M.SC. J. ALFREDO VARGAS OROZA
Ingeniero Eléctrico
Oruro-Bolivia
2013
PRÓLOGO
Ponemos en consideración de los amables lectores, esta modesta
contribución académica que tiene como finalidad, constituir un
instrumento que permita hacer un seguimiento de la asignatura
ELT 3611 Centrales Eléctricas, este libro constituye una síntesis de lo
referente a los conceptos básicos y permite conocer las diferentes
partes de una planta a través de la descripción de cada una de ellas,
asimismo busca que el lector comprenda como se efectúa el proceso de
generación eléctrica, en base a la cual, el ser humano ha desarrollado
sorprendentes avances tecnológicos.
La energía hidroeléctrica, tiene un proceso de generación que es
importante conocer, constituye un tipo de energía no contaminante y,
por utilizar un recurso renovable como el agua es, y será por siempre,
altamente apreciada, en especial en Bolivia, que posee un interesante
potencial hidroeléctrico del cual aprovecha solamente, algo más del
2%
La energía termoeléctrica es otro potencial que tiene Bolivia y que
explota a través de las turbinas a gas que se encuentran instaladas
en diferentes partes del territorio nacional.
Si la obra resulta útil a quien la tenga en sus manos, será la mayor
recompensa que tenga el autor.
Si el amable lector encontrase algún error o estimase oportuno hacer
alguna sugerencia para mejorar la calidad del mismo, su aporte
será gratamente reconocido.
J. Alfredo Vargas Oroza
M.Sc. Ingeniero Electricista
Derechos exclusivos reservados
Copyright 2006. Duplicación Digital
Sucre y La Plata – Edif.. Sajama – Oficina 7
Depósito Legal Nº 5 – 1 – 35 – 02
I.S.B.N. Nº 99905 – 0 – 178 – 5
Propiedad Intelectual de: José Alfredo Vargas Oroza
Segunda edición corregida y aumentada Mayo 2013
Imprenta Universitaria
CONTENIDO
CAPÍTULO I
HIDROLOGÍA
1.1
INTRODUCCIÓN ............... Error! Bookmark not defined.
1.2
CICLO HIDROLÓGICO ..... Error! Bookmark not defined.
1.3
PRECIPITACIÓN ................ Error! Bookmark not defined.
1.4
FORMACIÓN DE LA PRECIPITACIÓN Error! Bookmark
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1.5
PRECIPITACIÓN INDUCIDA ARTIFICIALMENTEError!
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1.6
MEDICIÓN DE LA PRECIPITACIÓNError! Bookmark not
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1.7
PLUVIÓMETROS ............... Error! Bookmark not defined.
1.8
MEDICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN UTILIZANDO
RADAR Error! Bookmark not defined.
1.9
ESTIMACIÓN DE LA PRECIPITACIÓN UTILIZANDO
SATÉLITES......................................... Error! Bookmark not defined.
1.10
INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS DE PRECIPITACIÓN
Error! Bookmark not defined.
1.11
ESTIMACIÓN DE DATOS FALTANTES DE
PRECIPITACIÓN ............................... Error! Bookmark not defined.
1.12
PRECIPITACIÓN PROMEDIO SOBRE UN ÁREA .. Error!
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1.13
MÉTODO DE THIESSEN ... Error! Bookmark not defined.
1.14
MÉTODO DE LAS ISOYETAS........ Error! Bookmark not
defined.
a) Método de Thiessen..................... Error! Bookmark not defined.
b) Método de las isoyetas ................ Error! Bookmark not defined.
1.15
CAUDAL ............................. Error! Bookmark not defined.
1.16
NIVEL DE AGUA, LIMNÍMETROS Error! Bookmark not
defined.
1.17
LIMNÍGRAFOS................... Error! Bookmark not defined.
1.18
DETERMINACIÓN DEL CAUDAL Error! Bookmark not
defined.
1.19
AFOROS .............................. Error! Bookmark not defined.
1.20
VERTEDEROS ................... Error! Bookmark not defined.
1.21
MÉTODO DE SOLUCIONESError! Bookmark not defined.
1.22
MOLINETES ....................... Error! Bookmark not defined.
1.23
DETERMINACIÓN DE LOS CAUDALES DE DISEÑO
Error! Bookmark not defined.
1.24
MANEJO DE AGUAS EN LAS PLANTAS
HIDROELÉCTRICAS DE BOLIVIA Error! Bookmark not defined.
CAPÍTULO II ............................................... Error! Bookmark not defined.
PLANTAS ELÉCTRICAS........................... Error! Bookmark not defined.
2.1
INTRODUCCIÓN ............... Error! Bookmark not defined.
2.2
GENERALIDADES ............ Error! Bookmark not defined.
2.3
PLANTAS ELÉCTRICAS DE BOLIVIA Error! Bookmark
not defined.
2.4
POTENCIAL HIDROELÉCTRICO DEL PAÍS ..........Error!
Bookmark not defined.
2.5
DIAGRAMAS DE CARGA Error! Bookmark not defined.
2.6
PRESA ................................. Error! Bookmark not defined.
2.7
CANAL ............................... Error! Bookmark not defined.
2.8
DESARENADOR................ Error! Bookmark not defined.
2.9
CÁMARA DE CARGA ...... Error! Bookmark not defined.
2.10
TUBERÍA ............................ Error! Bookmark not defined.
2.11
GOLPE DE ARIETE ......... Error! Bookmark not defined.
2.12
TEORÍA DE ALLIEVI ....... Error! Bookmark not defined.
2.13
GOLPE DE ARIETE CON CIERRE BRUSCO ..........Error!
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2.14
GOLPE DE ARIETE CON CIERRE LENTO .............Error!
Bookmark not defined.
2.15
TUBO DE ASPIRACIÓN ... Error! Bookmark not defined.
CAPÍTULO III
TURBINAS HIDRÁULICAS
3.1
DEFINICIÓN ...................... Error! Bookmark not defined.
3.2
RUEDA HIDRÁULICA ...... Error! Bookmark not defined.
3.3
TURBINA FRANCIS .......... Error! Bookmark not defined.
3.4
CARACOL DE LA TURBINA FRANCISError! Bookmark
not defined.
3.5
DISTRIBUIDOR DE UNA TURBINA FRANCIS ......Error!
Bookmark not defined.
3.6
RODETE ............................. Error! Bookmark not defined.
3.7
TUBO DE DESFOGUE ...... Error! Bookmark not defined.
3.8
GRADO DE REACCIÓN .. Error! Bookmark not defined.
3.9
DIAGRAMAS DE VELOCIDADES A LA ENTRADA Y
SALIDA DEL ROTOR ....................... Error! Bookmark not defined.
3.10
3.11
3.12
TUBO DE DESFOGUE ....... Error! Bookmark not defined.
TURBINAS KAPLAN ......... Error! Bookmark not defined.
ÓRGANOS PRINCIPALES DE UNA TURBINA KAPLAN
Error! Bookmark not defined.
3.13
DIAGRAMA DE VELOCIDADES A LA ENTRADA Y
SALIDA DEL ROTOR ....................... Error! Bookmark not defined.
3.14
DIÁMETRO DE LA HÉLICEError! Bookmark not defined.
3.15
VELOCIDAD DE GIRO ..... Error! Bookmark not defined.
3.16
TURBINAS BULBO, TUBULARES Y DE POZO PARA
CARGAS MÍNIMAS Y GRANDES CAUDALESError! Bookmark not
defined.
3.17
TURBINA DE FLUJO CRUZADO (CROSS FLOW)Error!
Bookmark not defined.
3.18
TURBINA TIPO PELTON .. Error! Bookmark not defined.
3.19
CARACTERÍSTICAS DEL RODETEError! Bookmark not
defined.
3.20
TURBINA TURGO ............. Error! Bookmark not defined.
3.21
ELECCIÓN DEL TIPO DE TURBINAError! Bookmark not
defined.
3.22
REGULADORES AUTOMÁTICOS DE TURBINAS Error!
Bookmark not defined.
3.23
REGULADOR DE TURBINAS FRANCISError! Bookmark
not defined.
3.24
REGULADORES DE LAS TURBINAS PELTON .... Error!
Bookmark not defined.
3.25
REGULADORES PARA TURBINAS KAPLAN ....... Error!
Bookmark not defined.
3.26
REGULADORES ELÉCTRICOS PARA LAS TURBINAS
Error! Bookmark not defined.
3.27
CAVITACIÓN .................... Error! Bookmark not defined.
CAPÍTULO IV ..........................................................................................
CENTRALES TERMOELÉCTRICAS COMBUSTIBLES .................
4.1
INTRODUCCIÓN ............... Error! Bookmark not defined.
4.2
IMPACTO AMBIENTAL ... Error! Bookmark not defined.
4.3
VENTAJAS.......................... Error! Bookmark not defined.
4.4
INCONVENIENTES ........... Error! Bookmark not defined.
4.5
COMBUSTIBLES ............... Error! Bookmark not defined.
4.6
CLASIFICACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES ......... Error!
Bookmark not defined.
4.7
COMBUSTIBLES SÓLIDOSError! Bookmark not defined.
4.8
MADERAS .......................... Error! Bookmark not defined.
4.9
CARBONES FÓSILES ....... Error! Bookmark not defined.
4.10
RESIDUOS ORGÁNICOS . Error! Bookmark not defined.
4.11
COMBUSTIBLES LÍQUIDOSError! Bookmark not defined.
4.12
PETRÓLEO ......................... Error! Bookmark not defined.
4.13
DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO .... Error! Bookmark not
defined.
4.14
COMBUSTIBLES LÍQUIDOS ARTIFICIALES ........Error!
Bookmark not defined.
4.15
COMBUSTIBLES GASEOSOS ........ Error! Bookmark not
defined.
CAPÍTULO V
GENERADORES DIESEL
5.1
INTRODUCCIÓN ....................... Error! Bookmark not defined.
5.2
PARTES COMPONENTES DE UN MOTOR DIÉSEL ......Error!
Bookmark not defined.
5.3
SISTEMA DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE ............Error!
Bookmark not defined.
5.4
VOLANTE .................................. Error! Bookmark not defined.
5.5
BALANCE TÉRMICO ............... Error! Bookmark not defined.
5.6
EL TURBOCOMPRESOR.......... Error! Bookmark not defined.
5.7
CICLOS DE FUNCIONAMIENTO DEL TURBO .............Error!
Bookmark not defined.
5.8
REGULACIÓN DE LA PRESIÓN TURBOError! Bookmark not
defined.
5.9
TEMPERATURA DE FUNCIONAMIENTOError! Bookmark not
defined.
5.10 INTERCOOLER ......................... Error! Bookmark not defined.
5.11 INYECTORES, VERIFICACIÓN Y CONTROL DE MOTORES
DIESEL ................................................... Error! Bookmark not defined.
5.12 VERIFICACIÓN Y LIMPIEZA DEL INYECTOR .............Error!
Bookmark not defined.
5.13 GRUPO ELECTRÓGENO .......... Error! Bookmark not defined.
5.14 DESCRIPCIÓN GENERAL ....... Error! Bookmark not defined.
5.15 MANTENIMIENTO DEL MOTORError! Bookmark not defined.
5.16 MANTENIMIENTO DEL ALTERNADORError! Bookmark not
defined.
5.17 MANTENIMIENTO DE BATERÍAS ....... Error! Bookmark not
defined.
CAPÍTULO VI ..........................................................................................
TURBINAS DE VAPOR
6.1
INTRODUCCIÓN ............... Error! Bookmark not defined.
6.2
GENERADORES DE VAPORError! Bookmark not defined.
6.3
PARTES PRINCIPALES DE LAS CALDERAS ........ Error!
Bookmark not defined.
6.4
REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE UNA CENTRAL
TÉRMICA DE VAPOR SIN CONDENSADORError! Bookmark not
defined.
6.5
REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE UNA CENTRAL
TERMICA DE VAPOR....................... Error! Bookmark not defined.
6.6
CICLO TERMODINÁMICO DE LAS TURBINAS DE
VAPOR Error! Bookmark not defined.
6.7
MODIFICACIÓN AL CICLO BASICO DE LAS TURBINAS
DE VAPOR.......................................... Error! Bookmark not defined.
6.7.1 CICLO DE RECALENTAMIENTO. ....... Error! Bookmark not
defined.
6.8
TURBINA DE VAPOR ....... Error! Bookmark not defined.
6.9
CLASIFICACIÓN ............... Error! Bookmark not defined.
6.10
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOError! Bookmark not
defined.
6.11
ABASTECIMIENTO DE VAPOR Y CONDICIONES DE
ESCAPE Error! Bookmark not defined.
CAPÍTULO VII .........................................................................................
TURBINA DE GAS...................................................................................
7.1
GENERALIDADES............. Error! Bookmark not defined.
7.2
CENTRALES TERMOELÉCTRICAS DE CICLO
CONVENCIONAL .............................. Error! Bookmark not defined.
7.3
CENTRALES TERMOELÉCTRICAS DE CICLO
COMBINADO ..................................... Error! Bookmark not defined.
7.4
CICLO TERMODINÁMICOError! Bookmark not defined.
7.5
CLASIFICACIÓN ............... Error! Bookmark not defined.
7.6
VENTAJAS DE UNA TURBINA DE GASError! Bookmark
not defined.
7.7
DESVENTAJAS .................. Error! Bookmark not defined.
7.8
PARTES TURBINAS DE GAS ........ Error! Bookmark not
defined.
7.9
COMPRESOR ...................... Error! Bookmark not defined.
7.10
CÁMARA DE COMBUSTIÓN ......... Error! Bookmark not
defined.
7.11
TURBINA DE EXPANSIÓNError! Bookmark not defined.
7.12
CARCASA .......................... Error! Bookmark not defined.
7.13
OTROS COMPONENTES DE LA TURBINA DE GASError!
Bookmark not defined.
7.14
FALLAS EN CASA DE FILTROS. ... Error! Bookmark not
defined.
7.15
FALLAS EN ÁLABES (COMPRESOR Y TURBINA DE
EXPANSIÓN). .................................... Error! Bookmark not defined.
7.16
FALLAS EN LA CÁMARA DE COMBUSTIÓN. .....Error!
Bookmark not defined.
7.17
FALLAS DEL ROTOR. ...... Error! Bookmark not defined.
7.18
FALLAS DE LA CARCASA.Error! Bookmark not defined.
7.19
FALLAS EN COJINETES. . Error! Bookmark not defined.
7.20
FALLAS DE CONTROL Y DE LA INSTRUMENTACIÓN.
Error! Bookmark not defined.
7.21
ARRANQUE DE UNA TURBINA DE GAS 5 ............Error!
Bookmark not defined.
7.22
ARRANQUE MEDIANTE MOTORES ELÉCTRICOSError!
Bookmark not defined.
7.23
MOTORES NEUMÁTICOS Error! Bookmark not defined.
7.24
MOTORES HIDRÁULICOSError! Bookmark not defined.
7.25
MOTORES DIESEL ........... Error! Bookmark not defined.
CAPÍTULO VIII........................................................................................
GENERADORES ......................................................................................
8.1
INTRODUCCIÓN ............... Error! Bookmark not defined.
8.2
TENSIÓN Y POTENCIA DEL GENERADOR ..........Error!
Bookmark not defined.
8.3
PARTES COMPONENTES DE UN ALTERNADOR Error!
Bookmark not defined.
8.4
FACTOR DE POTENCIA .. Error! Bookmark not defined.
8.5
EXCITACIÓN DE LOS GENERADORESError! Bookmark
not defined.
8.6
TIPOS DE EXCITACIÓN .. Error! Bookmark not defined.
8.7
REGULACIÓN DE LA TENSIÓN .... Error! Bookmark not
defined.
8.8
REGULADORES REOSTÁTICOS CON CONTACTOS
RODANTES ....................................... Error! Bookmark not defined.
8.9
REGULACIÓN DE LA TENSIÓN POR MEDIO DE
TRANSISTORES................................ Error! Bookmark not defined.
8.10
REGULACIÓN DE TENSIÓN POR TRANSDUCTORES
Error! Bookmark not defined.
CAPÍTULO 9
PROTECCIONES Y ACOPLAMIENTO DE ALTERNADORES
9.1
INTRODUCCIÓN ............... Error! Bookmark not defined.
9.2
PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES ........ Error!
Bookmark not defined.
9.3
DESEXCITACIÓN RÁPIDAError! Bookmark not defined.
9.4
RELÉS DE ÚLTIMA GENERACIÓNError! Bookmark not
defined.
9.5
ESQUEMAS DE CONEXIONES DE LOS APARATOS DE
PROTECCIÓN, PARA LOS GENERADORES SÍNCRONOS DE
POTENCIA REDUCIDA, DE MEDIANA Y GRAN POTENCIAError!
Bookmark not defined.
9.6
ACOPLAMIENTO ELÉCTRICO DE LOS ALTERNADORES
Error! Bookmark not defined.
9.7
MANIOBRA PARA EL ACOPLAMIENTO DE LOS
ALTERNADORES. ............................. Error! Bookmark not defined.
CAPÍTULO X ............................................................................................
INSTALACIONES COMPLEMENTARIAS DE UNA CENTRAL
10.1
INSTALACIONES DE MEDIDA Y CONTROL ....... Error!
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10.2
PUENTE GRÚA Y ACCESORIOS... Error! Bookmark not
defined.
10.3
CANALIZACIONES EN EL INTERIOR DE LAS
CENTRALES ...................................... Error! Bookmark not defined.
10.4
ALUMBRADO DE AUXILIOError! Bookmark not defined.
10.5
BATERÍAS DE ACUMULADORES Error! Bookmark not
defined.
CAPÍTULO XI ..........................................................................................
MANTENIMIENTO DE PLANTAS HIDROELÉCTRICAS ..............
11.1
INTRODUCCIÓN ............... Error! Bookmark not defined.
SISTEMA HIDRÁULICO................... Error! Bookmark not defined.
11.2
LAGOS ................................ Error! Bookmark not defined.
11.3
DIQUES ............................... Error! Bookmark not defined.
11.4
REGLETAS DE NIVEL ...... Error! Bookmark not defined.
11.5
DESARENADORES ........... Error! Bookmark not defined.
11.6
COMPUERTAS ................... Error! Bookmark not defined.
11.7
CANALES Y TÚNELES ..... Error! Bookmark not defined.
11.8
CANALES DE DRENAJE .. Error! Bookmark not defined.
11.9
CÁMARAS DE CARGA .... Error! Bookmark not defined.
11.10
INDICADORES DEL NIVEL DE AGUA Error! Bookmark
not defined.
11.11
VÁLVULAS DE CABECERAError! Bookmark not defined.
11.12
TUBERÍA DE PRESIÓN (Fig. 11.10)Error! Bookmark not
defined.
SISTEMA MECÁNICO ..................... Error! Bookmark not defined.
11.13
VÁLVULAS PRINCIPALES (Figs. 11.12 y 11.13) ...Error!
Bookmark not defined.
11.14
TAPA DE TURBINA (CAJA)Error! Bookmark not defined.
11.15
INYECTORES .................... Error! Bookmark not defined.
11.16
DEFLECTORES ................. Error! Bookmark not defined.
11.17
RUEDA ............................... Error! Bookmark not defined.
11.18
CÁMARA DE DESFOGUE Error! Bookmark not defined.
11.19
DESCANSOS O COJINETESError! Bookmark not defined.
11.20
GOBERNADOR ................. Error! Bookmark not defined.
SISTEMA ELÉCTRICO
GENERADOR
11.21
ROTOR ................................ Error! Bookmark not defined.
11.22
ESTATOR ........................... Error! Bookmark not defined.
11.23
EXCITATRICES ................. Error! Bookmark not defined.
11.24
INTERRUPTORES DE POTENCIA . Error! Bookmark not
defined.
11.25
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y OPERACIÓN Error!
Bookmark not defined.
11.26
BATERÍAS .......................... Error! Bookmark not defined.
11.27
CARGADORES DE BATERÍAS ...... Error! Bookmark not
defined.
11.28
BOMBAS DE AGUA DE EMERGENCIAError! Bookmark
not defined.
11.29
ESTANQUES DE AGUA ... Error! Bookmark not defined.
11.30
SISTEMA DE ALARMAS . Error! Bookmark not defined.
11.31
LUCES DE EMERGENCIA Error! Bookmark not defined.
11.32
SISTEMAS DE COMUNICACIÓN .. Error! Bookmark not
defined.
11.33
CASA DE MÁQUINAS ...... Error! Bookmark not defined.
11.34
CAMINOS ........................... Error! Bookmark not defined.
11.35
DEPÓSITOS ALMACENES Y OFICINASError! Bookmark
not defined.
11.36
CAMPAMENTOS............... Error! Bookmark not defined.
CAPÍTULO XII ..........................................................................................
MANTENIMIENTO EN TURBINAS DE GAS .......................................
12.1 INTRODUCCIÓN. .................. Error! Bookmark not defined.
12.2 PLAN DE MANTENIMIENTO INICIAL.Error! Bookmark not
defined.
12.3 PLAN DE MANTENIMIENTO INICIAL BASADO EN
INSTRUCCIONES GENÉRICAS....... Error! Bookmark not defined.
12.4 PLAN DE MANTENIMIENTO BASADO EN ANÁLISIS DE
FALLAS (RCM). ................................. Error! Bookmark not defined.
12.5 DIFERENCIAS ENTRE EL PLAN DE MANTENIMIENTO
INCIAL Y RCM. ................................. Error! Bookmark not defined.
12.6 AGRUPACIÓN EN GAMAS DE MANTENIMIENTO. Error!
Bookmark not defined.
12.7 REVISIÓN MAYOR EN TURBINAS DE GAS, OVERHAUL
EN LA TURBINA LM2500 ............... Error! Bookmark not defined.
12.8 OVERHAUL EN LA LM2500 Error! Bookmark not defined.
12.9 RAZÓN DE REALIZAR LA REVISIÓN OVERHAUL. Error!
Bookmark not defined.
12.10
FASES DE LA REVISIÓN. Error! Bookmark not defined.
12.11
TAREAS INCLUIDAS EN EL OVERHAUL. ............ Error!
Bookmark not defined.
12.12
REPUESTOS NECESARIOS.Error! Bookmark not defined.
12.13
PROBLEMAS HABITUALES DURANTE LA REVISIÓN
OVERHAUL. ...................................... Error! Bookmark not defined.
12.14
PRINCIPALES AVERÍAS EN TURBINAS DE GAS Error!
Bookmark not defined.
12.15
TIPOS DE ARRANQUE ..... Error! Bookmark not defined.
12.16
FASES DE UN ARRANQUEError! Bookmark not defined.
12.17
PROBLEMAS HABITUALES DURANTE LOS
ARRANQUES ..................................... Error! Bookmark not defined.
12.18
CONSEJOS ÚTILES EN LOS ARRANQUES DE TURBINAS
DE GAS .............................................. Error! Bookmark not defined.
ANEXO 1
EXÁMENES Y PRÁCTICAS
361
ANEXO 2
ABRASIÓN EN LA MAQUINARIA DE CENTRALES
HIDROELÉCTRICAS
370
ANEXO III
RELACIÓN DE PRECIOS DEL GAS NATURAL PARA LA
GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA Y PARA LA
EXPORTACIÓN
361
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Prólogo, Indice