SERVICIOS AUXILIARES

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1 1 SERVICIOS AUXILIARES INTRODUCCIÓN Los sistemas de servicios auxiliares en una planta de generación son esenciales para lograr una operación confiable. Los servicios auxiliares comprenden las siguientes funciones: agua de refrigeración, aguas de drenajes, equipos antiincendios tanto desde el punto de vista de su detección como extinción, aire comprimido, servicios de agua potable, sistemas de lubricación, tratamiento de aguas residuales, aire acondicionado y sistema de aireación. Incluyen los servicios eléctricos y mecánicos adicionales a los mencionados, como los equipos de levantamiento y alce. Los sistemas de servicios auxiliares se considerarán cuidadosamente en la etapa de diseño de la planta, porque desde su concepción misma se está determinando la confiabilidad y flexibilidad de la operación. Los servicios auxiliares eléctricos a su vez se clasifican como: de corriente alterna y de corriente directa. Se hace énfasis en la necesidad de calcular el cortocircuito en baja tensión con el objeto de dimensionar adecuadamente los interruptores que alimentan los diferentes circuitos. Con respecto a los servicios auxiliares mecánicos, tal como se expresó, se resaltan los equipos de aire comprimido, sistema de aire acondicionado y puente grúa para el levantamiento. SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN La selección de la configuración para los servicios auxiliares eléctricos de una central debe estar fundamentada en tres criterios principales: (i) ser técnicamente realizable, (ii) económicamente factible y ante todo (iii) disponer de una alta confiabilidad debido al carácter imprescindible que tienen los servicios auxiliares para el funcionamiento de la central. TRANSFORMADORES DE SERVICIOS AUXILIARES Una selección estricta de la capacidad de los transformadores para los servicios auxiliares, requiere conocer la potencia demandada por todas y cada una de las cargas conectadas a los diferentes barrajes y aplicar los factores de demanda adecuados, sin embargo, ante la dificultad existente para conocer en un diseño preliminar los valores exactos de estas cargas, es necesario recurrir a diseños existentes. 1

2 2 Es importante anotar que respecto a los factores de demanda que se deben utilizar en estos casos no existen criterios determinantes; según algunos autores, una relación igual a 0.7 entre la capacidad del transformador y la carga total alimentada por éste es adecuada, mientras que para otros es más realista seleccionar valores menores para esta relación, tal como 0.4 ó 0.5. Es también usual utilizar varios factores de demanda, aplicándolos por grupos de cargas establecidos según la continuidad de operación de las cargas. Según la experiencia en gran número de centrales en operación, la capacidad del transformador que alimenta los servicios auxiliares localizados en el interior de la casa de máquinas, representa aproximadamente el 0.2% de la capacidad total de la planta. CLASIFICACIÓN DE LOS SERVICIOS AUXILIARES DE CORRIENTE ALTERNA Servicios auxiliares de unidad. Son equipos esenciales para el arranque, marcha y parada de las máquinas. Estos servicios requieren una muy buena confiabilidad y representan una carga relativamente baja. Servicios auxiliares de la subestación. Aunque no son servicios directamente relacionados con las máquinas, su operación es necesaria para el funcionamiento de éstas, por lo que también requieren de una buena confiabilidad de operación. Servicios auxiliares no esenciales de la casa de máquinas. Estos servicios no son esenciales para el funcionamiento de la central, sin embargo representan una carga alta dentro de los servicios auxiliares y por lo tanto deberán dimensionarse adecuadamente. Servicios auxiliares externos. Comprende los servicios requeridos por el patio de conexiones así como los de los demás barrajes involucrados en la central. Estos servicios requieren de una alta confiabilidad. CARGAS DE LOS SERVICIOS AUXILIARES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA Algunos de los equipos conectados a los diferentes barrajes de los servicios auxiliares de la central hidráulica se citan a continuación: Servicios auxiliares de unidad. Entre los equipos conectados a los barrajes para los servicios auxiliares de unidad (480V) están:

3 3 1. Bomba de agua para el enfriamiento de la unidad. 2. Calefactores de la unidad. 3. Bomba de aceite del regulador de velocidad. 4. Bombas de aceite para los cojinetes de guía y empuje si se requieren. 5. Ventiladores de enfriamiento para el equipo de excitación. 6. Ventiladores de enfriamiento para los transformadores. Control de motores y servicios auxiliares generales. A los barrajes para el centro de control de motores y servicios auxiliares generales (480 V) se conectan: 1. Ventilación e iluminación de la casa de máquinas. 2. Compresores de aire para los interruptores de máquina y para el acumulador aire aceite del regulador de velocidad. 3. Alimentación para las herramientas del taller. 4. Puente grúa. 5. Cargadores de batería para servicios auxiliares de corriente directa (Tableros de control para las máquinas, iluminación de emergencia, etc.). Servicios auxiliares del patio de la subestación. Se dispondrá un barraje a 220 V para los servicios auxiliares del patio de la subestación, de los cuales se alimentan cargas tales como: 1. Motores para la operación de interruptores y seccionadores. 2. Tomas e iluminación del kiosco de relés. 3. Calefacción de los interruptores y seccionadores. 4. Cargadores de baterías para los servicios auxiliares de corriente continua. 3

4 4 SERVICIOS AUXILIARES DE CORRIENTE DIRECTA El sistema de servicios auxiliares de corriente directa, se compone de un cargador, un banco de baterías, y tableros de distribución. Cargador de baterías. El cargador de baterías tendrá la capacidad para abastecer toda la carga de corriente directa de la casa de máquinas, entendiendo que toda carga cuya duración sea mayor o igual a 1 minuto se considerará como permanente. El cargador abastecerá la carga de corriente directa y mantendrá el banco de baterías en flotación; condición que se garantiza con el flujo de corriente hacia las baterías de aproximadamente 1/10 de su capacidad en amperios - hora, expresada en miliamperios. Banco de baterías. El banco de baterías se dimensionará para una autonomía mínima de 10 horas, sin que sufra deterioro su nivel de tensión, esto significa que en caso de falla del cargador, abastecerá toda la carga durante 10 horas. Es un criterio para determinar la capacidad en amperios - hora del banco. Tableros de distribución. Desde ellos se distribuye la alimentación para las cargas de corriente directa. Entre ellas. las más representativas son: 1. Sistema de control. 2. Sistema de protección. 3. Inversores para los sistemas de comunicación. 4. Alumbrado de emergencia. 5. Circuitos de disparo de los interruptores. 6. Motores de carga de resortes almacenadores de energía de interruptores. 7. Bombas, en determinado tipo de diseño. 8. Sistema de señalización y alarmas. Se tendrá cuidado especial de separar independientemente las diferentes cargas, de tal manera que si se presenta un cortocircuito o falla en alguno de ellos, no afecte el normal desempeño de los otros. Además deberá disponerse un sistema de protección que detecte la puesta a tierra de uno de los polos, dado que la

5 5 puesta tierra del sistema de corriente directa debe hacerse a través de resistencias iguales que se conectan a tierra y formen un divisor de tensión. Figura 1. Conexión de cargas de corriente directa Fuente: IEEE std IEEE guide for the protection of stationary battery systems. SERVICIOS AUXILIARES ELECTROMECÁNICOS Sistema de aire comprimido. El aire comprimido se requiere para el frenado de los generadores, para los interruptores de máquina, la presurización del acumulador aire aceite del regulador de velocidad y para mantenimiento. Disminuir el nivel de agua del tubo de aspiración puede requerirse para operar turbinas de reacción en modo condensador sincrónico, o para mantenimiento, lo cual se logra con aire comprimido. El aire comprimido se almacena en varios tanques acumuladores desde los cuales se toma cuando sea requerido. Es posible que se necesiten compresores grandes 5

6 6 para despresurizar el tubo de aspiración en proyectos con turbinas de reacción, y para la operación de herramientas neumáticas o equipos para mantenimiento. Las unidades compresoras tendrán un espacio adecuado que permita su propia instalación, servicio y mantenimiento. Se dispondrán distancias de separación alrededor de los equipos. Se preverán espacios para desmontar ejes de pistones, tubos de radiadores y otras partes de dimensiones considerables. Una separación típica de 1 metro alrededor de cada máquina y 2 metros entre máquinas garantiza una operación segura. Guardas y cerramientos protegerán las partes móviles, bandas y volantes. En unidades pequeñas de aire autocontenido, el lado de la banda se dispondrá hacia la pared. El área de compresores será lo suficientemente aireada y refrigerada para remover el calor producido por la operación de los compresores. Sistema de aire acondicionado. El sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado (CVAC) para centrales hidroeléctricas, es similar que para una planta industrial, excepto los requerimientos especiales de una central subterránea, o de grandes cargas calóricas de equipos eléctricos. Generalmente, la infraestructura de casas de máquinas deberá mantenerse ventilada durante todo el tiempo, pero no son refrigeradas o dotadas de calefacción excepto en los casos en los cuales: 1. La temperatura deba mantenerse para proteger el equipo de calentamiento excesivo o de enfriamiento. 2. Condensación de agua sobre superficies metálicas que puedan afectar el trabajo del metal o causar goteras sobre equipos ubicados en la parte inferior. Existen espacios de casa de máquinas que generalmente, poseen calefacción y refrigeración con el objeto de mantener temperaturas mínimas y máximas para equipos de control, refrigerar las protecciones, y para mantener una temperatura mínima para el confort del personal. La temperatura mínima estará entre 7 C y 10 C para la protección de equipos y 20 C para áreas ocupadas por personal y salas de control.

7 7 Tabla 1. Humedad para varias áreas de casa de máquinas ESPACIO MÍNIMO % MÁXIMO % RELATIVO RELATIVO Galería de tuberías - 80 Galerías eléctricas Espacios para visitantes Sala de control Cuartos de computadores Oficinas Comedor Entrada del aire de suministro - 80 Puentes Grúa. Se utilizan con dos propósitos, uno para la construcción y montaje de las unidades generadoras cuando es necesario llevar las piezas desde el sitio de almacenamiento hasta su lugar de operación. En casas de máquinas subterráneas se las utiliza intensivamente en los vaciados de concreto y otros requerimientos de obras civiles. El segundo propósito es en la elevación y transporte de la carga durante el funcionamiento de la central, en el mantenimiento y la reparación de los equipos instalados. Su movimiento se efectúa en sentido paralelo al eje longitudinal de la casa de máquinas, por medio de ruedas apoyadas en carriles dispuestos a lo largo de ella. Se requiere la manipulación de una gran variedad de cargas con un amplio rango de velocidades de levantamiento y desplazamiento. Por lo tanto el puente grúa debe someterse a un buen mantenimiento y prueba antes de iniciar ciclos de reparación y mantenimiento de la planta. Para determinar su capacidad de carga en toneladas, es necesario estimar cuál es el peso de la pieza compacta más pesada a transportar, normalmente esta pieza es el rotor del generador. En el artículo Estimating Hydropower House Crane Capacity 1 pueden encontrarse los pesos normales para el rotor del generador, En dicho artículo se tomaron varios casos significativos de centrales hidroeléctricas y se desarrolló una ecuación que relaciona el peso del rotor con la potencia de salida y velocidad nominales de la máquina. 1 GORDON, J. L. Estimating hydropower house crane capacity. En : International Water Power and Dam Construction. Vol. 17 No.11 (November 1978); p

8 8 Donde: W R : W R MVA = (9.1) n Peso del rotor (Toneladas). MVA: Potencia de salida a 60 C. n: Velocidad del rotor (rpm). La ecuación anterior se puede aplicar a generadores que reúnan las siguientes características: (i) velocidad nominal igual o superior a 90 rev/min. (ii) momento de inercia normal (Standard). En la figura 2 se aprecian las dimensiones más importantes que afectan la altura de la casa de máquinas, A, B, C, D y E. La dimensión A permite transportar cargas sin interferir con placas (tapas), cabezas de tornillos y otras protuberancias pequeñas. Normalmente, un mínimo de 150 mm es un valor adecuado. La distancia B desde la silla del gancho debe tener en cuenta las vigas de alce, los estrobos y otros dispositivos usados para manipular la carga. El gancho se muestra en su posición más alta y por debajo del punto más alto del riel del puente grúa. En algunos diseños la máxima altura del gancho se especifica por encima del riel del puente grúa, haciendo C una cantidad negativa en la sumatoria de todas las dimensiones para el requerimiento total de altura. Ciertos diseños tratan de minimizar D de tal manera que disminuyen la altura total de la casa de máquinas (aspecto muy importante en casas de máquinas subterráneas). La dimensión E debe ser aproximadamente 75 mm. Esta dimensión debe estudiarse muy bien, de tal manera que no se vayan a dificultar, posteriormente, reparaciones o mantenimientos del carro del puente grúa.

9 9 Figura 2. Diagrama de distancias del puente grúa Las otras dimensiones F, G y H influyen en el alcance del puente grúa y el ancho de casa de máquinas. F deberá ser como mínimo 300 mm y en otros casos inclusive llegar hasta 600 mm para grandes equipos. F y el tamaño de la carga determinan la mínima distancia G, requerida desde el eje de la unidad al gancho y a la pared de la casa de máquinas. Estas dimensiones en combinación con la distancia H, del eje de la unidad a la pared opuesta, son las consideraciones principales para la determinación de la luz del puente grúa. Otras dimensiones que afectan la luz del puente y el ancho de la casa de máquinas, dependen de los equipos instalados y su configuración. Éstas son las aproximaciones mínimas del gancho I y J a las paredes, y al espacio mínimo entre el puente y las paredes K. 9

10 10 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Y DESECHOS Si se dispone de un distrito sanitario adyacente a la central, se deberán conectar al mismo. Para situaciones en las cuales no exista la cercanía al distrito sanitario, que es la mayoría de las veces, se diseñará una planta de tratamiento debidamente validada por las autoridades competentes. Las descargas de aguas deberán tratarse antes de verterlas a la red de aguas residuales. Los agentes más contaminantes de una central hidroeléctrica son las grasas y los aceites, por lo tanto, deberán monitorearse los parámetros siguientes: 1. Los sólidos totales en suspensión, BOD, coliformes fecales, ph, turbidez, olor y color en el flujo de la planta de tratamiento de aguas residuales. 2. La separación de aceites del agua, grasas o sólidos en suspensión. 3. La temperatura del agua de refrigeración.

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