Centro de Conservación de Energía y del Ambiente EDEGEL S.A.A. SERVIICIIO DE MEDIICIIÓN Y CÁLCULO DE LA POTENCIIA EFECTIIVA DE LA CENTRAL HIIDROELECTRIICA MOYOPAMPA IINFORME FIINAL San Borja, Setiembre 2015
CONTENIDO RESUMEN EJECUTIVO... 3 1. INTRODUCCION... 5 2. OBJETIVO DEL ESTUDIO... 5 3. ALCANCES... 6 4. DESCRIPCION CENTRAL HIDROELECTRICA MOYOPAMPA... 6 4.1 Ubicación... 6 4.2 Características de la central... 6 4.3 Características de los grupos de generación... 7 5. METODOLOGIA DE ENSAYO... 8 5.1 Magnitudes medidas... 8 5.1.1 Parámetros eléctricos... 8 5.1.2 Parámetros hidráulicos y mecánicos... 9 5.1.3 Parámetros térmicos... 9 5.2 Instrumental de la central y equipos de medición... 9 5.2.1 Sistemas de medición de parámetros eléctricos... 9 5.2.2 Sistemas de medición de parámetros hidráulicos y mecánicos... 10 5.2.3 Sistemas de medición de parámetros térmicos... 10 5.3 Recursos humanos y organización del equipo de trabajo... 10 5.4 Duración de la prueba de potencia efectiva... 11 6. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO... 12 6.1 Actividades previas al ensayo... 12 6.2 Ejecución de los ensayos... 12 7. EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL ENSAYO... 13 7.1 Información de los ensayos... 13 7.2 Análisis y cálculo de la altura bruta... 13 7.3 Análisis y cálculo de la potencia efectiva de la central hidroeléctrica... 15 7.4 Potencia de servicios auxiliares (PSA)... 16 7.5 Cálculo del caudal turbinado de la central hidroeléctrica... 17 7.5.1 Cálculo de la altura Neta (Hn)... 17 7.5.2 Cálculo del Caudal Turbinado con la Curva de Rendimiento de la Turbina... 19 7.6 Parámetros térmicos... 21 7.7 Variabilidad de la Velocidad de Rotación... 24 7.8 Variabilidad del Factor de Potencia... 24 8. CONCLUSIONES... 27 ANEXOS: ANEXO Nº 1 : ACTA DE ENSAYO ANEXO Nº 2 : INFORMACIÓN TECNICA ANEXO Nº 3 : ARCHIVO FOTOGRAFICO Página 2
RESUMEN EJECUTIVO En cumplimiento a lo establecido en el contrato suscrito entre EDEGEL y se ha elaborado el presente informe de los resultados de la Medición y Cálculo de la Potencia Efectiva de la Central Hidroeléctrica Moyopampa. Los grupos de generación evaluados son los que se indican en la Tabla 1. Tabla 1 Grupos de Generación Evaluados Central Grupos Tipo Hidroeléctrica Moyopampa Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Turbina tipo Pelton eje horizontal Turbina tipo Pelton eje horizontal Turbina tipo Pelton eje horizontal La central hidroeléctrica Moyopampa, se encuentra ubicada en el distrito de Lurigancho - Chosica, Provincia de Lima, en el km 34,5 de la Carretera Central. La casa de máquinas se encuentra instalada a una altitud de 889 msnm. El presente estudio ha sido desarrollado en dos etapas, la primera corresponde al trabajo de campo y la segunda al procesamiento y análisis en gabinete de la información recopilada durante los ensayos realizados. En la primera etapa se han efectuado los ensayos o pruebas in situ de cada una de las unidades de generación con presencia de representantes del COES y EDEGEL; para el desarrollo de los ensayos, dispuso el personal, equipos e instrumentos necesarios. En la segunda etapa se ha efectuado el análisis y evaluación de los datos de ensayo los cuales se revisaron y validaron en función a criterios técnicos previamente establecidos; luego, sobre la base de los resultados de los ensayos y considerando el Procedimiento Nº 18 del COES SINAC (Determinación de la Potencia Efectiva de las Centrales Hidroeléctricas del SINAC), se procedió a la determinación de la potencia efectiva de la central hidroeléctrica Moyopampa. En la Tabla 2, se muestra la potencia efectiva de cada unidad y el caudal turbinado por la central calculado por el método indirecto de acuerdo al PR18. Página 3
Tabla 2 Resultados de Potencia Efectiva de la Central Hidroeléctrica Moyopampa Central Hidroeléctrica Moyopampa Descripción Potencia Efectiva (MW) Caudal (m 3 /s) Potencia Efectiva Grupo 1 23.824 6.665 Potencia Efectiva Grupo 2 22.575 6.316 Potencia Efectiva Grupo 3 22.749 6.337 Potencia Efectiva Central 69.148 19.318 La variabilidad de los valores de la potencia efectiva, caudal turbinado, altura bruta, velocidad de rotación y factor de potencia, no exceden los límites establecidos en el PR-18 del COES; con lo cual se verifica que el ensayo de potencia efectiva de la central hidroeléctrica Moyopampa, se realizó satisfactoriamente en condiciones de estabilidad. Las temperaturas en los cojinetes del generador y los devanados del estator no han excedido los valores fijados en el protocolo de prueba de recepción de la central. Las temperaturas registradas del estator y de los cojinetes fueron aceptables. Página 4
SERVICIO DE MEDICIÓN Y CÁLCULO DE LA POTENCIA EFECTIVA DE LA CENTRAL HIDROELECTRICA MOYOPAMPA 1. INTRODUCCION El Reglamento de la Ley de Concesiones Eléctricas faculta al Comité de Operación Económica del Sistema - COES a definir los modelos matemáticos a utilizar para el cálculo de la potencia firme de una central, basándose en estadísticas nacionales e internacionales y/o en las características propias de las unidades generadoras; disponiendo la realización de pruebas/ensayos de operación de dichas unidades. El COES en base al Procedimiento Nº 18: Determinación de la potencia efectiva de las Centrales Hidroeléctricas del SINAC, determina la potencia efectiva de las centrales de generación hidráulica del SINAC. El ensayo de potencia efectiva está destinado a comprobar la capacidad electromecánica (potencia) de la central declarada por la empresa, mediante una medición. Este valor es necesario para determinar su potencia firme correspondiente. Con este propósito, EDEGEL encargo a la ejecución del servicio de medición y cálculo de la potencia efectiva de la central hidroeléctrica Moyopampa., conformó un equipo de profesionales para la ejecución del ensayo de medición de la potencia efectiva de la central hidroeléctrica Moyopampa. El ensayo fue ejecutado el día 22 de julio del 2015. El Jefe de ensayo fue el ingeniero David Herrera y su equipo técnico de especialistas en mediciones electromecánicas. El ingeniero Carlos Herrera, fue el veedor del COES y el ingeniero Luis Chiok, representante de EDEGEL. El presente informe tiene por objetivo presentar los resultados de los análisis de las mediciones, abarcando todo lo relacionado con el ensayo de medición de la potencia efectiva de la central hidroeléctrica Moyopampa. El ensayo se realizó con todos los grupos de generación de la central, operando a condiciones de potencia efectiva. 2. OBJETIVO DEL ESTUDIO El objetivo del estudio es determinar la potencia efectiva de la central hidroeléctrica Moyopampa, de propiedad de EDEGEL, de acuerdo al Procedimiento Nº 18 del COES y tomando como referencia la norma IEC 41. Para el presente estudio, se define como potencia efectiva de la central hidroeléctrica a la potencia continua entregada por dicha central cuando opera a condiciones de potencia efectiva. Página 5
3. ALCANCES El estudio comprende la ejecución de las actividades siguientes: a) Elaboración del plan de trabajo para el ensayo de las unidades de generación, conexión de instrumentos de medición y la distribución de funciones del personal. b) Ejecución de las mediciones requeridas proporcionando el personal técnico, los instrumentos y los equipos de medición necesarios, basándose en el Procedimiento Nº 18 del COES y normas técnicas internacionales. c) Cálculo y determinación de la potencia efectiva de la central hidroeléctrica Moyopampa, de acuerdo al Procedimiento Nº 18 del COES y los que se establezcan según el caso. d) Preparación y entrega del informe final, que contendrá: La información suministrada por EDEGEL; descripción de los equipos de medición, información del ensayo con las actas firmadas por los asistentes válidos a las pruebas; los resultados del procedimiento de cálculo para la obtención de la potencia efectiva de la central y las conclusiones. 4. DESCRIPCION CENTRAL HIDROELECTRICA MOYOPAMPA 4.1 Ubicación La central hidroeléctrica Moyopampa, está ubicada en el distrito de Lurigancho Chosica, Provincia de Lima, en el km 34,5 de la Carretera Central. 4.2 Características de la central La central hidroeléctrica Moyopampa, utiliza las aguas del río Rimac y Santa Eulalia y cuenta con tres (3) grupos de generación con turbinas Pelton de eje horizontal, acoplados a generadores sincronos. Esta central opera con un caudal aproximado de 19 m 3 /s y una caída bruta de 476.66 metros. La potencia nominal de cada una de las turbinas es de 25 MW. La casa de máquinas se encuentra instalada a una altitud de 889 msnm. Página 6
4.3 Características de los grupos de generación La central hidroeléctrica Moyopampa, tiene tres (3) grupos de generación de energía eléctrica; las características técnicas de las unidades de generación ensayadas se indican a continuación. 4.3.1 Datos técnicos de las turbinas Las características principales de las turbinas se muestran en la Tabla 3. Tabla 3 Características de las Turbinas Descripción Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Fabricante Voith Siemens Hydro Voith Siemens Hydro Sulzer Hydro Tipo Pelton Pelton Pelton Año 1951 1951 1951 Altura Bruta 476,66 m 476,66 m 476,66 m Altura Neta 452 m 452 m 460 m N turbinas por grupo 2 2 2 Potencia nominal 25,417 MW 25,417 MW 24,580 MW Caudal nominal 6,45 m 3 /s 6,45 m 3 /s 6,20 m 3 /s Velocidad nominal 514 rpm 514 rpm 514 rpm Velocidad de embalamiento 617 rpm 617 rpm 617 rpm Cota eje 889,75 msnm 889,75 msnm 889,75 msnm N inyectores por grupo 4 4 4 Diámetro de chorro 156.9 mm 156.9 mm 147 mm 4.3.2 Datos técnicos de los generadores Potencia Nominal : 30,000 KVA Tensión Nominal : 10,000 V Margen de regulación del voltaje : + 10 % Corriente Nominal : 1 735 A Corriente Excitación : 600 A Frecuencia : 60 Hz Factor de Potencia : 0.7 Velocidad : 514 RPM Velocidad embalamiento : 950 RPM Página 7
Conexión : Estrella Numero de generadores : 3 Generador : eje horizontal Tipo : W-280-14 Acoplamiento a las turbinas : directo Sistema de generación : Corriente alternador 3Ø N bornes bobinado estatórico : 6 Numero de polos : 14 Año de puesta en servicio Grupo 1 : 1 951 Grupo 2 : 1 952 Grupo 3 : 1 955 Máquina excitatriz Tipo : G-206 Fabricante : Brown Boveri Acoplamiento concéntrico : Directo Voltaje : 220 V. Corriente continua : 625-730 A Potencia : 125-146 KW 5. METODOLOGIA DE ENSAYO La metodología del ensayo de los grupos hidráulicos ha sido realizada siguiendo el procedimiento Nº 18 del COES y las recomendaciones de la publicación 41 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC 41). 5.1 Magnitudes medidas Los parámetros principales medidos fueron los siguientes: eléctricos, hidráulicos y térmicos. A continuación se detallan cada uno de estos parámetros y sus variables correspondientes. 5.1.1 Parámetros eléctricos Los parámetros eléctricos medidos en la generación y en los servicios auxiliares durante el desarrollo del ensayo fueron los siguientes: Potencia activa en bornes de generación (MW) Factor de Potencia. Para la determinación de estos parámetros se realizaron registros continuos, en bornes de generación de las variables eléctricas: potencia activa (MW) y factor de potencia, en cada uno de los grupos de generación ensayados, con el objeto de determinar la potencia activa generada. Página 8
Asimismo, se realizaron registros continuos del consumo de potencia (kw) de los servicios auxiliares de la central. El período de integración de los medidores electrónicos para cada toma de lectura fue de 15 minutos. 5.1.2 Parámetros hidráulicos y mecánicos Los parámetros hidráulicos y mecánicos medidos y controlados durante el desarrollo del ensayo fueron los siguientes: La presión a la entrada de las seis (6) turbinas El nivel del agua en la cámara de carga Velocidad de rotación (rpm). 5.1.3 Parámetros térmicos Los parámetros térmicos registrados durante el ensayo fueron las temperaturas de los cojinetes y las temperaturas de devanados del estator. 5.2 Instrumental de la central y equipos de medición La visita realizada, previa al ensayo, permitió verificar in situ el estado operativo de los grupos de la central y se obtuvo información preliminar de la central, la misma que sirvió de apoyo para la elaboración del plan de ensayos. La información recibida y analizada fue la siguiente: Planos de disposición de los equipos electromecánicos. Esquemas unifilares de los grupos. Esquemas de cortes de la casa de máquinas. 5.2.1 Sistemas de medición de parámetros eléctricos En la inspección realizada se verificó que la central cuenta con medidores electrónicos multifunción trifásicos marca Power Measurement modelo ION 7500 instalados en bornes de generación para cada unidad de generación, los cuales registran potencia activa y reactiva; los mismos que miden la potencia generada en bornes de generación en 10,000 V. Página 9
Para la medición de las variables eléctricas de las unidades de generación y sistemas auxiliares de la central Moyopampa se emplearon los equipos siguientes: Tres (3) analizadores de redes electrónicos de potencia y energía marca PQ BOX 100. Estos equipos se conectaron en paralelo a los medidores de energía existentes de los grupos 1, 2 y 3. Un (1) analizador de redes electrónico de potencia y energía marca MEMOBOX 300, se conectó en paralelo al medidor de energía de los servicios auxiliares de la central. 5.2.2 Sistemas de medición de parámetros hidráulicos y mecánicos Para la medición del nivel aguas arriba, se utilizó el medidor de nivel de la cámara de carga de la propia central y mediante el sistema scada de la central se registraron las lecturas de éste parámetro. Durante la inspección en la casa de maquinas, se ubicó los puntos de toma de datos de las presiones al ingreso cada una de las turbinas. Para la medición de la presión del agua al ingreso de las turbinas, se utilizaron seis (6) transductores de presión marca WIKA, para los grupos 1, 2 y 3. Las cotas de referencia se tomaron de los esquemas de planta proporcionados por EDEGEL, esta información se muestra el Anexo 2. 5.2.3 Sistemas de medición de parámetros térmicos Para la medición de las temperaturas de los cojinetes de turbina y devanados del generador, se utilizaron los RTD de cada unidad y se registraron a través del sistema scada de la propia central. 5.3 Recursos humanos y organización del equipo de trabajo Durante la ejecución de los ensayos estuvieron presentes: Un representante del COES, quien participó como veedor de las pruebas y tuvo como responsabilidad supervisar la correcta ejecución de las pruebas, así como realizar las coordinaciones necesarias con la Dirección de Operaciones del COES para facilitar la ejecución de las mediciones. El profesional del COES que participó en los ensayos fue el ingeniero Carlos Herrera. Página 10
Un representante de la empresa generadora EDEGEL, quien tuvo la responsabilidad de dar fe de la correcta realización de los ensayos y otorgar las facilidades necesarias para la culminación del trabajo. El profesional encargado, fue el ingeniero Luis Chiok. El Jefe de ensayo de y su equipo técnico. El jefe de ensayo fue el responsable técnico de las pruebas y la persona que decidió los aspectos técnicos relacionados con las mediciones, tomando en cuenta las recomendaciones de los presentes; habiendo sido de su entera responsabilidad resolver cualquier aspecto técnico referido a las mediciones a efectuarse. El personal de que efectuó los ensayos, estuvo organizado tal como se muestra en la Tabla 4. Tabla 4 Organización del Equipo de Trabajo Jefe del ensayo: Ing. David Herrera Mendoza Asistente del Jefe de Ensayo: Ing. Antonio Palomino Vela Responsables de mediciones Variables Eléctricas Variables Hidráulicas Responsable Ing. David Herrera M. Responsable Ing. Antonio Palomino Generador Ing. Gilbert Guillen Presión de tubería y Ing. Jonathan Espejo nivel Auxiliares Ing. Gilbert Guillen Temperaturas de cojinete y estator Ing. Jonathan Espejo 5.4 Duración de la prueba de potencia efectiva Los ensayos para la determinación de potencia efectiva duraron cinco (5) horas, sin haberse producido durante este período ninguna anormalidad. Fecha de ensayo : 22.07.2015 Inicio del ensayo Fin del ensayo : 09:30 horas : 14:30 horas Página 11
6. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO 6.1 Actividades previas al ensayo Las actividades previas al ensayo se detallan a continuación: Se realizó un recorrido de la central, donde se verifico el estado operativo de los principales equipos y se ubicó físicamente los puntos de medición. Se verificó la operatividad de los instrumentos fijos de la central. Se identificó el punto de medición de los servicios auxiliares. Se verifico los puntos de medición de los tres contadores de energía de la propia central. Se instaló tres (3) analizadores de redes, en bornes de generación de cada grupo. Se instaló un (1) analizador de redes, en el punto de medición de los consumos de servicios auxiliares. Se verifico el medidor de nivel de la cámara de carga de la central. Se instaló seis (6) transductores de presión al ingreso de las turbinas. 6.2 Ejecución de los ensayos El día 22 de julio de 2015, se efectúo una reunión de coordinación entre los representantes de EDEGEL, COES y, para definir todos los detalles referidos a los ensayos de la central hidroeléctrica Moyopampa, tales como: la hora de inicio, duración del ensayo, puntos de medición y ubicación del personal a cargo de tomar los datos durante las pruebas de Potencia Efectiva. A las 09:00 horas del 22/07/2015, el personal de estaba ubicado en los puntos de medición. A las 09:30 horas del 22/07/2015, se dio inicio a los ensayos de Potencia Efectiva de la central hidroeléctrica Moyopampa y finalizo a las 14:30 horas del mismo día. Las lecturas de los datos fueron tomadas cada 15 minutos, durante cinco (5) horas de funcionamiento continuo a máxima generación sin sobrecargas. Página 12
7. EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL ENSAYO 7.1 Información de los ensayos La información utilizada para los cálculos de la potencia efectiva de la central hidroeléctrica Moyopampa, fueron de las siguientes: Acta de Ensayo. Información técnica proporcionada por EDEGEL Datos tomados en campo. Procedimiento Nº 18 del COES Norma IEC 41 (Referencia). 7.2 Análisis y cálculo de la altura bruta La altura bruta de la central hidroeléctrica Moyopampa, se calcula en función de la cota promedio del nivel de aguas arriba de la central y la cota promedio de los puntos de contacto de los dos inyectores, según la ecuación siguiente: H bruta = Z aguas arriba (CCC) Z aguas abajo (CPrCI) Donde: H bruta Z CCC Z CPrCI : Altura Bruta : Cota de la cámara de carga (msnm) : Cota promedio punto contacto de los dos inyectores (msnm) Entonces, para la Central Hidroeléctrica Moyopampa, tomando los valores promedio registrados se tiene los datos siguientes: Z CCC = 1364.34 msnm (Promedio cota de nivel cámara de carga - Tabla 5) Para los grupos de la CH Moyopampa, se tiene la cota promedio de los inyectores, igual a: Z PCI = 889.007 msnm (Ver Anexo 2: Plano de corte Turbina Pelton Grupos 1, 2 y 3) Reemplazando, estos datos en la ecuación (H bruta ) se tiene una altura bruta promedio igual a 475.33 m. Página 13
Variabilidad de la altura bruta de la central De acuerdo al procedimiento PR-18 del COES, las fluctuaciones de la altura bruta no deben de exceder del ± 1% respecto al valor promedio de los datos registrados. Los valores de variabilidad de la altura bruta de la central hidroeléctrica Moyopampa, obtenidos en la Tabla 5, son inferiores al 1% establecido en el PR-18. En la Tabla 5, se muestran los datos de nivel en la cámara de carga, el cálculo de altura bruta y la variabilidad de la misma. Tabla 5 Calculo de la Altura Bruta y Variabilidad Central Hidroeléctrica Moyopampa Cota de rebose: 1365.67 msnm (Ver Anexo 2, datos técnicos de la central) Cota de impacto: 889.007 msnm (Ver Anexo 2, plano de corte de turbina Pelton) Página 14
7.3 Análisis y cálculo de la potencia efectiva de la central hidroeléctrica Para el análisis y cálculo de la potencia efectiva se siguió el procedimiento PR-18 del COES. Validación de las potencia activa De acuerdo al procedimiento PR-18 del COES, las fluctuaciones de la potencia efectiva no debe de exceder del ± 1.5 % del valor promedio de las mediciones. Los valores de variabilidad de la potencia efectiva de la central, obtenidos en la Tabla 6, son inferiores a los límites establecidos en el PR-18. La potencia efectiva de la central, se calcula como el promedio de las sumatorias de potencia activa instantánea registrada por los medidores de energía (cada 15 min.) para cada unidad de generación durante el tiempo de duración de la prueba. Los resultados de las mediciones efectuadas y las variaciones de la variable primaria (potencia en bornes de generación) de las tres grupos de generación, se muestran en la Tabla 6. La potencia efectiva de cada unidad, se determina aplicando la siguiente fórmula: Donde: Pe Pb n : Potencia Efectiva de cada unidad de generación hidroeléctrica : Potencia medida cada 15 minutos : número de valores Aplicando la misma fórmula, en la Tabla 6, se obtiene los resultados siguientes: Pe1= 23.824 MW Pe2= 22.575 MW Pe3= 22.749 MW Luego se obtiene la potencia efectiva de la Central Hidroeléctrica Moyopampa, aplicando la fórmula siguiente: Donde: Página 15
PE: Potencia Efectiva de la Central Hidroeléctrica Moyopampa. De la Tabla 6, tenemos lo siguiente: PE = Pe1+Pe2+Pe3 = 23.824 +22.575 +22.749 = 69.148 MW Tabla 6 Resultados de los Ensayos de Potencia Efectiva Central Hidroeléctrica Moyopampa 7.4 Potencia de servicios auxiliares (PSA) El consumo de los servicios auxiliares, se calcula como el promedio de las potencias activas registradas durante el tiempo de duración de la prueba. De los datos obtenidos del acta de ensayo, se tiene que la potencia consumida por los servicios auxiliares de la central hidroeléctrica Moyopampa es igual a: P SA = 97.03 kw Página 16
7.5 Cálculo del caudal turbinado de la central hidroeléctrica El caudal turbinado de la central hidroeléctrica Moyopampa, se ha determinado mediante el método indirecto según el PR18 del COES. Para el cálculo por el método indirecto, se procedió a instalar sensores de presión en las turbinas y la eficiencia de los grupos se obtiene de las curvas de eficiencia proporcionadas por EDEGEL. Los principales parámetros que intervienen para el cálculo del caudal turbinado son: La altura neta, la potencia activa generada, la gravedad específica a la altitud y latitud de la central, la temperatura del agua y las curvas de rendimiento de los grupos (turbina + generador). 7.5.1 Cálculo de la altura Neta (Hn) La altura neta es la diferencia entre las energías de las masas de entrada y de salida de la turbina. La energía de la masa se deduce de las presiones estáticas y de las energías cinéticas en la entrada y salida. Las energías son calculadas a partir de las áreas y del caudal a calcular. Las áreas se tomaron de la información de campo. La sección 2.3.7 del código CEI 41 indican las fórmulas que deben usarse y la figura 1, se identifica la disposición de la turbina. De la Norma IEC y la información suministrada por EDEGEL y los datos tomados de campo se elabora la Tabla 7. Variables Tabla 7 Variables utilizadas para los cálculos Turbina 1a Turbina 1b Turbina 2a Turbina 2b Turbina 3a Turbina 3b Nivel de referencia (N. R.) Eje de ingreso de plano (msnm) 888.20 888.20 888.20 888.20 888.20 888.20 Latitud de la central ( ºC ) 11.9 11.9 11.9 11.9 11.9 11.9 Altitud de la central (msnm) 888.20 888.20 888.20 888.20 888.20 888.20 Temperatura del agua turbinada (ºC) 17.5 17.5 17.5 17.5 17.5 17.5 Densidad (kg/m3), Norma EN 60041 998.6 998.6 998.6 998.6 998.6 998.6 De (m) 0.8055 0.8055 0.8055 0.8055 0.8055 0.8055 Pe1 promedio (m) 430.292 431.772 432.712 427.739 433.049 433.712 Ze1 = Z1 (msnm) 888.06 888.06 888.06 888.06 888.06 888.06 Ze = Z1 (msnm) 888.20 888.20 888.20 888.20 888.20 888.20 Z2 (msnm) 89.007 889.007 889.007 889.007 889.007 889.007 Pe promedio (m) 430.432 431.912 432.852 427.879 433.189 433.852 Potencia de ensayo (MW) 23.824 22.575 22.749 Eficiencia de grupo (%) (Turbina + Generador) 84.61 84.82 84.56 Página 17
De la Norma IEC 41, Figura Nº 39, página Nº 103 se tiene los puntos geométricos a utilizar, tal como se aprecia en la figura 1. Figura 1 Puntos Geométricos Norma IEC 41 De la Norma CEI 41 se obtiene de la siguiente ecuación, para el cálculo de la altura neta: Donde: Hn = Pe + (Ze Z2) + Ce 2 Hn : Altura neta medida Ze o (Z1) : Altura de presión al ingreso Pe o (P1) : Presión al ingreso de la turbina en metros Pe = P1 : Pe1+ 0.14 m. Pe1 : Lectura de presión del sensor en la conexión existente Ze1 : Cota de la ubicación de la conexión de presión Z2 : altura de referencia al Punto medio entre tangencia de chorros. Q : Caudal total turbinado (m3/s) Ce : Velocidad del flujo al ingreso de la turbina (m/s) De : Diámetro del área de ingreso a la turbina (m) 2g Página 18
Transformando la fórmula de la energía hidráulica de la Norma CEI 41, en función del caudal y de las áreas, obtenemos la altura neta (Hn), en función del caudal, presión y geometría, tal como se muestra en la siguiente ecuación. Hn = Pe + (Ze Z2) + 8Q 2 g 2 D 4 La gravedad de la central, se calcula según la Norma IEC, con la siguiente formula: g = 9.7803(1+ 0.0053x Sen 2 (Latitud)) - 3x10-6 (Altitud) (Ref. Norma IEC-41) Remplazando datos de la Tabla 7, obtenemos el valor de la gravedad igual a 9.7798 m/s 2. Con los datos de la Tabla 7 y de la fórmula de la altura neta (Hn), obtenemos los siguientes resultados de la fórmula de altura neta de la Norma IEC, en función del caudal: Grupo 1: Hn 1a = 429.625 + 0.19707327*Q 1a 2..( 1a) Grupo 1: Hn 1b = 431.105 + 0.19707327*Q 1b 2..( 1a) Grupo 2: Hn 2a = 432.045 + 0.19707327*Q 2a 2..( 1b) Grupo 2: Hn 2b = 427.072 + 0.19707327*Q 2b 2..( 1b) Grupo 3: Hn 3a = 432.382 + 0.19707327*Q 3a 2..( 1c) Grupo 3: Hn 3b = 433.045 + 0.19707327*Q 3b 2..( 1c) 7.5.2 Cálculo del Caudal Turbinado con la Curva de Rendimiento de la Turbina El Rendimiento se obtiene de la formula siguiente: Pe = ρ x g x Hn x Q x η g ( 2) Donde: Pe : Potencia activa (W) η g : Eficiencia del grupo (turbina + generador) ρ : Densidad del agua (kg/m 3 ) g : Gravedad (m/s 2 ) Hn : Altura neta (m) Q : Caudal turbinado (m 3 /s) De la ecuación Ø2 obtenemos la siguiente ecuación: ɳ g = Pe / (ρ x g x Hn x Q). ( 2a) Página 19
Las curvas de rendimiento utilizadas, son las proporcionadas por EDEGEL, con el valor de las potencias medidas entramos a las curvas de eficiencia de los tres grupos, mostradas en el Anexo 2 y obtenemos los valores de eficiencia del grupo (turbina + generador), las ecuaciones a utilizar son las siguientes: Grupo 1: Grupo 2: Grupo 3: y = -9.905287E-13x3 + 1.966178E-08x2 + 4.128800E-04x + 7.701047E+01 y = -4.252191E-08x2 + 1.723851E-03x + 6.757198E+01 y = 4.355659E-13x3-7.146298E-08x2 + 2.157806E-03x + 6.732373E+01 Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 7. Luego reemplazando todos los datos de la Tabla 7, en la ecuación ( 2a), obtenemos las ecuaciones de las alturas netas (Hn) de cada grupo en función del caudal turbinado, resultando lo siguiente: Para el grupo 1: Hn (1a) = 1441.522 / Q (1a).. a) Hn (1b) = 1441.522/ Q (1b)... a) Para el grupo 2: Hn (2a) = 1362.652 / Q (2a).. b) Hn (2b) = 1362.652/ Q (2b)... b) Para el grupo 3: Hn (2a) = 1377.384 / Q (2a).. c) Hn (2b) = 1377.384/ Q (2b)... c) Reemplazando, en las ecuaciones a, b y c, en las ecuaciones a, b y c y resolviendo las ecuaciones, obtenemos el caudal turbinado y la altura neta para cada turbina: Q1a = 3.338 m³/s Q1b = 3.327 m³/s Q2a = 3.140 m³/s Q2b = 3.176 m³/s Q3a = 3.171 m³/s Q3b = 3.166 m³/s Hn1a = 431.82 m Hn1b = 433.29 m Hn2a = 433.99 m Hn2b = 429.06 m Hn3a = 434.36 m Hn3b = 435.02 m De los resultados obtenemos el caudal total turbina por la central hidroeléctrica Moyopampa igual, a la suma de los caudales de cada grupo. Q 1a + Q 2b + Q 2a + Q 2b + Q 3a + Q 3b = Q total turbinado. Q Caudal total turbinado = 3.338 + 3.327 + 3.140 + 3.176 + 3.171 +3.166 = 19.318 m 3 /s Página 20
7.6 Parámetros térmicos Las temperaturas de los devanados y cojinetes, registradas durante el ensayo se muestran en el Anexo 1 (Acta de ensayo), de dicha información, se obtiene los resultados mostrados en la Tabla 8, 9 y 10, donde se tiene los valores promedios, máximos y mínimos de las temperaturas en (ºC) de las bobinados del generador y las temperatura de cojinetes de los grupos 1, 2 y 3 de la CH Moyopampa, durante el periodo de duración de las pruebas. Tabla 8 Temperatura (º C) devanados de estator y cojinetes del Grupo 1 LE = Lado excitatriz LOE = Lado opuesto Excitatriz Página 21
Tabla 9 Temperatura (º C) devanados de estator y cojinetes del Grupo 2 LE = Lado excitatriz LOE = Lado opuesto Excitatriz Página 22
Tabla 10 Temperatura (º C) devanados de estator y cojinetes del Grupo 3 Las temperaturas registradas de los bobinados del estator de los grupos, que se muestran en la Tabla 8, 9, y 10, permanecieron en valores estándar para la clase de aislamiento de los bobinados. Asimismo, las temperaturas de cojinetes son valores aceptables de operación. De los resultados se verifica que el funcionamiento de la CH Moyopampa durante los ensayos se realizó en condiciones apropiadas de operación. Página 23
7.7 Variabilidad de la Velocidad de Rotación Del Acta de ensayo, se tiene los valores de las velocidades de rotación (rpm) de cada grupo, tal como se muestra en la Tabla 11. De acuerdo al procedimiento PR-18 del COES, las fluctuaciones de la velocidad de rotación no debe de exceder del ± 0.5 % respecto al valor promedio de los datos registrados; por lo tanto, de la Tabla 11, se demuestra que la variabilidad de la velocidad de rotación, de los grupos 1, 2 y 3 de la CH Moyopampa, no ha superado lo establecido en el PR-18. Tabla 11 Velocidad de Rotación y Variabilidad 7.8 Variabilidad del Factor de Potencia Del Acta de ensayo, se tiene los valores del factor de potencia de cada grupo, tal como se muestra en la Tabla 12. De acuerdo al procedimiento PR-18 del COES, las fluctuaciones del factor de potencia no debe de exceder de ± 2 % respecto al valor promedio de los datos registrados; por lo tanto, de la Tabla 12, se demuestra que la variabilidad del factor de potencia, de los grupos 1, 2 y 3 de la CH Moyopampa, no ha superado lo establecido en el PR-18. Página 24
Tabla 12 Factor de Potencia y Variabilidad En la Tabla 13, se muestra el factor de potencia promedio en horas punta (HP) de los meses diciembre a marzo y el rango de operación de los valores de factor de potencia de los grupos de la CH Moyopampa; de acuerdo a estos resultados se comprueba que los valores promedio de factor de potencia de los grupos, durante el ensayo de potencia efectiva, están dentro del rango determinado, según lo indicado en el PR18 del COES. Tabla 13 Factor de Potencia Promedio en Horas Punta (diciembre a marzo) y Rango de Operación del Factor de Potencia de los Grupos Página 25
Análisis de los resultados: De la evaluación de resultados del ensayo de potencia efectiva de la central hidroeléctrica Moyopampa, se concluye que las variabilidad de los valores de la potencia efectiva, altura bruta, velocidad de rotación y factor de potencia, no exceden los límites establecidos en el PR-18 del COES; con lo cual se verifica que el ensayo de potencia efectiva de la central hidroeléctrica Moyopampa, se realizó en condiciones de estabilidad. Las temperaturas registradas del estator y de los cojinetes fueron aceptables, y se encuentran dentro de los rangos normales de operación de los grupos ensayados. Página 26
8. CONCLUSIONES La potencia efectiva determinada para Moyopampa es igual a 69.148 MW. la central hidroeléctrica El caudal turbinado de la central hidroeléctrica Moyopampa, es igual a 19.318 m 3 /s. La altura bruta promedio medida de los grupos 1, 2 y 3 es de 475.33 m. Las variabilidad de los valores de la potencia efectiva, altura bruta, velocidad de rotación y factor de potencia, no exceden los límites establecidos en el PR-18 del COES. El ensayo de potencia efectiva de la central hidroeléctrica Moyopampa, se realizó en condiciones de estabilidad. Todos los parámetros hidráulicos, mecánicos y térmicos medidos durante el ensayo para determinar la potencia efectiva de la central, se mantuvieron en condiciones estables. Página 27
ANEXOS
ANEXO Nº 1 ACTA DE ENSAYO
ANEXO Nº 2 INFORMACIÓN TECNICA
ANEXO Nº 3 ARCHIVO FOTOGRAFICO
1. MEDIDOR PORTATIL DE ENERGIA Fig 1. Equipo de Medición de Energía Bornes de Generación Grupo 1 y servicos auxiliares Fig 2. Equipo de Medición de Energía Bornes de Generación Grupo 2 Fig 3. Equipo de Medición de Energía Bornes de Generación Grupo 3
2. SENSORES DE PRESIÓN CASA DE MAQUINAS CH MOYOPAMPA Fig 4. Sensor de Presión Grupo 1 Fig 5. Sensor de Presión Grupo 2 Fig 6. Sensor de Presión Grupo 3 Fig 7. Registro de presiones Grupo 1, 2 y 3
Fig 8. Equipo de Medición Nivel Camara de Carga CH Moyopampa