A) BELO MONTE

Aprovechamiento Hidroeléctrico
BELO MONTE
Brasil
La central de mayor potencia de Brasil
y la tercera del mundo.
Creemos en la Fuerza de la Naturaleza
Descripción
Nombre
Belo Monte
País
Brasil
Cliente
Consorcio Norte Energía
Alcance
Equipamiento “Llave en Mano”
Capacidad Instalada
11.233 MW
Producción Anual Promedio 40.042 GWh
Energía Equivalente
191.600 BEP día
Para alcanzar un desarrollo sustentable, Brasil
prioriza la utilización de energía a partir de fuentes
renovables. En este contexto, el
aprovechamiento hidroeléctrico Belo Monte en
el estado de Pará, en el Nordeste de Brasil, es una
de las mejores opciones para lograr el incremento
de la base de generación del país, no sólo por la
energía que es capaz de producir, sino también
por las condiciones favorables que posee para su
integración con el sistema nacional
interconectado.
En la licitación por los equipos de generación, sólo
participaron los fabricantes más reconocidos del
mercado, obteniendo IMPSA la provisión del
equipamiento electromecánico bajo la modalidad
“llave en mano”, el cual incluye cuatro de las 18
unidades generadoras tipo Francis de 620,20 MW
cada una, con sus sistemas de regulación de
velocidad y excitación, equipos asociados al generador,
la totalidad de las tuberías forzadas para 18 unidades y
los equipos de izaje.
Reafirmando su condición de líder tecnológico
mundial, la eficiencia obtenida por IMPSA en su
laboratorio de hidráulica y ofrecida al Consorcio Norte
Energía, fue superior a las de todas las otras máquinas
que harán parte de este suministro.
Para maximizar el contenido local en su provisión,
IMPSA amplió sus Centros de Producción en Brasil,
estado de Pernambuco, equipándolo con máquinas
herramientas de última generación para la fabricación
de componentes de alto valor agregado. Para este
emprendimiento se contrataron más de 500
colaboradores locales de diversas especialidades, los
que fueron capacitados mediante una completa y
efectiva transferencia de tecnología.
Características
Técnicas
Turbinas
Sistemas de Excitación:
Tipo
Francis
Cantidad x capacidad
4 x 620,20 MW
Salto neto nominal
87 m
Velocidad de rotación
90 rpm
Velocidad de embalamiento
165 rpm
Reguladores de Velocidad
Tipo
Estático, de alta respuesta inicial
Tipo
Tuberías Forzadas
Cantidad
18
Diámetro interno
11.600 mm
Longitud
115,00 m
Peso total
20.000 t
Electro-hidráulico con control PID
Izajes
Generadores
Cantidad x capacidad
4 x 679 MVA
Tensión de generación
18 kV
Frecuencia
60 Hz
Puente Grúa Principal de
Casa de Fuerza
2 puentes de capacidad de 800 t
(2 x 400 t)
Puente Grúa Auxiliar
2 puentes de capacidad de 80 t
Pórtico Puerto de la Obra
capacidad de 410 t
Otros equipos varios como grúas, pórticos y monovías
Turbinas
Diseño Hidráulico
El ensayo del modelo reducido de la turbina de Belomonte fue
realizado en el Laboratorio de Hidráulica del Centro de
Investigaciones Tecnológicas(CIT) de IMPSA. El proceso de
desarrollo incluyó:
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Diseño hidráulico de los diferentes componentes de la turbina.
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Simulaciones numéricas de flujo (CFD): Cámara espiral,
predistribuidor, distribuidor, rodete y tubo de aspiración.
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Diseño mecánico del modelo reducido a escala.
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Ensayos de la turbina Modelo.
Los requerimientos del proyecto, tales como Eficiencia, Cavitación,
Embalamiento, fluctuaciones de presión, empujes y torques
hidráulicos en distintos componentes, fueron verificados por medio
de los ensayos del modelo montado en el Banco Universal de Alta
Caída del Laboratorio de Hidráulica.
Diseño Mecánico
Para el diseño mecánico es utilizado un modelo
3D computarizado, el cual verifica las tensiones de
los componentes, el análisis de deformación y las
frecuencias naturales a través del método de
elementos finitos (MEF).
La cámara espiral es fabricada con chapas de
acero soldadas, diseñadas para la máxima presión
de trabajo. El pre-distribuidor está formado por
dos placas paralelas y 24 álabes fijos soldados a
éstas. Finalmente la cámara espiral es ensayada en
el sitio con la presión de diseño.
El distribuidor tiene 24 paletas operadas por dos
servomotores a través de un anillo de regulación;
el mecanismo de regulación y las paletas están equipadas con bujes auto lubricados.
El rodete es fabricado a partir de un fundido de acero inoxidable 13,4.
El diseño del eje es del tipo soldado de paredes delgadas. Debido a su inercia, esta solución incrementa el margen de
seguridad en los eventos de velocidades críticas, confiere a la máquina mejor estabilidad ante vibraciones y reduce el
costo de fabricación.
Regulador
El regulador IMPSA es del tipo electro-hidráulico digital con control tipo PID. La electrónica de control
utilizada consiste en PLCs estándar de primera línea en configuración redundante Hot Stand-by, lo que brinda
alta confiabilidad y fácil mantenimiento. La arquitectura del sistema consiste en un controlador principal y un
controlador de back-up, que se activa en caso de falla del primero tomando el control del sistema. Esto asegura
una alta tolerancia y evita que, ante algún problema en el controlador principal, la unidad generadora deje de
operar, provocando un rechazo de carga y una gran perturbación al sistema eléctrico.
El software del sistema incluye todas las funciones de control de velocidad y potencia requeridos por este tipo
de unidades.
El sistema de aceite a presión es del tipo aire/aceite. Cuenta con una unidad de bombeo con tres bombas
apropiadas para presurizar el sistema y un tanque aire/aceite. La unidad de bombeo y los tanques Aire / Aceite
son completamente diseñados en 3D.
Generadores
Estas máquinas son sincrónicas de polos salientes, trifásicas y de eje vertical, con una capacidad unitaria de 679 MVA,
90 rpm y una tensión nominal de 18 kV. La potencia específica es de 8,1 MVA por polo, convirtiéndolas en máquinas
de elevada complejidad tecnológica.
El dimensionamiento integral se efectuó por medio del ARGEN, un sistema integrado experto totalmente
desarrollado por IMPSA, que permite también el análisis del comportamiento de la máquina, tanto en estado
estacionario como transitorio y en condiciones normales y de falla. Esta herramienta sintetiza todas las capacidades
necesarias para concebir un alternador de este tipo: electromagnetismo, circuitos eléctricos y magnéticos, mecánica
de los fluidos y transmisión de calor, elementos de máquinas, resistencia de materiales y fatiga, tribología
(lubricantes-desgaste-cojinetes), estabilidad de la línea de ejes, vibraciones y comportamiento oscilatorio.
El generador es diseñado por medio de CAD
(Computer Aided Design) y los estudios de
verificación son llevados a cabo con herramientas
desarrolladas por IMPSA e integradas en el
sistema experto PROGEN, así como también
programas que utilizan el MEF (Método de
Elementos Finitos).
El circuito magnético del estator está formado por
segmentos de acero magnético de grano noorientado de 0,5 mm de espesor, que son
troquelados, barnizados y apilados. El
arrollamiento estatórico es montado en las
ranuras y todo el conjunto es soportado por la
carcasa del estator, que es una estructura mecano
soldada que guía el aire proveniente del núcleo hacia los intercambiadores de calor del sistema de enfriamiento.
El rotor consta de una estrella mecano soldada, una llanta de chapas troqueladas apiladas (para permitir una
ventilación radial), y los polos inductores que generan el campo magnético rotante en el entrehierro de la máquina.
La disposición de la línea de ejes consta de un cojinete guía sobre el rotor del generador, un cojinete combinado
debajo del rotor y un cojinete guía en la turbina para maximizar la estabilidad dinámica del rotor.
La característica del diseño incluye el cono inferior de soporte del cojinete de empuje, apoyado sobre la tapa de
turbina, y su cruceta inferior que permite la transmisión de los esfuerzos radiales a la fundación minimizando la
longitud de la máquina. Esto hace posible lograr un considerable ahorro en la estructura civil del proyecto.
El sistema de ventilación radial simétrico utiliza el rotor para generar la presión necesaria para el enfriamiento de la
máquina.
Sistema de Excitación
Este sistema de excitación incluye:
Sistema de regulación digital: está compuesto por dos sistemas autómatas, que actúan los canales de regulación
manual/automático, y controladores de corriente de campo asociados a cada puente rectificador de SCR
(tiristores). Esta estructura redundante 100%, garantiza un control independiente al nivel de entradas/salidas y
canales de regulación, así como también al nivel de los controladores de corrientes.
Sistema de control de potencia: está formado por dos puentes rectificadores en configuración de reserva fría, a
los efectos de garantizar una doble redundancia de potencia, pero sin poner en riesgo el resto de los SCR frente
a una falla eléctrica cercana a los rectificadores. Cada rectificador posee su unidad de intercambio de calor
aire/aire, así como sus sistemas de protección individual.
Descarga de campo: frente a una parada normal operativa, el sistema realiza una des-excitación rápida
mediante el retraso de pulsos de disparo en el rectificador, sin la apertura del interruptor de campo. La energía
almacenada en el rotor es devuelta al transformador de excitación. Frente a una parada de emergencia, el
sistema realiza una des-excitación rápida mediante la apertura del interruptor de campo descargando la energía
almacenada del rotor en un resistor no-lineal.
Transformador de excitación: es del tipo de bobina encapsulada en resina epoxi y está protegido con su
correspondiente celda, conectada al ducto de fases segregadas. Se diseña especialmente para resistir las
corrientes armónicas generadas por el puente rectificador. Los transformadores de corriente en el primario
permiten una protección contra sobre-corrientes.
Este proyecto es otro ejemplo del compromiso de IMPSA en brindar soluciones integrales
para la generación de energía eléctrica a partir de recursos renovables.
www.impsa.com
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