estudio de factibilidad técnica de la instalación de un...
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Estudio de factibilidad técnica de la instalación de un cable submarino de potencia entre Margarita y Coche, Estado Nueva Esparta
Rafael Ponte Araujo
Tutor Industrial: Ing. Diego Borges
Tutor Académico: Ing. Oscar Rodríguez
Caracas, Octubre 2003
Dedicatoria.
A mi Papá y a mi Mamá, por ser los que me dieron la vida. Gracias por su amor y paciencia, su empeño y confianza, gracias a ustedes, este trabajo se pudo. Son los mejores padres del mundo, los amo.
A mi hermana Mariana, gracias por estar conmigo en todo momento,
apoyándome en las buenas y en las malas. Siempre podrás contar con tu hermano que te quiere.
A mis primos, tíos y abuelos, por ser parte fundamental en mi
desarrollo como persona. Por todos los recuerdos que hoy compartimos y los que nos faltan por crear. Gracias.
A mis amigos del alma, que más que amigos, son mis hermanos.
Gracias por brindarme su amistad, confianza y por sobre todo, su apoyo, los quiero.
A mis profesores, por haber logrado, después de tanto trabajo,
transmitirme sus conocimientos y enseñarme que la vida no es solo trabajo, que primero están la familia y los amigos. Gracias.
A Dios. Por hacer todo posible.
Agradecimientos A mi Papá, por esforzarse tanto para que esta tesis se realizara. Esta
tesis es tuya. Al Prof. Emil Friedman, por lograr que mis amigos, mi hermana y yo,
seamos personas de provecho. A los Ingenieros Diego Borges, Oscar Rodríguez y Alfredo
Colombano, por haberme prestado toda su ayuda para elaborar esta tesis.
A la Universidad Metropolitana y al Colegio Emil Friedman. Gracias por ser
parte fundamental en mi desarrollo como persona.
DERECHO DE AUTOR
Quien suscribe, en condición de autor del trabajo titulado “Estudio de
factibilidad técnica de la instalación de un cable submarino de potencia entre
Margarita y Coche, Estado Nueva Esparta”, declara que: Cedo a título
gratuito, y en forma pura y simple, ilimitada e irrevocable a la Universidad
Metropolitana, los derechos de autor de contenido patrimonial que me
corresponden sobre el presente trabajo. Conforme a lo anterior, esta cesión
patrimonial solo comprenderá el derecho para la Universidad de comunicar
públicamente la obra, divulgarla, publicarla o reproducirla en la oportunidad
que ella así lo estime conveniente, así como, la de salvaguardar mis
intereses y derechos que me corresponden como autor de la obra antes
señalada. La Universidad en todo momento deberá indicar que la autoría o
creación del trabajo corresponde a mi persona, salvo los créditos que se
deban hacer al autor o a cualquier tercero que haya colaborado o fuere
hecho posible la realización de la presente obra.
Autor: Ponte Araujo, Rafael Augusto.
C.I: 15.665.572
En la ciudad de Caracas, a los 3 días del mes de octubre del año 2003.
APROBACIÓN
Considero que el Trabajo Final titulado
Estudio de factibilidad técnica de la instalación de un cable submarino de potencia entre Margarita y Coche, Estado Nueva Esparta.
Elaborado por el ciudadano
Ponte Araujo, Rafael Augusto.
Para optar el título de
INGENIERO MECÁNICO.
reúne los requisitos exigidos por la Escuela de Ingeniería Mecánica de la
Universidad Metropolitana, y tiene méritos suficientes como para ser
sometido a la presentación y evaluación exhaustiva por parte del jurado
examinador que se designe.
En la ciudad de Caracas, a los 3 días del mes de octubre del año 2003
ACTA DE VEREDICTO
Nosotros, los de abajo firmantes constituidos como jurado examinador y
reunidos en Caracas, el (día, mes, año), con el propósito de evaluar el
Trabajo Final titulado
Estudio de factibilidad técnica de la instalación de un cable submarino de potencia entre Margarita y Coche, Estado Nueva Esparta.
Presentado por el ciudadano
Ponte Araujo, Rafael Augusto.
Para optar al título de
INGENIERO MECÁNICO.
Emitimos el siguiente veredicto:
Reprobado Aprobado Notable Sobresaliente
Observaciones:
.
….Jurado Jurado Jurado
Tabla de Contenido. Lista de tablas. ………………………………………………………………....i.
Lista de anexos. ……………………………………………………………..…ii.
Resumen. ……………………………………………………………………….iii.
Introducción. ……………………………………………………………..……..1.
Capítulo I. Tema de Investigación. …………………………………………..4.
I.1. Planteamiento del problema. ………………………………..……5.
I.2. Objetivos de la investigación. …………………………………….6.
I.2.1. Objetivo General. ………………………………….……6.
I.2.2. Objetivos Específicos. …………………………….…….6.
I.3. Justificación. ………………………………………………………..9.
Capítulo II. Marco Teórico. …………..…………..…………………….....…10.
II.1. Cables de transmisión de potencia. …………………………...11.
II.1.1. Definición de un cable. ………………………………..11.
II.1.2. Partes de un cable de transmisión de potencia. …...11.
II.1.2.1. Conductor. ……………………………….…..11.
II.1.2.2. Aislante. ……………………………………...12.
II.1.2.3. Aislamientos más utilizados. ……………….13.
II.1.2.3.1. Papel impregnado. ………………..13.
II.1.2.3.2. Cambray Barnizado. ……………...14.
II.1.2.3.3. Termoplásticos. …………………...14.
II.1.2.3.4. Termofijos. …………………………16.
II.1.2.4. Cubierta Semiconductora. ………………….18.
II.1.2.5. Pantallas. …………………………………….19.
II.1.3. Clasificación de los cables. …………………………..20.
II.1.3.1. Número de conductores que presentan. ….20.
II.1.3.2. Uso según el tipo de ambiente. ……………22.
II.1.3.3 Voltaje. ……………………………………...…23.
II.1.3.4. Tipo de aislante. ……………………………..23.
II.1.3.4.1.Oil filled (Aislado con papel
impregnado de aceite). ..……..…..23.
II.1.3.4.2. XLPE (Polietileno reticulado). …....25.
II.1.4. Accesorios para los cables de
transmisión de potencia. ….…….…………………….26.
II.1.5 Transporte e instalación. ……………………………...29.
II.2. Sistemas de generación existentes. …………………………..32.
II.2.1. Descripción de una Turbina. ………………..….....…32.
II.2.1.1. Funcionamiento de una turbina. ………...…32.
III.2.1.2. Clasificación de las turbinas. ……….......…33.
III.2.1.3. Turbinas a gas. ………………………….….34.
II.2.2. Motogeneradores. ………………………………….....36.
II.2.2.1. Descripción de un motogenerador. ……….36.
II.2.2.2 Motor Diesel. …………………………………37.
II.2.2.2.1. Partes esenciales de
un Motor Diesel. ………….……..38.
II.2.2.3. Acciones esenciales en el interior
de un motor Diesel. ……...………………….39.
II.2.2.4. Clasificación. ……………………………..….41.
II.2.2.4.1. Número de tiempos. ………………41.
II.2.2.4.2. Arreglo de los cilindros. …………..42.
II.2.2.4.3. Tipo de combustible. …………..….42.
II.2.2.5. Ventajas y desventajas. …………………….43.
Capítulo III. Marco metodológico. …………………………………………..45.
Consideraciones generales. ………………………………………...46.
III.1 Características metodológicas. ……………………………..…47.
III.1.1 Tipo de investigación. ……………………………..….47.
III.1.2 Diseño de la investigación. …………………………..47.
III.1.3. Propósito de la investigación. ………………….……48.
III.2. Variables y operacionalización. ……………………………….48.
III.3. Técnicas e instrumentos. ………………………………………52.
III.4. Procedimientos. ………………………………………………...53.
III.4.1 Estudio de los cables. ………………………………...54.
III.4.2 Sistemas de Generación. ………………………….…57.
III.5. Limitaciones. ........................................................................58.
Capítulo IV. Resultados y análisis. ……………………………………..…60. IV.1. Comparación entre los tipos de cables. ……………………..61.
IV.2. Análisis del equipamiento mecánico y
electromecánico asociado a cable submarino. ….………………..65.
IV.3. Evaluación del sistema de Generación existente. …………65.
IV.4. Estudio de los posibles sitios de instalación
de los puntos de salida y llegada del cable. ……….………………68.
Capitulo V. Conclusiones y recomendaciones. ……………………..…….72.
Referencias bibliográficas. …………………………………………………..81.
Anexos. ……………………………………………………………………..…86.
Apéndice. Estudio Eléctrico y de Mercado. …..………………………….112.
i
Lista de tablas. Tabla N˚ 1. Comparación de los tipos de cable seleccionados. ………...49. Tabla N˚ 2. Sistema de Generación de la Planta Luisa Cáceres de
Arismendi (PLCA), SENECA. ……………………………….51. Tabla N˚ 3. Sistema de Generación de la Planta Coche, SENECA. …..52.
ii
Lista de anexos.
Anexo I. Cables de trasmisión de potencia. Anexo II. Accesorios para los cables de transmisión de potencia. Anexo III. Equipos para el Transporte e instalación del sistema de cables. Anexo IV. Planta Coche. Anexo V. Rutas propuestas.
iii
Resumen. Autor: Ponte Araujo, Rafael Ponte. Tutor industrial: Ing. Diego Borges. Tutor académico: Ing. Oscar Rodríguez. Caracas, Octubre de 2003.
La empresa SENECA se ha propuesto realizar un proyecto para
conectar las Isla de Margarita y Coche a través de un cable submarino,
para suministrar energía eléctrica desde la red de Margarita, lo que
aumentará la confiabilidad del servicio en Coche y suplir la futura
demanda, ya que dejaría de depender del sistema aislado de generación
existente, quedando parte de este como sistema de respaldo.
El objetivo de este trabajo es realizar un estudio de factibilidad
técnica de la instalación de un cable submarino de potencia entre
Margarita y Coche, al menor costo posible y que pueda proveer energía
eléctrica de manera confiable y segura a la isla de Coche, como base
para la toma de decisión por parte de SENECA.
En este sentido, se realizó una investigación de los sistemas de
cable submarino existentes, apoyándose en la información suministrada
por los fabricantes, incluyendo la infraestructura y equipos de transporte e
instalación, además de los accesorios que forman parte del sistema del
cable submarino.
El trabajo describe de los componentes que conforman la
estructura del cable y las características de funcionamiento de las
unidades de generación de la Planta Luisa Cáceres de Arismendi y de
Coche, esto último para determinar las unidades que quedarán como
respaldo, por medio de una investigación en campo y obtención de la data
que posee SENECA.
iv
Como resultado, se recomienda la instalación del un sistema de
cable Oil Filled, la ruta más adecuada para el mismo y las unidades que
quedarán como respaldo en Coche.
1
Introducción.
La empresa SENECA, concesionaria del servicio de electricidad del
Estado Nueva Esparta, se planteó la necesidad de llevar a cabo el
desarrollo conceptual de un proyecto para sustituir el sistema de
alimentación de energía eléctrica a la Isla de Coche, como parte del
programa de mejoramiento de la calidad del servicio a la zona que sirve.
Este trabajo de investigación tiene como objetivo la realización de
un estudio de factibilidad técnica de la instalación de un cable submarino
de potencia entre Margarita y Coche, Estado Nueva Esparta,
Este estudio sirve como una herramienta base que facilitará a la
Gerencia de la empresa la toma de decisión para continuar con los
estudios de ingeniería básica y de ingeniería detalle con el fin llevar a la
realidad el proyecto planteado de sustituir el sistema de generación de la
planta Coche en el Estado Nueva Esparta por una alimentación desde la
Isla de Margarita a través de un cable submarino.
Un proyecto de esta magnitud abarca áreas de ingeniería
eléctrica, civil y mecánica, así como aspectos económicos, financieros y
de impacto ambiental, entre otros.
La tesis propuesta se concretará principalmente en los elementos
del proyecto que tengan relación directa con el área de ingeniería
mecánica, las características técnicas de los diferentes tipos de cables y
los costos de inversión directa y de operación y mantenimiento de los
equipos de generación existentes, incorporando los temas relativos a las
otras disciplinas.
2
El estudio que se pretende realizar ha tomado en cuenta que las
empresas fabricantes de cables en el país, no se dedican en la actualidad
al desarrollo de cables submarinos para la transmisión de potencia
requerida por la compañía SENECA. Tomando en cuenta esta limitante, el
trabajo de investigación considerará las tecnologías disponibles en el
mercado internacional, enfocándose en fabricantes que disponen de los
últimos adelantos tecnológicos en esta materia. Además, se cuenta con la
experiencia de SENECA en la operación y mantenimiento del cable
submarino de su propiedad a 115 kilovoltios (kV), entre Chacopata en el
estado Sucre y Punta Mosquitos en la Isla de Margarita, con una longitud
aproximada de treinta (30) Km., actualmente en servicio, el cual tiene una
capacidad de diseño de 100 megavoltamperios (MVA) y actualmente
transporta unos 20 MVA, contratados a EDELCA, a través del sistema de
transmisión de CADAFE.
Para la obtención de la información, se utilizaron dos métodos, uno
el teórico, el cual consistió en la búsqueda de la información disponible
por las distintas compañías que producen el tipo de cable requerido por el
proyecto, los accesorios para el funcionamiento, equipos y sistemas de
control y mantenimiento, y los distintos métodos de instalación existentes
del cable empleados por los fabricantes y empresas especializadas en
este tipo de obras. El otro método utilizado, fue el práctico, en el cual
consistió en un trabajo de investigación en campo, para el levantamiento
de la información relativa al funcionamiento de los equipos de generación
de las plantas Coche y Luisa Cáceres de Arismendi, salida de la
subestación (S/E) eléctrica escogida, determinación de la ruta del cable,
del circuito asociado en la parte no sumergida y los datos necesarios para
la elaboración de los estudios eléctricos y comerciales. Esta información
fue obtenida como resultado de las consultas realizadas al personal de
SENECA.
3
Capítulo I.
4
Tema de Investigación.
I.1. Planteamiento del problema.
La empresa SENECA, Sistema Eléctrico de Estado Nueva Esparta,
dispone de un grupo de cinco (05) motogeneradores de electricidad a gas
que trabajan con combustible diesel y que alimentan toda la carga de la
isla de Coche, sin interconexión con la Isla de Margarita, constituyendo
así un sistema aislado.
Debido a que la demanda de electricidad en Coche tiene un
comportamiento muy variable, con períodos de baja carga y aumentos de
la misma en épocas vacacionales, los equipos de generación deben
trabajar bajo condiciones que no permiten su máximo aprovechamiento.
Por otra parte, el suministro de combustible diesel a la isla de
Coche resulta relativamente costoso ya que debe hacerse por medio de
gabarras.
En este sentido y debido a que SENECA ha realizado una
inversión considerable en instalación de nuevos generadores en la isla de
Margarita y que dispone de capacidad suficiente para suplir la demanda
de Coche, se plantea la alternativa de instalar un cable submarino que
interconecte la red de eléctrica de Margarita con la subestación Coche y
dejar sólo parte de la generación existente como suministro alterno en
caso de presentarse alguna interrupción del servicio a través del cable.
5
I.2. Objetivos de la investigación. I.2.1. Objetivo General.
Realizar un estudio de factibilidad técnica de la instalación de un
cable submarino de potencia entre Margarita y Coche, el cual pueda
proveer energía eléctrica de manera confiable y segura a la isla de Coche
a un menor costo que el de la generación existente y que a su vez no
perturbe el medio ambiente.
I.2.2. Objetivos Específicos.
• Evaluación del sistema de generación existente para
determinar cuáles unidades quedarán en servicio como
respaldo, al menor costo posible sin reducir la calidad del
servicio, teniendo en cuenta los programas de
mantenimiento y sus costos asociados.
• Estudio de los posibles sitios de instalación de los puntos de
salida y llegada del cable, teniendo como parámetros:
1. Los puntos deben estar cerca de la central de generación
o de las subestaciones existentes.
2. Se debe tomar en cuenta la preservación del atractivo
turístico y del medio ambiente (lechos coralinos,
corrientes marinas, fauna, relieve, etc.), para determinar
la trayectoria de cable.
6
3. La ruta a proponer debe ser la más corta técnicamente
factible, para que resulte en el menor costo de
materiales, en instalación y mantenimiento.
• Estudio detallado de los componentes que conforman la
estructura del cable: elementos aislantes, cubiertas
protectoras desde el punto de vista mecánico, mallas
metálicas, pantallas y otros componentes, características
dieléctricas de los aislantes y otros procesos a los cuales
debe ser sometido el cable por parte del fabricante, lo cual
garantice que es posible proveer energía en forma segura y
confiable a la isla de Coche.
• Análisis de la infraestructura y equipos mecánicos que
forman parte del sistema de instalación del cable submarino,
incluyendo las subestaciones terminales y del programa de
mantenimiento y operación recomendado por el fabricante, lo
cual permite determinar si es posible proveer energía a la
isla de Coche a un menor costo sin reducir la calidad del
servicio.
• Recomendaciones para la toma de la decisión.
7
I.3. Justificación.
La empresa SENECA está cumpliendo con lo establecido en el
Contrato de Concesión, que incluye el mejoramiento de la calidad del
servicio prestado, a costos eficientes.
En este sentido, la instalación de un cable que permita la
interconexión con la central de generación de la isla de Margarita,
aumentará la confiabilidad del servicio a la isla de Coche, ya que dejaría
de depender del sistema aislado de generación existente.
Sin embargo, se hace necesario analizar todos los aspectos que
implicaría realizar una inversión de cierta magnitud, que solo se
recuperará con los ingresos provenientes de las tarifas aprobadas por el
Ejecutivo Nacional.
8
Capítulo II.
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Marco Teórico. II.1. Cables de transmisión de potencia. II.1.1. Definición de un cable. Consiste en un grupo de conductores aislados que sirven para la
transmisión de corriente eléctrica, para las comunicaciones telegráficas o
telefónicas y de control. Según el diccionario Larousse Universal
Ilustrado, “el cable se compone de un alma de cobre, rodeada de
múltiples capas de materiales aislantes y una armazón metálica”. Sin
embargo, los conductores pueden ser también de aluminio o de
aleaciones.
II.1.2. Partes de un cable de transmisión de potencia.
Entre las partes principales de un cable podemos encontrar:
II.1.2.1. Conductor.
Es un material que está compuesto de muchos átomos dispuestos
de una manera peculiar de acuerdo su constitución. Algunos materiales,
principalmente los metales, tienen un gran número de electrones libres
que pueden moverse a través del este. Los materiales que tienen la
facilidad de transmitir carga de un objeto a otro se llaman conductores.
10
II.1.2.2. Aislante.
Es un material que impide el flujo de electrones entre dos
superficies separadas por este; algunos ejemplos materiales aislantes
son la ebonita, el plástico, la mica, la baquelita, el azufre y el aire.
Los cables aislados consisten esencialmente en uno o más
conductores los cuales son protegidos por materiales aislantes extruidos
sobre estos; además, dependiendo del tipo de cable y del voltaje para el
que esté diseñado, existen otros elementos que tienen por objeto lograr el
mejor aprovechamiento de las cualidades de los aislamientos y la
preservación de estas, como lo son, materiales que los protegen de
ambientes corrosivos que degraden las características del aislante.
II.1.2.3. Aislamientos más utilizados.
II.1.2.3.1. Papel impregnado.
El papel impregnado con aceite (Oil Filled) fue uno de los primeros
materiales utilizados para el aislamiento de los cables para la transmisión
de energía eléctrica y continúa siendo el mejor aislamiento para cables de
alta tensión.
Sus principales características son las siguientes: alta rigidez
dieléctrica, bajas pérdidas dieléctricas, resistencia elevada a las
descargas parciales (ionización) y posee buenas características térmicas.
Su gran desventaja consiste en que es muy higroscópico y que la
absorción de la humedad deteriora considerablemente sus cualidades
dieléctricas, por esta razón el aislamiento de papel debe secarse
perfectamente durante el proceso de fabricación del cable y protegerse
con un forro hermético.
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Para realizar este tipo de aislamiento se enrolla sobre el conductor
cintas de papel, helicoidalmente, en capas superpuestas, hasta obtener el
espesor de aislamiento deseado; a continuación se seca y se desgasifica
el aislamiento calentándolo y sometiéndolo a un vacío elevado, y luego se
impregna con aceite mineral.
II.1.2.3.2. Cambray Barnizado.
Es una cinta de algodón sintético impregnado con varias capas de
barniz aislante. Entre cada capa de aislamiento hay una sustancia
lubricante de alta viscosidad. Constituye un aislamiento más flexible,
aunque de menor calidad que el papel impregnado con aceite y es
aplicado en casos de cables colocados verticalmente o con pendientes
pronunciadas, ya que no representa el inconveniente de los cables del
papel impregnado con aceite, en los que este puede escurrirse por
gravedad.
El Cambray Barnizado se ha usado en voltajes desde 600 a 23000
voltios pero actualmente ha sido desplazado por cables de aislamiento
sintético que resultan más económicos.
II.1.2.3.3. Termoplásticos.
Son materiales orgánicos sintéticos obtenidos por polimerización.
Se vuelve plástico al aumentar la temperatura lo que permite aplicarlos
por extrusión en caliente sobre los conductores, solidificándose después
al hacer pasar el cable por un baño de agua fría.
Los termoplásticos más utilizados como aislamientos de cables
eléctricos son el cloruro de polivinilo (PVC) y el polietileno (PLT).
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El Cloruro de Polivinilo mezclado con otra sustancia se utiliza
mayormente como aislante sobre todo en cables de baja tensión, debido a
su bajo costo, mayor resistencia a la ionización comparado con otros
aislamientos orgánicos sintéticos y temperaturas de operación que van
desde 60º C a 150º C. Tiene el inconveniente de tener una constante
dieléctrica elevada y en consecuencia pérdidas eléctricas altas, lo que
limita su empleo en tensiones más elevadas.
El Polietileno que se obtiene por polimerización de gas etileno,
tiene excelentes características como aislante eléctrico, entre las cuales
se pueden mencionar: posee una rigidez dieléctrica comparable a la del
papel impregnado con aceite y presenta menores pérdidas dieléctricas
que este último. Tienen también una conductividad térmica mayor que el
papel impregnado con aceite, lo que facilita la disipación del calor.
Las desventajas del polietileno es que puede producirse deterioro
del aislamiento debido a descargas parciales producidas por ionización,
su punto de fusión es bastante bajo del orden de los 110º C, lo que limita
la temperatura de operación de los cables aislados con polietileno a 75º
C. Para mejorar las características térmicas se han desarrollado el
polietileno de alta densidad y el polietileno vulcanizado o de cadena
cruzada.
El polietileno de alta densidad tiene un punto de fusión de 130º C,
mejores cualidades mecánicas y un costo menor.
II.1.2.3.4. Termofijos
Los Aislamientos agrupados bajo el nombre de termofijos están
constituidos por materiales que se caracterizan porque es posible,
mediante un proceso de vulcanización, hacer desaparecer su plasticidad y
aumentar su elasticidad y la consistencia mecánica.
13
Estos aislamientos se aplican generalmente por extrusión y se
someten a un proceso de vulcanización elevando la temperatura a los
valores requeridos.
Los aislantes termofijos más usados son las gomas naturales y
sintéticas, conocidas con el nombre genérico de elastómeros y más
reciente algunos derivados del polietileno. Debido al costo de las gomas
naturales en las industrias se utilizan mayormente las sintéticas.
Las gomas sintéticas más utilizadas como aislamientos para cable
son el estireno-butadieno (SBR), el butilo, el neopreno, y el etileno-
propileno (EPR).
Estireno-butadieno conocido comercialmente con las iniciales SBR.
Sus cualidades eléctricas y mecánicas son ligeramente inferiores a la
goma natural. En cambio sus cualidades de resistencia a los agentes
químicos y al envejecimiento son superiores. Por sus características y su
bajo precio se ha utilizado principalmente en el aislamiento de cables de
bajo voltaje.
El butilo es una goma sintética cuya propiedad principal es poder
trabajar a temperaturas más elevadas que la goma natural, su
temperatura de operación es de 85º C. También ofrece una mayor
resistencia a la ionización, lo que permite usarlo para voltajes más altos;
poseen también una gran flexibilidad y resistencia a la humedad superior
a la de la goma natural. Aunque la materia prima para este tipo de
aislamiento es barata, el costo de de fabricación es elevado, lo cual lo
hace un material costoso.
El neopreno es una goma sintética de bajas propiedades
dieléctricas, pero superior a los elastómeros antes citados en lo que
respecta a la resistencia a los aceites, al fuego, a la abrasión y a la
intemperie. Por estas razones y debido a su gran flexibilidad, se usa
14
principalmente en forros o cubiertas de cables aislados con otros
elastómeros.
El etileno-propileno es una goma sintética, de desarrollo reciente,
que tiene cualidades dieléctricas parecidas a las de polietileno, pero
presenta mayor resistencia a la ionización y su temperatura de operación
es de 90º C. Se aplican especialmente a circuitos de alto voltaje en
instalaciones industriales. Actualmente se fabrican cables con este tipo de
aislamiento para voltajes de hasta 60.000 voltios.
El polietileno sulfoclorado se obtiene sometiendo el polietileno a la
acción simultánea del cloro y del anhídrido sulfuroso. Se obtiene un
producto, que después de vulcanizado, tiene una gran resistencia a los
agentes químicos y al ozono. Sus propiedades eléctricas son intermedias
entre las de la goma natural y el neopreno. Puede trabajar a temperaturas
en el orden de 90º C, su aplicación principal es en cubiertas de cables.
El polietileno vulcanizado, también llamado polietileno de cadena
cruzada o polietileno reticulado (XLPE), se obtiene mediante la adición de
un peróxido, que a temperaturas elevadas del proceso de vulcanización,
reacciona con el polietileno, produciendo la unión de las cadenas
moleculares del polietileno. El polietileno vulcanizado puede trabajar
continuamente a una temperatura de 90º C. Como aspecto negativo del
vulcanizado, se tiene que aumenta la rigidez del polietileno en
comparación con las gomas mencionadas anteriormente, y esa pérdida
de flexibilidad dificulta el manejo del cable.
II.1.2.4. Cubierta Semiconductora.
La cubierta semiconductora que se coloca inmediatamente sobre el
conductor, tiene por objeto uniformar el gradiente eléctrico en la superficie
del mismo, eliminando las distorsiones del campo eléctrico debidas a las
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protuberancias constituidas por los hilos de la capa exterior. El uso de
materiales semiconductores se debe a que en esta forma se reduce la
intensidad de las cargas eléctricas que pueden producir ionización, con
respecto a la que se tendrá si se utilizasen cubiertas metálicas.
La cubierta semiconductora puede estar constituida por una cinta
de papel de papel saturado en carbón coloidal, enrollada directamente
sobre el conductor. Esta disposición se usa, por ejemplo, en los cables
aislados con papel impregnado en aceite. En cables con aislamientos
extruidos de construcción moderna, la cubierta semiconductora se aplica
por extrusión usando un material semiconductor adecuado.
II.1.2.5. Pantallas.
La pantalla está constituida por una capa conductora colocada
sobre el aislamiento y conectada a tierra, que tiene por objeto principal
crear una superficie equipotencial para obtener un campo eléctrico radial
en el dieléctrico. La pantalla sirve también para blindar el cable contra
potenciales inducidos por campos eléctricos externos y como protección
para el personal, mediante su conexión efectiva en tierra. Puede
realizarse mediante una cinta de papel metalizado o una cinta de un metal
no magnético (cobre o aluminio) de un espesor del orden de los 0.8 mm,
enrollada sobre el aislamiento. En cables con aislamiento extruido se
usan pantallas semiconductoras aplicadas por extrusión, colocadas entre
la pantalla y el aislamiento, incluso con materiales aislantes como el
polietileno que tiene un alto coeficiente de expansión térmica; en estos
casos la pantalla metálica suele estar constituida por hilos de cobre o
aluminio enrollados sobre la pantalla semiconductora.
En los cables de alto voltaje en los que los gradientes eléctricos
aplicados al aislamiento son bajos, no se requiere de un control de
distribución del campo eléctrico y por lo tanto puede prescindirse de la
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pantalla metálica; sin embargo ésta se usa en ocasiones que se tengan
cables de bajo voltaje, para evitar la inducción de potenciales en los
conductores, debidos a los campos eléctricos externos.
II.1.3. Clasificación de los cables.
Para el estudio realizado, los cables de transmisión de potencia
han sido clasificados de tres distintas formas, estas dependen del
número de conductores, el uso que se les dé según el tipo de ambiente
donde necesitan ser instalados, el voltaje, el tipo de aislante y los
elementos de cubierta que tengan como protección mecánica. Todas
estas características se definen a continuación de la siguiente manera:
II.1.3.1. Número de conductores que presentan.
Por el tipo de construcción, los cables pueden estar constituidos
por uno o más conductores, dependiendo del uso a que estén destinados.
Así, para circuitos eléctricos monofásicos, un cable estará constituido por
un conductor denominado “activo” y por el correspondiente conductor
neutro. Para ciertos usos, el cable contendrá también un conductor de
“puesta a tierra”.
En los sistemas de transmisión de energía eléctrica, los circuitos
son generalmente trifásicos y por tanto, los sistemas de cable usados
están formados por tres (3) cables monopolares activos, más el conductor
neutro. También el sistema de cables puede contener en un solo cuerpo,
los tres conductores activos debidamente aislados entre sí, más el neutro.
El conductor de puesta a tierra puede estar constituido por una chaqueta
de generalmente de cobre, que forma parte de la estructura del cable. En
algunos tipos de conexión de sistemas eléctricos, el conductor neutro
17
puede servir de conductor de puesta a tierra y en otros, no se requiere del
conductor neutro.
En todos los casos, cuando se hable de cables, los conductores
estarán aislados y el nivel de aislamiento dependerá del voltaje de
servicio.
Los sistemas de cable submarino pueden estar constituidos por
cables monopolares o tripolares, dependiendo del criterio de diseño, el
cual tiene que ver con aspectos económicos además de los técnicos.
II.1.3.2. Uso según el tipo de ambiente.
Se pueden clasificar de tres formas:
• Cables de transmisión Submarinos o subacuáticos: los
cuales son usados para travesías tramos de mar, de ríos o
de lagos, para llevar energía eléctrica y servicios de
comunicaciones a islas, plataformas marinas para la
extracción de petróleo y gas y otros usos fuera de tierra
firme.
• Cables de transmisión Subterráneos: para uso bajo tierra.
Pueden estar directamente enterrados o en ductos de
tuberías o canales construidos para tal fin.
• Cables de transmisión Aéreos: se usan cuando por
condiciones de seguridad se requiere que los conductores
estén debidamente aislados. En instalaciones propiedad de
las empresas de electricidad, estas poseen sus propias
normas, basadas en estándares internacionales. En
18
instalaciones dentro de edificaciones, las normas están
establecidas en el Código Eléctrico Nacional.
II.1.3.3 Voltaje
Los sistemas de cable pueden ser usados para una gran gama de
voltaje, desde sistemas a 120 voltios en corriente alterna, hasta sistemas
denominados de Extra Alto Voltaje, EHV por sus siglas en inglés. Estos
sistemas pueden alcanzar niveles de 500 Kilovoltios o superiores.
II.1.3.4. Tipo de aislante.
Para este punto se han escogido dos tipos de cables para realizar
el estudio, debido a la confiabilidad que estos han presentado en los
proyectos realizados anteriormente con estos en proyectos de sistemas
de cables submarinos.
II.1.3.4.1. Oil filled (Aislado con papel impregnado de aceite). Está constituido por conductores de cobre o de aluminio trenzado
que lleva líquido bajo presión, que impregna las capas de papel
circundantes para asegurar un sistema de aislamiento uniforme. Varias
envolturas de diferentes materiales previenen la penetración del agua
Cuentan con una chaqueta de plomo para la protección externa en usos
submarinos.
Entre sus principales características tenemos:
19
• Excelentes cualidades eléctricas. Seguridad probada a muy
altos voltajes.
• Sistema de aislamiento homogéneo asegurado por el papel
impregnado de líquido.
• Diseñado y construido para cumplir con los requisitos
particulares de los ambientes más exigentes.
• Los cables pueden incluir un cable de fibra óptica el cual se
puede utilizar para servicios de telecomunicaciones y en
sistemas de monitoreo de la condición de los cables
submarinos, tales como daño externo, entre otras
aplicaciones.
II.1.3.4.2. XLPE (Polietileno reticulado).
Este tipo de cable consiste en conductores de cobre o de aluminio
trenzado con un sistema de aislamiento que es protegido por una cubierta
metálica y una envoltura externa. Este sistema de aislamiento es el XLPE,
que es un polímero dispuesto en forma de malla, que se coloca alrededor
del conductor. Las razones principales para el uso de este material son
las excepcionales características eléctricas y mecánicas que presenta.
Para usos submarinos el cable se diseña normalmente con una envoltura
del plomo y una armadura externa del alambre o malla de acero.
20
Entre sus principales características tenemos:
• XLPE es un dieléctrico (aislante de electricidad) sólido,
Según los fabricantes, los cables aislados con este elemento
no requieren de mantenimiento, no necesitan supervisión o
control del nivel de aceite en los sistemas del cable, como lo
requiere el otro tipo de cable.
• Los cables aislados con XLPE pueden ser suministrados
según las especificaciones del cliente sin envoltura del
plomo. Su construcción es por tanto más ligera, lo que
permite su despacho en mayores longitudes de forma
continua y de fácil manejo al momento del transporte y
colocación. El radio de flexión es pequeño. El dieléctrico
sólido y el blindaje pesado de guaya de acero son superiores
a los cables aislados con papel y forrados con plomo, y son
mucho menos sensibles a fuertes tensiones a las cuales los
cables submarinos se exponen durante el transporte,
colocación y operación.
• Los cables aislados con XLPE pueden incluir un cable de
fibra óptica el cual se puede utilizar para servicios de
telecomunicaciones o supervisar la condición de los cables
submarinos tales como daño externo, entre otras
aplicaciones.
A los efectos de ilustrar los componentes de los cables arriba
mencionados, en el Anexo I, se muestran diferentes tipos de cable para
uso submarino con detalles de los elementos que los conforman.
21
II.1.4. Accesorios para los cables de transmisión de potencia.
Las partes más débiles de un sistema de cables se localizan en los
empalmes y es allí donde se presenta el mayor índice de fallas. De allí la
importancia que las terminaciones y los elementos de empalme y sus
accesorios sean de la más alta calidad y desarrollados para cumplir con
los requisitos particulares exigidos.
Los empalmes y las terminaciones son fabricados para cables del
tipo Oil Filled y XLPE (ver Anexo II), así como los empalmes de
transición, empalmes de conectores separables y de bujes (bushing).
Entre los accesorios más comunes para todos los tipos de cables
tenemos:
• Terminaciones y empalmes heat - shrinkable
(autocontraibles con el calor), la cuales son confiables y
de fácil instalación para cables monopolares o tripolares,
aislados con papel impregnado de aceite o con
polímeros, y proporcionan un funcionamiento duradero y
confiable.
• Terminaciones y empalmes deslizantes, usados en
cables monopolares aislados con polímeros. Estos
accesorios son premoldeados, hechos de goma o
silicón y no producen daños al medio ambiente.
• Terminaciones y empalmes cold-shrinkable
(autocontraibles con el frío), usados también en cables
monopolares o tripolares, aislados con papel impregnado
de aceite o polímeros. Cuando se colocan sobre el cable,
estos se contraen en segundos para formar un empalme
22
perfecto que pueda durar por más de 30 años. Son
seguros, relativamente económicos, adaptables a
cualquier tamaño del cable, y no requieren herramientas
especiales.
• Conectores separables premoldeados y sistemas de
bushing construidos con resinas. Pueden ser
atornillables o enchufables, estos últimos son de fácil
conexión y desconexión, sumergibles en agua y soportan
un número determinado de operaciones (conexión y
desconexión).
Entre los tipos de accesorios para los sistemas de cables que
tienen como aislante el papel impregnado en aceite, se encuentran los
tanques de presión de líquido, las plantas de bombeo, los sistemas de
alimentación de líquido y las alarmas y el equipo de monitoreo y
supervisión. Las plantas de bombeo modulares permiten mantener la
presión del líquido dentro del cable. Estas se suministran con un sistema
de monitoreo que advierte inmediatamente al centro de control de
servicio más cercano sobre variaciones bruscas de presión, permitiendo
reducir al mínimo la supervisión y el mantenimiento con el uso de buzos,
mientras que mejora confiabilidad y reduce al mínimo el tiempo de la
interrupción. También se han desarrollado sistemas de supervisión de
temperatura del cable para racionalizar su uso, evitando así las
sobrecargas innecesarias, como lo son los sistemas de fibra óptica para
la detección de fallas que utilizan diagramas de temperaturas distribuidas;
el cable con fibra óptica se puede utilizar para medir la temperatura del
cable continuamente y longitudinalmente (ver Anexo II).
23
II.1.5 Transporte e instalación.
En lo que se refiere al transporte, se requiere el uso de un sistema
de instalaciones especiales para la distribución de los cables a largas
distancias como buques, así como el equipamiento necesario para las
transferencias directas de los cables a puerto, a los barcos o a las
plataformas especiales, como lo son grúas y montacargas. Para
longitudes cortas de cables la provisión se realiza en carretes de tipo
convencional, mientras que longitudes más largas, las bobinas se proveen
en plataformas especiales o se transportan directamente en el barco que
realiza la colocación del sistema de cable (ver Anexo III).
La instalación de los cables requiere de equipos especializados
que permitan resolver los problemas inherentes a las condiciones
geográficas, no solo del sitio de instalación sino relativas al transporte. Se
requiere de carretes y tambores especiales desarrollados para el
transporte fácil, así como de personal experto en la manipulación de
longitudes excepcionalmente largas de cables y en operaciones del
tendido.
La instalación del cable se puede realizar de dos formas,
colocándolo sobre el lecho marino o enterrándolo debajo del fondo del
mar ya sea directamente enterrado o dentro de una cubierta, como un
tubo o ductos de concreto. Este sistema de protección adicional
representa costos elevados y debe tomarse en cuenta los movimientos
telúricos que podrían fracturar la cubierta y dañar el cable.
La colocación se realiza directamente desde la bobina del cable al
lecho del mar o construyendo zanjas (o método de trenching). Este
método se realiza con equipos especializados, entre los cuales tenemos:
24
• La “Ballena”, esta es una máquina moderna de arado, con un
jet de agua de alta presión (1.5Mpa); puede colocar y
enterrar simultáneamente un cable de 20,32cm (8 pulgadas)
de diámetro a una profundidad de 3,048m (10ft) debajo del
fondo del mar con la velocidad media de 20,12km (12.5
millas) por día, trabajando a una profundidad de 76,2m
(250ft), (ver Anexo III).
• También se utilizan máquinas para enterrar el cable con un
jet de agua de alta presión (1.5 y 20 Mpa), para colocar y
enterrar simultáneamente 3 cables a una profundidad de
hasta 3,66m (12ft) debajo del fondo del mar.
Para asegurar que el cable se coloque y se mantenga exactamente
a lo largo de la ruta propuesta, se utilizan técnicas de anclaje con la
dirección de buzos.
Para la colocación del cable en aguas más profundas, se utiliza
una unidad especial de colocación la cual coordina la velocidad y frenado
de instalación del cable si se requiere. Dependiendo del peligro de
posibles daños por las anclas o equipos de pesca, el cable se pone
directamente en el lecho o se entierra en el fondo del mar usando un jet
de agua.
Cuando hay también un peligro del daño debido al suelo rocoso,
etc. es común asegurar el cable por el uso de un tubo protector de hierro
fundido, o triturando y quitando la roca.
25
II.2. Sistemas de generación existentes.
II.2.1. Descripción de una Turbina.
Una turbina es una máquina motriz de flujo continuo, que
transforma la energía (potencial, cinética, térmica, etc.) del fluido de
trabajo en energía mecánica sobre un eje rotativo. Es una máquina
constituida por una o varias ruedas de álabes sobre las cuales actúa la
energía de un fluido que, al desviar los álabes lateralmente, provoca la
rotación de las ruedas de álabes generando energía mecánica en el eje.
II.2.1.1. Funcionamiento de una turbina.
En todas las turbinas el fluido de trabajo es dirigido por las paletas
o alabes fijos de un órgano fijo llamado distribuidor, hacia los álabes de un
órgano móvil llamado rueda de álabes o rodete. En una turbina axial, el
fluido sigue una dirección paralela a la del eje del rodete.
Según las características dinámicas, las turbinas pueden ser de
acción o de reacción: En las de acción, el fluido no llena el espacio entre
el elemento fijo y el elemento móvil y solamente empuja a éste en razón
de su fuerza cinética, es decir el fluido a elevada velocidad actúa por
choque directo sobre los álabes del rodete; por el contrario. En las de
reacción, el fluido, que llena completamente el referido espacio, actúa a la
vez por su energía y por la presión que ejerce entre los dos elementos de
la turbina, o sea el fluido antes de chocar con las paletas móviles,
atraviesa las paletas del distribuidor y, por efecto de la reacción en dicha
transferencia la presión se transforma en un aumento de la velocidad del
fluido.
26
III.2.1.2. Clasificación de las turbinas.
Según sean de una o más etapas, a las turbinas se les llama
simples o múltiples; en este segundo caso pueden ser en serie o en
paralelo, según si las etapas son atravesadas por el mismo caudal o que
sea repartido. La clasificación más común de las turbinas tiene en cuenta
el tipo de fluido de trabajo utilizado, por lo cual se tienen turbinas a vapor,
a gas o hidráulicas.
Los equipos de generación existentes en la planta Luisa Cáceres
de Arismendi, de SENECA, son turbinas las cuales trabajan con dos tipos
de combustible, es decir, sirven tanto para gas como para diesel. El uso
de diesel como combustible para las turbinas de SENECA, se debe a la
dificultad para el transporte de gas hacia las islas del Estado Nueva
Esparta (no existe un gasoducto entre tierra firme y la isla, necesario para
los volúmenes de consumo del sistema de generación de electricidad).
Debido a esto explicaremos cómo es el funcionamiento de una
turbina a gas, que es el mismo que se aplica para una turbina que trabaja
con diesel.
III.2.1.3. Turbinas a gas.
La turbina a gas, transforma en trabajo mecánico la energía térmica
acumulada en el gas (fluido de trabajo) después de convertirla en energía
cinética, mediante la expansión en los alabes.
En las turbinas a gas, el fluido de trabajo se halla constituido por
los gases de elevada temperatura y presión producidos por la combustión,
en el órgano de la turbina llamado Cámara de Combustión, donde se
queman combustibles que pueden ser gaseosos, líquidos o sólidos. Las
27
turbinas a gas constan de los siguientes elementos principales: 1º Un
Compresor Axial que suministra el aire comprimido para alimentar la
combustión y eventualmente para aumentar el flujo de los gases de
combustión; 2º Una Cámara de Combustión en la cual se inyectan el
combustible y el Aire Comprimido, cuya mezcla inflamada, suministra un
flujo de aires calientes; 3º La Turbina propiamente dicha, constituida
alternativamente por coronas directrices y ruedas de álabes puestas éstas
en movimiento por el paso de los gases calientes.
Una parte de la energía que adquiere así el árbol de la turbina sirve
para mover el compresor y el resto para generar energía eléctrica al
acoplar el eje al un generador.
El ciclo termodinámico descrito por el fluido de trabajo es el
Brayton; en su configuración más ideal comprende: una compresión
adiabática del aire que alimenta la combustión, mediante el compresor
accionado por la turbina misma; un calentamiento a presión constante que
acontece en la cámara de combustión; una expansión adiabática en la
turbina; y una descarga a presión constante.
Como los gases en la expansión son más calientes, el trabajo que
se obtiene en le proceso de expansión es mayor que el que se obtiene en
el proceso de compresión. El trabajo real en el ciclo es la diferencia entre
los dos procesos.
La ventaja de estas turbinas en una central de generación de
energía eléctrica, estriba en la comodidad que presenta ponerlas en
servicio instantáneamente, cosa imposible con las turbinas de vapor (a
menos que se mantengan los generadores de vapor encendidos).
Las condiciones estándar, para el funcionamiento de las turbinas a
gas, indicadas por los fabricantes, están establecidos por la International
28
Standard Organization (ISO), y son conocidas como las normas ISO. El
uso de estas normas se debe a que las condiciones ambientales varían
día a día, y de lugar en lugar, por eso se requiere considerar el uso de
condiciones estándares con propósitos comparativos para adaptar el
funcionamiento de las máquinas a cualquier región donde se instale.
Estas normas nos indican que las condiciones de operación deberían ser
15 C (59 F) de temperatura, 1,013 bar (14,7 psia) de presión atmosférica,
y 60% de humedad relativa.
II.2.2. Motogeneradores.
Como ya se ha explicado anteriormente, la generación en Coche
se realiza por medio del uso de motores diesel, que pertenecen al grupo
de máquinas motogeneradoras, razón por la cual explicaremos a
continuación qué es un motogenerador y un motor diesel, cuál es el ciclo
termodinámico del motor diesel, clasificación, ventajas y desventajas del
uso de estos equipos en comparación con otro tipo de máquinas usadas
para la generación (ver Anexo IV).
II.2.2.1. Descripción de un motogenerador.
Es un grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energía
mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios electromagnéticos. A
una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le
denomina generador, alternador o dínamo y a una máquina que convierte
la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor.
Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al
funcionamiento de los motogeneradores. El primero es el principio de la
inducción descubierto por el científico e inventor británico Michael
Faraday en 1831. Si un conductor se mueve a través de un campo
29
magnético, o si está situado en las proximidades de un circuito de
conducción fijo cuya intensidad puede variar, se establece o se induce
una corriente en el conductor. El principio opuesto a éste fue observado
en 1820 por el físico francés André Marie Ampère. Si una corriente
pasaba a través de un conductor dentro de un campo magnético, éste
ejercía una fuerza mecánica sobre el conductor.
II.2.2.2 Motor Diesel.
El motor de encendido por compresión está basado en los trabajos
de Rudolph Diesel, que realizó sus primeros motores alrededor del año
1892. En este tipo, la combustión se realiza a presión constante, según el
ciclo que ha tomado el nombre de su inventor.
El motor diesel es una máquina productora de fuerza al quemar un
combustible en un volumen de aire, el cual se ha comprimido previamente
a una presión elevada mediante el movimiento de un émbolo. Por ser una
máquina que produce una fuerza se denomina motor, y como en su
interior tiene lugar una combustión, son conocidos como motores de
combustión interna. La máquinas de vapor, al emplear un vapor que es
producido en calderas exteriores al motor, serán por lo tanto motores de
combustión externa.
II.2.2.2.1. Partes esenciales de un Motor Diesel.
Para la compresión del aire que se pondrá en contacto con el
combustible y producirá una potencia, cada motor diesel deberá constar
de ciertas partes fundamentales. Debe tener una pieza cilíndrica hueca o
cilindro, en el interior del cual se deslizará un movimiento de vaivén una
pieza llamada émbolo y que se adapta perfectamente a las paredes
internas del cilindro. El movimiento del émbolo realiza carreras. Este
30
émbolo debe estar conectado a un mecanismo que controle su
deslizamiento. Para este propósito el motor tiene un árbol o eje que gira
en unas guías circulares o cojinetes. Este eje tiene una parte doblemente
acodada o manivela articulada a otra pieza recta o biela, la cual a su vez
se articula el émbolo. La manivela es un mecanismo también utilizado en
otras maquinarias y que tiene por objeto transformar un movimiento
rectilíneo de vaivén en movimiento circular. O sea, que el émbolo produce
la rotación del eje por intermedio de la biela y la manivela. Este eje puede
constar de una o más manivelas según sea el número de cilindros a que
atiende, y se denomina así, por su forma cigüeñal. Son además
necesarias otras partes fundamentales. Son precisas unas válvulas o
lumbreras para permitir la entrada del aire en el interior del cilindro y
también para la expulsión de los gases quemados una vez que han
realizado su trabajo. También es necesario un pulverizador o inyector de
combustible para suministrar el combustible en forma de chorro muy
dividido antes de quemarse. El pulverizador trabaja de un modo
semejante a los pulverizadores que se emplean en el riego de jardines.
Para conseguir que el combustible entre a presión se utiliza una bomba
llamada bombas inyectoras de combustible.
II.2.2.3. Acciones esenciales en el interior de un motor Diesel.
Primero: debe ser previamente inyectado aire en el interior del
cilindro, ya que ningún combustible se quemaría sin un comburente.
Segundo: Una vez en el interior del cilindro, el aire debe ser
reducido de volumen mediante compresión y a una presión elevada.
Existen dos razones para la compresión del aire; una es que esta
compresión antes de que entre el combustible produce mayor potencia
que si no fuese comprimido. La otra razón es que cuando el aire o un gas
cualquiera es comprimido se eleva su temperatura, o sea, a mayor
31
presión mayor temperatura. En un motor diesel el aire es comprimido
hasta alcanzar la temperatura del hierro al rojo, tan alta que produce el
encendido automático del combustible que a continuación penetra
pulverizado en el interior del cilindro.
Tercero: El combustible debe ser alimentado al cilindro en forma de
un chorrito pulverizado e inyectado después que el aire ha sido
comprimido y por tanto calentado a elevada temperatura. Entrará el
combustible pulverizado para que se forme una nube de gotitas que se
extenderá en el seno del aire, necesaria para un rápida y completa
combustión.
Cuarto: La combustión sucede inmediatamente después de ser
inyectado el combustible dentro del cilindro, generando una gran cantidad
de calor. Y la mezcla gaseosa encontrándose a elevada temperatura se
dilatará o expansionara, dando como resultado la impulsión del émbolo, y
la fuerza producida se transmitirá al árbol cigüeñal por intermedio de la
biela y manivela. El árbol girará produciéndose un potencial para cuya
aplicación se ha puesto en marcha el motor.
Quinto y último: Cuando el émbolo ha terminado su carrera
impulsada y los gases en cilindro han perdido su presión, es necesario
librarse de los gases mediante una acción de expulsión o escape.
II.2.2.4. Clasificación. Los motores comerciales diesel, en la generación de energía
eléctrica, se pueden clasificar de las siguientes maneras: según el numero
de carreras por ciclo (número de tiempos), arreglo de los cilindros y tipo
de combustible.
32
II.2.2.4.1. Número de tiempos.
Motores de dos tiempos: se combinan los procesos de compresión
y expansión con los de admisión y escape de combustible, es decir, se
realizan simultáneamente la compresión con la admisión, durante media
vuelta del eje, y la expansión con la escape, durante la otra media vuelta
del eje, completando así con dos movimientos una revolución del
cigüeñal. Muchos motores diesel trabajan a dos tiempos, como lo hacen
muchos motores de gas encendidos por chispas. La salida de potencia en
un cilindro de dos tiempos es mayor que en la de uno de cuatro tiempos
debido a que estos tienen una carrera de expansión en cada revolución.
Motores de cuatro tiempos: para cada revolución del cigüeñal en un
motor de cuatro tiempos, el pistón realiza cuatro carreras, y estas son:
admisión, compresión, expansión y escape, cada uno realizado con cada
media vuelta del eje.
II.2.2.4.2. Arreglo de los cilindros.
El arreglo de los cilindros es de gran importancia para los
diseñadores de una planta eléctrica, debido a que este aspecto se
encuentra estrechamente relacionado con el diseño de los soportes de la
unidad, el espacio de construcción y los problemas de mantenimiento.
Comúnmente, los cilindros para este tipo de motores se encuentran
dispuestos en forma vertical y colocados en línea. Otro tipo de arreglos
es cuando los cilindros son colocados en V, con esto el motor se hace
mas compacto.
También se tienen los motores diesel radiales, la ventaja de este
arreglo es que requiere de un menor espacio de construcción y soporte
pequeños, en comparación con los dos otros tipos analizados
33
anteriormente. Para este tipo de diseño, los pistones se encuentran
paralelos al piso y por lo general el generador eléctrico se coloca debajo
estos.
II.2.2.4.3. Tipo de combustible.
Los motores diesel están diseñados para trabajar con gas oil, con
gas oil y gas natural en combinación, o solo con gas natural si se le
incorpora un sistema de encendido por chispa. También se puede utilizar
el gas butano como combustible. Las unidades que pueden trabajar con
dos tipos de combustibles se llaman “duales” y estas pueden ser de dos o
cuatro tiempos. El gas oil es usado en los motores diesel duales para
realizar la ignición del gas natural y es llamado “combustible piloto”. En
este tipo de sistema la admisión del gas se realiza con el uso de las
válvulas justamente en el momento que comienza el proceso de
compresión, una vez que este termina se inyecta el “combustible piloto” y
este se auto enciende, realizando la combustión del gas, debido a las
altas temperaturas que se obtienen después de la compresión.
II.2.2.5. Ventajas y desventajas.
La instalación de una planta diesel toma menos tiempo que la de
una planta con turbinas de vapor. La construcción es relativamente
simple.
Un motor diesel puede ser puesto en marcha en muy poco tiempo,
y si la planta ha sido construida tomando en cuenta todas las
especificaciones de diseño, se puede encender sin utilizar ninguna fuente
de energía externa o interconexiones con otras plantas, esto hace que
estas unidades sean ideales para sistemas de emergencia.
34
En comparación con una turbina de vapor del mismo tamaño, los
motores diesel tienen un costo de instalación menor por kilovatio hora.
También se puede mencionar que utiliza menor personal de operación y
mantenimiento que los otros tipos de turbinas para la generación de
potencia.
Entre las desventajas en comparación con una turbina de vapor,
podemos mencionar las siguientes: el precio de los aceites lubricantes
usados es muy elevado, tienen mayor costo en mantenimiento, tienen
menor capacidad de generación.
35
Capítulo III.
36
III. Marco metodológico. Consideraciones generales.
En toda investigación científica, es necesario, que los hechos
estudiados, sus relaciones y los resultados obtenidos reúnan las
condiciones de confiabilidad, objetividad y validez necesarias que exige la
elaboración de cualquier proyecto de investigación, para lo cual se
requiere delimitar los procedimientos de orden metodológico, con la
finalidad de dar respuestas a las interrogantes objetos de la investigación.
Es por ello que el marco metodológico de la presente investigación,
donde se propone hacer un “Estudio de factibilidad técnica de la
instalación de un cable submarino de potencia entre Margarita y Coche,
Estado Nueva Esparta”, pretende introducir en la dirección de la
investigación, las diversas técnicas y procedimientos utilizados para
recopilar, presentar y analizar los datos obtenidos con el fin de cumplir
con el propósito de general de la investigación planteada.
El análisis y la interpretación de los resultados permitirán
determinar si es factible la instalación de un cable submarino de potencia
entre Margarita y Coche, Estado Nueva Esparta.
.
37
III.1. Características metodológicas. III.1.1. Tipo de investigación.
El trabajo de investigación a ser desarrollado es clasificado como
un proyecto factible. Debido a esto, podemos decir que para delimitar la
propuesta final, tiene que tomarse en cuenta primero la elaboración de un
diagnóstico de la situación actual existente y determinar cuáles son las
necesidades del estudio, para así poder elaborar el plan de trabajo que
permita cumplir las expectativas de SENECA.
III.1.2. Diseño de la investigación.
De acuerdo con el tipo de recolección de información, esta
investigación es considerada como trabajo de campo, debido a que los
datos son recopilados directamente de la condiciones existentes, por
medio de la observación o entrevistas al personal especializado. La
investigación cuenta con apoyo bibliográfico. Se ha recopilado
información de fuentes tales como: páginas web, manuales técnicos,
registros de la empresa, curvas de carga, características del sistema
eléctrico, planos, diagramas unifilares e infraestructura existente, así
como visitas a las diferentes instalaciones de la empresa.
III.1.3. Propósito de la investigación.
El trabajo de investigación es considerado de tipo aplicado, debido
a que esta pretende evaluar y conceptualizar el proyecto instalación de un
cable submarino de potencia entre Margarita y Coche, Estado Nueva
Esparta, y los resultados obtenidos permitirán tomar una decisión sobre la
ejecución del proyecto.
38
III.2. Variables y operacionalización.
Para facilitar la elaboración de este trabajo de investigación se ha
decidido dividir las variables en dos áreas: el área técnica y el mercado
(energía a suministrar a los clientes actuales y potenciales).
El área técnica de la investigación comprende: la evaluación de los
sistemas de generación existentes en las islas de Coche y Margarita, las
características técnicas de los cables submarinos, accesorios y equipos
de instalación del cable, la ruta propuesta para el mismo y el recorrido de
la línea de subtransmisión entre la subestación y el punto de partida del
cable. En esta área se estudia también, los sistemas de salida y llegada
del cable en las subestaciones. Los aspectos relacionados con la caída
de voltaje, pérdidas eléctricas en la transmisión de potencia y los
diagramas unifilares se presentan en el Apéndice, por tratarse estos de
temas relacionados con ingeniería eléctrica.
• Sistema de generación existente: Comprende las
características de los equipos utilizados actualmente en las
islas para la generación de electricidad.
• Características técnicas del cable: Se refiere a los
componentes que conforman la estructura del cable como lo
son los elementos aislantes, las cubiertas anticorrosivas
desde el punto de vista mecánico, mallas metálicas,
pantallas y otros componentes.
• Equipos y accesorios: Infraestructura y equipos mecánicos
que forman parte del sistema de instalación y
funcionamiento del cable submarino.
39
• La ruta: Consiste en la ruta física, tanto marítima como
terrestre que debe cubrir el cable y la línea de
subtransmisión entre los puntos de salida y llegada de las
subestaciones.
• Las pérdidas eléctricas: Tienen su origen en las
características físicas de los conductores y demás equipos y
materiales que conforman las redes de distribución de
energía eléctrica (transformadores, equipos de maniobra,
conectores, entre otros). Son por lo tanto, inherentes al
proceso del flujo de electricidad y se manifiestan
fundamentalmente por el calentamiento que experimentan
los componentes del sistema. Se libera calor y este calor no
es otra cosa que la transformación de la energía eléctrica en
energía calórica.
Las pérdidas técnicas son inevitables en un sistema de electricidad y
solo pueden ser reducidas pero no eliminadas.
• Sistemas de salida y llegada: Están conformados por los
equipos y terminaciones del sistema del cable. Son
estructuras denominadas patios y contienen todo el
equipamiento de aisladores, protecciones eléctricas,
pararrayos y estructuras civiles necesarias para la transición
del sistema de cable a las líneas aéreas o circuitos
subterráneos, según sea el caso.
• Unifilares: Diagramas representativos de un sistema
eléctrico en donde los cables o líneas se simbolizan con un
solo trazo, para simplificar el esquema.
40
El área de mercado en el trabajo de investigación comprende la
composición y características de los clientes actuales y potenciales de la
isla de Coche. Este aspecto es necesario para determinar la capacidad
del cable a ser instalado y la información se obtendrá de los estudios de la
demanda eléctrica de SENECA (ver Apéndice).
• Clientes existentes: Se denominan clientes a todos los
suscriptores del servicio de electricidad registrados en la
base comercial de la empresa. Están conformados por los
habitantes de la Isla de Coche. En su mayoría son
pescadores y sus familias. Adicionalmente, existen hoteles y
posadas, además de algunas instalaciones industriales, para
el cultivo de mariscos.
• Clientes potenciales: Son determinados por las proyecciones
de crecimiento de los suscriptores en la isla.
En este sentido los clientes se clasifican en residenciales,
comerciales, industriales y alumbrado público, este último es
responsabilidad de la municipalidad.
III.3. Técnicas e instrumentos.
Sampieri (1991), indica que todo instrumento de recolección de
datos debe reunir dos requisitos esenciales: confiabilidad y validez. La
confiabilidad de un instrumento de recolección de datos se refiere al grado
en que su aplicación repetida al mismo sujeto u objeto, produce iguales
resultados. La validez en términos generales, se refiere al grado en que
un instrumento realmente mide la variable que pretende medir. (p 242).
41
La investigación requerida para la elaboración del siguiente trabajo
de investigación será obtenida, en su mayoría, a través del uso de
métodos cualitativos de recolección de datos.
Según Aeker, D., los métodos de investigación cualitativa “son
menos estructurados y mas intensivos. Permiten modificar la investigación
a medida que avanza, existe una relación más prolongada y mas flexible
con el entrevistado, por lo tanto los datos resultantes tienen un potencial
mayor para nuevos conocimientos y perspectivas”. (p 83).
Los métodos cualitativos de investigación de recolección de datos
en la presente investigación son las entrevistas a consultores y expertos y
operadores del Sistema. Las entrevistas con este personal son un método
de recolección de información útil y flexible, que permite al investigador
orientar la búsqueda según los requerimientos de su estudio.
En el caso de este trabajo de investigación se realizarán
entrevistas no estructuradas con expertos de diferentes áreas, tales
como: Ingenieros, Consultores y Técnicos.
III.4. Procedimientos.
El procedimiento utilizado para el “Estudio de factibilidad técnica de
la instalación de un cable submarino de potencia entre Margarita y
Coche, Estado Nueva Esparta”, fue la evaluación de las diferentes
opciones una vez conocidos los requerimientos de SENECA, a través de
sus componentes: el estudio técnico y el mercado.
Con la finalidad de orientar el trabajo primero se realizaron
consultas en páginas de Internet tales como las de las siguientes
compañías: VISCAS Corporation, SUMITOMO Electric U.S.A. Inc.,
Nexans, General Electic Company, Caterpillar, Waukesha Electric
42
Systems, Essco Engine Sales & Supply Co, entre otras. De esta manera
se estableció un esquema de búsqueda y clasificación de información,
con base en los productos ofrecidos y los proyectos ejecutados por estas
empresas en el mundo. Esto permitió el desarrollo estructurado a lo largo
de la investigación.
Toda esta búsqueda fue orientada por el tutor industrial y demás
colaboradores que se encuentran vinculados con el desarrollo del
proyecto.
III.4.1 Estudio de los cables. Entre la información obtenida encontramos que cada empresa
produce diferentes tipos de cables y accesorios según sean las
especificaciones del proyecto que se trate. También poseen todo el
equipamiento necesario para los procesos de instalación, prueba,
mantenimiento y control de los cables submarinos. A continuación se
presenta una breve descripción de dos de las empresas que están a la
vanguardia en el campo de la transmisión de energía por medio de cables
submarinos, y se presentarán los distintos cables y accesorios que estas
ofrecen a sus clientes:
Nexans.
La planta de Nexans ubicada en Hannover, Alemania. Se
especializa desde hace décadas en el diseño, producción e instalación de
los cables de transmisión submarinos bajo y medio voltaje los cuales son
usados para travesías de ríos o de lagos, para llevar energía eléctrica y
servicios de comunicaciones a islas, plataformas marinas para la
extracción de petróleo y gas y otros usos fuera de tierra firme.
43
La División de alto Voltaje de Nexans ha adquirido una posición
principal en el mercado mundial para los cables de transmisión de alto
voltaje y ofrece una gama completa de cables para usos submarinos con
aislamiento de papel impregnado en aceite o el aislamiento polimérico
para los usos de corriente alterna o corriente continua, además de
empalmes, copas terminales hasta tensiones de 550 kV.
La culminación de varios proyectos exitosos con cables submarinos
en Europa y en ultramar han demostrado la capacidad del personal
técnico altamente experto de Nexans al hacer frente a los problemas de
diseño del cable submarino, producción, transporte y colocación.
La experiencia ganada por Nexans en el desarrollo de los cables
de tensión adicionales se aplica más a fondo en la producción de los
cables de transmisión submarinos.
SUMITOMO Electric U.S.A. Inc. (SEUSA).
Provee los cables submarinos eléctricos para corriente alterna (CA)
y corriente continua (CC) desde 33kV a 500kV para los Estados Unidos,
Canadá, América Central y América del Sur. También provee cables
submarinos con varias características tales como aislamiento poliméricos
y aislamiento con papel impregnado con aceite, compuesto con fibra
óptica.
También es proveedor de servicios de ingeniería en el diseño, la
instalación, empalme, la terminación, prueba y mantenimiento de los
cables submarinos.
Sumitomo Electric U.S.A. desarrolló un cable submarino
incorporando fibra óptica que fue aplicado primera vez en un proyecto
44
submarino de cable de CC a 250kV en Japón en 1992. Desde entonces,
Sumitomo Electric U.S.A. ha suministrado este cable en varios proyectos
en el mundo. La fibra ópticas incorporada se puede utilizar para la
servicios de telecomunicaciones, supervisar la condición de los cables
submarinos tales como daño externo, entre otras aplicaciones.
III.4.2 Sistemas de Generación.
En cuanto a la evaluación del sistema de Generación existente la
recopilación de información se hizo usando diferentes manuales y
registro provistos por SENECA en la Isla de Margarita.
Haciendo uso de los diagramas uinifilares de las Plantas Luisa
Cáceres de Arismendi y Coche, permitió dar una orientación al estudio del
sistema de generación existente en las islas.
La Planta Luisa Cáceres de Arismendi fue adquirida de la empresa
Eleoriente filial de CADAFE en 1998, pero los equipos de generación
fueron repotenciados y también cuenta con unidades alquiladas. SENECA
tiene un contrato de mantenimiento con General Electric, que permite
garantizar la confiabilidad del suministro de electricidad.
La planta de Coche fue adquirida igualmente a la empresa
Eleoriente, en 1998. Los equipos son del tipo Motogenerador y funcionan
con combustible diesel.
El Diagrama muestra las instalaciones existentes en la planta, que
actualmente están en operación. Las unidades son utilizadas de acuerdo
a un programa que permite la puesta en servicio de las mismas en forma
cíclica.
Se dispone de los datos históricos de consumo de combustible y
generación de energía, información que fue suministrada por SENECA y
45
que permitió determinar las curvas de carga necesarias para la
escogencia del calibre de los conductores, en función de la demanda
máxima de energía y de la estimación de crecimiento de la misma. Esta
parte corresponde a temas de ingeniería eléctrica, por lo que la
información se muestra en el Apéndice
Toda la información obtenida de los diagramas unifilares de las
Planta Luisa Cáceres de Arismendi y Coche, fue validada con las visitas
realizadas a las centrales de generación, lo cual permitió dar fe del
desarrollo confiable y seguro del proyecto de investigación.
A su vez, estas visitas junto con el estudio de la ubicación
geográfica de las subestaciones de SENECA en las islas de Margarita y
Coche, permitieron hacer posible el desarrollo del Estudio de los posibles
sitios de instalación de los puntos de salida y llegada del cable.
III.5. Limitaciones.
La única limitación que se presentó al momento de la elaboración
del trabajo de grado “Estudio de factibilidad técnica de la instalación de un
cable submarino de potencia entre Margarita y Coche, Estado Nueva
Esparta”, fue la que representó el costo de transporte hacia las Islas de
Margarita y Coche, pero no fue de gran importancia y pudo ser obviada
debido a que en todo momento se contó con la total colaboración del
personal de SENECA y de los consultores vinculados al estudio de
factibilidad, bien sea en el momento de búsqueda de información, traslado
de material, revisión de este y traslado en las Islas.
46
Capítulo IV.
47
IV. Resultados y análisis.
IV.1. Comparación entre los tipos de cables.
Para analizar los resultados obtenidos del estudio sobre los dos
tipos de cable submarino seleccionados, se ha establecido un cuadro
comparativo, en el cual se representan las características técnicas de
mayor importancia al momento de tomar una decisión para seguir
adelante con el desarrollo del proyecto por parte de SENECA.
A continuación se dará una breve descripción de los puntos a ser
tratados en este esquema comparativo, para dar a conocer su importancia
relativa en la selección del tipo de cable submarino que se recomendara
usar para la transmisión de potencia entre las islas de Margarita y Coche.
• Experiencia: nos indica el periodo de tiempo que las
compañías han trabajado con el tipo de cable de una forma
eficaz y segura, lo cual nos da una idea de la calidad de
servicio que se garantiza.
• Señales de daño: da a conocer el tipo de advertencia que
muestra cada clase de cable en el momento de una falla. En
este punto del estudio comparativo realizado a continuación
se han tomado los cables en su forma más simple, es decir,
sin la incorporación del monitoreo que puede ser provista
por los cables de fibra óptica, si son instalados al sistema de
cables.
• Penetración de agua en caso de daños: este es un punto
de comparación de mucha importancia debido a que este
nos indica si existe algún tipo de contacto entre el agua y el
48
conductor del cable, lo que ocasionaría la destrucción del
mismo. Este tipo de incidentes se presentan en el caso que
se produzca una rotura en la cubierta protectora del cable
por distintas causas como pueden ser: el vencimiento del
material protector, anclas y accesorios pesqueros de los
barcos dedicados a esta actividad o por factores naturales
como las fauna marina, que en algunos casos tiende a
comerse el cable al momento de la migración de
cardúmenes.
• Monitoreo de las condiciones del cable: nos indica los
sistemas de monitoreo con los cuales cuentan los cables,
para controlar su funcionamiento. Este tipo de monitoreo es
posible con la incorporación de un sistema de cable de fibra
óptica y los medidores de presión de aceite con los que
cuentan los cables de tipo Oil Filled.
• Medida del deterioro: representado por los distintos
métodos tecnológicos utilizados para determinar cuánto ha
sido el daño que se ha ocasionado al cable por las distintas
causas mencionadas anteriormente.
• Tiempo de reparación: es el tiempo promedio que tardaría
en efectuar las reparaciones pertinentes a los daños que se
detecten por el sistema de monitoreo de los cables
submarinos para la transmisión de potencia.
49
Tabla N˚1
Comparación de los tipos de cable seleccionados.
Cable Oil-Filled Cable XLPE
Experiencia Más de 35 años Aproximadamente 10 años
Señales de daños Goteo de aceite
No muestran señales (Destrucción inmediata)
Penetración de agua en caso de
daños
No hay penetración (a causa de la
presión del aceite)
Mucha penetración (debido a que no hay
presión)
Monitoreo de las condiciones del
cable.
RA de la Chaqueta de protección, fuga
de aceite (detector en tiempo real)
RA de la Chaqueta de polietileno
Medida del deterioro
Análisis de aceite, contaminación del aceite por agua y características del
dieléctrico.
No hay métodos efectivos
Tiempo de reparación 2 días 5 días
50
IV.2. Análisis del equipamiento mecánico y electromecánico asociado a cable submarino.
Los equipos mencionados anteriormente, para los procesos de
instalación control y mantenimiento, serán determinados dependiendo de
la empresa que se escoja para la instalación del cable submarino. Las
compañías productoras de cables submarinos de transmisión de potencia,
cuentan con la tecnología necesaria para llevar a cabo los puntos tratados
en este apartado, y a su vez todas ellas cuentan con el equipamiento
adecuado para la realización de las operaciones de instalación, control y
mantenimiento, y aseguran el desarrollo de un proyecto con una altísima
calidad.
IV.3. Evaluación del sistema de Generación existente.
En cuanto a los sistemas de generación existentes en las islas de
Margarita y Coche, SENECA cuenta con un grupo de unidades que se
encuentran operando actualmente en condiciones de eficiencia. Todos los
datos relacionados con el número de unidad, marca y otros datos
operacionales se muestran en la siguiente tabla, indicando cuales
máquinas pertenecen al sistema generador de la isla de Margarita y
cuales pertenecen a la isla de Coche.
51
Tabla N˚2.
Sistema de Generación de la Planta Luisa Cáceres de Arismendi (PLCA), SENECA.
Sistema de Generación de la Planta Luisa Cáceres de
Arismendi (PLCA), SENECA.
N˚ Unidad Tipo Capacidad en Sitio kW
Heat Rate BTU/kWh
Consumo Lts/kWh
PLCA 3 Turbina a Gas GE 22,747 15,038.2 0.430
PLCA 4 Turbina a Gas GE 22,750 13,276.6 0.380
PLCA 5 Turbina a Gas GE 22,780 13,400.3 0.383
PLCA 6 Turbina a Gas GE 22,750 13,864.3 0.396
PLCA 7 Turbina a Gas GE 23,670 13,806.5 0.395 PLCA 8 Turbina a Gas GE 22,748 14,766.3 0.422
PLCA 9 Turbina a Gas GE 22,748 13,984.7 0.400
PLCA 10 Turbina a Gas GE 35,954 11,714.0 0.335
PLCA 11 Turbina a Gas GE 35,598 11,790.4 0.337
Total 231,745
La producción de electricidad de la planta Luisa Cáceres de
Arismendi para el año 2002, fue de 1.123.2 Gwh.
52
Tabla n˚3
Sistema de Generación de la Planta Coche, SENECA.
Sistema de Generación de la Planta Coche, SENECA
N˚ Unidad Tipo Capacidad en Sitio kW
Heat Rate BTU/kWh
Consumo Lts/kWh
Coche 01 Motor Diesel 600 9,203.6 0.263
Coche 02 Motor Diesel 1,450 9,261.6 0.265
Coche 16 Motor Diesel 1,450 9,008.0 0.258
Coche 45 Motor Diesel 400 9,336.9 0.267
Coche 58 Motor Diesel 300 9,579.7 0.274
Total
3,900
La producción anual de electricidad de la planta Coche para el año
2002, fue de 10 Gwh.
Dentro del programa de mantenimiento, se cumple estrictamente
con lo establecido en los manuales de los fabricantes. Para 2003 no se
prevén mantenimientos mayores ni Inspecciones Mayores para las
unidades de Coche.
IV.4. Estudio de los posibles sitios de instalación de los puntos de salida y llegada del cable.
Después de haber estudiado las ubicaciones geográficas tanto de las
planta Luisa Cáceres de Arismendi (PLCA) y Coche, y la localización de las
53
subestaciones (S/E) con las que dichas plantas cuentan, se decidió que para
escoger la ruta que conectará a las dos islas se tenía que tener presente los
distintos aspectos que pueden modificar el costo del proyecto y perturbar el
medio ambiente. Es por esto que se debe contar con la menor distancia de
recorrido posible y en lo posible, en línea recta, con el fin de disminuir los
costos del cable y de su instalación, mantenimiento y control. Además, es
importante mencionar que la selección de una ruta que no fuera en línea recta
o con mínimas desviaciones, conlleva a la instalación de un elemento de
cruce, el cual aumentaría los costos. Se tomó en muy en cuenta al momento
de la selección de la ruta, que el recorrido del cable no podía interrumpir en
ningún momento el atractivo turístico de la región, y más importante aun, no
debe perturbar al medio ambiente, es por eso que para el momento de hacer
la selección de la ruta del cable y de la línea de subtransmisión, fue tomada en
cuenta la trayectoria de líneas aéreas existentes en las islas. Esto nos llevó a
un punto muy favorable en cuanto a la disminución de costos del proyecto.
Una vez tomadas en cuenta todas estas consideraciones se
seleccionaron para la ruta las siguientes dos opciones, por contar con las
características necesarias para la elaboración del proyecto:
• Desde la S/E Aeropuerto 34,5/13,8 kV conectándose en la barra
de 34,5Kv, siguiendo la ruta aérea paralela a la línea de
distribución a 13,8 kV, que va hacia el pueblo El Yaque. Se
requiere la construcción de un Patio de Transición para realizar la
conexión entre la línea aérea y el cable submarino, llegando a la
isla de Coche en donde se construiría el segundo patio de
transición, que conectaría a un tramo de línea aérea en 34,5 kV a
construir hasta la Planta de Coche, en la cual se requerirá de la
instalación de un nuevo transformador de 34,5/13,8 kV para la
interconexión con los sistemas de generación existentes.
54
• Desde la Planta Luisa Cáceres de Arismendi, haciendo uso de la
subestación existente en este lugar con una salida de 34,5 kV, a
través de un circuito subterráneo o aéreo hasta el pueblo de la
Isleta. Se requiere igualmente de la construcción de un Patio de
Transición para realizar la conexión entre la línea aérea y el
cable submarino, llegando a la isla de Coche en donde se
construiría el segundo patio de transición, que conectaría a un
tramo de línea aérea en 34,5 kV a construir hasta la Planta de
Coche, en la cual se requerirá de la instalación de un nuevo
transformador de 34,5/13,8 kV para la interconexión con los
sistemas de generación existentes.
Las características del sistema eléctrico de SENECA permitieron elegir
estos dos sitios como las opciones más probables para los puntos de partida
(Isla de Margarita) ya que en ambos se dispone de la capacidad de carga y de
la infraestructura primaria necesaria.
Al realizar una evaluación más detallada de la segunda opción, se pudo
determinar la presencia de formaciones de mangle y lagunas en el sector de
La Isleta, las cuales son tomadas como aspectos importantes que dificultarían
la ruta del cable submarino de transmisión de potencia en línea recta, lo que
dificultaría la interconexión entre el punto de salida y la Planta Lusa Cáceres
de Arismendi.
Por esta razón se decidió que resulta más ventajoso tomar como ruta
del recorrido la primera opción que propone como sitio de partida la S/E
Aeropuerto. Otro aspecto importante en esta toma de decisión fue la distancia
en kilómetros existente entre los puntos físicos en la orilla de la playa de salida
y llegada que se postularon al momento de establecer las rutas (ver Anexo V).
55
Las distancias se presentan a continuación:
• El tramo El Yaque (Margarita) – Coche, con una longitud
aproximada de 8 Km. entre sus costas, en línea recta.
• El tramo La Isleta (Margarita) - Coche, con una longitud
aproximada de 9 Km. entre sus costas, en línea recta.
56
Capítulo V.
57
V. Conclusiones y recomendaciones.
V.1 De la investigación realizada, se concluye en primer lugar, que
los equipos de generación de Planta Coche están bien mantenidos y
pueden suplir la demanda de energía eléctrica actual.
Sin embargo, como se observa en el gráfico Generación de Energía 1999 -2002 (ver Apéndice), la demanda ha crecido año tras año
de manera sostenida.
Dado que el presente estudio confirma la factibilidad técnica de
instalar un sistema de cable submarino entre Margarita y Coche, SENECA
está en condiciones para tomar la decisión de si seguir supliéndola con
los motogeneradores existentes, como un sistema aislado o instalando el
sistema de cables propuesto, aprovechando la confiabilidad que brinda el
sistema de la Isla de Margarita, con el equipamiento de generación de la
PLCA y el cable submarino Chacopata – PLCA, que interconecta al
sistema de EDELCA – CADAFE. La decisión considerara aspectos
económicos que escapan al alcance de este trabajo de investigación,
aunque en el Apéndice se presentan cotizaciones disponibles.
En este sentido, se aprovecharía la capacidad operativa del
personal de SENECA en Margarita, sin necesidad de mantener un equipo
de operadores de planta permanentemente en Coche, dejando sólo al
personal estrictamente necesario.
De esta manera, Coche se incorporaría al Sistema Eléctrico
Nacional con una inversión que se justifica, dadas las características cada
vez más atractivas de esta isla como destino turístico tanto nacional como
internacional.
58
V.2 Para la escogencia del tipo de sistema de cable a usar, se
consideró la experiencia que tiene SENECA en la operación y
mantenimiento del sistema Chacopata – PLCA, que está conformado por
cuatro conductores de cable Oil Filled.
En este sentido, se puede coordinar el mantenimiento de ambos
sistemas, el existente y el propuesto, para disminuir los costos asociados,
ya que lo más oneroso resulta ser la movilización del barco y del personal
especializado, cuando se requieran inspecciones mayores, que impliquen
el uso de equipos especializados.
Se evitaría así tener que disponer de dos sistemas de tecnologías
diferentes para prestar el servicio.
V.3 Para disminuir la posibilidad de accidentes debido a daños
causados por anclas u otros accesorios de los navíos de pesca, se
propone la instalación enterrada del cable , a una profundidad de 3 a 4
metros. El sistema existente no está enterrado y de allí su relativa
vulnerabilidad a este tipo de accidentes.
V.4 Como sistema de respaldo, se propone dejar operativas las
unidades que se mencionan a continuación, ya que estas son las de
mayor capacidad de generación, menor consumo de combustible y
disponen de una vida útil mayor que el resto.
• Unidad N˚ 01, marca Caterpillar, modelo 3512, con una
capacidad de generación de 680 Kw., instalada en Coche en
el año 2002.
• Unidad N˚ 02, marca Caterpillar, modelo 3516, con una
capacidad de generación de 1600 Kw., instalada en Coche
en el año 2000.
59
• Unidad N˚ 12, marca Caterpillar, modelo 3516, con una
capacidad de generación de 1600 Kw., instalada en Coche
en el año 2000.
NOTA: la demanda máxima de la Isla de Coche ocurrió el 27 de
Diciembre de 2001, a las 19 horas y fue de 1.767 Kw (ver Apéndice).
V.5 Dada la tecnología existente, se propone adquirir un sistema de
cable con fibra óptica incorporada, que sería usado tanto para la
supervisión del cable como para un sistema de comunicaciones
telefónicas y para otros usos, entre Coche y Margarita, que no existe en la
actualidad, lo que redundaría en mejores facilidades para los habitantes
de Coche y los turistas, permitiendo al mismo tiempo acelerar la
recuperación de la inversión.
V.6 Por último, se recomienda la opción de usar la infraestructura
existente de la S/E aeropuerto, ya que la distancia entre El Yaque y
Coche es menor, además de evitarse el tener que atravesar la zona de
mangles y lagunas de la Isleta
V.7 Consideraciones adicionales.
La realización de este proyecto me remitió interrelacionarme con
otras disciplinas de la ingeniería, además de brindarme la oportunidad de
conocer parte del Sistema Eléctrico del Estado Nueva Esparta, tanto en lo
que respecta a su infraestructura, como el trabajo que desarrolla el
personal operativo y gerencial de SENECA.
Considero esta parte del trabajo es un valor agregado de mucha
importancia, ya que complementa los conocimientos adquiridos en la
carrera universitaria con las experiencias del trabajo profesional en una
empresa.
60
Fui parte integrante del equipo de trabajo de SENECA y el
resultado de esta investigación será parte de la toma de decisiones del
proyecto que lleva adelante la Empresa.
61
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THEORY AND DESING (second edition of STEAM POWER
PLANTS). Robert E. Krieger Publishing Company. Malabar,
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Editorial Mc Graw Hill. México.
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Furukawa. Japan.
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• VISCAS Corporation. http://www.viscas.com/
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• General electric Company http://www.ge.com/en • Caterpillar http://www.caterpillar.com/
• Fujikura America, Inc. http://www. fujikura.com/
• Furukawa Electric
http://www.furukawa.co.jp/English/index.com.
• ESSCO Engine Sales & Supply Co http://www.enginesales.com/
64
Anexos.
65
Anexo V. Rutas Propuestas.
66
Estado Nueva Esparta: red eléctrica y rutas propuestas.
67
El Yaque (Isla de Margarita) - Sector Paradise (Isla de Coche).
68
La Isleta (Isla de Margarita) - Sector Las Uvas (Isla de Coche).
69
Anexo I. Cables Submarinos de Transmisión de
Potencia.
70
Partes de un cable XLPE, Tripolar.
71
XLPE (Tripolar) OIL FILLED (Monopolar)
72
Anexo II. Accesorios para los cables de transmisión
de potencia.
73
Empalme premoldeado de Sumitomo Electric SPJ (Self Pressurized
Joint). Disponible para cables XLPE desde 22 hasta 275 KV
Cable de Fibra Óptica Sumitomo Electric
74
Anexo III. Equipos para transporte e instalación del
sistema de cable.
75
Barco de transporte y colocación del cable.
Ilustración de la Colocación The Whale. del cable. (Sumitomo Electric U.S.A).
76
Bobina.
Carrete.
77
Anexo IV. Planta Coche SENECA.
78
S/E Coche SENECA.
Unidades de Generación en S/E Coche
79
Sistema de bombeo de combustible para los
Motogeneradores
Tanque de almacenamiento de combustible Diesel (500.000 litros)
80