hidrored2005.1
TRANSCRIPT
-
8/6/2019 hidrored2005.1
1/20
R E D L A T I N O A M E R I C A N A D E M I C R O H I D R O E N E R G A
Telemando para pequeascentrales hidroelctricas
El fenmeno de golpe de ariete y suaplicacin en las centrales hidroelctricas
2
0
0
5
-
8/6/2019 hidrored2005.1
2/20
Estimados Lectores:
El Comit Editorial
La presente edicin de nuestra revista HIDRORED es unabuena oportunidad para compartir con ustedes algunos
interesantes artculos.
En el primer artculo se aborda el fenmeno de Golpe deArietey su aplicacin en las centrales hidroelctricas as como, laimportancia de conocer la respuesta temporal de las variableshidrulicas en la instalacin de tuberas de presin para evitarsituaciones indeseables.
El segundo artculo explica cual es la utilidad de lostelemandos para aquellos lugares que cuentan con microcentrales hidroelctricas, donde la sala de mquinas seencuentra distante del ncleo de pobladores beneficiarios dela energaelctricagenerada por la central.
Presentamos tambin unas notas interesantes referidas alCurso Internacional Sobre Micro Hidroenerga y EnergaSolar Fotovoltaica, realizado exitosamente entre el 30 deMayo y 10 de Junio en el CEDECAP, Cajamarca; sobre el XIEncuentro Latinoamericano y del Caribe sobre Pequeos
Aprovechamientos Hidroenergticos ELPAH - CHILE'05"; yuna resea sobre el proyecto Programa Andino deElectrificacin Rural y acceso a Energas Renovables,adems de su relacin con el Centro de Capacitacin y
Demostracinde Energas Renovables.
De esta manera esperamos seguir contando con supreferencia e invitamos a nuestros lectores a contribuir connuevos aportes para lasprximas edicionesde HIDRORED.
Editorial
1
-
8/6/2019 hidrored2005.1
3/20
El fenmeno de golpe de arietey su aplicacin en las centrales hidroelctricas
1) Aspectos generales
En el anlisis y diseo de instalaciones hidrulicas seconsidera el comportamiento de la misma bajocondiciones estacionarias donde las magnitudeshidrulicas de la instalacin (caudales y presiones)permanecen constantes en el tiempo; a esto debemosagregarle como invariables las condiciones defuncionamiento de la instalacin: alturas de reservorio,grado de apertura de distribuidor, velocidad de giro delas turbina, etc. La realidad indica que las instalacioneshidrulicas dada las caractersticas del centro deconsumo, sin sistemas dinmicos, nunca se encuentraen estado estacionario, ya que las condiciones defuncionamiento que determinan las variableshidrulicas como consecuencia de variaciones decargaalgenerador varaneneltiempo.
Debido a esto, el anlisis o el diseo adecuados de unainstalacin pasa por conocer la respuesta temporal delas variables hidrulicas de la instalacin con el fin deevitar situaciones indeseables; en este caso podemosmencionar como:
Presiones excesivamente altaso excesivamente bajas.Flujo inverso.Movimiento y vibraciones de las tuberas.Velocidades excesivamente bajas.Problemas de regulacin en CentralesHidroelctricas.
El comportamiento dinmico de la instalacindenominado transitorio puede estar producido pordiferentes causas que, adems determinan lanaturaleza del transitorio. Dichascausas pueden ser:
Una maniobra deloperador;Malaseleccin de componentes;Un acontecimiento externoa la instalacin;Problemasquesegeneranlentamenteodemanerainadvertida.
El hecho de que existan en la generacin de transitorioscausas de naturaleza incontrolada, no libera aldiseador y/u operador de prever el riesgo de que estos
efectos puedan tener lugar y deben, por lo tanto, dotar ala instalacin, en la medida de lo posible, de loselementos que eliminen o minimicen los efectosindeseados de los transitorios hidrulico o delGolpedeAriete.
a)b)c)d)
Se conoce con el nombre de Golpe de Ariete (WaterHammer) al fenmeno originado en tuberas porrpidas variaciones de la velocidad de escurrimiento,las que se traduce en oscilaciones de presin, porencima o debajo de la normal; fsicamente es latransformacin de Energa Cintica o de Velocidad delflujo en EnergaPotencial o de Presin, y viceversa.
Lostransitorios hidrulicos se clasifican como:
Transitorio lento o cuasi esttico: La aplicacin delmodelo esttico permite su anlisis.Transitorio rpido denominado oscilacin en masa:El modelo que lo analiza se conoce con el nombregenrico de modelo rgido.Transitorio muy rpido o golpe de ariete:El modelo considera la compresibilidad del fluido y laelasticidad de la conduccin, y se llama modeloelstico.
El pulso de Joukowski para el mximo cambio develocidad posible, es decir, desde el valor inicial V.hasta cero, se deduce fcilmente a partir de laaplicacin de la ecuacin integral de la cantidad demovimiento (o balance integral de fuerzas) al volumende control detallado en la Figura 1.5, y admitiendo lossupuestos siguientes.
No se consideran las prdidas por friccin en la
tubera.El flujo es unidimensional, con una sola variableespacial significativa (eleje x).El cierre de la vlvula es, adems de instantneo(tiempo de cierre, Tc = 0), total, por lo que eldecremento de la velocidad coincide con su valorinicial Vo.La tubera es horizontal. En general, el peso delfluido es irrelevante cuando se analizan transitorioshidrulicos elsticos.La lnea de alturas piezomtricas no contemplaprdidadealturaenlatubera.
a)
b)
c)
2.1. Balance Integralde Fuerzas o Pulso deJoukowski
a)
b)
c)
d)
e)
2) Descripcin fsica del golpe de ariete
A partir de la ecuacin integral de la cantidad demovimiento y sabiendo que el decremento de velocidad
genera un pulso de presinNecesitamos determinar la intensidad de este pulso.
Adems, debido a la elasticidad de las paredesde la
)0( 0VVV o p
2
-
8/6/2019 hidrored2005.1
4/20
tubera y a la compresibilidad del fluido, el pulso depresin, o perturbacin, se desplaza con una celeridada,enel sentidodeaguasarriba.
La Fig. N 1 presenta a la tubera en un instante (0 < t 0), pero se cumple la desigualdad . Esclaro que se alcanzar en la vlvula la mximasobrepresin antes de que las primeras
T
a
L/a
c
cierre instantneo c
c
5) Conceptos de acontecimientos rpidoy lento
)..( oVap
).2( aLt
).2( aLTc
)..( oVap
2.QKHV (17)
BA
BA
HH
QQ(19)
6
Lgicamente, en este caso, se alcanza tal sobrepresinmxima por suma de una serie de ondas infinitesimalesque son la consecuencia de los distintos cierresprogresivos de la vlvula hasta el cierre total. A un cierrecomo ste, que no es instantneo pero que no impideque se alcance la sobrepresin de Joukowski, se lollama .
Si, finalmente, T es superior a ( ), an no se habrcerrado por completo la vlvula cuando las primerasondas negativas, procedentes del depsito, estn ya devuelta. Estas ondas negativas de retorno, tras el nuevorebote con la vlvula, dan origen a nuevas ondasnegativas que se compensarn de alguna forma con lasondas positivas que todava produce la vlvula que anse est cerrando.
En consecuencia, no se alcanzar la mximasobrepresin y se d ir q ue s e trata d e un .
cierre rpido
cierre lento
c 2.L/a
pudiendo ser las presiones, y en consecuencia lasalturas piezomtricas,diferentes ( ).
Es importante destacar que las vlvulas de retencintienen su inercia, y que, por tanto, presentan unacaracterstica dinmica bien diferente de la ideal, aqucontemplada.
De hecho una vlvula de retencin real cierra conposterioridad a la inversin del flujo y este fenmeno, detrascendental importancia, puede dar lugar aimportantes pulsos de presin. Es lo que en la literaturasajona se conoce con el nombre de que podra traducirse como el "clapetazo de la vlvulade retencin".
La apertura o el cierre programado de una vlvula selleva a cabo siguiendo una determinada ley demaniobra que se desarrolla en un perodo de tiempo,
llamado , . En unavlvula motorizada la ley de cierre es controladamediante la debida programacin del motor.El comportamiento de una vlvula viene descrito encada instante por las p rdidas que, de acuerdo asus caractersticas, origina en funci n del caudal que la
H ?H
T
A B
c
check valve slarn
tiempo de cierre o de apertura
4.3) Vlvula Motorizada
atraviesa. La relacin entre las prdidas originadas y elcaudaldepasoes:
-
8/6/2019 hidrored2005.1
8/20
Con estas hiptesis, la sobrepresin alcanzada en lavlvula en ( ) ser:t=2.L/a
La frmula de Michaud, a la vista de lo expuesto, esvlida para unas condiciones de disminucin develocidad perfectamente establecidas. Pero si estascondiciones no se verifican pueden proporcionarvalores para la sobrepresin mxima distintos de losverdaderos.En primer lugar, se debe hacer constar que la
disminucin de velocidad del fluido en la tubera es unefecto, siendo la causa la gradual reduccin de laseccindepasodelavlvula.En consecuencia, la aplicacin de la frmula deMichaud no ofrece garanta a priori.
Analizando las expresiones de Allievi y de Michaud,para evitar grandes sobrepresiones puede variarse eltiempo de maniobra en la regulacin de la potencias dela turbinas hacindolo todo lo mayor posible respecto altiempo de Cierre L mite; en este caso la sobrepresindesciende a valoresaceptables.
Otra forma de llegar a esto es reduciendo la longitudde la caera, sometida a los efectos del Golpe de
Ariete, en forma tal que, la sobrepresin se reduzca, a laparque, si el tiempo de cierre est impuesto, este quedepor arriba del nuevo tiempo l mite. Esta reduccin de lalongitud de la tubera sometida al Golpe de Ariete,puede realizarse por la interposicin, a una distancia deldistribuidor o regulador, de una comunicacin con laatmsfera mediante un tanque intermedio, llamado as,en las instalaciones hidroelctricas, CHIMENEA DE
EQUILIBRIO o POZO PIEZOMTRICO.
Por lo expuesto y analizando la alimentacin a la turbinade una central hidroelctrica se debe tener en cuentados aspectos relevantes:
El tiempo de cierre en la entrada de la turbina, quepara evitar perturbaciones en la frecuencia no debeoperarse en un tiempo superior a los diez segundos.
La estabilidad de regulacin en la turbina, que exigeque la variacin porcentual del salto ocasionada por lasobrepresin del golpe de ariete no compense la
variacin porcentual del caudal, durante el propsito devariar la potencia entregada.
L
a)
b)
7) Aplicaciones prcticas
7.1) Primer problema:
c
o
Ta
VLH
.
..2(22)
7
)1).(1.(..,.'
H
H
Q
QHQN (23)
Si se debe modificar por una cuestin de regulacin lapotencia a, por ejemplo, un valor menor ( );estoserealizaatravsdeunavariacindelcaudal,
con lo cual se origina en la tubera unavariacin dela velocidad en una magnitud que darorigen a una sobrepresin en el obturador odistribuidor de la turbina, de modo que se tendr unapotencia resultante de:
NNN'
)('
QQQV
ohH
6) Frmula de Michaud
La frmula de Michaud tiene una validez muy limitada. La
misma supone que la sobrepresin mxima se alcanzaprecisamente en ( ) y proporciona su valor ante elsupuesto de que la , esdecir,siguiendola ley:
t = 2.L/avelocidad disminuya linealmente
)1(x
oT
tVV (21)
FIGURA 5 Cambio de Seccin en Tubera Simple
Las relaciones entre las variables caractersticas delproblemaenlospuntosA,ByCson:
cBA
cBAHHH
QQQ
que se corresponden respectivamente con la ecuacinde continuidad y la de la energa (supuesta la ausenciade prdidas) aplicadas al nudo.
QQKHV ,.. (18)
(20)
De modo que si tenemos la intencin de disminuir lapotencia que entregamos con nuestra turbina al centrode consumo, y supera a puedesucederque supere a la potencia que entregabamos,previa a la regulacin, en lugar de disminuir como sedeseaba en un primer momento: Tenemos el efecto NODESEADO.
N')( HH )( QQ
-
8/6/2019 hidrored2005.1
9/20
Creaci n de un comit consultivo del centro, conformado por la Universidad Politcnica de Catalunya,Universidad de Cajamarca, Pontificia Universidad Catlica del Per, ITDG e
Ingeniera Sin Fronteras.
Culminaci
Soluciones Prcticas -
n de las obras del cerco perimtrico y acabados en la tercera planta, con un rea administrativa yacadmica, asi como la incorporacin de los equipos demostrativos necesarios. Durante el perodo deduracin de estas obras se usar el resto de las instalaciones para la docencia y capacitaciones.
Diseo de un plan de viabilidad econmica para afrontar la etapa de autosostenimiento del Centro,identificando demandas formativas remuneradas, patrocinadores potenciales, contrapartes nacionales einternacionales, etc.
En Soluciones Prcticas - ITDG y principalmente en el programa de ENISER, nos sentimos muy orgullososde contar con el , sinembargo, nos preocupaba que su uso sea espordico; afortunadamente, los buenos deseos se empiezan acristalizar con el inicio del financiamiento del proyecto:
En este proyecto se tiene aprobado un presupuesto de 60,000 Euros y las posibilidades que ste puedallegara 143,120 Euros en los siguientes aos.
La propuesta es reforzar el completandoy mejorandosu infraestructuray programaformativo;lo cual nos permitir ofrecer en forma contnua propuestas de formacin y satisfacer la demanda decapacitacin en energas renovables, para comunidades, tcnicos de los diferentes sistemas rurales queoperan en la reginandina, asicomo estudiantes y profesionales involucradosen el tema de energa .
CEDECAP Centro de Demostracin y Capacitacin en Energa Renovable
Programa Andino de Electrificacin Rural yAcceso a las Energas Renovables.
CEDECAP
Las principales actividades previstas son :
Asi se podr seguirconcretando la idea de convertir al CEDECAP en un centro de referencia importante, de
capacitacin y demostracin tecnolgica a nivel del norte del pas y probablemente a nivel nacional y
latinoamericano, como es el deseo de todos los compaeros de Soluciones Prcticas - ITDG y el programa
ENISER, quienes empezaron conimpulsar el CEDECAP desde hace un buen tiempo.
Gracias.
Jorge Vsquez BecerraG E RE N T E E N I SE R
CEDECAP: Una buena posibilidad para el fortalecimiento de capacidades
Elaboracin de un espacio o plataforma Web quede a conocer el Centro, se elaborar un
documento tcnico que describa al CEDECAP.
Se publicarn los materiales no editados y seidentificarn a aquellos ya existentes. Asi mismose elaborar los dossier que se distribuirn entrelos alumnos.Promocin y difusin del CEDECAP utilizando laredes locales para presentar las ofertasf o rm a ti v as , a s i c om o a qu e ll a s e n tr euniversidades, ONGs y otras instituciones; setendr especial cuidado al coordinar con losactores de la cooperacin catalana a nivel de la
FCONGD y de otros espacios, de forma que seobtenga el mximo provecho y se aada a losesfuerzos realizados desde Catalunya y el Estadoen materia de extensin de los servicios bsicos yenergticos.
-
8/6/2019 hidrored2005.1
10/20
Curso InternacionalMicro centrales hidroelctricas y sistemas fotovoltaicos
Entre el 30 de mayo y 10 de junio del 2005, 30personas de diez pases (Bolivia, Canad, Chile,Colombia, Ecuador, Estados Unidos, Kenya yPer) se reunieron en el centro Demostrativo y deCapacitacin en Energas Renovables (CEDECAP) de
ITDG, ubicado en CajamarcaPer; para participar en el Curso internacional sobre
m i cr o c e nt r al e s h i dr o el ct r ic a s y s i st e ma sfotovoltaicos, as como para crear una red de personasdispuestas a cambiar el rostro de la energa actual, atravs de LatinoAmrica y el resto del mundo.
El curso estuvo a cargo de especialistas del GreenEmpowerment (USA) y ,con el apoyo de miembros de HIDRORED. La primerasemana fue dedicada al diseo e instalacin de microcentrales hidroelctricas y la segunda semana aldiseo e instalacin de energa solar. Durante el cursointegramos los temas de la comunidad, la capacitaciny la comparacin de programas de todo el mundo. La
singular combinacin de tecnologas y perspectivasbrind a los participantes los instrumentos necesariospara planificar y evaluar proyectos integrales.Integrando la capacitacin en clase con la prctica ei n t er c a m bi o s p e r s on a l e s, l o s p a r t ic i p an t e sprofundizaron su entendimiento y adquirieroncapacidades que les permitirn ampliar y mejorar laimplementacin de tecnologas descentralizadas deenergarenovable.
En el tema de las micro centrales hidroelctricas, acargo de lacapacitacin estuvo dedicada a la evaluacin de los
recursos hidroenergticos: medicin de caudal, dealtura y el clculo del potencial de energa. Luego seanalizaron las maneras de estimar la demanda deenerga, d iseo de obras c iv iles, clculo ydimensionamiento de tuberas de presin, seleccin deturbinas y aspectos elctricos. Despus de unos dasde diseo y teora en clase, los participantes pusieronen prctica sus trabajos e instalaron y pusieron enfuncionamiento dos picoturbinas. Las clases secomplementaron con visitas de campo a instalacionesreales como es el caso de la MCH El Punre, sistemaque suministra energa a un negocio de enfriamiento deleche y servicio domstico a 20 familias.
ITDG
ITDG,
Soluciones Prcticas -
Soluciones Prcticas -
Soluciones Prcticas -
La capacitacin en clase fue complementada con ampliosarchivos de recursos, libros de referencia y herramientas dediseoelectrnico para cada estudiante.
La parte prctica del curso culmin con la instalacin y
pruebas de unapicoturbina
Comprobacin de la variacin de voltaje y corriente con elcambio de orientacin delpanel solar
-
8/6/2019 hidrored2005.1
11/20
La parte de la energa solar fotovoltaica estuvo a cargo del Green Empowerment, en el cual los participantes disearonlos sistemas de energa solar, calculando la demanda de energa en horas-watt y la prdida de eficiencia en todos loscomponentes, estimando la cantidad de sol que recibirandurantetodo el ao y midiendo el cableadoadecuadamente.La capacitacin incluy la seleccin y mantenimiento de bateras y se centr en ejemplos reales de sistemasdiseados. Un da fue dedicado a formar equipos encargados de la instalacin de sistemas solares completos,siendo la prctica la mejor manera de aprender. Despus de la puesta del sol, comparamos las distintascombinaciones de luces fluorescentes, fluorescentes compactos, incandescentes y LED, midiendo la luz queproducen con loswatts de energa que consumen.
Excelente! Bien planificado. Bien organizado. Y la enseanza fue magnfica.
Felicitaciones al grupo que organiz el curso y estoy muy agradecido por haber tenidola oportunidadde participar.
Buen trabajo! Esta fueuna oportunidadinformativa, singular, nica en la vida. Sirvipara abrirme los ojos.
Aprecio el conocimiento, la paciencia y la amabilidad de los entrenadores, de sus equipos y de todas las personasinvolucradas en brindarnos una experiencia educativa y cultural. Fue maravilloso escuchar a personas de otros pases y conocer sus diferentes culturas, sus enfoques a esa tecnologa 'comn' y su deseo de servir a lascomunidades, tanto de suspropios pasescomo de otros lugares.
Comentarios de los Estudiantes
Para apoyar a futuras capacitaciones, o si tuvieseinters en asistir, por favor pngase en contacto con:
140 SW Yamhill St. Portland, Oregon 97204, USA
Tel. (503)284-5774Fax (503)460-0450www.greenempowerment.org
Av. Jorge Chvez 275, Lima 18, PeruTel. (511) 447-5127Fax (511) 446-6621
www.solucionespracticasitdg.org.pe
Green Empowerment
Controladores de velocidadWoodward
De venta en Nicaragua. Dos (02) Woodward UG8,controladores tipo cuadrante (ControladorUniversal de 8/pies/libra de potencia) parageneradores de energaconcontrol de velocidad.
Los UG8 son controladores industriales de tipo
Mecnico/ Hidrulico, este tipo de controlador hasido usado internacionalmente, en el pasado, enpequeas centrales hidroelctricas y otrosgeneradores de energa.
Cada UG8 incluye: Montaje de Acero, caja deengranaje impulsor de ngulos rectos, dosacoplamientos Falk Steelfex para la conexin delimpulsor al eje horizontaldel generador con UG8.
Contactar con Robert [email protected]
-
8/6/2019 hidrored2005.1
12/20
El Departamento de Mecnica de la Universidad Tcnica Federico Santa Mara, organiza la versin XI del EncuentroLatinoamericano y del Caribe sobre Pequeos Aprovechamientos Hidroenergticos, el cul se realizar entre el 2 y 4de noviembre del 2005 en la ciudad de Valparaso Chile.
Intercambiar experiencias acadmicas, profesionales e industriales. Estimular las iniciativaque propendan a potenciar estalneade trabajo. Divulgar y promover los resultados de proyectosde investigacin y experiencias exitosas
enelectrificacinrural,enbaseaestetipodeenergarenovable
Estos encuentros internacionales son oportunidades para el intercambio de experiencias entre profesionales,
acadmicos y empresas relacionadas a este tipo de energa renovable. La temtica central de este encuentro son lasoportunidades de las PCH en un nuevo marco regulatorio de generacin distribuida, ya que Chile ha buscadoincentivar la adopcin de las energas renovables, en particular para aquellas cuyo aporte no supere los 9 MW,estableciendo condiciones de estabilidad y de remuneracin de la energagenerada.
La Universidad Tcnica Federico Santa Mara, organiza este Encuentro de carcter internacional, facilitando suCentro de Eventos para la discusin de temas de trascendencia en el mbito de las Pequeas CentralesHidroelctricas.
Las reas temticas sern principalmente: diseo de mquinas o procesos; simulacin computacional, energa ymedio ambiente; marco legal e institucional; aspectos econmicos y financieros; y organizacin y administracin dePCH.
Departamento de MecnicaFono: 56-32-654162 / 654362Fax: 56-32-797472Direccin: Dpto. de Mecnica Casilla 110-V, Valparaso Chilee-mail: [email protected]: www.mec.utfsm.cl/ELPAHCHILE
Losobjetivos delevento son:
Informacin y correspondencia:
XI Encuentro Latinoamericano y del Caribe sobre Pequeos AprovechamientosHidroenergticos (ELPAH) Chile 2005
Las Oportunidades De Las PCH en Un Nuevo Marco Regulatorio De Generacin Distribuida
Universidad Tcnica FedericoSanta Mara Departamento de mecnica
Organizan:
-
8/6/2019 hidrored2005.1
13/20
FIGURA 8
Esta turbina tiene su distribuidor que cierra en un lapsode seis (6) segundos.
En este caso se hace necesario verificar la instalacinal comportamiento transitorio por la perturbacinoriginada en la regulacin de la potencia entragada porla turbina a travs del movimiento del distribuidor de laturbina.
fFHHH o
gA
ACBodd
.2.).(
Y en el distribuidor o elemento perturbador tenemosque:
7.2.1) Respuesta:Para cualquier punto de la caera tenemos de (13) que:
El fenmeno de Golpe de Ariete en una caerauniforma y para un cierre (o apertura) de un distribuidoro una vlvula se puede ver que consiste en sucesivasondas depresindel tipo y las cuales suben y bajande la caera con los sucesivos cambios de velocidadque se producen en el punto de perturbacin:distribuidor.
La suma de estas ondas de magnitud alternativa para eldistribuido y para cualquier tiempo dado nos permitedeterminr el aumentoo disminucin que se produce enla presion producida por el movimiento de los labesdistribuidos, en nuestro caso.
F f
7.2.2) Interpretacin de Resultados
(26)
8
Reemplazando podemos determinar el valor necesariodel tiempo de cierre para un perodo lento haciendo usodelaexpresindeMichaud(22):
Este tiempo puede resultar as calculado excesivo; deser as se deber fijar el tiempo de cierre y la longitud dela tubera que habra que afectar al golpe de ariete;longitud reducida desde el obturador a la que seemplazar la chimenea de equilibrio.
80,0H
H
20,0H
H Condiciones Optimas deRegulacin
40,020,0H
H Regulacin
80,040,0H
H Regulacin
Regulacin.
gH
VLT lc
..30,0
..2.
U
TgH
U
TgHL ccd
...15,0
.2
...30,0.Re
en que ahora representa el t iempo de cierrepreestablecido. Si de esta expresin resultara untiempo menor que el t iempo l mite o t iempocaracterstico , la formula que secorresponde para determinar la sobrepresin es la de
Allievi, pero an as la sobrepresin se mantiene pordebajo del
A modo de cuestiones prcticas, resulta de mejoraplicacin la denominada "Constante de Novelli", lacualreemplazaalarelacinde:
Tc
0,30.H.
CN
).2( . aLTcaract
)( HH
10,0N
C
20,010,0 NC
40,020,0 NC
40,0NC
Condiciones ptimas de Regulacin
Condiciones Buena de Regulacin
Condiciones Difciles de Regulacin
Condiciones Imposibles de Regulacin
7.2) Segundo problema
Consideremos una Turbina hidrulica emplazada de laformaqueseindicaenlafigurasiguiente:
figura 7
(24)
(25)
En base a esto se estableci que para:
-
8/6/2019 hidrored2005.1
14/20
Un resumen del calculo del Golpe de Ariete se puedever en la tabla siguiente: De manera similar se trabajapara determinar la totalidad de los otros valores quese incorporan en la tabla.
fg
VaH
g
BaB
g
BaV oo .2
.4
.
2.2
.22
fVVg
aF o )(
a
LtFft
.2)(
9).-Bibliografa
[1]
[2]
[3]
Waterhammer Analysis - Jhon Parmakian -DencerPublicationas, Inc. (N.Y.) - 1963
Transitorios y Oscilaciones en Sistemas
Hidrulicos a Presin - J.M.ABREU, R.GUARGA,
J.IZQUIERDO - ISBN 84-600-9146-5 - 1965
Fluis Transients - E.B.WYLIE, V.L.STREETER-
Feb Press - ISBN 0-9610144-0-7 - 1983
OrlandoAnbal Audisio
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL COMAHUENEUQUEN ARGENTINA
e-mail: [email protected]
(27)
(28)
(29)
Se han visto los conceptos bsicos en el estudio yanlisis de los transitorios hidrulicos a presin. Debendestacarse por su importancia el concepto de celeridadde la onda, tan ligado a los transitorios hidrulicoselst icos y la re laci n d e Jowkowski, como
transformacin de energa cintica en elstica. Ademsse ha desarrollado todo lo inherente a las expresionesdiferenciales que describen el fenmeno completo.Estos desarrollos tericos se los ha complementadocon la resolucin de dos problemas prctico y muyconceptuales en turbinas hidrulicas.
8) Conclusin
9
-
8/6/2019 hidrored2005.1
15/20
Telemando para PequeasCentrales Hidroelctricas
Resumen del Trabajo
Introduccin
La necesidad del Telemando
En el presente trabajo, se exponen telemandos,mecnicos y electromecnicos, implementados por laFacultad de Ingeniera de Ober, en los distintos
microaprovechamiento hidroelctricos, instalados en laprovincia de Misiones, en LaArgentina.
En las PCH (Pequeas Centrales Hidroelctricas) deMisiones (con alturas de saltos entre 1 y 70 m), seutilizan microturbinas del tipo Michell-Banki, Cross-Flow o de Doble Accin, debido a su sencillaconstruccin, bajo costo y rendimientos aceptables(Barney 1999). Estas turbinas poseen un laberegulador que controla el funcionamiento de la mquinahidrulica por medio de la accin de un servomotor,alimentadogeneralmente con tensin continua de 12V .
Por la caracterstica hidrolgica de Misiones, que nopresenta perodos de abundante caudal a turbinar, haceinconveniente el uso de sistemas de regulacin detensin del tipo, a carga constante o regulacin concarga balasto, ya que es mas productivo almacenaraguaenlapresaquedisiparesaenergaencalor.
En los distintos microaprovechamientos hidrulicos en
Misiones, la sala de mquina se encuentra distante delncleo de pobladores beneficiado con la energaelctrica generada por la central. En estas PCH, escomnla desconexin de la turbina durante el da con el
1 AQUANIVEL - Sistema de Control por Nivel de Agua Embalsada.
OPERADOR figura 1: diagrama en bloque, sistema de telemando
fin de almacenar agua, y poder turbinarla por la noche.Pero resulta tedioso, tener que apersonarse a la casade maquinas, cada vez que se pretende conectar o
desconectar la generacin elctrica. Especialmente sies de noche, con terreno accidentado y en plena selvamisionera.
Una posible solucin al problema anterior, se puedeencontrar en los sistemas de telemando.
Telemando o telecomando, se puede definir como latcnica de gobernar el funcionamiento de un proceso adistancia. Esta definicin incluye dos argumentos
perfectamente diferenciados, por un lado el tema delcontrol de procesos y por otro la intervencin delparmetro distancia en el sistema a desarrollar (Galvn1981).
En una PCH, los procesos a distancia suelen ser: Laapertura y cierre del labe regulador de la turbina; yasea en forma manual - desde la casa del usuario - quellamaremos Telemando o automtica desde la presa,conforme al nivel de agua embalsada, sistema
Aquanivel1(Kurtz 2001).
Existen varias configuraciones de sistemas de control a
distancia. El telemando utilizado para la micro-generacin elctrica en Misiones es del t ipounidireccional (slo es posible enviar la seal en unadireccin), controlado por el ser humano (operador).
Telemando
10
-
8/6/2019 hidrored2005.1
16/20
Como se aprecia en la f ig.1; un sistema deaccionamiento a distancia del tipo telemando, estformado por los siguientes bloques: Operador, Circuitoemisor o simplemente Emisor, Receptor, Nexo conectorentre ambos denominado Va de Transmisin yProceso. En las PCH, el operador del telemando esgeneralmente el propietario del sistema.
En tanto que en aprovechamiento comunitarios, es elvecino ms prximo la turbina. El proceso es el sistemacompuesto por servomotor, la caja de reduccin y ellabe regulador de la turbina.
Las vas de transmisin y los circuitos emisores yreceptores son propios de cada tipo de telemandoimplementado.
Tipos de Telemando
Telemando mecnico
En funcin de la va de transmisin, esto es, del medioque se utiliza para trasmitir fsicamente la informacin adistancia, es posible clasificar los sistemas detelemando en:
-Mecnicos.- Electrnicoso Electromecnicos.-Porondaportadora.- Va radio frecuencia.-Mixtos
En esta oportunidad se abordarn los telemandosMecnicos, Electrnicoso Electromecnicos
Los telemandos Mecnicos implementados enMisiones utilizan un cable muy fino de acero que, pormedio de un torno a manivela con trinquete permite laapertura y cierre del dispositivo de control mecnico delcaudal turbinado (Barney 1984, p52).
1- Torno, 2- Alambre fino de acero, 3- Roldana, 4- Palanca deregulacin, 5- Contrapeso, 6- Caja de la turbina con el laberegulador, 7- Conducto de entrada.
Este tipo de telemando slo es aplicable paradistanciasno mayores a 150m. Pero no slo permite la apertura ocierre total del labe regulador, sino que tambinposibilita la regulacin manual de la tensin elctricagenerada, observando un voltmetro instalado al efectoenlacasadelusuario.
Conclusin
Telemando electromecnicos
La implementacin de un sistema de telemandomecnico, es til para pequeas distancias y enaprovechamiento unipersonales. La ventaja radica, enla particularidad que tienen los sistemas mecnicos,donde los mecanismos se "ven" no como enelectrotecnia y electrnica donde se "intuyen", lo que lepermite al usuario, generalmente un colono,reparar porsi mismo el dispositivo.No obstante, es conveniente efectuar un estudio decostosfrenteaotrotipodemando.
Los telemandos que utilizan como va de transmisinconductores elctricos, por medio de los cuales seenvan seales elctricas, se pueden agrupar en losque denominaremostelemandos electromecnicos.
Dentro del conjunto de telemandos electromecnicos(siempre hablando de los implementados en Misiones),sepuedendividirasuvezendos.Losquetienen:
-Lafuentedeenerga(batera)enlacasadelusuario.-Bateraenlacasadelusuarioyenlasala
de mquinas.
Estos sistemas pueden o no contar con reguladores defrecuencia y tensin, para el control automtico de lageneracin.
CASA DEL USUARIO
figura 3: Telemando mecnico
1
-
8/6/2019 hidrored2005.1
17/20
Telemando con batera en la casa del
usuario
Sistema sin Regulador Electrnico de Frecuencia yTensin.
El telemando electromecnico ms sencillo est
formado por una batera del tipo de automvil de 12Vcc,ubicada en la casa del usuario, una llave inversora conpunto medio y un voltmetro para el control de la tensingenerada.
Como elemento actuador se usa un servomotortambin de 12Vcc con imanes permanentes, del tipoutilizados por la industria automotriz, por ej. en elmecanismo limpiaparabrisas.La ventaja principal de este tipo de motor, se encuentraen la posibilidad de invertir fcilmente el sentido de giro,con slo conmutar la polaridad de la tensin aplicada
en bornes.
A
B
A
B
figura 5: sistema de telemando bsico
Telemando con batera en la casadel usuario
Sistema sin Regulador Electrnico de Frecuencia yTensin.
El telemando electromecnico ms sencillo estformado por una batera del tipo de automvil de 12Vcc,ubicada en la casa del usuario, una llave inversora conpunto medio y un voltmetro para el control de la tensingenerada.
Como elemento actuador se usa un servomotortambin de 12Vcc con imanes permanentes, del tipoutilizados por la industria automotriz, por ej. en elmecanismo limpiaparabrisas.Laventajaprincipaldeestetipodeestetipodemotor,seencuentra en la posibilidad de invertir fcilmente elsentido de giro, con solo conmutar la polaridad de latensin aplicada en bornes.
El circuito ilustrado en la figura 5, adolece de un defecto:No dispone de sistema protector o indicador de fin decarrera. Durante el proceso de apertura, el usuario
observa la tensin generada con la ayuda de unvoltmetro instalado junto al panel de mando, dejandode enviar seal cuando el instrumento indica que se haarribado a la tensin nominal.Pero este sistema presenta un inconveniente cuando
hay poca agua en la presa, ya que es necesario abrirms el labe regulador para obtener la tensin deseaday puede que ste llegue al final de su recorrido, sinhaber alcanzado el valor nominal, comprometiendo elmecanismos de control.
Por otra parte, en el caso de cierre, no se dispone deinformacin a distancia de la posicin del labe
regulador, ya que a determinada tensin el generadorse desexcita y no presenta indicacin alguna en elvoltmetro de la vivienda. Esto puede ocasionar, que elalabe no cierre bien y se pierda parte del fluido que sepretende almacenar.
Las soluciones tradicionales con rel e interruptores definal de carrera no son aplicables en este caso, por quesu uso implicara la instalacin de un segundoacumuladoren el cuarto de mquinas.
Para solucionar este inconveniente, el autor dise en1988, el circuito presentado en al fig.6, donde con la
ayuda de dos finales de carrera y dos diodos, es posiblecomandar el sistema a distancia en forma confiable.
figura 6: sistema de telemando por pulsadores
En reemplazo de la llave con punto medio se puedeusar un sistema con pulsadores cmo se ilustra en lafig.7, donde se ha utilizado solo pulsadores NA
(normalmente abierto) que generalmente son mseconmicos que los NC (Normalmente cerrado) y se haincluido un fusible de proteccin para el caso que seaccione por error el pulsador de abrir y el de cerrar a lavez.
figura 6: l circuito de mite de carrera
12
-
8/6/2019 hidrored2005.1
18/20
La implementacin de este tipo de telemando estlimitado por la distancia a trasmitir, al tipo y seccin delconductor a utilizar.
Sistema con Regulador Electrnico de Frecuencia yTensin.
En el punto anterior se asumi que el sistema no posearegulador de frecuencia y que la generacin seefectuaba utilizando un motor conectado comogenerador asincrnico.
En algunas de las PCH, instaladas en Misiones, seutiliza un regulador de frecuencia que acciona elservomotor de la turbina desde un transformadorreductor conectado a la lnea de tensingenerada.
La rectificacin y control del servomecanismo se realizaactuando sobre sendos RCS (Rectificador de SilicioControlado) o tiristores unidireccionales (ver fig. 8).
Pero, para que el regulador de frecuencia acte, debeexistir tensin generada.
Como en la sala de mquinas no hay acumuladordisponible para el inicio de la generacin, la maniobrade apertura se debe realizar desde la vivienda delusuario, hasta que la tensin generada alcance un valortal que el regulador electrnico asuma el mando.
figura 8: sistema de control por tiristores
En la fig. 9 se ilustra el sistema utilizado, denominado"Sensillus I (Kurtz 1986b)", que funciona de la siguientemanera: Cuando llega seal desde la vivienda, ya seade apertura o cierre, se energiza el rel K1, que conectael servomotor directamente a la batera en la casa delusuario, desconectando en esta operacin al reguladorelectrnico.
Telemando con batera en la casadel usuario y sala de mquinas
Cuando la distancia es mayor a 500m, no es aplicable elsistema de telemando con acumulador en la casa delusuario, por que la cada de tensin en la lnea detelemando hace inadmisible el control del servomotordesde la vivienda.En estos caso se utiliza un par de relevadores en la salade mquinas, alimentado por un acumulador tambinubicado en la sala de mquinas. Solamente el controlde los rels se realiza desde la casa del usuario con laayuda de otrafuente de alimentacin.
Como el consumo de la bobina del rel es mucho menorque el del servomotor, es posible comandar desdedistancias importantes.
Si la distancia es considerable o el conductor elctricodel telemando es de pequea seccin y el acumuladorauxiliar con su correspondiente cargador, representanun costo importante, es preferible utilizar el circuito de lafig. 10, donde en lugar de usar un acumulador de 12Vdel tipo automotriz, se utiliza una batera no recargablede 9V, del tipo "cuadrada", con un costo mucho menor.
Por otro lado, la llave inversora utilizada en este caso es
ms pequea, ya que la corriente tambin lo es, lo quereduce an ms el costo de implementacin delsistema.
-figura 10: transmisor y parte del receptor
AA
B B
figura 11: receptor en la sala de mquinasfigura : sistema de controlsensillus9
3
-
8/6/2019 hidrored2005.1
19/20
Funcionamiento
Cuando desde la casa del usuario se selecciona laoperacin " ", se ubica la llave selectora S1 en laparte inferior (ver fig.10), alimentando la lnea detelemando con tensin positiva, en el conductor A-A ycon tensin cero (-) en el conductor B-B desde la batera
de 9V. Esto hace, que slo el LED (Diodo Emisor deLuz), del optoacoplador OP1 se polarice en directa,excitando el transistor Q1, que energizar el rel K1 (verfig. 11).
La bobina del rel K1 comanda los contactos K1.1 yK1.2, que alimentan al servomotor M, hacindolo giraren el sentido que produzca la apertura del laberegulador. Si llega al final del recorrido el contacto definal de carrera de apertura (FCA), desconecta elcircuito, permitiendo slo la maniobra de cierre.
Del mismo modo para la accin de cierre, se polariza endirecta slamente OP2, que acciona por medio de Q2 elrel K2, cuyos contactos K2.1 y K2.2, accionan elservomotor en sentido inverso.
Para este tipo de telemando basta usar como va deconduccin, un par telefnico aislado del tipo exteriorcon alambre tensor de acero, sin la necesidad de utilizaraisladores adicionales.
abrir
Bibliografia
a ) B a r n e y E r i k -
b) Meir - Detti
c) Anocibar, Hctor Rolando
-
d) Caballero, A. L. y Feltan, C. M. -
e) Kurt z, Vi ct or Hug o
f) J. Sen y Ma Puentes
g ) K ur tz , Vi ct or H ug o
h) Kurtz, Victor Hugo
i) Cunningham, John E.
j )
k) Galvn Ruiz, J.
l) Ramesh Sivakolundu
m)
n) Kurtz, Victor Hugo
, A P R O V E C H A M I E N T O
HIDROENERGETICOS CON MICROTURBINA - Fac. de
Ing. - Universidad Nacional de Misiones - UNaM. 1984.-
- ELECTRONICS LOAD CONTROL FOR
MICRO HYDROPOWER PLANTS - SKAT St. Gallen -Zwitzerland.
- REGULADOR DE TENSION
Y FRECUENCIA VII Encuentro Latinoamericano en
P e q u e o s A p r o v e c h a m i e n t o s Hi d r o e n e r g e t i c o s ,
Cajamaraca- Per, 1997. Pag. 148.
EL PROBLEMA DE LA
REGULACIN DE VOLTAGE Y FRECUENCIA EN LAS
PEQUEAS CENTRALES HIDROELECTRICAS - IX ELPAH
- Encuentro Latinoamericano y del Caribe, Sobre Pequeos
AprovechamientoHidroenergticos,Neuquen 2001.-
- AUTOMATISMOS PARAPEQUEAS CENTRALES HIDROELECTRICAS - Sistema
de Telemando por Onda Portadora - Fac. de Ing. -
Universidad Nacional de Misiones - UNaM. Dic. 1985.-
- MICROTURBINAS: La alternativa
Apropiada - CREDMHI -Fac. de Ing. - Universidad Nacional
deMisiones-UNaM.Marzo1986.-
- AUTOMATISMOS PARA
PEQUEAS CENTRALES HIDROELECTRICAS - Comp. De
la lnea de Telemando del Proyecto Pereyra - Fac. de Ing. -
Universidad Nacional de Misiones - UNaM. Marzo. 1986.-
- LA ELECTRNICA EN LAPRODUCCION DE ENERGIA ALTERNATIVA - Telemando
"Diabolicus 1" 31/5/84 , Telemando "Sensillus 1" 7/6/84 - Fac.
de Ing. - Universidad Nacional de Misiones - UNaM. Marzo.
1986.-
- CONTROL REMOTO Y
AUTOMATIZACIN - Edit ParaninfoS.A. - Madrid - 1981
E S TA C I O N ES D E T R A N SF O R M AC I N Y
DISTRIBUCION. Protecciones de Sistemas Elctricos.
Enciclopedia CEAC de Electricidad.- Madrid- 1993.-
- TELEMANDO Y TELEMETRIA.
Aplicaciones Industriales - Electrnica y AutomticaIndustrilaesII - Edit Marcombo - Barcelona - 1981.
, COP800 BASED AUTOMATED,
S E C U RI T Y / MO N I TO R I N G S Y S TE M - N a t i o na l
Semiconductor -Application Note 662- March 1991.
LM567/LM567C -Tone Decoder - - National
Semiconductor - Data Sheets- May. 1999.
- AQUANIVEL - Sistema de Control
por Nivel de Agua Embalsada - IX ELPAH - Encuentro
L at i no a me ri c an o y d e l Ca ri b e, S ob re P e qu e o s
AprovechamientoHidroenergticos,Neuquen 2001.-
Conclusiones
Conclusin final
La implementacin de un sistema de telemandoelectromecnico, es til para mediana distancia, tantop a ra a p ro v e ch a mi e n to u n ip e r so n a le s c o mocomunitarios.
La necesidad de un acumulador en la sala de mquinaspara el telemando no representa un problema adicional,ya que en aprovechamientos comunitarios, lautilizacin de reguladores automticos de tensingenerada, es prcticamente indispensable ya que la
mayora del los reguladores electrnicos de tensin,necesitan una fuente auxiliar para su funcionamiento,que puede ser utilizada por el telemando.
La distancia de transmisin se puede optimizarajustando el valor de los resistores R1 y R2 (ver fig. 10),la tensin de mando y el tipo de acopladorpticoutilizado.
Los circuitos para telemando presentados en esta
oportunidad no son todos los que se han experimentadoe implementados, ni los nicos que existen. Cadaproyectista podr recrear, modificar o mejorar estossistemas para una aplicacin en particular.
14
Victor Hugo KurtzUniversidad Nacional de Misiones
e-mail: [email protected]
-
8/6/2019 hidrored2005.1
20/20
IMPRESSUM
Comit Editorial
Corresponsales
Editores
Coordinacin
Produccin
Diagramacin e Impresin
HIDRORED es una revista internacional para ladivulgacin de informacin sobre tcnicas y
experiencias en microhidroenerga.HIDRORED es publicada dos veces al ao por el Programa
de Energa, Infraestructura y Servicios Bsicos dePer.
Teodoro Snchez,Walter Canedo, CINER-Bolivia
Carlos Bonifetti, MTF-ChileMauricio Gnecco, FDTA-Colombia
Argentina (Misiones): Jorge Senn, Orlando AudisioBolivia (Cochabamba): Walter Canedo
Colombia (Villavicencio): Mauricio Gnecco
Ecuador (Quito): Milton BalsecaHonduras (Comayagela): Jorge F. Rivera
Per (Lima): Sal Ramrez
Programa de Energa, Infraestructura y Servicios Bsicos deSoluciones Prcticas - ITDG
Av. Jorge Chvez 275, Lima 18 - PerTelf. (511) 447-5127 4467-324 444-7055
Fax (511) 446-6621E-mail: [email protected]
Www.solucionespracticasitdg.org.pe
Carol Herrera
Carol Herrera, Pamela Alvarez
Carlos Senceb
Per.
El Comit Editorial no se responsabilizapor el contenido de los artculos
Soluciones Prcticas - ITDG
Soluciones Prcticas - ITDG
SolucionesPrcticas - ITDG
Soluciones Prcticas - ITDG
es un organismode cooperacin tcnicainternacional que contribuye al desarrollo sostenible de poblaciones demenores recursos mediante la investigacin, aplicacin y difusin detecnologas apropiadas.En el mundo, tiene oficinas en ochopasesdefrica,Asia,EuropayAmricaLatina.En el Per, trabaja a travs de sus programas de Energa, Infraestructuray Servicios Bsicos; Sistemas de Produccin y Acceso a Mercados;Prevencin de Desastres y Nuevas Tecnologas.