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RED LATINOAMERICANA DE MICRO HIDROENERGÍA
El fenómeno de golpe de ariete y su
aplicación en las centrales hidroeléctricas
Telemando para pequeñas
centrales hidroeléctricas
2005
Editorial
Estimados Lectores:
La presente edición de nuestra revista HIDRORED es una
buena oportunidad para compartir con ustedes algunos
interesantes artículos.
En el primer artículo se aborda el fenómeno de Golpe de Ariete
y su aplicación en las centrales hidroeléctricas así como, la
importancia de conocer la respuesta temporal de las variables
hidráulicas en la instalación de tuberías de presión para evitar
situaciones indeseables.
El segundo artículo explica cual es la utilidad de los
telemandos para aquellos lugares que cuentan con micro
centrales hidroeléctricas, donde la sala de máquinas se
encuentra distante del núcleo de pobladores beneficiarios de
la energía eléctrica generada por la central.
Presentamos también unas notas interesantes referidas al
“Curso Internacional Sobre Micro Hidroenergía y Energía
Solar Fotovoltaica”, realizado exitosamente entre el 30 de
Mayo y 10 de Junio en el CEDECAP, Cajamarca; sobre el XI
Encuentro Latinoamericano y del Caribe sobre Pequeños
Aprovechamientos Hidroenergéticos ELPAH - CHILE'05"; y
una reseña sobre el proyecto “Programa Andino de
Electrificación Rural y acceso a Energías Renovables”,
además de su relación con el Centro de Capacitación y
Demostración de Energías Renovables.
1
De esta manera esperamos seguir contando con su
preferencia e invitamos a nuestros lectores a contribuir con
nuevos aportes para las próximas ediciones de HIDRORED.
El Comité Editorial
El fenómeno de golpe de ariete
y su aplicación en las centrales hidroeléctricas
1) Aspectos generales
En el análisis y diseño de instalaciones hidráulicas se
considera el comportamiento de la misma bajo
condiciones estacionarias donde las magnitudes
hidráulicas de la instalación (caudales y presiones)
permanecen constantes en el tiempo; a esto debemos
agregarle como invariables las condiciones de
funcionamiento de la instalación: alturas de reservorio,
grado de apertura de distribuidor, velocidad de giro de
las turbina, etc. La realidad indica que las instalaciones
hidráulicas dada las características del centro de
consumo, sin sistemas dinámicos, nunca se encuentra
en estado estacionario, ya que las condiciones de
funcionamiento que determinan las variables
hidráulicas como consecuencia de variaciones de
carga al generador varían en el tiempo.
Debido a esto, el análisis o el diseño adecuados de una
instalación pasa por conocer la respuesta temporal de
las variables hidráulicas de la instalación con el fin de
evitar situaciones indeseables; en este caso podemos
mencionar como:
• Presiones excesivamente altas
o excesivamente bajas.
• Flujo inverso.
• Movimiento y vibraciones de las tuberías.
• Velocidades excesivamente bajas.
• Problemas de regulación en Centrales
Hidroeléctricas.
El comportamiento dinámico de la instalación
denominado transitorio puede estar producido por
diferentes causas que, además determinan la
naturaleza del transitorio. Dichas causas pueden ser:
a) Una maniobra del operador;
b) Mala selección de componentes;
c) Un acontecimiento externo a la instalación;
d) Problemas que se generan lentamente o de manera
inadvertida.
El hecho de que existan en la generación de transitorios
causas de naturaleza incontrolada, no libera al
diseñador y/u operador de prever el riesgo de que estos
efectos puedan tener lugar y deben, por lo tanto, dotar a
la instalación, en la medida de lo posible, de los
elementos que eliminen o minimicen los efectos
indeseados de los transitorios hidráulico o del
«Golpe de Ariete».
Se conoce con el nombre de «Golpe de Ariete» (Water
Hammer) al fenómeno originado en tuberías por
rápidas variaciones de la velocidad de escurrimiento,
las que se traduce en oscilaciones de presión, por
encima o debajo de la normal; físicamente es la
transformación de Energía Cinética o de Velocidad del
flujo en Energía Potencial o de Presión, y viceversa.
Los transitorios hidráulicos se clasifican como:
a) Transitorio lento o cuasi estático: La aplicación del
modelo estático permite su análisis.
b) Transitorio rápido denominado oscilación en masa:
El modelo que lo analiza se conoce con el nombre
genérico de modelo rígido.
c) Transitorio muy rápido o golpe de ariete:
El modelo considera la compresibilidad del fluido y la
elasticidad de la conducción, y se llama modelo
elástico.
2) Descripción física del golpe de ariete
2.1. Balance Integral de Fuerzas o Pulso de
Joukowski
El pulso de Joukowski para el máximo cambio de
velocidad posible, es decir, desde el valor inicial V.
hasta cero, se deduce fácilmente a partir de la
aplicación de la ecuación integral de la cantidad de
movimiento (o balance integral de fuerzas) al volumen
de control detallado en la Figura 1.5, y admitiendo los
supuestos siguientes.
a) No se consideran las pérdidas por fricción en la
tubería.
b) El flujo es unidimensional, con una sola variable
espacial significativa (el eje x).
c) El cierre de la válvula es, además de instantáneo
(tiempo de cierre, Tc = 0), total, por lo que el
decremento de la velocidad coincide con su valor
inicial Vo.
d) La tubería es horizontal. En general, el peso del
fluido es irrelevante cuando se analizan transitorios
hidráulicos elásticos.
e) La línea de alturas piezométricas no contempla
pérdida de altura en la tubería.
A partir de la ecuación integral de la cantidad de
movimiento y sabiendo que el decremento de velocidad
( V 0 Vo V0 ) genera un pulso de presión p
Necesitamos determinar la intensidad de este pulso.
Además, debido a la elasticidad de las paredes de la
2
tubería y a la compresibilidad del fluido, el pulso de
presión, o perturbación, se desplaza con una celeridad
a, en el sentido de aguas arriba.
La Fig. Nº 1 presenta a la tubería en un instante (0 < t <
L/a), en la que se observan dos partes bien delimitadas
de la conducción.
figura 1: cierre instantáneo de una válvula
En la parte próxima a la válvula, L x, la velocidad es nula
y la presión ha aumentado respecto al valor de régimen
en, estando la tubería consecuentemente dilatada
respecto a su situación original. La zona próxima al
depósito, que comprende los primeros x metros del
conducto, se encuentra en la situación original.
Para esta configuración se llega a que la variación de
presión con la de velocidad tiene la forma:
p
V . .A
En el instante genérico que esta figura considera, el
fluido continúa entrando en la conducción, y así seguirá
hasta el instante t = L/a en que la perturbación alcanza
el depósito. Obviamente esa entrada de fluido es
posible porque éste se comprime al tiempo que la
tubería se dilata. Todos estos efectos están originados
por el aumento de presión .
El balance de volúmenes es el que nos permitirá llegar,
finalmente a:
.D
...(2)...
. D
2 L. A L.
2
Es el aumento de volumen debido a la dilatación de las
paredes. El incremento de diámetro se determina
tomando en consideración la Ley de Young, que
proporciona el alargamiento unitario. La tensión de
trabajo, a la que están sometidas las paredes de la
tubería es función del incremento de presión, del
diámetro D y del espesor e de la conducción. La unidad
de longitud de tubería representada por su sección
recta en la Figura 1.6. está sometida a las fuerzas que
se indican. De su igualdad se concluye:
T
2.e
p.D
2.e
...(1)...
Dado que el fluido ha sido totalmente frenado y el
decremento ha sido igual a
V (0. Vo )
Esta última expresión se le conoce como pulso
de Jowkowski
p
.a.Vo y constituye la máxima
sobrepresión que se puede alcanzar.
2.2. Balance integral de materia: Celeridad del pulso
de presión
La celeridad o velocidad de propagación del frente de
onda (a) depende del parámetro que caracteriza la
elasticidad del medio fluido (K) y del material que
configura las paredes de la tubería (E). Otros
parámetros menos relevantes son el espesor (e) y la
forma de la sección recta del conducto que, en el caso
general, es el diámetro (D) de la conducción.
3
En el valor de la celeridad, de manera menos relevante,
influye el modo de sujeción de la tubería, ya que
dependiendo de cómo se haya llevado a cabo, tendrá la
posibilidad de expandirse longitudinalmente, además
de axialmente. En el emplazamiento hidroeléctrico, se
contemplan tres casos característicos:
a)Tubería sujeta sólo en sentido longitudinal en el
extremo de aguas arriba.
b)Tubería totalmente anclada y sin juntas de expansión.
c)Tubería totalmente anclada y con juntas de
expansión.
La expresión de la celeridad puede calcularse
efectuando un balance de volúmenes.
El razonamiento es elemental y utiliza también la
Fig. Nº 1.
figura 2: fuerza que soporta una tubería
Utilizando el pulso de Joukowski,
p
.a.Vo
y la ley de Young, el balance de masa se
expresa como:
L
.V o .A
a
.
L.a . A.V o
K
L
.D
2
.a .Vo D 2
2 .e.E
que, debidamente operada, conduce a la expresión de
la velocidad de propagación del pulso de presión o
celeridad de onda (a):
K liq
a
1
K liq D.c1
E e
g
1
K liq
D.c1
EMat .e
Vel. Del Frente de Ondas
D Diámetro Cañería
Kliq Módulo volumétrico Líquido
Coeficiente Empotramiento cañería
Aceleración de la pavedad
Espesor Cañería
E Módulo de Young del Material
Coef. Poison
3) Balances diferenciales: ecuaciones
básicas de un transitorio hidráulico
El balance integral permite obtener información global
del fenómeno pero no el detalle de lo que acontece
durante el transitorio, es decir, obtener el detalle de la
solución conociendo las funciones:
ó
esto es, los valores de presión (o altura) y de velocidad
a lo largo del espacio y del tiempo, a partir del instante
en que se genera la perturbación que hace abandonar
el estado estacionario. Las funciones p(x,t) y V(x,t) resultan
ser la solución de un problema diferencial mixto donde
se hace necesario contar con:
a) las ecuaciones en derivadas parciales que rigen el
fenómeno; se obtienen al aplicar sendos balances de
masa y fuerza a un elemento de volumen diferencíal.
b) la condición inicial que señala el punto de partida
para la evolución del transitorio.
b) El rozamiento se calcula como régimen estacionario.
En realidad el coeficiente de fricción ƒ es variable a lo
largo del transitorio sobre todo en función de la
evolución con el tiempo de los perfiles de velocidades
en una sección recta. Ello, sin embargo, apenas influye
en el valor del primer pico de presión, que es el de
mayor interés ingenieril.
c) De las fuerzas exteriores que intervienen, dos tienen
carácter superficial: las de presión y las de rozamiento
a través de las paredes laterales de la tubería. La
tercera fuerza exterior que actúa es de carácter
volumétrico: la gravitatoria. La contribución de esta
última fuerza es poco significativa.
La ecuación fundamental de la dinámica, balance
general de fuerzas queda:
FExt
A.
p
x
x
.f.
A. x.V.V
.g.A. x.Sen( )
2.D
.A. x.
dV
dt
c) las condiciones de contorno; describen el
comportamiento de elementos activos que provocan
y/o modifican las perturbaciones.
3.1 Balance diferencial de masa: Ecuación
de la continuidad.
Haciendo uso de la ecuación de continuidad y aplicada
a un volumen de control, se plantea que el flujo másico
entrante en el volumen de control más la variación
temporal de masa encerrada en el mismo debe ser igual
a cero, esto es:
t VC
,
.V.dA 0
SC
...(6)...
ligando los efectos elásticos (variacion de densidad y de
seccion de tuberia) con la causa que lo genera (pulso de
presion) llegamos a vinculas el equilibro másico del flujo
con las carcaterísticas geométricas y su material
constitutivo de la tubería.
Si además se recuerda la variación de la sección de la
conducción en función de la del diámetro, la ecuación
de continuidad queda finalmente como:
dA
g dH
H
V
x
a2 dt
.D D 2
dp
2 2.e.E
Considerando que (Sen( )
3.2 Balance diferencial de fuerzas.
Para efectuar el balance de fuerzas se hacen las
suposiciones siguientes.
.z ) g .
H
x
por lo que la ecuación general del movimiento (9) queda
finalmente:
f.
V .V
...(7)...
…(8)…
z x) y escribir:
1 p
1
g .Sen( )
(p
x
x
dV
dV
V
dx
dt
V g
.V .Sen( ) 0
x a2
a) El flujo es unidimensional
FIGURA 3
2 .D
g
H
x
0
Este par de ecuaciones (8) y (11) permite seguir la
evolución del transitorio y determinar diferentes pulsos
de presión que se generan, reflejan, transmiten y
modifican a lo largo de la conducción.
g dH
a 2 dt
V
H
x
dV
dV
V
dt
dx
V
x
f.
g
.V .Sen( ) 0
a2
V .V
2 .D
g
H
x
0
4
Estas deben ser satisfechas en cada punto y en cada
instante, independientemente de las condiciones de
contorno impuestas, y constituyen las ecuaciones
indefinidas completas del régimen transitorio. En
determinados casos se obtienen los llamados modelos
simplificados. Si se pueden considerar despreciables
los términos convectivos y el término en V.Sen(á), el
sistema de ecuaciones se simplifica y en variables
dimensionales, las expresiones dan origen a las
ecuaciones del modelo elástico simplificado o
Ecuaciones de Allievi:
H
t
V
t
2
a
g
g.
V
x
0
f .V .V
H
x
…(12)…
*
0
2.D
Esta simplificacion es equivalente a no considerar las
variaciones de energía cinética a lo largo del conducto
durante los regímenes transitorios. La solucion general
a la ecuaciones de Allievi resulta ser:
Una condición de contorno en un punto es una
expresión o conjunto de expresiones que relacionan en
dicho punto las variables básicas del problema, H y Q,
(y posiblemente otras variables auxiliares),
proporcionando información adicional para las
ecuaciones de Allievi, que sólo se verifican en los
tramos uniformes de tubería.
4.1) Punto de presión constante: descarga
atmosférica o depósito.
Si la tubería es alimentada por o alimenta a un depósito
de gran capacidad con relación al caudal circulante por
la conducción, las oscilaciones de nivel en el depósito
son despreciables en el período de tiempo
característico del transitorio y, en consecuencia, se
puede admitir que la presión en el punto de entronque
de tubería y depósito es constante. La condición de
contorno se escribe como:
HB
zB
ho cte.
( pB
cte.
.h o )
Lo mismo sucede cuando una tubería descarga
libremente en la atmósfera. La condición de contorno
es,
HB = zo = cte (pB = 0).
x
a
H Ho
F t
V Vo
g
x
F t
a
a
f t
x
a
f t
…(13)…
x
a
4) Condiciones de contorno simples
Las Ecuaciones de Allievi describen cualitativa y
cuantitativamente los pulsos de presión que recorrén el
sistema. No obstante, estos pulsos no sobrevienen en
forma espontánea, sino que son generados por ciertos
elementos inherentes al sistema, como también hay
elementos en el sistema que absorben tales pulsos,
otros lo reflejan, otros los filtran, y otros los transforman
de acuerdo a ciertas características intrínsecas que
poseen.
5
Al plantearse la solución de un problema concreto, es
necesario saber no solo cómo se propaga una
perturbacion sino qué la genera y cómo se modifica al
alcanzar a los elementos de la conducción. Es decir, se
debe saber cuál es la configuración del sistema
hidráulico y cómo se comportan sus elementos
(depósito, unión de tuberías, cambios de sección,
válvulas, bombas, etc.)
El cómo se transmiten las perturbaciones en el interior
de una tubería simple y uniforme viene expresado por
las expresiones de Allievi, mientras que como se
introduce una perturbación en un punto, cómo se refleja
en un extremo o cómo se modifica en una no
uniformidad o en una bifurcación de la tubería viene
determinado por las condiciones de contorno o
comportamiento de los elementos del sistema.
4.2) Válvula de retención (comportamiento ideal).
Una válvula de retención, representa una condición de
contorno que depende del sentido del flujo. Con la
hipótesis, muy simplificativa, de que la válvula se
comporta idealmente, esto es, que cierra en el mismo
instante en que se produce la inversión del flujo en la
conducción, y además no provoca pérdida de carga
alguna. Las ecuaciones que describen el
comportamiento de la válvula antes del cierre son:
V A VB
HA HB
si V
0
esto es, todo ocurre como si la válvula de retención no
existiera
FIGURA 4: Tubería con una Válvula de Retención en línea.
Por el contrario, el flujo se detiene o intenta invertirse,
se cumplirá:
VA 0
si V
HA 0
0
pudiendo ser las presiones, y en consecuencia las
alturas piezométricas, diferentes (HA?HB).
Es importante destacar que las válvulas de retención
tienen su inercia, y que, por tanto, presentan una
característica dinámica bien diferente de la ideal, aquí
contemplada.
De hecho una válvula de retención real cierra con
posterioridad a la inversión del flujo y este fenómeno, de
trascendental importancia, puede dar lugar a
importantes pulsos de presión. Es lo que en la literatura
sajona se conoce con el nombre de “check valve slarn”
que podría traducirse como el "clapetazo de la válvula
de retención".
FIGURA 6: Condición de contorno enmn un nudo de tubería
4.3) Válvula Motorizada
La apertura o el cierre programado de una válvula se
lleva a cabo siguiendo una determinada ley de
maniobra que se desarrolla en un período de tiempo,
llamado tiempo de cierre o de apertura, Tc. En una
válvula motorizada la ley de cierre es controlada
mediante la debida programación del motor.
El comportamiento de una válvula viene descrito en
cada instante por las pérdidas que, de acuerdo a
sus características, origina en función del caudal que la
atraviesa. La relación entre las pérdidas originadas y el
caudal de paso es:
HV
K .Q 2
…(17)…
El coeficiente de pérdidas, K, depende no sólo del
tiempo, de acuerdo con la ley de maniobra, sino también
de las características intrínsecas de la válvula que
deben ser conocidas bajo alguna de las formas en que
los fabricantes las proporcionan. Si la válvula permite la
circulación de flujos en ambos sentidos y el propio
transitorio hidráulico lo comporta, la relación (17) debe
rescribirse según:
4.4) Cambio de sección recta en una tubería simple.
Si no se toman en consideración las pérdidas (según el
sentido del flujo) en el estrechamiento o
ensanchamiento, la presión a un lado y otro es la misma
y también los caudales coinciden, por lo que las
condiciones de contorno admiten expresiones
realmente sencillas:
QA QB
HA HB
…(19)…
4.5) Unión de tuberías en un nudo (Pantalón).
La Figura 6 muestra una conducción (la que incluye el
punto A) por la que viaja un pulso de presión en el
sentido indicado. Al llegar la perturbación al nudo ésta
se transmite al resto de conducciones, al tiempo que
aparece una reflexión sobre la tubería por la que
discurría la perturbación.
5) Conceptos de acontecimientos rápido
y lento
Considérese una tubería que descarga desde un
depósito en la que al final de la conducción se halla una
válvula cuyo tiempo de maniobra, Tc, es variable.
Si, partiendo de las condiciones de régimen, se produce
un cierre instantáneo y total (Tc = 0), se generará,
obviamente, una sobrepresión máxima igual al pulso de
.a.V o ) El resto de la columna va
Joukowski . ( p
deteniéndose de manera progresiva, con una celeridad
a, como consecuencia de admitir efectos elásticos en
fluido y paredes.
La onda de presión viaja en el sentido de aguas arriba,
hasta el depósito a donde llega en el instante L/a y allí
se refleja, invirtiéndose el signo de su pulso.
Posteriormente, en el tiempo (t 2.L a ) la onda llega
nuevamente a la válvula que la generó.
Supóngase ahora que el cierre ya no es instantáneo, (Tc
> 0), pero se cumple la desigualdad . (Tc 2.L a ) Es
claro que se alcanzará en la válvula la máxima
.a.V o ) antes de que las primeras
sobrepresión ( p
Lógicamente, en este caso, se alcanza tal sobrepresión
máxima por suma de una serie de ondas infinitesimales
que son la consecuencia de los distintos cierres
progresivos de la válvula hasta el cierre total. A un cierre
como éste, que no es instantáneo pero que no impide
que se alcance la sobrepresión de Joukowski, se lo
llama cierre rápido.
Si, finalmente, Tc es superior a (2.L/a), aún no se habrá
cerrado por completo la válvula cuando las primeras
ondas negativas, procedentes del depósito, estén ya de
vuelta. Estas ondas negativas de retorno, tras el nuevo
rebote con la válvula, dan origen a nuevas ondas
negativas que se compensarán de alguna forma con las
ondas positivas que todavía produce la válvula que aún
se está cerrando.
En consecuencia, no se alcanzará la máxima
sobrepresión y se dirá que se trata de un cierre lento.
6
HV
K .Q ,. Q
…(18)…
7) Aplicaciones prácticas
7.1) Primer problema:
Analizando las expresiones de Allievi y de Michaud,
para evitar grandes sobrepresiones puede variarse el
tiempo de maniobra en la regulación de la potencias de
la turbinas haciéndolo todo lo mayor posible respecto al
tiempo de Cierre Límite; en este caso la sobrepresión
desciende a valores aceptables.
FIGURA 5 Cambio de Sección en Tubería Simple
Las relaciones entre las variables características del
problema en los puntos A, B y C son:
Q A Q B Qc
H A H B Hc
…(20)…
que se corresponden respectivamente con la ecuación
de continuidad y la de la energía (supuesta la ausencia
de pérdidas) aplicadas al nudo.
6) Fórmula de Michaud
La fórmula de Michaud tiene una validez muy limitada. La
misma supone que la sobrepresión máxima se alcanza
precisamente en (t = 2.L/a) y proporciona su valor ante el
supuesto de que la velocidad disminuya linealmente, es
decir, siguiendo la ley:
t
V Vo (1
)
Tx
…(21)…
Con estas hipótesis, la sobrepresión alcanzada en la
válvula en (t = 2.L/a) será:
H
7
2.L.Vo
a.Tc
…(22)…
La fórmula de Michaud, a la vista de lo expuesto, es
válida para unas condiciones de disminución de
velocidad perfectamente establecidas. Pero si estas
condiciones no se verifican pueden proporcionar
valores para la sobrepresión máxima distintos de los
verdaderos.
En primer lugar, se debe hacer constar que la
disminución de velocidad del fluido en la tubería es un
efecto, siendo la causa la gradual reducción de la
sección de paso de la válvula.
En consecuencia, la aplicación de la fórmula de
Michaud no ofrece garantía a priori.
Otra forma de llegar a esto es reduciendo la longitud L
de la cañería, sometida a los efectos del Golpe de
Ariete, en forma tal que, la sobrepresión se reduzca, a la
par que, si el tiempo de cierre está impuesto, este quede
por arriba del nuevo tiempo límite. Esta reducción de la
longitud de la tubería sometida al Golpe de Ariete,
puede realizarse por la interposición, a una distancia del
distribuidor o regulador, de una comunicación con la
atmósfera mediante un tanque intermedio, llamado así,
en las instalaciones hidroeléctricas, CHIMENEA DE
EQUILIBRIO o POZO PIEZOMÉTRICO.
Por lo expuesto y analizando la alimentación a la turbina
de una central hidroeléctrica se debe tener en cuenta
dos aspectos relevantes:
a) El tiempo de cierre en la entrada de la turbina, que
para evitar perturbaciones en la frecuencia no debe
operarse en un tiempo superior a los diez segundos.
b) La estabilidad de regulación en la turbina, que exige
que la variación porcentual del salto ocasionada por la
sobrepresión del golpe de ariete no compense la
variación porcentual del caudal, durante el propósito de
variar la potencia entregada.
Si se debe modificar por una cuestión de regulación la
potencia a, por ejemplo, un valor menor ( N ' N
N)
; esto
se
realiza
a
través
de
una
variación
del
caudal,
(Q ' Q Q ) con lo cual se origina en la tubería una
variación de la velocidad en una magnitud V que dará
origen a una sobrepresión H
ho en el obturador o
distribuidor de la turbina, de modo que se tendrá una
potencia resultante de:
N'
,. .Q.H .(1
Q
).(1
Q
H
)
H
…(23)…
De modo que si tenemos la intención de disminuir la
potencia que entregamos con nuestra turbina al centro
de consumo, y ( H H ) supera a ( Q Q ) puede
suceder que N' supere a la potencia que entregabamos,
previa a la regulación, en lugar de disminuir como se
deseaba en un primer momento: Tenemos el efecto NO
DESEADO.
CEDECAP: Una buena posibilidad para el fortalecimiento de capacidades
En Soluciones Prácticas - ITDG y principalmente en el programa de ENISER, nos sentimos muy orgullosos
de contar con el CEDECAP Centro de Demostración y Capacitación en Energía Renovable, sin
embargo, nos preocupaba que su uso sea esporádico; afortunadamente, los buenos deseos se empiezan a
cristalizar con el inicio del financiamiento del proyecto: Programa Andino de Electrificación Rural y
Acceso a las Energías Renovables.
En este proyecto se tiene aprobado un presupuesto de 60,000 Euros y las posibilidades que éste pueda
llegar a 143,120 Euros en los siguientes años.
La propuesta es reforzar el “CEDECAP” completando y mejorando su infraestructura y programa formativo;
lo cual nos permitirá ofrecer en forma contínua propuestas de formación y satisfacer la demanda de
capacitación en energías renovables, para comunidades, técnicos de los diferentes sistemas rurales que
operan en la región andina, asi como estudiantes y profesionales involucrados en el tema de energía .
Las principales actividades previstas son :
Creación de un comité consultivo del centro, conformado por la Universidad Politécnica de Catalunya,
Universidad de Cajamarca, Pontificia Universidad Católica del Perú, Soluciones Prácticas - ITDG e
Ingeniería Sin Fronteras.
Culminación de las obras del cerco perimétrico y acabados en la tercera planta, con un área administrativa y
académica, asi como la incorporación de los equipos demostrativos necesarios. Durante el período de
duración de estas obras se usará el resto de las instalaciones para la docencia y capacitaciones.
Diseño de un plan de viabilidad económica para afrontar la etapa de autosostenimiento del Centro,
identificando demandas formativas remuneradas, patrocinadores potenciales, contrapartes nacionales e
internacionales, etc.
Elaboración de un espacio o plataforma Web que
de a conocer el Centro, se elaborará un
documento técnico que describa al CEDECAP.
Se publicarán los materiales no editados y se
identificarán a aquellos ya existentes. Asi mismo
se elaborará los dossier que se distribuirán entre
los alumnos.
Promoción y difusión del CEDECAP utilizando la
redes locales para presentar las ofertas
formativas, asi como aquellas entre
universidades, ONG´s y otras instituciones; se
tendrá especial cuidado al coordinar con los
actores de la cooperación catalana a nivel de la
FCONGD y de otros espacios, de forma que se
obtenga el máximo provecho y se añada a los
esfuerzos realizados desde Catalunya y el Estado
en materia de extensión de los servicios básicos y
energéticos.
Asi se podrá seguir concretando la idea de convertir al CEDECAP en un centro de referencia importante, de
capacitación y demostración tecnológica a nivel del norte del país y probablemente a nivel nacional y
latinoamericano, como es el deseo de todos los compañeros de Soluciones Prácticas - ITDG y el programa
ENISER, quienes empezaron con impulsar el CEDECAP desde hace un buen tiempo .
Gracias.
Jorge Vásquez Becerra
GERENTE ENISER
Curso Internacional
Micro centrales hidroeléctricas y sistemas fotovoltaicos
E
ntre el 30 de mayo y 10 de junio del 2005, 30
personas de diez países (Bolivia, Canadá, Chile,
Colombia, Ecuador, Estados Unidos, Kenya y
Perú) se reunieron en el centro Demostrativo y de
Capacitación en Energías Renovables (CEDECAP) de
Soluciones Prácticas - ITDG, ubicado en Cajamarca
Perú; para participar en el “Curso internacional sobre
micro centrales hidroeléctricas y sistemas
fotovoltaicos”, así como para crear una red de personas
dispuestas a cambiar el rostro de la energía actual, a
través de Latino América y el resto del mundo.
El curso estuvo a cargo de especialistas del Green
Empowerment (USA) y Soluciones Prácticas - ITDG,
con el apoyo de miembros de HIDRORED. La primera
semana fue dedicada al diseño e instalación de micro
centrales hidroeléctricas y la segunda semana al
diseño e instalación de energía solar. Durante el curso
integramos los temas de la comunidad, la capacitación
y la comparación de programas de todo el mundo. La
singular combinación de tecnologías y perspectivas
brindó a los participantes los instrumentos necesarios
para planificar y evaluar proyectos integrales.
Integrando la capacitación en clase con la práctica e
intercambios personales, los participantes
profundizaron su entendimiento y adquirieron
capacidades que les permitirán ampliar y mejorar la
implementación de tecnologías descentralizadas de
energía renovable.
En el tema de las micro centrales hidroeléctricas, a
cargo de Soluciones Prácticas - ITDG, la
capacitación estuvo dedicada a la evaluación de los
recursos hidroenergéticos: medición de caudal, de
altura y el cálculo del potencial de energía. Luego se
analizaron las maneras de estimar la demanda de
energía, diseño de obras civiles, cálculo y
dimensionamiento de tuberías de presión, selección de
turbinas y aspectos eléctricos. Después de unos días
de diseño y teoría en clase, los participantes pusieron
en práctica sus trabajos e instalaron y pusieron en
funcionamiento dos picoturbinas. Las clases se
complementaron con visitas de campo a instalaciones
reales como es el caso de la MCH “El Punre”, sistema
que suministra energía a un negocio de enfriamiento de
leche y servicio doméstico a 20 familias.
La capacitación en clase fue complementada con amplios
archivos de recursos, libros de referencia y herramientas de
diseño electrónico para cada estudiante.
La parte práctica del curso culminó con la instalación y
pruebas de una picoturbina
Comprobación de la variación de voltaje y corriente con el
cambio de orientación del panel solar
La parte de la energía solar fotovoltaica estuvo a cargo del Green Empowerment, en el cual los participantes diseñaron
los sistemas de energía solar, calculando la demanda de energía en horas-watt y la pérdida de eficiencia en todos los
componentes, estimando la cantidad de sol que recibirían durante todo el año y midiendo el cableado adecuadamente.
La capacitación incluyó la selección y mantenimiento de baterías y se centró en ejemplos reales de sistemas
diseñados. Un día fue dedicado a formar equipos encargados de la instalación de sistemas solares completos,
siendo la práctica la mejor manera de aprender. Después de la puesta del sol, comparamos las distintas
combinaciones de luces fluorescentes, fluorescentes compactos, incandescentes y LED, midiendo la luz que
producen con los watts de energía que consumen.
Comentarios de los Estudiantes
“¡Excelente! Bien planificado. Bien organizado. Y la enseñanza fue magnífica”.
“Felicitaciones al grupo que organizó el curso y estoy muy agradecido por haber tenido la oportunidad de participar”.
“¡Buen trabajo! Esta fue una oportunidad informativa, singular, única en la vida. Sirvió para abrirme los ojos”.
“Aprecio el conocimiento, la paciencia y la amabilidad de los entrenadores, de sus equipos y de todas las personas
involucradas en brindarnos una experiencia educativa y cultural. Fue maravilloso escuchar a personas de otros
países y conocer sus diferentes culturas, sus enfoques a esa tecnología 'común' y su deseo de servir a las
comunidades, tanto de sus propios países como de otros lugares”.
Controladores de velocidad
“Woodward”
De venta en Nicaragua. Dos (02) Woodward UG8,
controladores tipo
cuadrante (Controlador
Universal de 8/pies/libra de potencia) para
generadores de energía con control de velocidad.
Los UG8 son controladores industriales de tipo
Mecánico/ Hidráulico, este tipo de controlador ha
sido usado internacionalmente, en el pasado, en
pequeñas centrales hidroeléctricas y otros
generadores de energía.
Cada UG8 incluye: Montaje de Acero, caja de
engranaje impulsor de ángulos rectos, dos
acoplamientos Falk Steelfex para la conexión del
impulsor al eje horizontal del generador con UG8.
Contactar con Robert Mathews
[email protected]
Para apoyar a futuras capacitaciones, o si tuviese
interés en asistir, por favor póngase en contacto con:
Green Empowerment
140 SW Yamhill St. Portland, Oregon 97204, USA
Tel. (503)284-5774
Fax (503)460-0450
www.greenempowerment.org
Av. Jorge Chávez 275, Lima 18, Peru
Tel. (511) 447-5127
Fax (511) 446-6621
www.solucionespracticasitdg.org.pe
XI Encuentro Latinoamericano y del Caribe sobre Pequeños Aprovechamientos
Hidroenergéticos (ELPAH) Chile 2005
“Las Oportunidades De Las PCH en Un Nuevo Marco Regulatorio De Generación Distribuida”
El Departamento de Mecánica de la Universidad Técnica Federico Santa María, organiza la versión XI del Encuentro
Latinoamericano y del Caribe sobre Pequeños Aprovechamientos Hidroenergéticos, el cuál se realizará entre el 2 y 4
de noviembre del 2005 en la ciudad de Valparaíso Chile.
Los objetivos del evento son:
·
·
·
Intercambiar experiencias académicas, profesionales e industriales.
Estimular las iniciativa que propendan a potenciar esta línea de trabajo.
Divulgar y promover los resultados de proyectos de investigación y experiencias exitosas
en electrificación rural, en base a este tipo de energía renovable
Estos encuentros internacionales son oportunidades para el intercambio de experiencias entre profesionales,
académicos y empresas relacionadas a este tipo de energía renovable. La temática central de este encuentro son las
oportunidades de las PCH en un nuevo marco regulatorio de generación distribuida, ya que Chile ha buscado
incentivar la adopción de las energías renovables, en particular para aquellas cuyo aporte no supere los 9 MW,
estableciendo condiciones de estabilidad y de remuneración de la energía generada.
La Universidad Técnica Federico Santa María, organiza este Encuentro de carácter internacional, facilitando su
Centro de Eventos para la discusión de temas de trascendencia en el ámbito de las Pequeñas Centrales
Hidroeléctricas.
Las áreas temáticas serán principalmente: diseño de máquinas o procesos; simulación computacional, energía y
medio ambiente; marco legal e institucional; aspectos económicos y financieros; y organización y administración de
PCH.
Información y correspondencia:
Departamento de Mecánica
Fono: 56-32-654162 / 654362
Fax: 56-32-797472
Dirección: Dpto. de Mecánica Casilla 110-V, Valparaíso Chile
e-mail: [email protected]
Web: www.mec.utfsm.cl/ELPAHCHILE
Organizan:
Universidad Técnica Federico
Santa María Departamento de mecánica
En base a esto se estableció que para:
H
0, 20
H
Condiciones Optimas de
Regulación
0,20
H
H
0 ,40
Regulación
0,40
H
H
0,80
Regulación
H
H
figura 7
Regulación.
0,80
Reemplazando podemos determinar el valor necesario
del tiempo de cierre para un período lento haciendo uso
de la expresión de Michaud (22):
Tc.l
2 .L. V
0,30 .H . g
…(24)…
Este tiempo puede resultar así calculado excesivo; de
ser así se deberá fijar el tiempo de cierre y la longitud de
la tubería que habría que afectar al golpe de ariete;
longitud reducida desde el obturador a la que se
emplazará la chimenea de equilibrio.
FIGURA 8
LRed.
0,30.H .g.Tc
H .g.Tc
0,15.
2. U
U
…(25)…
en que ahora Tc representa el tiempo de cierre
preestablecido. Si de esta expresión resultara un
tiempo menor que el tiempo límite o tiempo
( Tcaract. 2.L ,a ) la formula que se
característico
corresponde para determinar la sobrepresión es la de
Allievi, pero aún así la sobrepresión se mantiene por
debajo del 0,30.H.
A modo de cuestiones prácticas, resulta de mejor
aplicación la denominada "Constante de Novelli", CN la
cual reemplaza a la relación de : ( H H )
C N 0,10
Esta turbina tiene su distribuidor que cierra en un lapso
de seis (6) segundos.
En este caso se hace necesario verificar la instalación
al comportamiento transitorio por la perturbación
originada en la regulación de la potencia entragada por
la turbina a través del movimiento del distribuidor de la
turbina.
7.2.1) Respuesta:
Para cualquier punto de la cañería tenemos de (13) que:
H
H
Ho
F
f
Y en el distribuidor o elemento perturbador tenemos
que:
Condiciones Óptimas de Regulación
0,10 C N 0,20
Condiciones Buena de Regulación
0, 20 C N 0,40
Condiciones Difíciles de Regulación
C N 0, 40
Condiciones Imposibles de Regulación
7.2) Segundo problema
Consideremos una Turbina hidráulica emplazada de la
forma que se indica en la figura siguiente:
B
(C d . Ad ) o
A
. 2 .g
…(26)…
7.2.2) Interpretación de Resultados
El fenómeno de Golpe de Ariete en una cañería
uniforma y para un cierre (o apertura) de un distribuidor
o una válvula se puede ver que consiste en sucesivas
ondas de presión del tipo F y f las cuales suben y bajan
de la cañería con los sucesivos cambios de velocidad
que se producen en el punto de perturbación:
distribuidor.
La suma de estas ondas de magnitud alternativa para el
distribuido y para cualquier tiempo dado nos permite
determinár el aumento o disminución que se produce en
la presion producida por el movimiento de los álabes
distribuidos, en nuestro caso.
8
8) Conclusión
Se han visto los conceptos básicos en el estudio y
análisis de los transitorios hidráulicos a presión. Deben
destacarse por su importancia el concepto de celeridad
de la onda, tan ligado a los transitorios hidráulicos
elásticos y la relación de Jowkowski, como
transformación de energía cinética en elástica. Además
se ha desarrollado todo lo inherente a las expresiones
diferenciales que describen el fenómeno completo.
Estos desarrollos teóricos se los ha complementado
con la resolución de dos problemas práctico y muy
conceptuales en turbinas hidráulicas.
V
a .B 2
2. g
B
2
F
f (t )
9
a.B
g
2
a.Vo
g
4 Ho
a
(V Vo )
g
F t
2 .L
a
f
2. f
Un resumen del calculo del Golpe de Ariete se puede
ver en la tabla siguiente: De manera similar se trabaja
para determinar la totalidad de los otros valores que
se incorporan en la tabla.
9).-Bibliografía
[1] Waterhammer Analysis - Jhon Parmakian -Dencer
Publicationas, Inc. (N.Y.) - 1963
[2] Transitorios y Oscilaciones en Sistemas
Hidráulicos a Presión - J.M.ABREU, R.GUARGA,
J.IZQUIERDO - ISBN 84-600-9146-5 - 1965
[3] Fluis Transients - E.B.WYLIE, V.L.STREETERFeb Press - ISBN 0-9610144-0-7 - 1983
…(27)…
…(28)…
…(29)…
Orlando Aníbal Audisio
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL COMAHUE
NEUQUEN ARGENTINA
e-mail: [email protected]
Telemando para Pequeñas
Centrales Hidroeléctricas
Resumen del Trabajo
En el presente trabajo, se exponen telemandos,
mecánicos y electromecánicos, implementados por la
Facultad de Ingeniería de Oberá, en los distintos
microaprovechamiento hidroeléctricos, instalados en la
provincia de Misiones, en La Argentina.
Introducción
En las PCH (Pequeñas Centrales Hidroeléctricas) de
Misiones (con alturas de saltos entre 1 y 70 m), se
utilizan microturbinas del tipo Michell-Banki, CrossFlow
o de Doble Acción, debido a su sencilla
construcción, bajo costo y rendimientos aceptables
(Barney 1999). Estas turbinas poseen un álabe
regulador que controla el funcionamiento de la máquina
hidráulica por medio de la acción de un servomotor,
alimentado generalmente con tensión continua de 12V .
Por la característica hidrológica de Misiones, que no
presenta períodos de abundante caudal a turbinar, hace
inconveniente el uso de sistemas de regulación de
tensión del tipo, a carga constante o regulación con
carga balasto, ya que es mas productivo almacenar
agua en la presa que disipar esa energía en calor.
fin de almacenar agua, y poder turbinarla por la noche.
Pero resulta tedioso, tener que apersonarse a la casa
de maquinas, cada vez que se pretende conectar o
desconectar la generación eléctrica. Especialmente si
es de noche, con terreno accidentado y en plena selva
misionera.
Una posible solución al problema anterior, se puede
encontrar en los sistemas de telemando.
Telemando
Telemando o telecomando, se puede definir como la
técnica de gobernar el funcionamiento de un proceso a
distancia. Esta definición incluye dos argumentos
perfectamente diferenciados, por un lado el tema del
control de procesos y por otro la intervención del
parámetro distancia en el sistema a desarrollar (Galván
1981).
La necesidad del Telemando
En una PCH, los procesos a distancia suelen ser: La
apertura y cierre del álabe regulador de la turbina; ya
sea en forma manual - desde la casa del usuario - que
llamaremos «Telemando» o automática desde la presa,
conforme al nivel de agua embalsada, sistema
Aquanivel1(Kurtz 2001).
En los distintos microaprovechamientos hidráulicos en
Misiones, la sala de máquina se encuentra distante del
núcleo de pobladores beneficiado con la energía
eléctrica generada por la central. En estas PCH, es
común la desconexión de la turbina durante el día con el
Existen varias configuraciones de sistemas de control a
distancia. El telemando utilizado para la microgeneración eléctrica en Misiones es del tipo
unidireccional (sólo es posible enviar la señal en una
dirección), controlado por el ser humano (operador).
10
OPERADOR
1 AQUANIVEL - Sistema de Control por Nivel de Agua Embalsada.
figura 1: diagrama en bloque, sistema de telemando
Como se aprecia en la fig.1; un sistema de
accionamiento a distancia del tipo telemando, está
formado por los siguientes bloques: Operador, Circuito
emisor o simplemente Emisor, Receptor, Nexo conector
entre ambos denominado Vía de Transmisión y
Proceso. En las PCH, el operador del telemando es
generalmente el propietario del sistema.
Este tipo de telemando sólo es aplicable para distancias
no mayores a 150m. Pero no sólo permite la apertura o
cierre total del álabe regulador, sino que también
posibilita la regulación manual de la tensión eléctrica
generada, observando un voltímetro instalado al efecto
en la casa del usuario.
En tanto que en aprovechamiento comunitarios, es el
vecino más próximo la turbina. El proceso es el sistema
compuesto por servomotor, la caja de reducción y el
álabe regulador de la turbina.
Las vías de transmisión y los circuitos emisores y
receptores son propios de cada tipo de telemando
implementado.
CASA DEL USUARIO
figura 3: Telemando mecánico
1- Torno, 2- Alambre fino de acero, 3- Roldana, 4- Palanca de
regulación, 5- Contrapeso, 6- Caja de la turbina con el álabe
regulador, 7- Conducto de entrada.
Conclusión
Tipos de Telemando
En función de la vía de transmisión, esto es, del medio
que se utiliza para trasmitir físicamente la información a
distancia, es posible clasificar los sistemas de
telemando en:
11
- Mecánicos.
- Electrónicos o Electromecánicos.
- Por onda portadora.
- Vía radio frecuencia.
- Mixtos
En esta oportunidad se abordarán los telemandos
Mecánicos, Electrónicos o Electromecánicos
Telemando mecánico
Los telemandos Mecánicos implementados en
Misiones utilizan un cable muy fino de acero que, por
medio de un torno a manivela con trinquete permite la
apertura y cierre del dispositivo de control mecánico del
caudal turbinado (Barney 1984, p52).
La implementación de un sistema de telemando
mecánico, es útil para pequeñas distancias y en
aprovechamiento unipersonales. La ventaja radica, en
la particularidad que tienen los sistemas mecánicos,
donde los mecanismos se "ven" no como en
electrotecnia y electrónica donde se "intuyen", lo que le
permite al usuario, generalmente un colono, reparar por
si mismo el dispositivo.
No obstante, es conveniente efectuar un estudio de
costos frente a otro tipo de mando.
Telemando electromecánicos
Los telemandos que utilizan como vía de transmisión
conductores eléctricos, por medio de los cuales se
envían señales eléctricas, se pueden agrupar en los
que denominaremos telemandos electromecánicos.
Dentro del conjunto de telemandos electromecánicos
(siempre hablando de los implementados en Misiones),
se pueden dividir a su vez en dos. Los que tienen:
- La fuente de energía (batería) en la casa del usuario.
- Batería en la casa del usuario y en la sala
de máquinas.
Estos sistemas pueden o no contar con reguladores de
frecuencia y tensión, para el control automático de la
generación.
Telemando con batería en la casa del
usuario
Sistema sin Regulador Electrónico de Frecuencia y
Tensión.
El telemando electromecánico más sencillo está
formado por una batería del tipo de automóvil de 12Vcc,
ubicada en la casa del usuario, una llave inversora con
punto medio y un voltímetro para el control de la tensión
generada.
Como elemento actuador se usa un servomotor
también de 12Vcc con imanes permanentes, del tipo
utilizados por la industria automotriz, por ej. en el
mecanismo limpiaparabrisas.
La ventaja principal de este tipo de motor, se encuentra
en la posibilidad de invertir fácilmente el sentido de giro,
con sólo conmutar la polaridad de la tensión aplicada
en bornes.
A
A
B
B
hay poca agua en la presa, ya que es necesario abrir
más el álabe regulador para obtener la tensión deseada
y puede que éste llegue al final de su recorrido, sin
haber alcanzado el valor nominal, comprometiendo el
mecanismos de control.
Por otra parte, en el caso de cierre, no se dispone de
información a distancia de la posición del álabe
regulador, ya que a determinada tensión el generador
se desexcita y no presenta indicación alguna en el
voltímetro de la vivienda. Esto puede ocasionar, que el
alabe no cierre bien y se pierda parte del fluido que se
pretende almacenar.
Las soluciones tradicionales con relé e interruptores de
final de carrera no son aplicables en este caso, por que
su uso implicaría la instalación de un segundo
acumulador en el cuarto de máquinas.
Para solucionar este inconveniente, el autor diseñó en
1988, el circuito presentado en al fig.6, donde con la
ayuda de dos finales de carrera y dos diodos, es posible
comandar el sistema a distancia en forma confiable.
figura 5: sistema de telemando básico
Telemando con batería en la casa
del usuario
figura 6: circuito de límite de carrera
Sistema sin Regulador Electrónico de Frecuencia y
Tensión.
El telemando electromecánico más sencillo está
formado por una batería del tipo de automóvil de 12Vcc,
ubicada en la casa del usuario, una llave inversora con
punto medio y un voltímetro para el control de la tensión
generada.
Como elemento actuador se usa un servomotor
también de 12Vcc con imanes permanentes, del tipo
utilizados por la industria automotriz, por ej. en el
mecanismo limpiaparabrisas.
La ventaja principal de este tipo de este tipo de motor, se
encuentra en la posibilidad de invertir fácilmente el
sentido de giro, con solo conmutar la polaridad de la
tensión aplicada en bornes.
El circuito ilustrado en la figura 5, adolece de un defecto:
No dispone de sistema protector o indicador de fin de
carrera. Durante el proceso de apertura, el usuario
observa la tensión generada con la ayuda de un
voltímetro instalado junto al panel de mando, dejando
de enviar señal cuando el instrumento indica que se ha
arribado a la tensión nominal.
Pero este sistema presenta un inconveniente cuando
12
figura 6: sistema de telemando por pulsadores
En reemplazo de la llave con punto medio se puede
usar un sistema con pulsadores cómo se ilustra en la
fig.7, donde se ha utilizado solo pulsadores NA
(normalmente abierto) que generalmente son más
económicos que los NC (Normalmente cerrado) y se ha
incluido un fusible de protección para el caso que se
accione por error el pulsador de abrir y el de cerrar a la
vez.
La implementación de este tipo de telemando está
limitado por la distancia a trasmitir, al tipo y sección del
conductor a utilizar.
Sistema con Regulador Electrónico de Frecuencia y
Tensión.
En el punto anterior se asumió que el sistema no poseía
regulador de frecuencia y que la generación se
efectuaba utilizando un motor conectado como
generador asincrónico.
En algunas de las PCH, instaladas en Misiones, se
utiliza un regulador de frecuencia que acciona el
servomotor de la turbina desde un transformador
reductor conectado a la línea de tensión generada.
La rectificación y control del servomecanismo se realiza
actuando sobre sendos RCS (Rectificador de Silicio
Controlado) o tiristores unidireccionales (ver fig. 8).
Pero, para que el regulador de frecuencia actúe, debe
existir tensión generada.
Como en la sala de máquinas no hay acumulador
disponible para el inicio de la generación, la maniobra
de apertura se debe realizar desde la vivienda del
usuario, hasta que la tensión generada alcance un valor
tal que el regulador electrónico asuma el mando.
En la fig. 9 se ilustra el sistema utilizado, denominado
"Sensillus I (Kurtz 1986b)", que funciona de la siguiente
manera: Cuando llega señal desde la vivienda, ya sea
de apertura o cierre, se energiza el relé K1, que conecta
el servomotor directamente a la batería en la casa del
usuario, desconectando en esta operación al regulador
electrónico.
Telemando con batería en la casa
del usuario y sala de máquinas
Cuando la distancia es mayor a 500m, no es aplicable el
sistema de telemando con acumulador en la casa del
usuario, por que la caída de tensión en la línea de
telemando hace inadmisible el control del servomotor
desde la vivienda.
En estos caso se utiliza un par de relevadores en la sala
de máquinas, alimentado por un acumulador también
ubicado en la sala de máquinas. Solamente el control
de los relés se realiza desde la casa del usuario con la
ayuda de otra fuente de alimentación.
Como el consumo de la bobina del relé es mucho menor
que el del servomotor, es posible comandar desde
distancias importantes.
Si la distancia es considerable o el conductor eléctrico
del telemando es de pequeña sección y el acumulador
auxiliar con su correspondiente cargador, representan
un costo importante, es preferible utilizar el circuito de la
fig. 10, donde en lugar de usar un acumulador de 12V
del tipo automotriz, se utiliza una batería no recargable
de 9V, del tipo "cuadrada", con un costo mucho menor.
Por otro lado, la llave inversora utilizada en este caso es
más pequeña, ya que la corriente también lo es, lo que
reduce aún más el costo de implementación del
sistema.
A
A
B
B
figura 8: sistema de control por tiristores
- 10: transmisor y parte del receptor
figura
13
figura 9: sistema de control”sensillus”
figura 11: receptor en la sala de máquinas
Funcionamiento
Cuando desde la casa del usuario se selecciona la
operación "abrir", se ubica la llave selectora S1 en la
parte inferior (ver fig.10), alimentando la línea de
telemando con tensión positiva, en el conductor A-A y
con tensión cero (-) en el conductor B-B desde la batería
de 9V. Esto hace, que sólo el LED (Diodo Emisor de
Luz), del optoacoplador OP1 se polarice en directa,
excitando el transistor Q1, que energizará el relé K1 (ver
fig. 11).
La bobina del relé K1 comanda los contactos K1.1 y
K1.2, que alimentan al servomotor M, haciéndolo girar
en el sentido que produzca la apertura del álabe
regulador. Si llega al final del recorrido el contacto de
final de carrera de apertura (FCA), desconecta el
circuito, permitiendo sólo la maniobra de cierre.
Del mismo modo para la acción de cierre, se polariza en
directa sólamente OP2, que acciona por medio de Q2 el
relé K2, cuyos contactos K2.1 y K2.2, accionan el
servomotor en sentido inverso.
Para este tipo de telemando basta usar como vía de
conducción, un par telefónico aislado del tipo exterior
con alambre tensor de acero, sin la necesidad de utilizar
aisladores adicionales.
Conclusiones
La implementación de un sistema de telemando
electromecánico, es útil para mediana distancia, tanto
para aprovechamiento unipersonales como
comunitarios.
La necesidad de un acumulador en la sala de máquinas
para el telemando no representa un problema adicional,
ya que en aprovechamientos comunitarios, la
utilización de reguladores automáticos de tensión
generada, es prácticamente indispensable ya que la
mayoría del los reguladores electrónicos de tensión,
necesitan una fuente auxiliar para su funcionamiento,
que puede ser utilizada por el telemando.
La distancia de transmisión se puede optimizar
ajustando el valor de los resistores R1 y R2 (ver fig. 10),
la tensión de mando y el tipo de acopladoróptico
utilizado.
Conclusión final
Los circuitos para telemando presentados en esta
oportunidad no son todos los que se han experimentado
e implementados, ni los únicos que existen. Cada
proyectista podrá recrear, modificar o mejorar estos
sistemas para una aplicación en particular.
Bibliografia
a)
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HIDROENERGETICOS CON MICROTURBINA - Fac. de
Ing. - Universidad Nacional de Misiones - UNaM. 1984.b) Meir - Detti - ELECTRONICS LOAD CONTROL FOR
MICRO HYDROPOWER PLANTS - SKAT
St. Gallen Zwitzerland.
c) Anocibar, Héctor Rolando - REGULADOR DE TENSION
Y FRECUENCIA VII Encuentro Latinoamericano en
Pequeños Aprovechamientos Hidroenergeticos,
Cajamaraca- Perú, 1997. Pag. 148.
d) Caballero, A. L. y Feltan, C. M. - EL PROBLEMA DE LA
REGULACIÓN DE VOLTAGE Y FRECUENCIA EN LAS
PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICAS - IX ELPAH
- Encuentro Latinoamericano y del Caribe, Sobre Pequeños
Aprovechamiento Hidroenergéticos, Neuquen 2001.e)
Kurtz, Victor Hugo - AUTOMATISMOS PARA
PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICAS - Sistema
de Telemando por Onda Portadora Fac. de Ing. Universidad Nacional de Misiones - UNaM. Dic. 1985.f) J. Sen y Ma Puentes - MICROTURBINAS: La alternativa
Apropiada - CREDMHI -Fac. de Ing. - Universidad Nacional
de Misiones - UNaM. Marzo 1986.g) Kurtz, Victor Hugo - AUTOMATISMOS PARA
PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICAS - Comp. De
la línea de Telemando del Proyecto Pereyra - Fac. de Ing. Universidad Nacional de Misiones - UNaM. Marzo. 1986.h)
Kurtz, Victor Hugo - LA ELECTRÓNICA EN LA
PRODUCCION DE ENERGIA ALTERNATIVA - Telemando
"Diabolicus 1" 31/5/84 , Telemando "Sensillus 1" 7/6/84 - Fac.
de Ing. - Universidad Nacional de Misiones - UNaM. Marzo.
1986.i)
Cunningham, John E. - CONTROL REMOTO Y
AUTOMATIZACIÓN - Edit Paraninfo S.A. - Madrid - 1981
j ) E S TA C I O N E S D E T R A N S F O R M A C I Ó N Y
DISTRIBUCION. Protecciones de Sistemas Eléctricos.
Enciclopedia CEAC de Electricidad. - Madrid - 1993.k) Galván Ruiz, J. - TELEMANDO Y TELEMETRIA.
Aplicaciones Industriales - Electrónica y Automática
Industrilaes II - Edit Marcombo - Barcelona - 1981.
l) Ramesh Sivakolundu, COP800 BASED AUTOMATED,
SECURITY/MONITORING SYSTEM - National
Semiconductor - Application Note 662 - March 1991.
LM567/LM567C -Tone Decoder - - National
m)
Semiconductor - Data Sheets - May. 1999.
n) Kurtz, Victor Hugo - AQUANIVEL - Sistema de Control
por Nivel de Agua Embalsada - IX ELPAH - Encuentro
Latinoamericano y del Caribe, Sobre Pequeños
Aprovechamiento Hidroenergéticos, Neuquen 2001.Victor Hugo Kurtz
Universidad Nacional de Misiones
e-mail: [email protected]
14
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