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Revista de Iniciación Científica – RIC – Journal of Undergraduate Research
Informe de la Gira #1: Hidroelectrica Madden Ernesto Tamayo, Uribiades Delgado Licenciatura en Ingeniería Electromecánica – Facultad de Ingeniería Eléctrica – Universidad Tecnológica de Panamá
Resumen Palabras Claves Central generadora, energía eléctrica, Hidroeléctrica, Turbinas.
Abstract This document presents in a general form, the things seen and experienced during our tour to the Madden Hydroelectric plant. We’ll present the most important elements that lie inside the plant and describe the function that each one develops. Also, an explanation of the process that involves the electric energy production will be provided as well as information about where that energy goes. Keywords: generating plant, electric energy, hydroelectric, turbines.
Introducción
1. Descripción de la Planta
En los últimos años, Panamá ha experimentado un
La
aumento en los niveles de polución y de contaminación,
“Alajuela”, fue diseñada en 1930 por el ingeniero E.S.
lo que ha ocasionado también un aumento en las
Randolph y su construcción dio inicio el 5 de febrero de
enfermedades a nivel nacional. En parte, esto se debe a la
1935. Su función más importante es la de mantener un
necesidad de cubrir la demanda de energía eléctrica en el
nivel apropiado de agua en reserva para la operación de
país, ya que una de nuestras fuentes de producción de
las esclusas y el paso de barcos del Canal de Panamá.
energía eléctrica más grandes es a través de la quema de
Además, se emplea también para la generación de energía
combustibles fósiles como el Diésel o el Bunker, los
hidroeléctrica necesaria para el funcionamiento del canal,
cuales
principalmente de las oficinas desde las cuales se gestiona
emiten
gases
que
son
extremadamente
contaminantes para el ambiente y lo más alarmante del caso, es que la demanda de energía eléctrica seguirá aumentando. Es por esto que se está intentando generar energía más “limpia” a través de fuentes alternas de generación como lo son la energía eólica, solarfotovoltaica, mareomotriz y energía azul. Esto también
hidroeléctrica
Madden,
antes
conocida
como
el tránsito de barcos. Otra de las funciones de la represa es la de evitar las inundaciones por el desbordamiento del rio Chagres, las cuales fueron muy peligrosas durante la época de la construcción del canal.
incluye a la energía eléctrica producida mediante Hidro, la
El gobierno de los Estados Unidos construyó una carretera
cual no tiene ninguna clase de emisión peligrosa para el
de concreto de 12 y media millas de largo, para unir a la
ambiente, simplemente trabaja en base al movimiento del agua. La cantidad de ríos y otros cuerpos de agua que hay en nuestro país convierte a las hidroeléctricas, en una de las formas de generación más importantes y adecuadas para disminuir nuestra dependencia de la quema de combustibles fósiles para generación.
Journal of Undergraduate Research 2014; Vol. (1):
represa con el poblado de Summit y hacer factible el transporte de trabajadores y de los materiales.
2
1.4
Conexión a la red
Los generadores de la planta poseen un voltaje de generación de 6.9 KV, el cual es elevado a 44 KV por los transformadores para luego ser transportados a través de 2 líneas de transmisión que conectan a la subestación de Madden
con
la
de
Summit.
También
hay
2
transformadores que disminuyen el voltaje de 44 KV hasta 480 V para uso interno de la planta. Los generadores instalados en la planta trabajaban Figura 1. Inicios de la construcción del embalse de la represa Madden.
anteriormente a una frecuencia de 25 ciclos, pero fueron rebobinados para operar a una frecuencia de 60 ciclos, la
1.1 Tamaño
cual es utilizada en Panamá.
La represa principal tiene unos 902 pies de largo y 180
1.5 Factor de planta
pies de ancho en su base. Posee un embalse inferior que se encuentra a 90 pies sobre el nivel del mar y uno superior que llega hasta los 257 pies sobre el nivel del mar y puede contener 29 millones de pies cúbicos de agua. 1.2 Potencia de la planta
El factor de planta depende del nivel que tenga el embalse de la Hidroeléctrica y de lo que se produce con ella. Calcularemos el F.P mediante la ecuación: 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 =
𝑃𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 ∗ 𝑎ñ𝑜
La hidroeléctrica cuenta con 3 unidades de turbina Francis de la marca Allis Chalmers con unidad capacidad
Para el promedio de producción anual tomaremos en
instalada de 12 MW cada una, lo que da un total de 36
cuenta la del año 2012 que fue de 198 GWh.
MW. año 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 = 1.3 Ubicación
198𝑥109 𝑊ℎ 36𝑥106 𝑊(8760 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠)
= 0.6278
La central se encuentra en el corregimiento de Chilibre, a aproximadamente 40 kilómetros de la ciudad de Panamá.
Figura 3. Parte inferior de la planta en donde se ve el eje de la turbina.
Figura 2.
Vista desde la entrada de la Central.
Journal of Undergraduate Research 2014; Vol. (1):
2. Descripción de los componentes y de su función. Las partes principales de una Hidroeléctrica la conforman: 1) Embalse o represa: es una acumulación de agua que se encarga de suplir a las turbinas de la hidroeléctrica del caudal necesario para que estas giren y produzcan energía eléctrica.
3
4) rejillas: son las que se encargan de filtrar los residuos sólidos grandes que pueden ingresar por los tubos de admisión de agua y dañar internamente las turbinas.
Fuente: hacker.ind.br/esp/
Fuente: http://www.megustachitre.com/2014
2) Tuberías de presión o forzadas: conducen el agua desde el punto en el cual se tiene una gran energía potencial, o sea, el embalse; hasta la turbina.
5) Valvula de cierre de conducto: su principal funcion es el cierre y estrangulacion de grandes volumenes de liquidos que se presentan en la planta.
6) Turbina hidraulica: se encarga de convertir la energia cinetica, que viene del caudal de agua, en energia mecanica o movimiento que puede ser convertido luego a otras formas de energia. Fuente: alamy.com/stock
3) Toma de agua (conductos): tuberías a través de las cuales ingresa el agua del embalse hacia las tuberías que llevan a la turbina.
Journal of Undergraduate Research 2014; Vol. (1):
7) Gobernador (electrónico-digital): es el encargado de permitirle ver al operador la potencia que se está generando en tiempo real, velocidad de las turbinas y los ciclos por segundo de la generación.
4
10) Casa de máquinas: su función es albergar las máquinas y los elementos de regulación y comando.
Fuente: http://www.sectorelectricidad.com/2311
11) Canal de descarga: es el tramo que permite el flujo del caudal de agua al finalizar su recorrido desde el embalse superior hasta el embalse inferior.
8) Generador eléctrico: es el encargado de convertir la energía mecánica producida en la turbina a energía eléctrica.
La planta no contaba con pozo de oscilación piezometrica ni con chimenea de equilibrio, por lo que no se pudieron incluir.
9) Líneas de transmisión (subestación): Son aquellas que transportan la energía eléctrica producida por el generador de la planta y el voltaje que pasa por ellas es de 44KV.
3. Descripción de la Operación de la Planta La central Hidroeléctrica de Madden, es una central pequeña, la cual tiene una capacidad instalada de 36 MW y cada una de sus 3 unidades de turbina trabajan a 212 rpm. Varios de los procesos realizados en la planta eran anteriormente monitoreados por un gobernador electromecánico, el cual fue reemplazado recientemente por uno electrónicodigital, que se encarga de llevar el registro de la potencia real en MW generada y de la velocidad de giro de las turbinas en tiempo real. Gracias a esto, la mayor parte de la planta se encuentra automatizada, por lo que el personal que trabaja en la planta es muy poco. El sistema de excitación por su parte está asociado con lo que es la potencia reactiva en VAR de la planta. Uno de los operadores de la planta, ingeniero
Journal of Undergraduate Research 2014; Vol. (1):
eléctrico, Máximo Marín nos explica que, el nivel mínimo que debe tener el embalse de la planta para operar lo regula el IDAAN, pero la planta no debe operar a menos de 200 pies cúbicos sobre el nivel del mar. El embalse a 257 pies cúbicos, sobrepasa el nivel de operación de la planta y el caudal máximo de operación que puede soportar es de 1000 𝑝𝑖𝑒𝑠 3 / 𝑠.
5
que le permite saber si hay fallas en el sistema; por ejemplo, en la planta hay un relevador en uno de los transformadores y en la subestación de Summit hay otro, si el relevador que hay en Summit no registra la misma magnitud de corriente que registra el de la planta en Madden, esto nos indica que dentro del equipo al que está conectado el relevador, hay corriente que se está fugando. Esto representa una “falla” en el sistema.
Cuando el caudal de la planta es demasiado, el equipo de control de inundaciones, que se ubica en el vertedero, se pone en funcionamiento desde el cuarto de control para abrir las compuertas y que el agua que hay en exceso salga al área del vertedero. El factor de planta de la instalación depende del nivel que tenga el lago que suministra el agua a la hidroeléctrica.
Figura 5. Subestación de Madden. Las líneas de transmisión se aprecian a la mano derecha.
Figura 4. Cuarto de control de la planta
Los generadores de la planta tienen un voltaje de generación nominal de 6900 V y luego el transformador eleva ese voltaje en su lado de alta tensión, hasta los 44000 V. Después de que el voltaje se eleva hasta 44000 V, ese flujo de potencia viaja a través de 2 líneas de transmisión hasta la subestación de Summit. La planta también cuenta con ciertas protecciones para sus equipos, este es el caso de los relevadores o relays, los cuales se encargan de disparar los interruptores en las maquinas cuando registran alguna anomalía para evitar daños más grandes. Los generadores cuentan con relevadores de protección para sobrevoltaje, bajo voltaje y protección diferencial. Para el caso del relevador de protección diferencial, vemos que su función principal es censar tanto la corriente que entra como la que sale de un generador o de un transformador, lo
La parte del consumo interno de la planta, que se conoce como “servicio de estación”, es suplida a través de 2 transformadores que reducen el voltaje de 44000 V hasta 480 V. Estos transformadores, a su vez alimentan a lo que se conoce como “centro de control de motores”, el cual incluye: diferentes motores, compresores, bombas hidráulicas del gobernador, iluminación de la planta, equipo de oficina y equipo de comunicación. Las preguntas que nos planteamos antes de ir a la gira serán contestadas a continuación: 1. ¿Qué lago es el que alimenta a la central Hidroeléctrica Madden? R/. Las aguas del lago Alajuela, antiguo nombre de la central, son las que proporcionan el caudal para que la turbinas generen la energía eléctrica. 2. ¿De cuánto es la caída que hay desde el embalse hasta las turbinas de la planta? R/. El salto o distancia que existe entre el embalse aguas arriba (a 252 pies sobre el nivel del mar) a máxima capacidad, y aguas abajo (a 90 pies del nivel del mar) es de 162 pies. 3. ¿Cuánto es el nivel mínimo de reserva con el que puede operar la hidroeléctrica?
Journal of Undergraduate Research 2014; Vol. (1):
R/. El nivel mínimo con el que la central puede producir energía eléctrica es de un embalse aguas arriba de 200 pies. 4. ¿Cada cuánto tiempo se les da mantenimiento a los equipos (Turbinas)? R/. Estos equipos tienen un mantenimiento planificado 1 vez al año, pero si requieren que se les haga otro, se hacen las debidas gestiones. El tiempo que toman los trabajos del mantenimiento es de 1 semana aproximadamente. 5. De cuanto es el voltaje que dan los generadores eléctricos y cuál es el voltaje de las líneas de transmisión de la planta? R/. Los generadores producen energía eléctrica a un valor nominal de 6900 V, esta energía pasa por un transformador para elevar ese voltaje hasta 44 KV para poder transportarlo por las líneas de transmisión. 6. ¿Cuál es la capacidad instalada de esta central hidroeléctrica? R/. La planta cuenta con 3 Turbinas, las cuales tiene una capacidad instalada de 12 MW cada una. Esto da un total de 36 MW de capacidad instalada total.
6
consumo interno de la planta no es muy grande. 10. ¿Qué tipo de hidráulica es y porqué se escogió hacerla de ese tipo? R/. Esta se clasifica como una presa de gravedad, cuya fabricación y características permite resistir el empuje del agua mediante su propio peso. El empuje de embalse es transmitido hacia el suelo, por lo que este debe ser lo suficientemente estable para soportar el peso de la presa y del embalse. Estas constituyen la represa de mayor durabilidad y que menor mantenimiento requieren.
4. Conclusiones
7. ¿Qué tipo de turbinas se utilizan en Madden y por qué? R/. La planta está equipada con tres turbinas Allis Chalmers tipo Francis, con generadores idénticos fabricados con una capacidad de 16600 hp cada una y que trabajan a una velocidad de 212 rpm. Se escogieron estas debido a que el salto entre un embalse y otro es de una distancia intermedia, lo que hace a las turbinas Francis, la decisión más acertada.
8. ¿Cuál fenómeno es el que causa el mayor daño a las turbinas? R/. El fenómeno de “cavitación” es el que más afecta a los equipos de la planta, y es la razón de que las turbinas no puedan producir hasta los 12 MW de potencia. 9. Anualmente, ¿qué porcentaje de la energía producida por Madden es brindada al servicio eléctrico de Panamá? R/. Este porcentaje de energía, depende del mercado, de la generación del resto del país y también depende del nivel que tenga el lago; pero generalmente, la mayor parte de la energía producida por la planta se va al SIN, ya que el
Panamá cuenta con gran cantidad de ríos en territorio nacional, por lo que una hidroeléctrica es una de las mejores formas que hay para producir energía eléctrica. La energía eléctrica producida en hidroeléctricas se considera “energía limpia”, ya que no emite ningún tipo de contaminante. Las hidroeléctricas de embalse utilizan el principio de conservación de la energía para generación, aprovechando la energía cinética del agua en el embalse superior, para después hacerla pasar por las turbinas y generar energía mecánica, la cual luego será convertida a energía eléctrica por el generador. Los costos de producción de energía en Hidroeléctricas son prácticamente nulos, lo que hace esta forma de generación muy rentable. La central de Madden no es una gran productora de energía eléctrica, pero realiza el importante trabajo de evitar los desbordamientos del rio Chagres y de proporcionar agua para el funcionamiento del canal.
5. Bibliografía
Información de las clases dictadas por la profesora del curso Jessica Guevara. Tríptico sobre la planta que se nos dio durante la gira. Historia de la planta:
Queremos dar un agradecimiento especial a los trabajadores de la planta Hidroeléctrica de Madden, quienes muy amablemente se ofrecieron a guiarnos por la planta, mostrarnos su
Journal of Undergraduate Research 2014; Vol. (1):
7
funcionamiento y responder cada una de nuestras preguntas e inquietudes. Oscar Mckay, Mecánico de instrumentos de precisión, quien nos brindó sus conocimientos generales acerca de la planta con los cuales redactamos la descripción de la planta. Mario Rodríguez, Electricista de plantas de generación, con su ayuda logramos preparar la sección de descripción de los componentes y de la función de cada uno. Máximo Marín, ingeniero eléctrico encargado de las operaciones de la planta, quien con su vasto conocimiento sobre las operaciones de la planta, nos ayudó a completar la descripción de la operación de la planta.
6. Anexos
Figura 6. Antiguo gobernador electromecánico utilizado en la planta.
Figura 7. Eje del rotor de una de las turbinas de la planta.
Figura 8. Tuberías del sistema de agua de enfriamiento
Figura 9. Válvula de emergencia.
Figura 10. Unidad excitatriz que leva el registro de la potencia reactiva de la planta.
Journal of Undergraduate Research 2014; Vol. (1):
Figura 11. Engranaje del generador eléctrico.
8
Figura 15. Foto de los trabajos de construcción de la central hidroeléctrica.
Figura 12. Bomba de la turbina hidráulica. Figura 16. Diagrama unifilar del sistema de generación y transmisión.
Figura 13. Parte interna del generador eléctrico.
Figura 17. Equipo que controla la apertura o cierre de las 4 compuertas de tambor.
Figura 14. Etiqueta de libranza sobre una válvula de suministro de agua.
Informe de la Gira #1: Hidroelectrica Madden Ernesto Tamayo, Uribiades Delgado Licenciatura en Ingeniería Electromecánica – Facultad de Ingeniería Eléctrica – Universidad Tecnológica de Panamá
Resumen Palabras Claves Central generadora, energía eléctrica, Hidroeléctrica, Turbinas.
Abstract This document presents in a general form, the things seen and experienced during our tour to the Madden Hydroelectric plant. We’ll present the most important elements that lie inside the plant and describe the function that each one develops. Also, an explanation of the process that involves the electric energy production will be provided as well as information about where that energy goes. Keywords: generating plant, electric energy, hydroelectric, turbines.
Introducción
1. Descripción de la Planta
En los últimos años, Panamá ha experimentado un
La
aumento en los niveles de polución y de contaminación,
“Alajuela”, fue diseñada en 1930 por el ingeniero E.S.
lo que ha ocasionado también un aumento en las
Randolph y su construcción dio inicio el 5 de febrero de
enfermedades a nivel nacional. En parte, esto se debe a la
1935. Su función más importante es la de mantener un
necesidad de cubrir la demanda de energía eléctrica en el
nivel apropiado de agua en reserva para la operación de
país, ya que una de nuestras fuentes de producción de
las esclusas y el paso de barcos del Canal de Panamá.
energía eléctrica más grandes es a través de la quema de
Además, se emplea también para la generación de energía
combustibles fósiles como el Diésel o el Bunker, los
hidroeléctrica necesaria para el funcionamiento del canal,
cuales
principalmente de las oficinas desde las cuales se gestiona
emiten
gases
que
son
extremadamente
contaminantes para el ambiente y lo más alarmante del caso, es que la demanda de energía eléctrica seguirá aumentando. Es por esto que se está intentando generar energía más “limpia” a través de fuentes alternas de generación como lo son la energía eólica, solarfotovoltaica, mareomotriz y energía azul. Esto también
hidroeléctrica
Madden,
antes
conocida
como
el tránsito de barcos. Otra de las funciones de la represa es la de evitar las inundaciones por el desbordamiento del rio Chagres, las cuales fueron muy peligrosas durante la época de la construcción del canal.
incluye a la energía eléctrica producida mediante Hidro, la
El gobierno de los Estados Unidos construyó una carretera
cual no tiene ninguna clase de emisión peligrosa para el
de concreto de 12 y media millas de largo, para unir a la
ambiente, simplemente trabaja en base al movimiento del agua. La cantidad de ríos y otros cuerpos de agua que hay en nuestro país convierte a las hidroeléctricas, en una de las formas de generación más importantes y adecuadas para disminuir nuestra dependencia de la quema de combustibles fósiles para generación.
Journal of Undergraduate Research 2014; Vol. (1):
represa con el poblado de Summit y hacer factible el transporte de trabajadores y de los materiales.
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1.4
Conexión a la red
Los generadores de la planta poseen un voltaje de generación de 6.9 KV, el cual es elevado a 44 KV por los transformadores para luego ser transportados a través de 2 líneas de transmisión que conectan a la subestación de Madden
con
la
de
Summit.
También
hay
2
transformadores que disminuyen el voltaje de 44 KV hasta 480 V para uso interno de la planta. Los generadores instalados en la planta trabajaban Figura 1. Inicios de la construcción del embalse de la represa Madden.
anteriormente a una frecuencia de 25 ciclos, pero fueron rebobinados para operar a una frecuencia de 60 ciclos, la
1.1 Tamaño
cual es utilizada en Panamá.
La represa principal tiene unos 902 pies de largo y 180
1.5 Factor de planta
pies de ancho en su base. Posee un embalse inferior que se encuentra a 90 pies sobre el nivel del mar y uno superior que llega hasta los 257 pies sobre el nivel del mar y puede contener 29 millones de pies cúbicos de agua. 1.2 Potencia de la planta
El factor de planta depende del nivel que tenga el embalse de la Hidroeléctrica y de lo que se produce con ella. Calcularemos el F.P mediante la ecuación: 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 =
𝑃𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 ∗ 𝑎ñ𝑜
La hidroeléctrica cuenta con 3 unidades de turbina Francis de la marca Allis Chalmers con unidad capacidad
Para el promedio de producción anual tomaremos en
instalada de 12 MW cada una, lo que da un total de 36
cuenta la del año 2012 que fue de 198 GWh.
MW. año 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 = 1.3 Ubicación
198𝑥109 𝑊ℎ 36𝑥106 𝑊(8760 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠)
= 0.6278
La central se encuentra en el corregimiento de Chilibre, a aproximadamente 40 kilómetros de la ciudad de Panamá.
Figura 3. Parte inferior de la planta en donde se ve el eje de la turbina.
Figura 2.
Vista desde la entrada de la Central.
Journal of Undergraduate Research 2014; Vol. (1):
2. Descripción de los componentes y de su función. Las partes principales de una Hidroeléctrica la conforman: 1) Embalse o represa: es una acumulación de agua que se encarga de suplir a las turbinas de la hidroeléctrica del caudal necesario para que estas giren y produzcan energía eléctrica.
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4) rejillas: son las que se encargan de filtrar los residuos sólidos grandes que pueden ingresar por los tubos de admisión de agua y dañar internamente las turbinas.
Fuente: hacker.ind.br/esp/
Fuente: http://www.megustachitre.com/2014
2) Tuberías de presión o forzadas: conducen el agua desde el punto en el cual se tiene una gran energía potencial, o sea, el embalse; hasta la turbina.
5) Valvula de cierre de conducto: su principal funcion es el cierre y estrangulacion de grandes volumenes de liquidos que se presentan en la planta.
6) Turbina hidraulica: se encarga de convertir la energia cinetica, que viene del caudal de agua, en energia mecanica o movimiento que puede ser convertido luego a otras formas de energia. Fuente: alamy.com/stock
3) Toma de agua (conductos): tuberías a través de las cuales ingresa el agua del embalse hacia las tuberías que llevan a la turbina.
Journal of Undergraduate Research 2014; Vol. (1):
7) Gobernador (electrónico-digital): es el encargado de permitirle ver al operador la potencia que se está generando en tiempo real, velocidad de las turbinas y los ciclos por segundo de la generación.
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10) Casa de máquinas: su función es albergar las máquinas y los elementos de regulación y comando.
Fuente: http://www.sectorelectricidad.com/2311
11) Canal de descarga: es el tramo que permite el flujo del caudal de agua al finalizar su recorrido desde el embalse superior hasta el embalse inferior.
8) Generador eléctrico: es el encargado de convertir la energía mecánica producida en la turbina a energía eléctrica.
La planta no contaba con pozo de oscilación piezometrica ni con chimenea de equilibrio, por lo que no se pudieron incluir.
9) Líneas de transmisión (subestación): Son aquellas que transportan la energía eléctrica producida por el generador de la planta y el voltaje que pasa por ellas es de 44KV.
3. Descripción de la Operación de la Planta La central Hidroeléctrica de Madden, es una central pequeña, la cual tiene una capacidad instalada de 36 MW y cada una de sus 3 unidades de turbina trabajan a 212 rpm. Varios de los procesos realizados en la planta eran anteriormente monitoreados por un gobernador electromecánico, el cual fue reemplazado recientemente por uno electrónicodigital, que se encarga de llevar el registro de la potencia real en MW generada y de la velocidad de giro de las turbinas en tiempo real. Gracias a esto, la mayor parte de la planta se encuentra automatizada, por lo que el personal que trabaja en la planta es muy poco. El sistema de excitación por su parte está asociado con lo que es la potencia reactiva en VAR de la planta. Uno de los operadores de la planta, ingeniero
Journal of Undergraduate Research 2014; Vol. (1):
eléctrico, Máximo Marín nos explica que, el nivel mínimo que debe tener el embalse de la planta para operar lo regula el IDAAN, pero la planta no debe operar a menos de 200 pies cúbicos sobre el nivel del mar. El embalse a 257 pies cúbicos, sobrepasa el nivel de operación de la planta y el caudal máximo de operación que puede soportar es de 1000 𝑝𝑖𝑒𝑠 3 / 𝑠.
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que le permite saber si hay fallas en el sistema; por ejemplo, en la planta hay un relevador en uno de los transformadores y en la subestación de Summit hay otro, si el relevador que hay en Summit no registra la misma magnitud de corriente que registra el de la planta en Madden, esto nos indica que dentro del equipo al que está conectado el relevador, hay corriente que se está fugando. Esto representa una “falla” en el sistema.
Cuando el caudal de la planta es demasiado, el equipo de control de inundaciones, que se ubica en el vertedero, se pone en funcionamiento desde el cuarto de control para abrir las compuertas y que el agua que hay en exceso salga al área del vertedero. El factor de planta de la instalación depende del nivel que tenga el lago que suministra el agua a la hidroeléctrica.
Figura 5. Subestación de Madden. Las líneas de transmisión se aprecian a la mano derecha.
Figura 4. Cuarto de control de la planta
Los generadores de la planta tienen un voltaje de generación nominal de 6900 V y luego el transformador eleva ese voltaje en su lado de alta tensión, hasta los 44000 V. Después de que el voltaje se eleva hasta 44000 V, ese flujo de potencia viaja a través de 2 líneas de transmisión hasta la subestación de Summit. La planta también cuenta con ciertas protecciones para sus equipos, este es el caso de los relevadores o relays, los cuales se encargan de disparar los interruptores en las maquinas cuando registran alguna anomalía para evitar daños más grandes. Los generadores cuentan con relevadores de protección para sobrevoltaje, bajo voltaje y protección diferencial. Para el caso del relevador de protección diferencial, vemos que su función principal es censar tanto la corriente que entra como la que sale de un generador o de un transformador, lo
La parte del consumo interno de la planta, que se conoce como “servicio de estación”, es suplida a través de 2 transformadores que reducen el voltaje de 44000 V hasta 480 V. Estos transformadores, a su vez alimentan a lo que se conoce como “centro de control de motores”, el cual incluye: diferentes motores, compresores, bombas hidráulicas del gobernador, iluminación de la planta, equipo de oficina y equipo de comunicación. Las preguntas que nos planteamos antes de ir a la gira serán contestadas a continuación: 1. ¿Qué lago es el que alimenta a la central Hidroeléctrica Madden? R/. Las aguas del lago Alajuela, antiguo nombre de la central, son las que proporcionan el caudal para que la turbinas generen la energía eléctrica. 2. ¿De cuánto es la caída que hay desde el embalse hasta las turbinas de la planta? R/. El salto o distancia que existe entre el embalse aguas arriba (a 252 pies sobre el nivel del mar) a máxima capacidad, y aguas abajo (a 90 pies del nivel del mar) es de 162 pies. 3. ¿Cuánto es el nivel mínimo de reserva con el que puede operar la hidroeléctrica?
Journal of Undergraduate Research 2014; Vol. (1):
R/. El nivel mínimo con el que la central puede producir energía eléctrica es de un embalse aguas arriba de 200 pies. 4. ¿Cada cuánto tiempo se les da mantenimiento a los equipos (Turbinas)? R/. Estos equipos tienen un mantenimiento planificado 1 vez al año, pero si requieren que se les haga otro, se hacen las debidas gestiones. El tiempo que toman los trabajos del mantenimiento es de 1 semana aproximadamente. 5. De cuanto es el voltaje que dan los generadores eléctricos y cuál es el voltaje de las líneas de transmisión de la planta? R/. Los generadores producen energía eléctrica a un valor nominal de 6900 V, esta energía pasa por un transformador para elevar ese voltaje hasta 44 KV para poder transportarlo por las líneas de transmisión. 6. ¿Cuál es la capacidad instalada de esta central hidroeléctrica? R/. La planta cuenta con 3 Turbinas, las cuales tiene una capacidad instalada de 12 MW cada una. Esto da un total de 36 MW de capacidad instalada total.
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consumo interno de la planta no es muy grande. 10. ¿Qué tipo de hidráulica es y porqué se escogió hacerla de ese tipo? R/. Esta se clasifica como una presa de gravedad, cuya fabricación y características permite resistir el empuje del agua mediante su propio peso. El empuje de embalse es transmitido hacia el suelo, por lo que este debe ser lo suficientemente estable para soportar el peso de la presa y del embalse. Estas constituyen la represa de mayor durabilidad y que menor mantenimiento requieren.
4. Conclusiones
7. ¿Qué tipo de turbinas se utilizan en Madden y por qué? R/. La planta está equipada con tres turbinas Allis Chalmers tipo Francis, con generadores idénticos fabricados con una capacidad de 16600 hp cada una y que trabajan a una velocidad de 212 rpm. Se escogieron estas debido a que el salto entre un embalse y otro es de una distancia intermedia, lo que hace a las turbinas Francis, la decisión más acertada.
8. ¿Cuál fenómeno es el que causa el mayor daño a las turbinas? R/. El fenómeno de “cavitación” es el que más afecta a los equipos de la planta, y es la razón de que las turbinas no puedan producir hasta los 12 MW de potencia. 9. Anualmente, ¿qué porcentaje de la energía producida por Madden es brindada al servicio eléctrico de Panamá? R/. Este porcentaje de energía, depende del mercado, de la generación del resto del país y también depende del nivel que tenga el lago; pero generalmente, la mayor parte de la energía producida por la planta se va al SIN, ya que el
Panamá cuenta con gran cantidad de ríos en territorio nacional, por lo que una hidroeléctrica es una de las mejores formas que hay para producir energía eléctrica. La energía eléctrica producida en hidroeléctricas se considera “energía limpia”, ya que no emite ningún tipo de contaminante. Las hidroeléctricas de embalse utilizan el principio de conservación de la energía para generación, aprovechando la energía cinética del agua en el embalse superior, para después hacerla pasar por las turbinas y generar energía mecánica, la cual luego será convertida a energía eléctrica por el generador. Los costos de producción de energía en Hidroeléctricas son prácticamente nulos, lo que hace esta forma de generación muy rentable. La central de Madden no es una gran productora de energía eléctrica, pero realiza el importante trabajo de evitar los desbordamientos del rio Chagres y de proporcionar agua para el funcionamiento del canal.
5. Bibliografía
Información de las clases dictadas por la profesora del curso Jessica Guevara. Tríptico sobre la planta que se nos dio durante la gira. Historia de la planta:
Queremos dar un agradecimiento especial a los trabajadores de la planta Hidroeléctrica de Madden, quienes muy amablemente se ofrecieron a guiarnos por la planta, mostrarnos su
Journal of Undergraduate Research 2014; Vol. (1):
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funcionamiento y responder cada una de nuestras preguntas e inquietudes. Oscar Mckay, Mecánico de instrumentos de precisión, quien nos brindó sus conocimientos generales acerca de la planta con los cuales redactamos la descripción de la planta. Mario Rodríguez, Electricista de plantas de generación, con su ayuda logramos preparar la sección de descripción de los componentes y de la función de cada uno. Máximo Marín, ingeniero eléctrico encargado de las operaciones de la planta, quien con su vasto conocimiento sobre las operaciones de la planta, nos ayudó a completar la descripción de la operación de la planta.
6. Anexos
Figura 6. Antiguo gobernador electromecánico utilizado en la planta.
Figura 7. Eje del rotor de una de las turbinas de la planta.
Figura 8. Tuberías del sistema de agua de enfriamiento
Figura 9. Válvula de emergencia.
Figura 10. Unidad excitatriz que leva el registro de la potencia reactiva de la planta.
Journal of Undergraduate Research 2014; Vol. (1):
Figura 11. Engranaje del generador eléctrico.
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Figura 15. Foto de los trabajos de construcción de la central hidroeléctrica.
Figura 12. Bomba de la turbina hidráulica. Figura 16. Diagrama unifilar del sistema de generación y transmisión.
Figura 13. Parte interna del generador eléctrico.
Figura 17. Equipo que controla la apertura o cierre de las 4 compuertas de tambor.
Figura 14. Etiqueta de libranza sobre una válvula de suministro de agua.
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