencias entre el desempeño real y el deseado en el personal
13.2 El personal encargado recibe todos los años capacitaciones técnicas directamente relacionadas a sus responsabilidades
13.3 El personal cuenta con el nivel de escolaridad adecuado 14) Plan de mantenimiento 14.1 Se cuenta con un Plan de Mantenimiento Preventivo
14.2 El % de tareas de mantenimiento preventivas es muy superior al % de tareas de mantenimiento correctivas
14.3 Hay personal asignado para evaluar el progreso del Plan de Mantenimiento Preventivo
14.4 Se llevan informes y reportes de las tareas de mantenimiento preventivo realizadas
14.5 Se lleva control de gastos de Mantenimiento del equipo para evaluar el momento óptimo de recambio de piezas
14.6 Se recurre a sistemas de Mantenimiento Predictivo para predecir fallas del equipos para la producción de energía.
14.7 Existe personal capacitado para la adecuada interpretación de los reportes de Mantenimiento Predictivo
14.8 Existen cuadros de diagnostico de fallas de los elementos que componen la microcentral hidráulica.
14.9 Se lleva una memoria de fallas encontradas en los equipos
14.10 Existe un proceso de análisis de la causa de las fallas encontradas
A - 4
14.11 Los resultados del análisis de falla son comunicadas adecuadamente al personal involucrado
14.12 Se lleva una memoria de las piezas cambiadas a los equipos 15) Plan y seguimiento de monitoreo 15.1 Se cuenta con un monitoreo de potencia consumida 15.2 Existe un proceso de análisis de la potencia consumida
15.3 Los resultados del análisis de la potencia consumida son comunicadas adecuadamente al personal involucrado
15.4 Se lleva una memoria de la potencia consumida
Tabla A.1. Cuestionario de “Check List”
A.2 Resultados del “Check List” al aplicarlo en la MCH “La Chácara”
La siguiente tabla muestran los resultados detallados al aplicar el “Check List” a la MCH
“La Chácara”.
Check list para Diagnostico de una Microcentral Hidroeléctrica Ponderación Nota Observaciones
OBRA CIVIL 1) Bocatomas 6.7%
1.1 La micro central cuenta con un bocatoma adecuado 10.00
1.2 El bocatoma se encuentra ubicado en un tramo recto y estable del río . 10.00
1.3 Posee una reja de admisión. 5.00 No es el adecuado
1.4
Posee una compuerta de admisión (ataguía), para la regulación del flujo. 0.00
1.5 Se encuentra en buenas condiciones la obra civil (No fuga de agua). 10.00
1.6
No existe alguna obstrucción el bocatoma (Piedras, vegetación, basura). 0.00
Piedras y vegetación
Nota 0.39 58.33% 2) Canal 6.7%
2.1 Las medidas del canal son las adecuadas para el caudal (rebalse) 10.00
A - 5
2.2 La estructura del canal esta reforzada 0.00
2.3 No presenta fugas 5.00 Breves fugas 2.4 Presenta aliviaderos en su trayecto 0.00
Nota 0.25 37.50% 3) Desarenador 6.7%
3.1 La microcentral cuenta con un desarenador. 0.00
3.2
Se encuentra en buenas condiciones la obra civil (Fuga de agua, rebalse, etc.). 0.00
3.3 El desarenador cuenta con una compuerta de purga de sedimentos. 0.00
3.4
Existe alguna obstrucción el desarenador( Piedras, vegetación, basura). 0.00
Nota 0.00 0.00% 4) Cámara de Carga 6.7%
4.1 Posee compuerta para regulación, cierre parcial y/o total del caudal 0.00
4.2 Posee reja de admisión que filtra desechos arrastrados por el agua 5.00
No es el adecuado
4.3
Las medidas de la cámara son las adecuadas para recibir el caudal (no existe rebalse) 5.00
Existe rebalse, pero no regulación
Nota 0.22 33.33% 5) Tubería Forzada 6.7%
5.1 Posee una reja de admisión. 5.00 No es la adecuada
5.2 La tubería se encuentra bajo tierra (Tubería de PVC). 0.00
5.3
No Presenta algún tipo de desgaste ( Corrosión, grietas, golpes, perforaciones). 10.00
5.4 No existe filtración de agua (Uniones). 10.00
Nota 0.42 62.50% 6) Canal de agua turbinada 6.7%
6.1 Las medidas del canal son las adecuadas para el caudal (rebalse) 5.00
Flujo muy turbulento
6.2 La estructura del canal esta reforzada 10.00
6.3 No Presenta fugas 10.00 Nota 0.56 83.33%
ELEMENTOS MECANICOS
A - 6
7) Compuertas 6.7%
7.1
Posee compuerta para regulación, cierre parcial y/o total del caudal al principio del canal (bocatoma) 0.00
7.2
La compuerta(bocatoma) presenta corrosión y/o desperfectos mecánicos 0.00
7.3
Posee compuerta para regulación, cierre parcial y/o total del caudal en el desarenador 0.00
7.4
La compuerta(desarenador) presenta corrosión y/o desperfectos mecánicos 0.00
7.5
Posee compuerta para regulación, cierre parcial y/o total del caudal en la cámara de carga 0.00
7.6
La compuerta(cámara de carga) presenta corrosión y/o desperfectos mecánicos 0.00
7.7
Posee compuerta para regulación, cierre parcial y/o total del caudal al principio del canal (bocatoma) 0.00
7.8
La compuerta(bocatoma) presenta corrosión y/o desperfectos mecánicos 0.00
Nota 0.00 0.00% 8) Válvulas de distribución 6.7%
8.1 Posee una válvula principal con la tubería forzada 0.00
8.2 Posee un sistema de válvulas a otros componentes y/o turbinas 0.00
8.3 Las válvulas y uniones son las adecuadas para la presión y caudal 0.00
8.4 Presenta fugas y/o goteos en las uniones 0.00
Nota 0.00 0.00% 9) Turbina 6.7%
9.1 Posee regulador de caudal 10.00
9.2 Posee elemento de medición de presión 10.00
9.3 Presenta Fugas de agua 5.00 Breves fugas
9.4 Los rodamientos están correctamente lubricados 10.00
9.5 Posee guarda de seguridad la faja de transmisión de potencia 0.00
A - 7
9.6 La faja esta adecuadamente tensada 10.00 Nota 0.50 75.00%
ELEMENTOS Y CONTROLES ELECTRICOS 10) Generador Eléctrico 6.7%
10.1 Se encuentra alineado con la turbina hidráulica 10.00
10.2 La carcasa del generador No presenta desgaste (Corrosión). 10.00
10.3 Se encuentra debidamente anclado. 10.00
10.4 Existe presencia de contaminantes (Polvo, humedad, grasa). 10.00
10.5 No Presenta algún tipo de ruido en sus rodamientos. 10.00
Nota 0.67 100.00%
11) Equipos de medición y control Eléctrica 6.7%
11.1 Se cuenta con medición de frecuencia 10.00
11.2 Se cuenta con medición de potencia consumida en la red 10.00
11.3 La Central cuenta con Diagrama unifilar 0.00
11.4 Los equipos están debidamente identificados 0.00
11.5 Accesibilidad a los dispositivos de protección eléctricos 5.00
Cerca de área no protegida
Nota 0.33 50.00% 12) Instalaciones eléctricas 6.7%
12.1 El transformador es el adecuado para la demanda suministrada 10.00
12.2 Transformador se encuentra debidamente instalado 10.00
12.3 Existe una verificación periódica de puntos calientes en las conexiones 5.00 Se desconoce
12.4 Existe red de tierra 10.00 Nota 0.58 87.50%
ORGANIZACION, CAPACITACION Y MEJORAS 13) Capacitación al personal 6.7%
13.1
Existe un proceso para evaluar las diferencias entre el desempeño real y el deseado en el personal 0.00
13.2
El personal encargado recibe todos los años capacitaciones técnicas directamente relacionadas a sus responsabilidades 0.00
A - 8
13.3 El personal cuenta con el nivel de escolaridad adecuado 10.00
Nota 0.22 33.33% 14) Plan de mantenimiento 6.7%
14.1 Se cuenta con un Plan de Mantenimiento Preventivo 0.00
14.2
El % de tareas de mantenimiento preventivas es muy superior al % de tareas de mantenimiento correctivas 0.00
14.3
Hay personal asignado para evaluar el progreso del Plan de Mantenimiento Preventivo 0.00
14.4
Se llevan informes y reportes de las tareas de mantenimiento preventivo realizadas 0.00
14.5
Se lleva control de gastos de mantenimiento del equipo para evaluar el momento óptimo de recambio de piezas 5.00
No es la adecuada
14.6
Se recurre a sistemas de Mantenimiento Predictivo para predecir fallas del equipos para la producción de energía. 0.00
14.7
Existe personal capacitado para la adecuada interpretación de los reportes de Mantenimiento Predictivo 0.00
14.8
Existen cuadros de diagnostico de fallas de los elementos que componen la microcentral hidráulica. 0.00
14.9 Se lleva una memoria de fallas encontradas en los equipos 0.00
14.10 Existe un proceso de análisis de la causa de las fallas encontradas 0.00
14.11
Los resultados del análisis de falla son comunicadas adecuadamente al personal involucrado 0.00
14.12 Se lleva una memoria de las piezas cambiadas a los equipos 5.00
No es la adecuada
Nota 0.06 8.33%
15) Plan y seguimiento de monitoreo 6.7%
15.1 Se cuenta con un monitoreo de potencia consumida 0.00
A - 9
15.2 Existe un proceso de análisis de la potencia consumida 0.00
15.3
Los resultados del análisis de la potencia consumida son comunicadas adecuadamente al personal involucrado 0.00
15.4 Se lleva una memoria de la potencia consumida 0.00
Nota 0.00 0.00% Suma Ponderaciones 1.0
Puntaje Total 4.2
Tabla A.2. Resultados de aplicación del “Check List” a la MCH “La Chácara”
ANEXO B
METODOS PARA MEDICIONES DE CAUDAL EN CANALETA DE UNA MCH
B - 1
ANEXO B. METODOS PARA MEDICIONES DE CAUDAL EN CANALETA DE UNA MCH
B.1 Medición de caudal mediante molinete
Este consiste en un molinete marca “Messtechnik”, el cual sus hélices son sumergidas con
una barra en un punto y altura del canal, rota a una cantidad de revoluciones por minuto. Al
aplicar las ecuaciones dadas por el fabricante, tenemos la velocidad con la que el agua pasa
en un determinado punto. Basta calcular el área de la sección transversal y multiplicarla por
la velocidad determinada y así se obtiene el caudal. Se deben realizar varias pruebas a
diferentes alturas y secciones laterales del canal para tener un dato más acertado.
Figura B.0.1 Molinete “Messtechnik”
B - 2
La relación entre las revoluciones del molinete y la velocidad del carro está calculado como
una ecuación de la forma:
𝑉 = 𝑘𝑚 ∗ 𝑛 + 𝑎
Donde:
V: Velocidad en m/s
Km: Paso hidráulico de la hélice en m
N: Revolución de la hélice en 1/s
a: Constante en m/s
Para la hélice usada (Hélice numero 4-142069) en este estudio, con diámetro de 80 mm y
un paso de 0.125 m, los valores de “Km” y “a” fueron:
Km: 0.1348
a: 0.021
B.2 Medición caudal mediante método de la solución de la sal
Es un método muy preciso con errores del 5%. Se basa en el cambio de la conductividad
del agua al cambiar el grado de concentración de sal. Este incremento de la conductividad
dura un cierto tiempo y no es uniforme en este lapso (se tendrán incrementos y bajos de
forma uniforme), esta conductividad se mide con medidor de conductividad. Al graficar
tener los datos de estos cambios de conductividad en un determinado tiempo tendremos una
curva. Al tener el área bajo la curva, la masa de sal diluida en el canal (a unos 50 metros
arriba de donde se hace la medición) y una constante “k” para la temperatura, podemos
determinar el caudal mediante:
𝑄 =𝐾 ∗ 𝑀𝐴
Donde:
K: Constante de temperatura
B - 3
M: Masa de sal diluida
A: Área bajo la curva de la grafica “conductividad vs tiempo”
Figura B.2 Conductivímetro
Figura B.3 Grafico para la determinación de la Constante de Temperatura [Adam Harvey,1993: p.55]
B - 4
Equipos necesarios:
• Sal de mesa
• Balanza de Precisión en gramos
• Conductivímetro
• Cronómetro
• Termómetro
• Calculadora
• Libreta de anotaciones
• Lapicero
B.2.1 Procedimiento para medición de caudal
• Pesar la cantidad de sal en gramos
• Medir la temperatura del agua y registrarla en el conductivímetro
• Seleccionar un tramo del canal uniforme no mayor a 50 metros, este debe estar libre
de obstáculos
• Disolver la sal e un balde de 10 litros agua
• Verter la solución salina a 50 metros del conductivímetro
• Tomar mediciones con el conductivímetro cada 5 segundos
• Graficar los datos obtenidos contra el tiempo y calcular el área bajo la curva
• Determinar k según la figura A.2.
• Aplicar la formula Q ya mencionada.
B.3 Medición de caudal mediante de Ultrasonografia
El Instrumento utilizado para la medición del caudal disponible es un medidor PT878, el
cual es un instrumento portátil diseñado por General Electric para la medición de caudal.
Este dispositivo mide el caudal de fluidos de fase única acústicamente conductivos, entre
los cuales tenemos aguas o líquidos limpios; el medidor de flujo provee una salida
B - 5
analógica lineal (0/4-20 mA) de velocidad de flujo o caudal volumétrico de estos fluidos,
midiendo velocidades desde ±0.03 hasta ±12 metros por segundo.
El PT878 es un medidor de flujo ultrasónico de tiempo de tránsito, cuando pulsos
ultrasónicos son transmitidos a través de un líquido en movimiento, los pulsos que viajan
en la misma dirección del flujo viajan ligeramente más rápido que los pulsos que viajan en
dirección contraria a la del flujo. El PT878 usa varias técnicas de procesamiento de señales
digitales, incluyendo correlación cruzada, para determinar tiempos de tránsito que luego
utiliza para calcular la velocidad del flujo.
Durante la operación, dos transductores sirven tanto como generadores de señales
ultrasónicas, como receptores de las mismas. Cuando son montados sobre una tubería, estos
están en comunicación acústica uno con otro, de tal forma que cada transductor pueda
recibir señales ultrasónicas transmitidas por el otro transductor. Así, cada transductor
funciona tanto como transmisor generando un cierto número de pulsos acústicos y como
receptor de un número idéntico de pulsos.
El medidor de flujo mide el intervalo de tiempo entre transmisiones y recepciones de las
señales ultrasónicas en ambas direcciones. Cuando el líquido en la tubería no está fluyendo,
el tiempo de transito es el mismo. Cuando el líquido está fluyendo, el tiempo de tránsito
con la corriente es menor que el tiempo de transito contra la corriente. La diferencia entre
estos tiempos de tránsito es proporcional a la velocidad del flujo de líquido, y su señal
indica la dirección de este.
B.3.1 Procedimiento para medición de caudal
Para realizar la medición del caudal disponible en la tubería de agua de condensado
utilizando el medidor de caudal portátil PT878 se siguió el procedimiento siguiente:
1. Se realizo una limpieza en la tubería forzada.
B - 6
2. Se crea la sección de tubería de volumen de control, siguiendo las instrucciones
debidas para su colocación, separación y alineación según las condiciones del sitio.
Para este caso en específico se utilizó una configuración cruzada, como lo muestra
la figura siguiente:
Figura B.4 Configuración cruzada para la colocación de transductores utilizada en la medición del caudal disponible de agua.
3. Se hacen las conexiones correspondientes y se introducen los parámetros de entrada
en el PT878: parámetros y configuración de transductores, dimensiones y material
de tubería, tipo de fluido, parámetros de señal, etc.
4. Se deja correr la medición del PT878 por un tiempo prolongado con el fin de
obtener la mayor cantidad de mediciones posibles y así obtener un dato de caudal lo
más exacto posible.
Figura B.5 Medidor PT878
ANEXO C
CÁLCULOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE ALIVADEROS, DESARENADOR Y CAMARA DE CARGA PARA LA MCH “LA CHÁCARA”
C - 1
ANEXO C. CÁLCULOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE ALIVADEROS, DESARENADOR Y CAMARA DE CARGA PARA LA MCH “LA CHÁCARA”
C.1 Cálculo de dimensional para aliviadero
Según el “Estudio Hidrológico e Hidráulico Rio Carolina, Municipio de Carolina, San
Miguel”, el caudal optimo y constante que el canal debe tener es de 0.15 m3/seg. Para dar
un ejemplo de cómo realizar este cálculo, tomamos las medidas especificadas en la figura
2.9, correspondientes a las medidas promedios del canal de la MCH.
Con las dimensiones del canal, tenemos el área de una sección transversal (área de un
trapezoide):
𝐴 =(𝐵 + 𝑏) ∗ 𝑦
2
Donde:
A: Área cuadrada de sección transversal del canal
B: Base mayor de área transversal (base superior formada por la superficie del agua)
b: Base menor de área transversal (base inferior)
y: Altura del agua en el canal
Con los datos dados por la figura 2.9 tenemos que:
B = 0.64 m
b = 0.35 m
h = 0.44 m
y = 0.33
Por resultado que “A = 0.157 m2”. Conocemos que Q = 0.15 m3/seg, considerando que:
𝑄 = 𝐴 ∗ 𝑉
C - 2
Donde “Q” es el caudal constante de la MCH, “A” es el área calculada y “V” es la
velocidad con la que el agua hace su recorrido (asumiendo que esta es constante en todo
momento) tenemos que “V = 0.957 m/s”.
Teniendo “V” constante, podemos modificar “A” para tener un “h” adecuado según el
caudal “Q” seleccionado. Para conocer el “h” adecuado necesitamos:
𝐵 = √(4 ∗ tan𝛼 ∗ 𝐴 + 𝑏2)
Donde:
α: Angulo de inclinación lateral (18.24⁰)
Para un “Q = 0.22 m3/seg”, despejando “h” de la constante “A” y considerando “B” según
la ecuación anterior, tenemos que “h = 0.44 m”. Siendo “Q = 0.22 m3/seg” el Q máximo
para el canal.
De acuerdo a los caudales medidos para la realización de este estudio, 0.22 m3/seg es uno
de los caudales máximos registrado en el canal y este lo soporta. Efectivamente se ha visto
en secciones del canal que el agua esta al máximo del canal o inclusive rebalsa en épocas
de invierno (figura 2.11).
Sabemos que la diferencia entre “h” y “y” es de 0.11 m (11 centímetros de “y” hacia “h”),
la primera dimensión del vertedero será 0.1 m. Ahora procedemos a calcular por cuanto se
prolongara esta sección de alivio.
Tenemos que liberar:
𝑄𝑙𝑖𝑏𝑒𝑟𝑎𝑟 = 𝑄𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 − 𝑄𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙
C - 3
Resultado tenemos “Q_liberar = 0.07 m3/seg”. Asumimos que la sección transversal del
aliviador es una sección rectangular, entonces:
𝐴𝑎𝑙𝑖𝑣𝑖𝑎𝑑𝑒𝑟𝑜 = (ℎ − 𝑦) ∗ 𝐿
Donde:
(h – y) = 0.1 m
L: Es la longitud del vertedero.
Asumiendo que “V” es la misma siempre. Usando Q_liberar, tenemos entonces que “L =
0.73 m”. Sin embargo, a “L” lo sobredimensionaremos a “L = 1 m” como factor de
seguridad que todo sobre caudal mayor a 0.15 m3/seg sea liberado.
Figura C.1 Diseño de Canal con aliviadero
Usando estos mismos criterios, en el capítulo 3, la Tabla 3.1 muestra los cálculos de las
medidas de diferentes vertederos en diferentes puntos del canal.
C - 4
C.2 Desarenador y cámara de carga
Se realizo un análisis de sólidos suspendidos y de sólidos totales a un litro de agua tomada
tanto en el bocatoma, antes de la cámara de carga y a la salida de la turbina. Estos
resultados fueron:
Partes Sólidos
Suspendidos
Sólidos
Totales
Bocatoma 6.33 mg/L 173 mg/L
Cámara de Carga 5.67 mg/L 169 mg/L
Canal de salida 4.0 mg/L 172 mg/L
Tabla C.1. Resultados de análisis de muestras de agua.
También se realizaron análisis a 400 gramos de arena con el objetivo de tener un tamaño
promedio de las partículas suspendidas y sedimentadas en el canal.
Análisis Resultados Metodología de Análisis
Tamaño de Partícula
Porcentaje de retención
Tamiz 10 (2.00 mm) 18.43% m/m Gravimétrico Tamiz 16 (1.18 mm) 29.07% m/m Gravimétrico Tamiz 35 (500 μm) 41.18% m/m Gravimétrico Tamiz 60 (250 μm) 9.415% m/m Gravimétrico Tamiz 140 (106 μm) 1.351% m/m Gravimétrico Fondo 0.556% m/m Gravimétrico
Tabla C.2. Resultados de análisis de muestras de arena.
Estos análisis fueron realizados en los laboratorios de Química de la Universidad
Centroamericana “José Simeón Cañas” (UCA) usando los “Métodos Estándares para aguas
C - 5
y aguas de desecho de la American Public Health Association 19 Edición, 1995”. La
metodología para los sólidos suspendidos fue “2540B” y para los sólidos totales
“2540D”.
La necesidad de un desarenador es muy notable al comparar los resultados. Tomando el
tamaño promedio de estas partículas (0.3 mm) tenemos que la velocidad promedio de
decantación de partículas es de 0.03 m/s. Usando un factor de seguridad de “f = 2”, usando
una profundidad de decantación “dd = 0.75 m” y una velocidad horizontal de “vh = 0.2 m/s”
dimensionamos el desarenador con las siguientes ecuaciones:
𝐿𝑑 =𝑉_ℎ𝑉_𝑑
∗ 𝑑𝑑 ∗ 𝑓
𝑊 =𝑄
𝑉ℎ ∗ 𝑑𝑑
Donde:
Ld: Longitud de decantación
Vh: Velocidad Horizontal del agua
Vd: Velocidad de decantación del agua
dd: Profundidad de decantación
f: Factor de seguridad
W: Ancho del desarenador
Q: Caudal promedio y/o ideal de trabajo
Teniendo cada uno de estos datos y asumiendo los datos correspondientes, se tiene el
dimensionamiento tanto del desarenador como el de la cámara de carga. La cámara de
carga difiere con desarenador con el tramo final. En el capítulo 3, las figuras 3.3 y 3.4
representan los resultados del dimensionamiento usando los parámetros anteriores. En los
anexos “Planos” adjuntos a este proyecto, están más detallados los componentes.
C - 6
Figura C.2 Dimensionamiento de un desarenador
ANEXO D
PLAN DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO EN UNA MCH, EQUIPO, MATERIALES Y HERRAMIENTAS REQUERIDAS PARA LA EJECUCUIÓN
DEL MANTENIMIENTOPREVENTIVO
D - 1
ANEXO D. PLAN DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO EN UNA MCH, EQUIPO, MATERIALES Y HERRAMIENTAS REQUERIDAS PARA LA EJECUCUIÓN DEL MANTENIMIENTOPREVENTIVO
D.1 Plan de mantenimiento para obras civiles en MCH
A continuación, se muestra un cuadro de acciones de mantenimiento periódicos
recomendados para las obras civiles en micro centrales hidráulicas.
CUADRO DE ACCIONES DE MANTENIMIENTO PARA OBRAS CIVILES EN
MCH
ACCIONES PERIODICIDAD
ESTIAJE LLUVIAS
BOCATOMA
1. Limpieza de la bocatoma
2. Engrase de compuertas
3. Control de funcionamiento de las compuertas
4. Inspección de la bocatoma
5. Pintado de compuertas con pintura
anticorrosiva
Mensualmente
Cada seis meses
Semanalmente
Cada 2 meses
Anualmente
Semanal
Cada mes
Cada día
Semanalmente
Anualmente
DESARENADOR
1. Purga del desarenador
2. Engrase de compuertas
3. Control de funcionamiento de las compuertas
4. Limpieza total del desarenador
5. Pintado de compuertas con pintura
anticorrosiva
6. Inspección de la estructura del desarenador
Cada dos meses
Cada seis meses
Durante la purga
Cada dos meses
Anualmente
Anualmente
Cada semana
Cada dos meses
Durante la
purga
Cada quince
días
Anualmente
Anualmente
D - 2
CANAL
1. Vigilar el canal eliminando obstrucciones si
las hay
2. Limpieza total del canal incluyendo talud
3. Reparación del canal
4. Inspección de todo el canal especialmente en
la zona de derrumbes.
Diariamente
Cada seis meses
Según estado
Anualmente
Diariamente
Cada seis meses
Según estado
Anualmente
CÁMARA DE CARGA
1. Limpieza de la rejilla, eliminando hojas,
ramas, sólidos flotantes
2. Purgar la cámara de carga
3. Limpieza de la cámara de carga
4. Engrase de compuertas
5. Control de funcionamiento de las compuertas
6. Pintado de compuertas con pintura
anticorrosiva
7. Inspección de la estructura del desarenador
Diariamente
Cada tres meses
Cada tres meses
Cada seis meses
Durante la purga
Anualmente
Anualmente
Diariamente
Cada dos meses
Cada dos meses
Cada seis meses
Durante la
purga
Anualmente
Anualmente
TUBERÍA DE PRESIÓN
Acero
1. Inspecciones para determinar si hay fugas en
las conexiones o uniones de expansión, los
sellos de alrededor de la tubería en los bloques
de anclaje, los apoyos de cemento, incluyendo
la integridad de los cimientos.
2. Inspección de estado de la pintura.
3. Pintado general de la tubería de acero.
4. Inspección de aparejos y anclajes para
constatar que la tubería esté totalmente
aparejada y anclada.
5. Drenaje de agua de lluvia en recorrido de
tubería
Cada tres meses
Según estado
Según estado
Si es zona de suelos
poco estables
(anual)
Semestralmente
Cada mes
Según estado
Según estado
Si es que hay
deslizamientos
Cada 3 meses
D - 3
CANAL DE DESCARGA
1. Inspección del canal de descarga
Mensualmente
Semanalmente Tabla D.1 Plan de mantenimiento para obras civiles en MCH.
D.2 Equipo, materiales y herramientas requeridas para el mantenimiento en obras civiles
Para poder llevar a cabo una buena ejecución de un programa de mantenimiento debemos
de reconocer los equipos, herramientas y materiales que se requieren; a continuación se
presenta un listado de equipos, herramientas y materiales para un adecuado mantenimiento
en las obras civiles.
Equipos, herramientas y materiales
• Zacapicos • Alicate mecánico
• Palas: plana y de cuchara • Alicate de presión
• Cinceles y punzones • Juego de desarmadores planos y
estrella
• Martillo • Depósitos de metal para trapos
• Rastrillo • Tijera de cortar lata
• Escobillas de acero • Stilson de 10”
• Carretillas • Llave francesa de 6’ y 12”
• Juego de llaves Allen • Llaves mixtas 30,34,36 y 40 mm
• Engrasadora y aceitadora manual • Juego de llaves mixtas de 8 a 30 mm
• Brocha • Casco
• Plancha de batir • Botas de hule
• Latas • Poncho de plástico
• Cemento • Guantes
Tabla D.2. Equipo, materiales y herramientas requeridas para el mantenimiento en obras civiles
D - 4
D.3 Plan de mantenimiento para elementos mecánicos en MCH
A continuación, se muestra un cuadro de acciones de mantenimiento periódicos
recomendados para los equipos mecánicos en pequeñas centrales hidráulicas.
TURBINA
Operación Diariamente Mensual Anual
Revisar la cámara de la turbina, las válvulas de
admisión y las tuberías en busca de deterioro o
fugas.
X X X
Inspeccionar los sellos en busca de fugas en los
cojinetes de la turbina
X X X
Examinar rodetes y carcasas X
Examinar el aparato de las aletas guías en busca
de holguras, cojinetes gastados y de la geometría
apropiada.
X
COMPUERTAS MECÁNICAS
Operación Diariamente Mensual Anual
Control de funcionamiento de las compuertas X
Inspección, limpieza y lubricación de tornillo
sinfín
X
Lubricación de cojinetes X
Reparación y/o cambio de cojinetes Según
desgaste
Pintado de compuertas con pintura
anticorrosiva
X
Tabla D.3 Plan de mantenimiento para elementos mecánicos en MCH
D - 5
D.4 Equipo, materiales y herramientas requeridas para el mantenimiento en elementos mecánicos
Para poder llevar a cabo una buena ejecución de un programa de mantenimiento debemos
de reconocer los equipos, herramientas y materiales que se requieren; a continuación se
presenta un listado de equipos, herramientas y materiales para un adecuado mantenimiento
en los elementos mecánicos.
Equipos, herramientas y materiales
• Juego de llaves mixta hasta 42 mm. • Calibre fijo
• Juego de dados hasta 42 mm. • Calibrador de pie rey
• Juego de desarmadores planos y estrella • Llave francesa
• Juego de llaves "allen" • Estrobos de soga de manila
• Engrasadora y aceitera manuales • Guantes de cuero
• Juego de limas planas, triangular,
redonda y media luna
• Linterna
• Alicates: universal, de presión, de punta • Casco
• Comba y martillos de bola y uña • Protectores de oído
• Arco de sierra • Fusibles
• Tornillo de banco • Fajas
• Regla metálica y nivel
Tabla D.4. Equipo, materiales y herramientas requeridas para el mantenimiento en elementos mecánicos
D.5 Plan de mantenimiento preventivo en elementos, sistemas e instalaciones eléctricas.
A continuación, se muestra un cuadro de acciones de mantenimiento periódicos
recomendados para los elementos, sistemas y redes eléctricas en pequeñas centrales
hidráulicas.
D - 6
Tabla D.5. Plan de mantenimiento preventivo en generador eléctrico
Las acciones de mantenimiento sugeridas para las redes eléctricas son:
a) Red en transmisión
Operación Periodicidad
Inspección y limpieza de los aisladores Anualmente
Inspección y prueba de protecciones Anualmente
Inspección del estado de los postes Anualmente
Inspección de las conexiones a tierra Cada 2 años
Revisión del nivel de aceite del tanque del transformador Semestralmente
Inspección de fugas y calentamientos en el transformador Semestralmente
Muestreo y evaluación del estado del aceite dieléctrico Anualmente
Medición del nivel de aislamiento de la carcasa respecto a
tierra Cada 2 años
Tabla D.6 Plan de mantenimiento preventivo red de transmisión.
Generador
Operación Diario Mensual Anual
Inspección y limpieza de bobinado o
interior
X
Medición de aislamiento X
Lubricación de cojinetes X
Reparación y/o cambio de cojinetes Según desgaste
D - 7
b) En la red primaria
Operación Periodicidad
Inspección y limpieza de los aisladores Anualmente
Inspección y prueba de protecciones Anualmente
Inspección del estado de los postes Anualmente
Inspección de las conexiones a tierra Cada 2 años
Revisión del nivel de aceite del tanque del transformador en cada
subestación Semestralmente
Inspección de fugas y calentamientos en el transformador en cada
subestación Semestralmente
Muestreo y evaluación del estado del aceite dieléctrico en cada
subestación Anualmente
Tabla D.7 Plan de mantenimiento preventivo en red primaria.
c) En la red secundaria:
Operación Periodicidad
Inspección del estado de los postes Anualmente
Inspección de las conexiones a tierra Cada 2 años
Limpieza de los tableros de distribución y revisión del estado de
contactos Bimestral
Tabla D.8 Plan de mantenimiento preventivo en red secundaria.
D - 8
D.6 Equipo, materiales y herramientas requeridas para el mantenimiento en elementos, sistemas e instalaciones eléctricas.
Para la realización de sus labores cotidianas, el personal técnico deberá estar provisto de
por lo menos los siguientes instrumentos y/o equipos:
Equipos, herramientas y materiales
• Pinza volti-amperimetrica • Cinturón de seguridad
• Pertiga aislante de maniobra • Arnés con eslinga
• Alicate con mango aislado hasta 500 V • Escalera 8 metros
• Pinza con mango aislado hasta 500V • Multímetro
• Desatornilladores con mango aislado hasta
500V
• Pertiga de 10 kV para cut
outs
• Llave francesa de 12 pulgadas • Guantes
Tabla D.9 Equipo, material y herramientas requeridas para el mantenimiento en elementos, sistemas e instalaciones eléctricas.
ANEXO E
DIAGNOSTICO DE FALLAS, PLAN DE SEGURIDAD INDUSTRIAL PARA OPERADORES TÉCNICOS
E - 1
ANEXO E. DIAGNOSTICO DE FALLAS, PLAN DE SEGURIDAD INDUSTRIAL PARA OPERADORES TÉCNICOS
E.1 Diagnostico de fallas para el sistema generador eléctrico de la MCH “La Chácara”
A continuación se presentan una serie de cuadros de diagnostico de fallas para el sistema
generador eléctrico de la MCH “La Chácara”.
Diagnostico de falla en la turbina
Falla Posible causa Acción a tomar
La turbina
no gira
Insuficiente agua Verificar que la tubería este llena
Partes móviles de la turbina se
encuentran trabadas
Si el eje de la turbina no gira, verificar
algún objeto que obstruya el rodete
Objeto obstruyendo el paso del
agua
Retirar cubierta de limpieza, verificar
y retirar la obstrucción
La turbina
arranca pero
no
incrementa
su velocidad
Insuficiente agua en cámara de
carga y cae la altura de presión
Revisar la alimentación de agua en la
cámara de carga
El regulador no funciona Solicitar la presencia del técnico
EL regulador de revoluciones
esta malogrado
Verificar con el frecuencímetro
La turbina
gira a una
velocidad
solamente
El regulador está fallando Solicitar la presencia del técnico
especialista
La faja del regulador resbala Verificar la tensión de la faja y
ajustarla
Medidor de revoluciones
dañado
Verificar con el frecuencímetro
La turbina
gira pero
pierde
Insuficiente agua Verificar alimentación de agua a la
cámara de carga
Rejillas en cámara de carga Verificar y limpiar
E - 2
velocidad
cuando se
conecta la
carga
están obstruidas
Obstrucción en el paso de agua Verificar el manómetro, si la aguja
vibra es debido a una obstrucción
Defectos en el regulador Solicitar la presencia del técnico
especialista
La turbina
opera con
carga por un
tiempo corto
y pierde
velocidad o
se detiene
Insuficiente agua en el río o
reservorio
Reducir la carga de la turbina según la
disponibilidad del agua
Rejillas en cámara de carga
están obstruidas
Verificar y limpiar
Obstrucción en el paso de agua Verificar el manómetro, si la aguja
vibra es debido a una obstrucción
Fluctuación
de la
velocidad de
la turbina sin
carga
Defectos del regulador Solicitar la presencia del técnico
especialista
Resbalamiento de fajas del
regulador
Verificar la tensión de la faja y
ajustarla
Fluctuación
de velocidad
de la turbina
con carga
Presencia de cargas
momentáneas
Verificar la velocidad en diferentes
cargas
Defectos en el regulador Solicitar la presencia del técnico
especialista
Resbalamiento de fajas del
regulador
Verificar la tensión de la faja y
ajustarla
Presencia de
ruidos en la
turbina
Piedras pequeñas traídas por el
agua
No hay problema si los ruidos
desaparecen pronto
Tabla E.1 Diagnostico de fallas en la turbina.
E - 3
Diagnostico de fallas en el generador
Falla Posible causa Acción a tomar
Ruidos en los
rodamientos
Rodamientos defectuosos,
gastados
Cambiar los rodamientos
Algún elemento suelto dentro
de los rodamientos
Inspeccionar el interior
Calentamiento
de
rodamientos
Exceso de grasa Inspeccionar y reducir la cantidad de
grasa
Falta de grasa Inspeccionar , engrasar y probar
Sistema de refrigeración no
funciona
Revisar y reparar
Fajas demasiado tensas Revisar la tensión de la faja
Inadecuado alineamiento Revisar el alineamiento y corregir
No hay voltaje
cuando el
generador está
en marcha
Defectos en el regulador de
tensión
Verificar tensión continua a la salida
Bornes flojos Revisar y ajustar
Fusible cortocircuitado Revisar y cambiar
Velocidad de rotación baja Verificar y corregir
Mal Contacto en escobillas Verificar asentamiento de
escobillas o carbones
Voltaje del
generador
demasiado
bajo estando
sin carga
Velocidad de rotación baja Verificar y corregir
Mal contacto en escobillas Verificar, limpiar o remplazar
Voltaje del
generador alto
sin carga
Velocidad demasiado alta Verificar y corregir si es necesario
Voltaje del
generador cae
Caída de velocidad con carga Verificar el regulador, podría
tratarse de una falla
E - 4
cuando se
conecta la
carga
Fajas de transmisión flojas Verificar la tensión y corregir si es
necesario
Sobrecarga del alternador Verificar los instrumentos y reducir
la carga si es necesario
Fuerte desbalance de carga Verificar el amperímetro y corregir
Ninguna de las posibles causas Solicitar la presencia del técnico
especialista
Voltaje del
generador
varía
continuamente
Velocidad inestable de la
turbina
Verificar en el regulador
Fajas de transmisión flojas Verificar la tensión y ajustar si es
necesario
Traslape de la faja Verificar el adecuado traslape y
cambiar faja si es necesario
Bornes flojos Verificar y ajustar
Generador
calienta
Flujo de aire al interior del
generador está obstruido
Revisar el libre paso del aire
Alta temperatura de la casa de
maquinas
Verificar y corregir si es necesario
Contaminación de los
bobinados con aire y/o grasa
Limpiar el bobinado interior con aire
comprimido y algún solvente
dieléctrico
Sobrecarga del generador Verificar y reducir la carga si es
necesario
Giro forzado
en el rotor del
generador,
ruido en los
rodamientos y
calentamiento
Alineamiento incorrecto Verificar el alineamiento y corregir
Rodamiento con poca
lubricación
Verificar y lubricar si es necesario
Demasiada tensión en la faja
de transmisión
Verificar y corregir
Rodamientos defectuosos Verificar estado y cambiar si es
necesario
Partes móviles en rozamiento Verificar las partes rozantes y
E - 5
(Rotor, ventilador,
rodamientos)
eliminar dicho rozamiento
Fuerte
vibración en el
generador
Pernos de sujeción flojos Revisar y ajustar los pernos si es
necesario
Desbalance en el rotor Solicitar la presencia del técnico
especialista
Poleas desbalanceadas Solicitar la presencia del técnico
especialista Tabla E.2 Diagnostico de fallas en el generador.
Diagnostico de fallas en tablero de distribución.
Falla Posible causa Acción a tomar
No se
puede
conectar
la carga
principal
Falla en el circuito de mando del
interruptor
Verificar el circuito y reparar si es
necesario
Carga muy grande Reducir la carga
Falla a la tierra Revisar y reparar
Defectos en la línea de transmisión Revisar la línea de transmisión por
tramos
Aisladores rotos o cortocircuito en la
línea
Revisar la línea de transmisión por
tramos
Bornes flojos Verificar y ajustar
Interrupt
ores
calientan
con carga
Defectos en el interruptor Remplazar interruptor
Sobrecarga Reducir la carga
Bornes Flojos Verificar y ajustar.
Tabla E.3 Diagnostico de fallas en tablero de distribución.
E - 6
E.2 Plan de seguridad industrial en obras civiles
A continuación, se presenta un cuadro de actividades, procedimientos y periodicidad con la
que deben realizarse las acciones de seguridad en el mantenimiento de las obras civiles en
pequeñas centrales hidráulicas.
Tipo de actividades Procedimiento Periodicidad
Rutinarias
1.- Charla informativa
sobre uso de implementos
de protección.
• Revisión periódica del
uso y estado de los
implementos personales de
seguridad.
• Diariamente / Cada 3
meses
2.- Evaluación de los
procedimientos en las
tareas de mantenimiento.
• Observación de los
procedimientos de
mantenimiento que
realizan los operadores.
• Diariamente
• Al iniciar un turno de
trabajo
3.- Charla sobre el uso
adecuado de herramientas
y materiales de trabajo.
• Identificación de las
herramientas que están en
buen y mal estado.
• Diariamente
• Al realizar tareas de
mantenimiento
4.- Reunión del equipo
sobre identificación de
señales de riesgo.
• Limpiar, pintar señales de
riesgo para mejorar su
identificación.
• Semestralmente
Planeadas
1.- Charlas de capacitación
sobre beneficios y riesgos
en el uso de implementos
de protección personal.
El equipo identifica las
ventajas y peligros
que trae el no usar los
implementos de
protección personal
• Se realizan prácticas
dirigidas.
• Semestralmente
• Trimestralmente
2.- Cursos de capacitación • Los operadores • Anualmente
E - 7
en el manejo y
mantenimiento de equipos.
identifican el tipo de
equipos necesarios para el
mantenimiento de las obras
civiles.
• Identifican su utilidad y
sus principios de
funcionalidad.
3.- Charlas de capacitación
en
Prevención de accidentes
en el mantenimiento de
bocatomas, canales,
desarenadores, cámara de
carga.
• Se identifican los
accidentes más comunes
y los riesgos cuando se
realizan labores de
mantenimiento en cada una
de las partes de las obras
civiles
• Los operadores realizan
casos prácticos
• Semestralmente
4.- Charlas de capacitación
en primeros auxilios.
• En casos de suceder un
accidente,
• conocer
Trimestralmente
• Anualmente
Tabla E.4 Plan de seguridad industrial en obras civiles.
E.3 Plan de seguridad industrial en elementos mecánicos
A continuación se presenta un cuadro de actividades, procedimientos y periodicidad con la
que deben realizarse las acciones en el mantenimiento de diversos elementos mecánicos en
pequeñas centrales hidráulicas; esto con el objetivo de identificar, reducir y controlar los
riesgos, a efecto de minimizar la ocurrencia de accidentes e incidentes.
E - 8
Actividades Procedimiento Periodicidad
Preventivas
1. Lectura de señales de
peligro
• Conocer, identificar y respetar
las zonas de peligro.
Diaria
2. Protección personal en
las labores cotidianas
• Uso diario, adecuado y
cuidadoso de los implementos
de seguridad.
Diaria
3. Manejo de equipos y
herramientas para la
operación y
mantenimiento
• Revisión del estado de las
herramientas y equipos.
Identificar los que tengan
averías u descartar los que
presentan severo daño.
Semestral
4. Evaluación de
procedimientos para el
funcionamiento de las
redes
• Inspeccionar los
procedimientos de operación y
mantenimiento de los equipos
para verificar un proceder
adecuado.
Trimestral
Anual
Planeadas
1. Programar inspecciones
de redes y equipos de
generación eléctrica
• Aplicación de un programa de
visitas de inspección que se
ejecute rigurosamente
Trimestral
2. Programa de uso de
materiales, equipos y
herramientas
• Capacitaciones en la
manipulación de materiales,
equipos y herramientas.
Semestral
3. Programa reforzamiento
de procedimientos de
operación y
mantenimiento de
equipos.
• Practicas individuales y
grupales
• Charlas, reuniones, para
mejorar o perfeccionar los
procedimientos de operación y
mantenimiento.
Semestral
Trimestral
E - 9
4. Programa de primeros
auxilios.
• Formar al equipo en acciones
para tratar accidentes e
incidentes.
• Saber y conocer acciones en
casos de emergencia
Trimestral
Semestral
Tabla E.5 Plan de seguridad industrial en elementos mecánicos.
E.4 Plan de seguridad industrial en elementos, sistemas y redes eléctricas
A continuación se presenta un conjunto de normas para poder desarrollar de forma segura
las actividades diarias de mantenimiento eléctrico.
Actividades Procedimiento Periodicidad
Preventivas
1. Lecturas de señales de peligro Conocer, identificar y respetar las
zonas de peligro
Diaria
Trimestral
2. Protección personal en las
labores cotidianas
Uso diario, adecuado y cuidadoso
de los implementos de seguridad
Diaria
3. Manejo de equipos y
herramientas para la
operación y mantenimiento
Revisión del estado de las
herramientas y equipos.
Semanal
4. Evaluación de procedimientos
para el funcionamiento de las
redes
Inspeccionar los procedimientos
de operación y mantenimiento de
los equipos para verificar un
proceder adecuado.
Trimestral
Planeadas
1. Programar inspecciones de
redes y equipos de generación
eléctrica
Aplicación de un programa de
visitas de inspección que se
ejecute rigurosamente.
Trimestral
2. Programa de uso de Capacitaciones en la Semanal
E - 10
materiales, equipos y
herramientas
manipulación de materiales,
equipos y herramientas.
3. Programa de reforzamiento de
procedimientos de operación
y mantenimiento de equipos
Prácticas individuales y grupales
Charlas, reuniones para mejorar o
perfeccionar los procedimientos
de operación y mantenimiento
Semestral
Trimestral
4. Programa de primeros
auxilios
Formar al equipo en acciones para
tratar accidentes e incidentes.
Saber y conocer acciones en casos
de emergencia
Trimestral
Semestral
Tabla E.6 Plan de seguridad industrial en elementos, sistemas y redes eléctricas.
E.5 Check list de condiciones seguras
Modelo de checklist para evaluar cumplimiento de las normas de seguridad industrial al
realizar las diversas actividades de operación en la micro central hidroeléctrica
E - 11
Tabla E.7 Modelo tabla Check list.
