Version Final Proyecto - Escuela de Ingeniería Eléctrica
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Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica IE – 0502 Proyecto Eléctrico Especificaciones técnicas de equipos electromecánicos Por: Jordan Roberto Castro Barquero Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Julio del 2009 Especificaciones técnicas de equipos electromecánicos Por: Jordan Roberto Castro Barquero Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de: BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA Aprobado por el Tribunal: _________________________________ Ing. Peter B. Zeledón Méndez Profesor Guía _________________________________ Ing. Adalberto Sánchez Tercero Lector _________________________________ Ing. Mauricio Guzmán Víquez Lector DEDICATORIA A Dios, a mi familia, a mis compañeros y amigos de la U. 2 RECONOCIMIENTOS Al mi profesor guía y amigo Peter Zeledón por su confianza y apoyo durante el desarrollo del proyecto, a mis lectores Mauricio Guzmán y Adalberto Sánchez, por la merecida regañada que me dieron durante la exposición de este proyecto, con el fin de hacerme mejorar como estudiante y profesional. 3 Índice GENERAL Índice GENERAL ......................................................................................... 4 NOMENCLATURA ...................................................................................... 9 CAPÍTULO 1: Introducción....................................................................... 10 1.1 Justificación ..........................................................................................................10 1.2 Objetivos ...............................................................................................................11 1.3 Objetivo general ....................................................................................................11 1.4 Objetivos específicos ............................................................................................11 1.5 Metodología ..........................................................................................................13 2 CAPÍTULO 2: Desarrollo teórico........................................................ 16 2.1 Especificación técnica...........................................................................................16 2.2 Clasificación .........................................................................................................16 3 CAPÍTULO 3: Guía de especificación de equipo................................ 19 3.1 Portada ..................................................................................................................20 3.2 Prefacio .................................................................................................................21 3.3 Contenido ..............................................................................................................21 3.4 Título .....................................................................................................................21 4 3.5 Objetivo ................................................................................................................22 3.6 Campo de Aplicación............................................................................................22 3.7 Normas que aplican ..............................................................................................22 3.8 Definiciones ..........................................................................................................23 3.9 Símbolos y abreviaturas ........................................................................................23 3.10 Características y condiciones generales ................................................................23 3.11 Condiciones de operación .....................................................................................24 3.12 Condiciones de desarrollo sustentable ..................................................................25 3.13 Condiciones de seguridad industrial .....................................................................25 3.14 Control de calidad .................................................................................................25 3.15 Muestreo ...............................................................................................................26 3.16 Métodos de prueba ................................................................................................26 3.17 Marcado ................................................................................................................26 3.18 Empaque, Embalaje, Embarque, Transportación, Descarga, Recepción, Almacenaje y Manejo ...........................................................................................................26 3.19 Bibliografía ...........................................................................................................27 3.20 Características particulares ...................................................................................27 3.21 Apéndices..............................................................................................................27 3.22 Estructuración de documentos normalizados .......................................................28 3.23 Detalles de redacción ............................................................................................30 5 3.24 4 Unidades ...............................................................................................................30 CAPÍTULO 4: Ejemplo práctico Generador ...................................... 31 4.1 Objetivo y campos de aplicación ..........................................................................31 4.2 Normas que aplican ..............................................................................................31 4.3 Características y condiciones generales ................................................................32 4.4 Parámetros del generador......................................................................................35 4.5 Condiciones de operación .....................................................................................35 4.6 Aislamiento ...........................................................................................................36 4.7 Estator ...................................................................................................................36 4.7.1 Carcasa o bastidor .................................................................................................36 4.7.2 Núcleo del estator .................................................................................................38 4.7.3 Bobinados del Estator ...........................................................................................38 4.8 Rotor .....................................................................................................................39 4.9 Cojinetes ...............................................................................................................40 4.10 Sistemas de enfriamiento ......................................................................................41 4.11 Calentadores..........................................................................................................42 4.12 Cables, tubería conduit y accesorios .....................................................................42 4.13 Protección del generador y transformador de potencia ........................................42 4.14 Puesta a tierra del neutro del generador ................................................................43 4.15 Pruebas ..................................................................................................................45 6 4.15.1 Pruebas en fábrica del Generador .........................................................................45 4.15.2 Pruebas de los equipos y materiales en el sitio de la obra ....................................48 4.15.3 Operación experimental ........................................................................................49 4.15.4 Pruebas de desempeño, capacidad y eficiencia ....................................................50 5 CAPÍTULO 5: Análisis de resultados ................................................. 51 6 CAPÍTULO 6: Conclusiones y recomendaciones ............................... 52 6.1 Conclusiones .........................................................................................................52 6.2 Recomendaciones .................................................................................................53 7 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................. 54 7 Índice de figuras Esquema 1.Ejemplo de numeración de divisiones y subdivisiones ...................................... 29 8 NOMENCLATURA ICE Instituto Costarricense de Electricidad ISO International Organization for Standardization IEC International Electrotechnical Commission ANSI American National Standards Institute NFPA National Fire Protection Association UL Underwriters Laboratories CFE Comisión Federal de Electricidad NRF Normas de Referencia IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers NEMA National Electrical Manufacturers Association UNE Una Norma Española 9 CAPÍTULO 1: Introducción 1.1 Justificación La constante elaboración de proyectos por parte de la Unidad Estratégica de Negocios Proyectos y Servicios Asociados (UEN PYSA) lleva a establecer estándares para la elaboración de especificaciones técnicas de los equipos electromecánicos especificados para los proyectos. Con el presente trabajo se pretende hacer una evaluación de los carteles de licitación elaborados a través de los años por el centro de servicio electromecánico y luego por la UEN PYSA del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE), con el fin de brindar una herramienta de consulta a los ingenieros para la elaboración de un cartel de especificaciones técnicas que no solo cumplan con las normativas si no que se apeguen a la realidad del mercado actual. Para cada cartel se tomarán en cuenta las características generales, condiciones de operación y las características particulares de cada uno de los equipos aquí analizados, que garanticen el adecuado funcionamiento de estos basado tanto en fuentes teóricas (para el caso de las normas), como de la experiencia de los ingenieros de PYSA, esto con el fin de adecuar las normas a las necesidades reales de los equipos. 10 A su vez se desarrollara una guía para que cualquier persona o institución interesado en elaborar un cartel de licitación para bienes y servicios, tenga una base con los requerimientos mínimos que se deben incluir en este tipo de especificaciones. 1.2 Objetivos 1.3 Objetivo general Realizar una estandarización y revisión de las especificaciones técnicas utilizados en los carteles de adquisición de equipos electromecánicos utilizados por el ICE para el desarrollo de plantas de generación eléctrica. 1.4 Objetivos específicos 1 Estudiar las especificaciones actuales utilizadas por el Área de Ingeniería de Potencia de Plantas y el Área de Ingeniería de Control y Automatización en los carteles para la adquisición de equipos electromecánicos. 2 Revisar las normativas especificadas para la elaboración de especificaciones técnicas. 3 Revisar la forma de realizar especificaciones por parte del Comisión Federal de Electricidad de México y el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación. 4 Revisar las especificaciones anteriormente estudiadas en el punto 1. 11 5 Desarrollar para cada equipo estudiado un cartel o documento que incluya al menos especificaciones generales, especiales, particulares, pruebas, tablas de hojas técnicas de llenado y/o listas de verificación, códigos, normas y/o estándares aplicables. 6 Desarrollar un documento que sirva de guía a otras instituciones y/o empresas para el desarrollo de especificaciones técnicas de equipos para garantizar la adquisición de equipos de alta calidad. 12 1.5 Metodología Para la realización del proyecto se elaboraran dos metodologías en paralelo: 1.1.1. Elaboración de carteles Principio 1 Se detecta la necesidad de revisar o elaborar una especificación Persona que detecto necesidad solicita a la jefatura de su área que plantee la necesidad acompañada de un anteproyecto si se trata de elaborar una especifica u observaciones fundamentadas si se trata de una revisión La jefatura plantea a los demás departamentos del área la solicitud para detectar interés. Hay interés en otros departamentos Sí Las partes interesadas aportan sus comentarios acerca de la proposición No Procedimiento para la elaboración de la especificación 2 1 13 2 Equipos Estudiar la teoría Normativa Aspectos teóricos (carteles, normas) Establecer las necesidades Generales, específicas y particulares Evaluar Equipo a la medida o estándar Especificación Aspectos teóricos Consulta a mercado Comentarios Sí No Fin 14 1.1.2. Elaboración del documento escrito: Recopilación de la información Aspectos teóricos (carteles, normas.) Desarrollo del trabajo Especificaciones generales del desarrollo de un cartel Ejemplo Práctico Desarrollo de un cartel de especificación de equipo Comparación de métodos Conclusiones y recomendaciones 15 2 CAPÍTULO 2: Desarrollo teórico 2.1 Especificación técnica Una especificación técnica puede definirse como una descripción para la construcción o compra de un producto o servicio, lo suficientemente detallada, que permita construir o comprar dicho producto o servicio a entera satisfacción de las partes involucradas. 2.2 Clasificación Las especificaciones técnicas pueden clasificarse por su contenido en las siguientes clases: a. Funcionales b. Descriptivas c. Por indicarían de marca d. Por referencia a norma e. Cerradas f. Abiertas g. Mixtas Las especificaciones funcionales son aquellas que hacen referencia a las funciones o usos del objeto o servicio descrito sin detenerse en los aspectos formales. Por ejemplo, una especificación funcional de un ventilador podría ser:" El ventilador será de flujo axial de 16 10m3/min de caudal y 15mm CA de altura de presión e irá accionado por motor eléctrico, de la potencia adecuada con grado de protección IP44. En ningún momento el conjunto emitirá un ruido superior a los 65 dB". Las especificaciones descriptivas son aquellas que hacen referencia a los aspectos estéticos, formales, dimensionales o de características de los materiales. Una especificación descriptiva alternativa al ventilador del caso anterior podría ser: “El ventilador será fabricado con acero F-110 e irá provisto con rodete de atabes de 458 mm de diámetro. El peso del conjunto no superna los 12kg". Las especificaciones por indicación de marca son aquellas que hacen referencia a la marca y al modelo de un producto de un proveedor o fabricante determinado. Una especificación por indicación de marca correspondiente a los ejemplos anteriores podría ser "el ventilador será el HB-45T4H de Casáis". La especificación por referencia a norma son las que, como su nombre indica, hacen referencia a alguna norma para describir el producto servicio, especificar materiales, 17 procesos de fabricación, controles o ensayos de calidad. Ejemplo: "Las curvas características del ventilador se obtendrán siguiendo la norma BS 84S". Una especificación cerrada es la que solamente puede ser cumplida por un único fabricante o proveedor. Las especificaciones por indicación de marca son siempre cerradas Una especificación es abierta si no es cerrada, en general las especificaciones de funcionamiento, descriptiva y por referencia a norma son abiertas. Una especificación cerrada puede convertirse en abierta mediante el uso de expresiones como la siguiente: “El ventilador será de características similares al HB-45T4H de Casais, previa aceptación por parte del director de proyecto o un representante autorizado”. En la práctica, las especificaciones suelen ser de tipo mixto, refiriéndose en las mismas tanto a aspectos funcionales como descriptivos y de otra índole. Una especificación mixta correspondiente al mismo ejemplo propuesto en los párrafos anteriores sería: "El ventilador será de flujo axial de 10 m3/min de caudal y 15 mm CA de altura de presión (el fabricante acompañara con un certificado de haber obtenido estos valores siguiendo el método especificado por la norma BS848), irá accionado por motor eléctrico, de la potencia adecuada, con grado de protección IP44, en ningún momento el conjunto emitirá un ruido superior a los 65dB(A). " 18 El ventilador estará fabricado con acero F-110 e irá provisto con rodete de alabes de 458 mm de diámetro, el peso del conjunto no deberá superar los 12kg. 3 CAPÍTULO 3: Guía de especificación de equipo Para la estructuración de las guías de especificación se debe considerar lo indicado a continuación. Pueden existir casos de documentos normalizados en los que este índice resultaría innecesario de cumplir, como por ejemplo, cuando se especifica un herraje o tornillo en particular, en cuyo caso basta con indicar el dibujo, sus dimensiones, el material y las normas de aplicación. En estos casos se debe decidir la estructuración y formato más adecuados previa consulta con las áreas interesadas. Debe tomarse en cuenta que el presente índice sirve para orientar la estructuración de la especificación de equipos electromecánicos y aún cuando se establece que estos documentos se apeguen a él y por la variedad de documentos que involucran, se debe tener la flexibilidad necesaria, en el caso de las especificaciones ICE para que los sistemas, procesos, equipos, componentes y materiales queden especificados de forma tal que satisfagan las necesidades del solicitante, tomando en cuenta que éste tipo de documentos sólo deben tener la información necesaria que permita al proveedor entregar el bien de acuerdo a las necesidades de las requeridas. 19 3.1 Portada La portada debe proporcionar información relativa al documento y contener lo indicado en la figura 1. Figura 1. Ejemplo de portada Tipo para documentos normalizados 20 3.2 Prefacio Este elemento proporciona información relativa a la revisión, elaboración y aprobación del documento normalizado, indicando las áreas que hayan participado al menos en una junta de normalización del documento normalizado o hayan enviado comentarios. 3.3 Contenido Este elemento es una lista de los capítulos e incisos principales de los documentos normalizados con el fin de indicar el número de página en el que se encuentra cada uno de ellos. Es conveniente incluir este elemento cuando el número de páginas sea de 10 o mayor. 3.4 Título La redacción del título debe ser lo más concisa posible, no debe presentar ambigüedades y debe indicar concretamente el tema del documento normalizado. No deben aparecer nombres de fabricantes ni marcas, y debe evitarse, dentro de lo posible, el uso de abreviaturas. El título debe ser propuesto desde la etapa de anteproyecto del documento, y se debe tomar en cuenta que, en la medida de lo posible, se apegue al de la norma nacional o internacional utilizada como base, si es que existe. 21 3.5 Objetivo Define el propósito del documento en forma clara y sin ambigüedades, evitando mencionar requisitos a cumplir. Su redacción debe ser en infinitivo y señalar el propósito que persigue la aplicación y cumplimiento del documento, además se debe indicar el tipo de documento normalizado de que se trate. Algunas expresiones para iniciar la redacción del objetivo pueden ser: "Establecer las especificaciones...." "Determinar las características..." “Proporcionar la metodología..." 3.6 Campo de Aplicación Se refiere a establecer los límites de aplicabilidad del documento normalizado o a parte del mismo. En algunos casos es conveniente combinar el "Campo de Aplicación" con el "Objetivo", bajo el título general "Objetivo y Campo de Aplicación". 3.7 Normas que aplican Listado de las normas nacionales y/o internacionales que se citan en el texto del documento normalizado tal como se cita a continuación: - Normas nacionales oficiales - Normas y/o reglamentos oficiales de la institución o industria 22 - Normas Internacionales (ISO, IEC, ANSI, NFPA, UL) - Normas de Referencia CFE (NRF, IEEE, NEMA, JIS, UNE). En el caso de que se requiera emplear normas extranjeras se hará referencia a la norma requerida y a la parte de esta con la que se desea que se cumpla, respetando en todo momento los derechos de autor correspondientes. Las consideraciones del párrafo anterior no aplican a las especificaciones, cuando la parte que aplique sea un método de prueba. 3.8 Definiciones Términos necesarios para el entendimiento de ciertos conceptos utilizados en el documento normalizado. Se debe evitar repetir el término que se desea definir, repetir definiciones o entrar en contradicción con definiciones incluidas en las normas que se apliquen. Así mismo debe evitarse definir términos de uso común cuando la acepción que se desee esté en el diccionario. 3.9 Símbolos y abreviaturas Relación de los símbolos y abreviaturas utilizados en el documento normalizado. 3.10 Características y condiciones generales Son los conceptos y valores que definen el producto, equipo o servicio. 23 Algunas características, entre otras que pueden incluirse según la clasificación de documentos normalizados son: - eléctricas - mecánicas - térmicas - químicas - dimensionales - seguridad - valores nominales - valores de diseño 3.11 Condiciones de operación Indica las condiciones bajo las cuales opera el equipo, o se proporciona el servicio, así como las variaciones que deben soportar. En productos, bienes o servicios específicos deben considerarse las condiciones de operación, tales como: capacidad, tipo, condiciones de funcionamiento que deben cumplir y aquellas otras que se requieran, así como características físicas y limitación de diseño que se deben satisfacer. 24 3.12 Condiciones de desarrollo sustentable Se deben indicar las condiciones que las actividades, productos y/o servicios deben cumplir para garantizar que un proyecto o instalación del ICE contribuye al desarrollo sustentable. Todas las actividades, productos y/o servicios deben encaminarse al desarrollo sustentable de manera integral, dinámica y proactiva; a fin de que los impactos al ambiente y el uso de los recursos naturales no sobrepasen la capacidad de los ecosistemas de absorber los contaminantes que se emiten, ni su capacidad de regeneración, conservando así la base reproductora de los recursos naturales para las generaciones futuras. 3.13 Condiciones de seguridad industrial Cuando sea aplicable, se deben indicar las condiciones que los productos, equipos o servicios deben cumplir con los ordenamientos, que en materia de seguridad industrial se encuentran establecidos en las leyes, reglamentos, normas oficiales nacionales, acuerdos y decretos legales aplicables, así como en la normativa de seguridad industrial interna desarrollada por el Área Funcional de Administración Superior del ICE 3.14 Control de calidad Se indican los requerimientos de inspección y pruebas establecidas por cada institución o empresa, realizadas por algún laboratorio o ente debidamente acreditado a los sistemas, equipos y componentes en fábrica y en su caso en sitio o campo, indicando en cada caso los 25 procedimientos o normas aplicables. El control de calidad incluye el muestreo y los métodos de prueba. 3.15 Muestreo Se especifican las condiciones y criterios de muestreo, así como los métodos para el tratamiento de las muestras. 3.16 Métodos de prueba Se deben dar las instrucciones relativas al procedimiento normalizado que debe seguirse para determinar los valores de las especificaciones o para comprobar el cumplimiento de los requisitos establecidos, de forma que garantice la reproducibilidad de los resultados. 3.17 Marcado Define las marcas, leyendas e identificaciones que se requiere sean inscritas en un producto. 3.18 Empaque, Embalaje, Embarque, Transportación, Descarga, Recepción, Almacenaje y Manejo Este capítulo describe los datos y acciones necesarias para el empaque, embalaje, embarque, transportación, descarga, recepción, almacenaje y manejo de bienes y/o productos. 26 3.19 Bibliografía En este capítulo se deben relacionar los documentos que se tomaron de base para la elaboración y desarrollo del documento, tales como normas extranjeras o leyes, reglamentos u otras legislaciones aplicables, así como información técnica derivada de las leyes físico-químicas establecidas en libros de texto o documentos científicos vigentes. 3.20 Características particulares Se describen mediante un anexo las características particulares que no pueden ser generalizadas ya que dependen de la aplicación específica. Aquellos elementos que proporcionan información adicional, deben ser colocados después del texto del documento normalizado. 3.21 Apéndices Cuando se considere necesario para la mejor comprensión de una característica o dato incluido en el documento, pueden incluirse apéndices clasificados como obligatorios o informativos, según sea el caso, y los cuales deben designarse invariablemente por letras (A, B, C y así sucesivamente) y tener un título. a) Obligatorios: Son partes integrales del cuerpo del documento normalizado, los cuales por conveniencia se colocan después del texto principal, por ejemplo: 27 Características particulares Describen las características particulares que no pueden ser generalizadas. b) Informativos; Elementos que proporcionan información adicional y son colocados al final del documento, por ejemplo: Información técnica Indica la información técnica requerida para el producto, bien o servicio, independientemente que se encuentre considerado en las bases de licitación. 3.22 Estructuración de documentos normalizados Con el objeto de que los documentos normalizados ICE tengan una presentación uniforme y se facilite su consulta se deben seguir las recomendaciones que se resumen en el esquema1. 28 Esquema 1.Ejemplo de numeración de divisiones y subdivisiones 29 3.23 Detalles de redacción Deben seguirse las reglas de redacción indicadas a continuación: - emplear el modo indicativo presente - evitar el uso del indicativo futuro o condicional - evitar el uso de barbarismos - los documentos normalizados ICE deben referirse a parámetros, prácticas, requisitos o condiciones que se puedan estandarizar, evitar párrafos que conteniendo una buena intención no se puedan verificar con exactitud como: mejor calidad, bastante bueno, lo mejor posible, entre otros - cuando se especifiquen varios productos similares pueden relacionarse en forma de tabla si esto resulta conveniente - los documentos normalizados pueden contener aspectos generales, particulares o ambos. Todos los capítulos, incisos y sub incisos que estén numerados deben llevar título. 3.24 Unidades Se debe utilizar invariablemente el Sistema Internacional de Unidades (S.I) 30 4 CAPÍTULO 4: Ejemplo práctico Generador 4.1 Objetivo y campos de aplicación Esta especificación establece las características y los requerimientos de compra que deben reunir los generadores síncronos de polos salientes y enfriamiento indirecto acoplados a turbinas hidráulicas que adquiere la comisión. 4.2 Normas que aplican IEC 34.1 Rotating Electrical Machines-Part 1: Rating and Performance IEC 34.2 ANSI/IEEE STD 115-1983 Test Procedures for Synchronous Machines IEC 34-4-1985 ISO-10816 Evaluation of machine vibration by measurements on nonrotating parts -- Part 1: General guidelines ISO-7919 Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts -- Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and plants IEC 34-6 Maquinas eléctricas rotativas. Parte 6: Métodos de refrigeración (código IC). Tabla 5 ANSÍ C 62.1 -1971 Standard para pararrayos de corriente alterna en sistemas de potencia. 31 4.3 Características y condiciones generales 1. Capacidad La capacidad de los generadores se debe indicar de acuerdo Estudio de planeamiento y la configuración escogida. 2. Factor de potencia nominal El factor de potencia del generador se debe escoger de acuerdo al estudio de planeamiento hecho para el proyecto. 3. Velocidad La velocidad del generador se escogerá de acuerdo a la tecnología del mismo, ya sea tipo de turbina que lo impulse. 4. Número de fases Serán 3 fases para coincidir con el sistema trifásico usado en el país. 5. Voltaje generado Es un parámetro del sistema y será definido por el centro de control. 6. Frecuencia Se debe indicar la frecuencia nominal de la onda de corriente generada, la cuela es un parámetro del sistema y es definida por el centro de control. 7. Número de polos 32 Se debe indicar el número de polos del rotor del generador, de acuerdo con la velocidad y frecuencia seleccionadas para el mismo de acuerdo con fe = nm * P 120 Donde: fe = frecuencia eléctrica en Hz nm =velocidad del rotor que es igual a la velocidad del campo magnético en r/min P = numero de polos 8. Tipo de polos Se debe indicar si se trata de generadores de polos salientes o de polos lisos dependiendo del tipo de turbina a utilizar. 9. Eficiencia Se debe indicar la eficiencia mínima requerida para cada factor de potencia del generador, dependiendo de la tecnología ofrecida por los fabricantes en el mercado a la hora de elaborar el cartel 10. Conexión La conexión de los devanados del rotor de la maquina será en estrella aterrizada. 11. Aislamiento. Se debe indicar el tipo de aislamiento que se requiere para cada una de las partes del 33 generador, este deberá ser tipo F o superior de acuerdo a la IEC 34.1 12. Tipo de enfriamiento Este se especificara de acuerdo a estudio del mercado, siendo el aire el primer elemento de enfriamiento e intercambiadores de calor enfriados con agua como segundo elemento de acuerdo con la IEC 34.4. Se debe especificar la temperatura, presión y análisis químico del agua que se usara para el sistema de enfriamiento, en caso de que este sea el método utilizado. 13. Tipo de sistema de excitación El sistema de excitación de la maquina se especificara del tipo con escobillas esto debido a la velocidad del generador. 14. La razón de corto circuito Se especificara de acuerdo al estudio del laboratorio de Simulación en Sistemas de Potencia del ICE y dependerá a su vez de la barra a la que esté conectado el generador. 15. Constante de momento de inercia H Este se especificara de acuerdo al estudio de simulación y previa consulta con el mercado, en caso que no se pueda obtener el especificado se tiene que rehacer los cálculos necesarios para las subestaciones, interruptores mono polares etc. Se debe indicar el valor de la constante de momento de inercia, la cual debe corresponder al valor del momento de inercia del generador. 34 16. El factor de desviación del voltaje en cortocircuito abierto Se debe indicar el valor del porcentaje del factor de desviación del voltaje en circuito abierto de acuerdo con la norma IEC 34.1 4.4 Parámetros del generador 1. Potencia nominal (límite superior e inferior) Se debe indicar la capacidad nominal del generador para cada una de las configuraciones 2. Reactancia sincrónica de eje directo Xd Se debe indicar el intervalo del valor requerido 3. Reactancia transitoria de eje directo X’d Se debe indicar el intervalo del valor requerido 4. Reactancia subtransitoria de eje directo X’’d Se debe indicar el intervalo del valor requerido 4.5 Condiciones de operación 1. Elevación: Se debe indicar la altitud para la que debe estar diseñado el generador que garantice su operación normal en condiciones nominales., ajustes de eficiencia, pedir graficas, potencia entregada a condiciones sitio 2. Temperatura ambiente: Se deben indicar los valores máximos, mínimos y media de temperatura ambiente que se dan en el sitio escogido para la planta. 35 3. Humedad Relativa: Se deben indicar los valores máximos, mínimos y media de humedad relativa que se dan en el sitio escogido para la planta. 4. Presión barométrica media anual: Se debe indicar el valor de la presión barométrica media anual. 5. Variaciones de Tensión y Frecuencia Durante la Operación: Se deben especificar los valores de tolerancia para la Variación de voltaje y frecuencia durante condiciones de operación Especificaciones para la construcción 4.6 Aislamiento El aislamiento será como mínimo Clase 155 (F) 4.7 Estator 4.7.1 Carcasa o bastidor La carcasa es el encargado de soportar el núcleo y el bobinado del estator y de transmitir a la cimentación los esfuerzos producidos por el momento torsión electromagnética y la tracción magnética radial, por lo que su diseño deberá tener la resistencia mecánica de 36 soportar los eventos citados. Para tales propósitos se deben usar láminas de acero soldadas para incrementar la resistencia y la rigidez. También deberá tener en cuenta el factor de rigidez, para la cual la rigidez tangencial de la carcasa será tal que la frecuencia de torsión natural del generador sea superior al 120% o menor al 80% de la frecuencia de los momentos de torsión ante una falla de cortocircuito. Además la rigidez deberá ser alta para evitar el hundimiento excesivo de la carcasa por tracción magnética, pero deberá ser baja con el fin de evitar el pandeo del núcleo debido a la tensión compresora térmica del núcleo durante operación, para lo cual se deberá realizar un diseño apropiado de la disposición de la carcasa con la cimentación de la misma. Además deberá servir también como escudo para el ruido. La estructura deberá ser segura contra esfuerzos y soportar las condiciones más diversas de cortocircuito, de un posible terremoto o la combinación de estos. Deberá tener resistencias eléctricas para anti condensación de tal forma que se mantenga secos los arrollamientos del generador en caso de una prolongada interrupción de operación. Estas resistencias serán distribuidas dentro de toda la carcasa y deberán ser alimentadas con corriente alterna. Los ductos para circulación del aire dentro del núcleo serán diseñados para que el flujo del aire sea lo más silencioso posible y de forma tal que se reduzcan las pérdidas por ventilación. 37 4.7.2 Núcleo del estator El núcleo del estator deberá estar construido a través de una estructura conformada por láminas con el objetivo de disminuir las corrientes parasitas inducidas por flujos magnéticos alternos. Este estará fijado a la carcasa por medio de una barra de llave integrada combinada con un sistema tipo de cola de milano (“dovetail”). 4.7.3 Bobinados del Estator El arrollamiento del estator estará formado por barras o bobinas con aislamiento Clase 155 (F). El devanado del estator estará conectado en estrella y será aterrizado a través de un transformador de distribución. Los terminales saldrán fuera de la carcasa por medio de aisladores pasantes, que terminarán en una caja apta para ser conectada al ducto barra o cables de potencia. Los terminales serán dimensionados tal que permitan la colocación de los transformadores de corriente. Las cabezas de las bobinas deberán fijarse firmemente para evitar que se muevan durante un corto circuito. Se usará un sistema de fijación de elementos en resina, reforzado con fibra de vidrio y anillos de soporte. Las bobinas serán de cobre y recubiertas de material semiconductor para evitar la formación del efecto corona. 38 4.8 Rotor El rotor será del tipo de polos salientes, con embobinados amortiguadores para reducir las oscilaciones y sus efectos a través de la absorción de energía bajo condiciones de falla y la distorsión del voltaje bajo carga desbalanceada. Tanto el rotor como los bobinados de campo deberán estar diseñados para resistir la deformación térmica por la elevación de temperatura del devanado. La rotación del rotor vista del lado de la turbina deberá ser en el sentido contrario al giro de las manecillas del reloj. El rotor completo será balanceado estática, dinámica y térmicamente, además tendrá que soportar la prueba de sobrevelocidad como se especifica en la norma IEC 34-1, sección 8.5. El extremo del rotor del generador, del lado de la turbina o motor, estará sólidamente conectado al eje de la turbina o motor. En el caso de necesitarse caja reductora será al eje del reductor. El eje de la excitatriz se acoplará rígidamente al eje del rotor del generador Como parte integral del rotor, se incluirán en las partes externas del mismo, ventiladores de flujo axial para hacer circular aire en el devanado de campo y del estator. La estructura del aro (“rotor rim”) será según la siguiente clasificación: 1 Tipo laminado para máquinas de baja velocidad (menor a 600 r.p.m.) y gran diámetro externo del anillo. 2 Tipo anillo, para máquinas con velocidad nominal mayor a 400 r.p.m. y diámetro externo del anillo menor a 4.5 m. 39 3 Tipo macizo (estructura integrada de acero forjado con eje) para máquinas de gran tamaño y velocidad nominal mayor a 600 r.p.m. El devanado de campo será de aleación de cobre y el aislamiento será como mínimo Clase 155 (F) (ver normas IEC, última edición). Los núcleos polares deberán estar construidos a través de una estructura lámina, con el objetivo de disminuir los flujos magnéticos alternos que se presentan en los entrehierros debido a la fluctuación de la ranura. Las cabezas de bobina del bobinado de campo deberán fijarse firmemente con el fin de soportar los esfuerzos por fatiga mecánica ocasionadas por el giro del rotor. Los polos magnéticos del rotor se insertarán en ranuras de tipo cola de milano (“dovetail”) para máquinas con velocidad nominal a 500 r.p.m. o para velocidades mayores guías en T doble, localizadas en el aro (“rotor rim”) y se fijarán con cuñas o chavetas. La conexión del devanado de amortiguamiento debe ser hecha mediante juntas flexibles o de expansión. Si el sistema fuese fijo deberá tener contratuercas con pasadores para asegurar que los mismos no se aflojen por el efecto de la vibración o la expansión térmica. 4.9 Cojinetes Los cojinetes o chumaceras del generador estarán serán de tipo cilíndrico, constituidas por un anillo de acero fundido, revestido de metal antifricción, serán de forma esférica y auto alineadas para seguir la deflexión estática del eje. La forma constructiva será tal que garantice la estabilidad aún cuando se produzcan vibraciones y que impida que bajo 40 ninguna condición de funcionamiento se transmita esfuerzos axiales. Deberán estar equipados con un sistema de lubricación de aceite a alta presión para reducir el momento de torsión y obtener el mínimo desgaste en el arranque. Además de permitir la rotación del rotor cuando el generador permanezca fuera de servicio durante periodos prolongados para evitar que el eje se flexione al enfriarse. Las chumaceras se dividirán en dos mitades, para permitir el desmontaje de la mitad superior para inspección. En las chumaceras o cojinetes se deberá instalar un indicador de aceite para verificar el nivel. El eje del rotor y el cojinete deberán estar aislados eléctricamente para prevenir que se produzcan corrientes parásitas en el cojinete y produzcan daños en éste. Dichos aislamientos deberán indicarse claramente en los planos. Se colocarán también detectores de vibración en cada soporte del cojinete, para monitoreo y comprobaciones futuras. 4.10 Sistemas de enfriamiento El sistema de enfriamiento que se solicita para el generador deberá ser por medio de aire. Este deberá ser tal que garantice la máxima eficiencia del generador sin exceder los límites de temperatura establecidos en la norma internacional “Rotating electrical machines” IEC 34-1.Deberá estar acorde con la norma internacional “Rotating electrical machines, Part 6: Methods of cooling (IC Code)”, la IEC 34-6. Deberá de cumplir con los niveles de ruido establecidos en el numeral 12.2 de las especificaciones técnicas generales denominado Aislamiento Acústico. No obstante el 41 oferente podrá proponer otro sistema de enfriamiento, siempre y cuando presente la justificación necesaria y demuestre que por su costo y calidad es superior al solicitado por el ICE. 4.11 Calentadores El contratista deberá incluir un número adecuado de calentadores para impedir la condensación de la humedad cuando el generador esté fuera de operación por un tiempo prolongado. El oferente indicará en su oferta la cantidad y el consumo individual de los calentadores que se instalarán. 4.12 Cables, tubería conduit y accesorios Los cables de potencia y de control que queden expuestos deberán ser resguardados por medio de tuberías o canaletas. El contratista suministrará la totalidad de la tubería eléctrica, canaletas, soportes y accesorios para las tuberías que se requieran en la central. Todos los puntos de acople y de conexión de las tuberías deberán venir protegidos para evitar contaminación o malos funcionamientos por causas debidas a humedad, contaminación salina, polvo, etc. 4.13 Protección del generador y transformador de potencia Se deberá suministrar al menos los siguientes transformadores de corriente para protección del generador y el transformador de potencia: 42 i. Salida (en cada fase). - Un (1) transformador de un núcleo para protección diferencial del generador. - Un (1) transformador de un núcleo para mediciones. - Un (1) transformador de un núcleo para el regulador automático de voltaje (AVR). ii. Centro estrella (en cada fase). - Un (1) transformador de un núcleo para protección diferencial de grupo. - Un (1) transformador de un núcleo para otras protecciones - Un (1) transformador de un núcleo para protección diferencial del generador. iii. Sistema de aterrizamiento. - Un (1) transformador de un núcleo para protección de falla a tierra del estator. Las características técnicas de los transformadores de corriente serán las establecidas en este cartel en la sección 2 Especificaciones Técnicas Generales, numeral 28 Medición e instrumentación. 4.14 Puesta a tierra del neutro del generador Para conectar la protección de falla a tierra de estator, el centro de la estrella del generador será conectado a un tablero metálico colocado cerca del generador, que tendrá como mínimo los siguientes equipos: i. Un transformador de distribución monofásico. ii. Una resistencia de aterrizamiento en el secundario. Todas las conexiones internas se deberán ubicar en una regleta de terminales dentro de este tablero. 43 iii. Un interruptor monofásico. iv. Todos aquellos transformadores de corriente y demás accesorios requeridos para la protección de falla a tierra del estator. Esta protección se extenderá al menos hasta el 95% del bobinado del estator. El diseño del sistema de aterrizamiento del generador será conforme los siguientes parámetros: i. La máxima corriente de falla a tierra (primario transformador) a condiciones nominales debe ser del orden de 5 A (rms). ii. El voltaje primario deberá escogerse asegurándose que, aún en condiciones de sobrevoltaje del generador, el transformador trabajará a relativa baja densidad de flujo para evitar la ferroresonancia; una densidad de flujo de 50-60% en la sección del codo sería apropiada. iii. Se usará un transformador de distribución con capacidad de carga para 5 minutos (el voltaje primario será para una corriente máxima de falla a tierra en condiciones de sobrevoltaje). El contratista deberá incluir dentro del suministro de cada unidad, el cable con aislamiento de 15kV y todos los accesorios para hacer el acople con el punto estrella del generador y con la celda del neutro (mufas, conectores, prensas, etc.). El cálculo de la capacidad del transformador y resistencia de aterrizamiento deberá ser justificado por medio de una memoria de cálculo. 44 Si el oferente normalmente utiliza otro sistema de puesta a tierra, podrá presentarlo como una segunda opción, posteriormente el ICE lo analizará y le dará la aceptación o rechazo, siempre que presente con la oferta la justificación y toda la documentación correspondiente al sistema que desean usar. 4.15 Pruebas 4.15.1 Pruebas en fábrica del Generador Se realizarán pruebas y reportes de datos en conformidad a la norma con IEC 34-4 y el estándar IEEE Std. 115-1983, en sus últimas revisiones. El contratista deberá suministrar los certificados de todas las pruebas que se le realicen al generador, sistema de excitación y equipos auxiliares. i. Eje del generador. a. Certificado del análisis químico de materiales. b. Pruebas mecánicas de tensión, impacto y dureza o fatiga. c. Examen por ultrasonido. d. Examen por tintas penetrantes (NDT). e. Inspección dimensional y tolerancias. f. Excentricidad del eje (“Run out Test”). g. Examen de acabado de la superficie. 45 ii. Inspección y registro de los cojinetes o chumaceras del generador. a. Certificado del análisis químico de materiales. b. Pruebas mecánicas de tensión, dureza o fatiga. c. Examen por ultrasonido. d. Examen por tintas penetrantes (NDT). e. Inspección dimensional y tolerancias. iii. Estator del generador. a. Inspección dimensional. b. Verificación de ensamble de la carcasa. c. Examen de la pintura y adherencia. iv. Pruebas de funcionamiento del generador (testificadas por personal del ICE). a. Medición de la resistencia CD de los devanados de campo y armadura. b. Medición del voltaje de eje. c. Verificación del balance de voltaje. d. Verificación del balance de corriente. e. Prueba de secuencia de fases. f. Verificación de índice de polaridad de los devanados de armadura y campo. g. Mediciones de la onda de voltaje y determinación del factor de desviación. h. Análisis de las armónicas y medición del TIF (“Telephone Influence Factor”). 46 i. Características de saturación sin carga y determinación de pérdidas mecánicas y pérdidas de núcleo. j. Prueba de corto circuito trifásico sostenido y determinación de pérdidas por corrientes parásitas. k. Prueba de corto circuito sostenido línea a línea. l. Determinación de las reactancias sincrónicas, transitorias y subtransitoria en eje directo y eje de cuadratura a tensión y corriente nominal, secuencia negativa y cero y las constantes de tiempo respectivas (T’do, T’d, T’’do, T’’d, Ta). m. Medición de la resistencia del aislamiento de los bobinados de campo y armadura del generador y la excitatriz. n. Pruebas dieléctricas de los bobinados de campo y armadura para el generador y excitatriz. o. Medición de Tangente Delta. p. Prueba de caída de voltaje CA entre bobinas (AC “Drop Test”). q. Factor de potencia y capacitancia de los devanados. r. Prueba de determinación de la eficiencia. s. Determinación del GD^2. t. Prueba de incremento de temperatura en el generador. u. Prueba de sobrevelocidad. 47 v. Medición de la vibración mecánica. w. Medición de las vibraciones en los cojinetes o chumaceras. x. Medición de la resistencia de aislamiento de los cojinetes o chumaceras. Todos los accesorios y todo el equipo auxiliar del generador se probarán individualmente de acuerdo con las normas pertinentes. 4.15.2 Pruebas de los equipos y materiales en el sitio de la obra Las pruebas en el sitio de la obra tanto las preliminares, las de puesta en marcha y las de desempeño, capacidad y eficiencia, deberán ser realizadas por el contratista. Las pruebas que se enumera seguidamente deberán realizarse por el contratista y por su cuenta, una vez que los generadores y su equipo auxiliar hayan sido instalados y estén listos para funcionar. Tales pruebas serán realizadas según las últimas normas aplicables y servirán para determinar si el equipo ha cumplido las garantías del fabricante y estas especificaciones. 1. Medición de resistencia óhmica CD de los devanados de campo y armadura. 2. Medición de la resistencia del aislamiento de los bobinados de campo y armadura del generador y la excitatriz. 3. Pruebas dieléctricas de los devanados de campo y armadura para el generador y la excitatriz. 4. Medición de pérdidas mecánicas y pérdidas en el núcleo. 5. Prueba de eficiencia. 48 6. Secuencia de fases. 7. Índice de polaridad de los devanados de armadura y campo. 8. Determinación de factor de desviación de la forma de onda. 9. Prueba de incremento de temperatura en el generador. 10. Prueba de sobrevelocidad. 11. Medición de vibraciones. 12. Prueba de balanceo dinámico. 13. Medición de vibraciones en los cojinetes o chamuceras. El equipo necesario para las pruebas en el sitio de los generadores deberá ser suministrado por el contratista. 4.15.3 Operación experimental Posterior de la conclusión satisfactoria de las pruebas de puesta en marcha de la central, comenzará la operación experimental, el cual es el período previsto para pruebas y ajustes finales de los equipos. Durante la primera etapa de la operación experimental, el contratista tendrá el derecho de modificar su equipo para mejorar su eficiencia operacional y característica. Las modificaciones que se vayan a realizar deberán ser notificadas al ICE, incluyendo una justificación técnica y descripción detallada del trabajo que se va a realizar. Si para los ajustes es necesario la salida de la central, esta saldrá cuando sea posible, con el consentimiento del representante del ICE en el sitio. Preferiblemente, los ajustes y cambios 49 de carga deberán ser llevados a cabo en los períodos de baja demanda. Todas las deficiencias de diseño y otras deberán ser corregidas para asegurar la operación continua bajo control automático. En la segunda etapa, la central deberá operar continua y automáticamente (la operación continua deberá ser probada por medio de operación ininterrumpida bajo condiciones fijadas por el ICE), bajo control automático a potencias requeridas por el ICE de acuerdo con sus necesidades. 4.15.4 Pruebas de desempeño, capacidad y eficiencia • Pruebas de respuesta al escalón en la referencia de voltaje con la máquina en vacío. Se debe graficar el escalón, el voltaje de campo y el voltaje terminal. Se debe realizar una prueba con un escalón de un 1% y otra prueba con un escalón lo suficientemente grande para determinar los techos del sistema de excitación. • Pruebas de respuesta al escalón en la referencia de voltaje, con la máquina a plena carga. Se debe graficar el escalón, el voltaje de campo, el voltaje terminal y la potencia eléctrica. Deben realizarse con y sin el PSS en funcionamiento. Pruebas de respuesta al escalón en vacío y con carga del regulador de velocidad. 50 5 CAPÍTULO 5: Análisis de resultados Como parte principal de este trabajo se tiene la comparación entre el planteamiento hecho para la especificación de equipos electromecánicos y la realizada actualmente por parte de los Ingenieros de PYSA, como parámetro de comparación se utilizo el cartel de licitación de la planta térmica de garabito en sus secciones 2, 3 y 4 las cuales abarcan las especificaciones técnicas generares, especiales y particulares respectivamente. En un principio al hacer una comparación entre la propuesta de especificación y lo encontrado en la licitación de garabito se observo que en cuestión de contenido no hay mayor discrepancia con lo planteado en este documento ya que se encuentran en ella todos los puntos planteados. En cuanto a la forma si se encontraron variaciones significativas entre el modelo propuesto y el usado actualmente ya que a en el cartel de Garabito se toma la planta como un todo y se hace la división entre especificaciones técnicas generares, especiales y particulares para todos los equipos y servicios solicitados a la vez a diferencia del modelo de especificación individual propuesto en este trabajo, el cual indica la realización de un documento individual para cada equipo o servicio donde se contenga todos las especificaciones y requerimientos necesarios. 51 6 CAPÍTULO 6: Conclusiones y recomendaciones 6.1 Conclusiones • El procedimiento a seguir para la elaboración o revisión de una especificación técnica debe seguir un proceso normalizado previamente establecido para su elaboración. • Para todos los equipos electromecánicos implicados en las obras que desarrolla el ICE se debe hacer una especificación técnica estándar, con el fin de facilitar las realización de los carteles de licitación y el cumplimiento de todos los requisitos necesarios para el mismo. • Lo establecido en la norma L0000-51 de la Comisión Federal de Electricidad se ajusta a las necesidades del Instituto Costarricense de Electricidad. De igual forma cualquier empresa puede tomar como base este documento para normalizar sus carteles para adquisición de equipos y materiales. • Una vez terminado el proceso de licitación se recomienda la realización de un informe en base a los problemas o cambios que se presentaran durante este de esta forma se logra cerrar el lazo de control de calidad en la adquisición de equipos al lograr la retroalimentación. 52 6.2 Recomendaciones • Se debe tomar en cuenta los comentarios de los usuarios finales tanto en corto, mediano y largo plazo creando un proceso de seguimiento con un registro normalizado que permita depurar los aspectos técnicos basados en la experiencia o uso. 53 7 BIBLIOGRAFÍA Especificaciones 1 Especificación CFE W4200-12, “Generadores para centrales Hidroeléctricas”. 2 Licitación pública No. 6969-E “Planta térmica Garabito sección 2 Especificaciones técnicas generales” 3 Licitación pública No. 6969-E “Planta térmica Garabito sección 3 Especificaciones técnicas especiales Partida 1 Equipos de generación” 4 Licitación pública No. 6969-E “Planta térmica Garabito sección 4 Especificaciones técnicas particulares Partida 1 Equipos de generación” 54
