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Casa de máquinas

Características sobre la casa de máquinas de una PCH ( Pequeña Central Hidroeléctrica)
by

Lorena García

on 27 February 2013

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Transcript of Casa de máquinas

GRACIAS UNIVERSIDAD NACIONAL
Sede Manizales Curso: Generación de Energía Eléctrica Ingrid Lorena García
Camilo Andrés Espinosa
Luisa Fernanda Trujillo CASA DE MÁQUINAS Construcción que contiene el equipo electromecánico,
destinado a la transformación de energía cinética del
agua en energía mecánica y ésta en eléctrica. Aspectos para determinar su ubicación: Para garantizar un buen funcionamiento de la Central, es de gran importancia determinar la ubicación de la casa de máquinas. Los siguientes aspectos deben tenerse en cuenta:
Cerca del afluente.
Estabilidad del terreno.
Facilidades internas y externas
Armonía con el medio. Copyright © Vic Garcia Diseño según la disposición del eje del grupo El diseño de la Casa de máquinas se puede normalizar en función de la posición del eje del grupo turbina generador. Este puede ser:
Horizontal
Vertical. El momento de inercia del grupo se compensa con un volante acoplado a su eje. Facilidad de montaje y mantenimiento. Inspección fácil. Transmisión directa por acoplamiento o con ejes paralelos. Cojinetes simples.
Mayor extensión superficial de las cimentaciones. Posibilidad de colocar los alternadores y transmisores tan arriba como se quiera del nivel de aguas. Generalmente se usa cuando son potencias mayores.
Requiere una buena cimentación.
Cargas verticales que corresponden a las máquinas se sostienen con cojinete más resistente. Equipos instalados en la casa de máquinas: - Turbinas: Éstas son máquinas de fluido, a través de las cuales pasa un fluido en forma continua y éste le entrega su energía a través de un rodete con paletas o álabes.

- Generador: es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica.

- Reguladores: Para el control automático de la frecuencia y el voltaje generado en pequeñas, mini y microcentrales hidroeléctricas que trabajan de forma aislada, se utilizan básicamente dos métodos: por regulación del flujo de agua que entra a la turbina, y por el control de la carga eléctrica que demandan los consumidores.Para la regulación del flujo se utilizan tres tipos de reguladores:
1. Regulador mecánico o manual.
2. Regulador hidráulico.
3. Regulador eléctrico-electrónico.
Para el control de la frecuencia y el voltaje a través del control de la demanda de los consumidores, se utiliza un regulador electrónico, llamado «de carga fantasma».
Existe un «regulador mixto» que permite la regulación del caudal de agua que entra a la turbina, y que, además, actúa sobre la demanda eléctrica de los consumidores.

- Accesorios Cálculos con respecto al diseño de la casa de máquinas para PCH En una PCH los hidrogrupos tienen un costo entre el 40 - 50 % de todo el proyecto en conjunto. Para reducir su costo se hace necesario tener en cuenta algunas características:
- Bajo peso.
- Geometría simple.
- Necesidades mínimas de mantenimiento
- Operación exenta de vibración, ruidos y cavitación.
- Unidades de igual potencia e igual tipo.

Es necesario que el equipo trabaje con buena eficiencia para un rango de potencia promedio entre el 65 - 90 % de su potencia nominal, rangos inferiores generan cavitación. Selección de la turbina: La selección del tipo de turbina se hace con base en el principio de funcionamiento de ésta y los parámetros que inciden en su selección son el caudal y la altura. La potencia real de la PCH se puede expresar en función del número de unidades n, y la potencia de cada hidrogrupo i. Se observa que para variar la potencia el único parámetro que puede oscilar es el de caudal, dado que la altura se mantiene constante, esto hace que los equipos sean del mismo tipo. Para PCH's retiradas del centro de carga por longitudes considerables, exigen de la planta generadores de mayor potencia, lo que implica un número de unidades lo que conlleva a reducir la eficiencia. Esto se compensa al utilizar turbinas gemelas como: Turbina pelton gemela, turbina francis de doble rodete y turbina michel banki seccionada. Cuando dos o más tipos de turbinas se ajustan a las condiciones de caudal y altura, se tienen en cuenta otros criterios como :
- Cavitación
- Velocidad
- Otros parámetros : (número de unidades, tipo de hidrogrupo, costo unitario del grupo, fácil mantenimiento, sencillez, bajo peso, ...) Estabilidad del grupo turbina - generador Debido a la sinergia entre las energías y particularidades que involucran el proceso de conversión de energía, el cambio fundamentalmente de la demanda causa oscilaciones; las cuales perturban el funcionamiento del grupo turbina - generador.
Es necesario realizar un planeamiento operacional de la estabilidad del sistema , en este proceso de conversión existen diferentes elementos que presentan características que afectan la regulación. Las perturbaciones causadas en el funcionamiento del grupo turbina - generador pueden conllevar al deterioro de elementos del sistema, esto significa que la tubería de presión debe ser estable a las perturbaciones hidraúlicas, la turbina mecánicamente debe ser estable y el generador electromecánico debe ser estable también. Se presentan cuatro características con respecto a la estabilidad del sistema que deben ser analizadas cuidadosamente : Tiempo de cierre del regulador
Tiempo transitorio
Análisis de los tiempos de sobrevelocidad
Dimensionamiento Tiempo transitorio Es el tiempo de aceleración del grupo o inercia específica , tg, es el tiempo en segundos que demora el grupo en llegar desde n=0 hasta la rotación nominal n, actuando en el eje.
Está vinculado directamente con el golpe de ariete máximo posible. Anclaje de los equipos La fundación del grupo turbina - generador se calcula teniendo en cuenta fuerzas estáticas y dinámicas del grupo, estas son: Peso del equipo y de su fundación
Esfuerzos producidos a consecuencia de la rotación como: a) Excentricidad de la masa del rotor, con respecto al eje de rotación y que es motivada por la elasticidad del árbol. b) La inexactitud en el equilibrio de las masas del rotor.
La reacción del rotor de la turbina sobre el estator.
La reacción en el generador a causa de fallas electromagnéticas, como cortocircuitos. Horizontal Vertical Rotor de una turbina pelton, ésta es una turbina hidráulica de acción. Fundación para grupos de eje horizontal Son usuales por la facilidad de montaje y mantenimiento que implica la instalación de grupos de eje horizontal. No es necesario calcular la fundación correspondiente porque dichas fundaciones forman un conjunto con la estructura de la obra de fábrica y con las cimentaciones de la central.

Los esfuerzos que actuan sobre la fundación para un grupo horizontal, son los siguientes:
- Esfuerzos debidos a la excentricidad del rotor.
- Esfuerzos debidos a la reacción del rotor sobre el estator. Esfuerzos debidos a la excentricidad del rotor El conjunto de estos esfuerzos conlleva a que para hacer frente a la acción dinámica creada por la excentricidad del rotor, hay que multiplicar el peso estático de la parte giratoria por un factor.
- Esfuerzos debidos a la reacción del rotor sobre el estator Son generados por dos causas:
- La reacción del rodete sobre el distribuidor de la turbina.
- La reacción del rotor del generador sobre el estator. La reacción del rotor del generador contra el estator en régimen normal coincide, con la reacción provocada por el rotor de la turbina sobre su estator, pero aumenta considerablemente en caso de cortocircuito y es tanto mayor, en cuanto mayor es la intensidad de este. Elementos que intervienen en el proceso de conversión de energía, en un esquema de una PCH Comportamiento del grupo en parada brusca Tiempo de cierre del regulador Por razón cualquiera la potencia eléctrica en bornes del generador cae a cero, el sistema demora en reaccionar un tiempo tm en este tiempo la potencia se mantiene inicialmente constante y aumenta bruscamente debido a la sobrepresión del golpe de ariete.
Durante tm aumenta la velocidad de rotación del grupo de n a n1, transcurridos tm el regulador empieza a actuar reduciendo la potencia desde Pmax hasta cero 0 , la velocidad crece hasta un máximo valor nmáx y después cae a cero 0. El tiempo t es el tiempo de cierre del regulador siento ts el tiempo que demora el grupo en parar. Análisis de los tiempos de sobrevelocidad Para la estabilidad hidrodinámica del sistema se debe tener :
tg < t < tn Dimensionamiento El dimensionamiento del volante se hace con el siguiente procedimiento: Dimensiones del volante BIBLIOGRAFÍA Pequeñas centrales hidroeléctricas - Ramiro Ortiz Flórez
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