Browsing by Author "TORO PANZA, PEDRO"
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Thesis EVALUACIÓN TÉCNICO-ECONÓMICA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE INVERSORES ESTÁTICOS EN PLANTAS HIDROELÉCTRICAS BASADO EN CRITERIOS DE CONFIABILIDAD Y AUMENTO DE TIEMPO ENTRE MANTENCIONES(2018) TORO PANZA, PEDRO; TORO PANZA, PEDRO; SANCHEZ SQUELLA, ANTONIO; Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Eléctrica; BARRUETO GUZMAN, ALDOUna central hidroeléctrica consta de dos sistemas principales para convertir la energía hidráulica en energía el eléctrica. En una primera etapa la energía acumulada en los embalses es transformada en energía mecánica en la turbina mecánica, esta turbina puede ser de diferente tipo; Francis, Pelton, Kaplan, entre otras; pero todas tienen un punto de operación óptimo con que se diseña y éste queda determinado por la altura de agua, el flujo y la velocidad de rotación de la turbina. Fuera de este punto de diseño el rendimiento de la turbina comienza a disminuir y, además, aparecen condiciones fluidodinámicas que pueden provocar cavitación, vibraciones excesivas y ruido, que van provocando daño que al acumularse se transformar a en una falla que deber a ser reparada o reemplazarse las partes dañadas. El funcionamiento convencional de una Central Hidroeléctrica no contempla la variación de la velocidad de funcionamiento del eje de la turbina debido a que su valor se encuentra relacionado con la frecuencia de la red a la que está conectado. En este trabajo se investigaron las ventajas que representa la variación de velocidad en el funcionamiento de las Centrales hidroeléctricas y para un caso particular como la Central Chiburgo de Colbun SA. Técnicamente la solución consiste en separar los sistemas correspondientes al generador y la red mediante un convertidor de frecuencia, de esta forma se debe modificar el sistema regulador de velocidad de la turbina para ajustar la velocidad de referencia seg un las condiciones operacionales del momento, es decir, si altura y/o flujo de agua se encuentran muy alejadas del punto de diseño, se debe ajustar la velocidad de tal forma de evitar caer en zonas en que se pueda presentar cavitación, si se logra esto también se estar a logrando operar en puntos con mayor rendimiento. Para identificar los límites en que se puede operar, sin caer en zonas de cavitación, existen factores como el coeficiente de flujo y el coeficiente de altura que dependen del flujo y la altura respectivamente, que se utilizan en modelos de laboratorio para identificar en qué condiciones de operación se presenta la cavitación, esto determina una primera aproximación para ajustar la velocidad de giro según las condiciones operacionales. La siguiente etapa de ajuste se puede realizar en línea si se monitorean algunas variables que delaten una operación no óptima, la principal variable a observar es el nivel de vibraciones en partes seleccionadas de la turbina, procesando estas señales convenientemente en un esquema de control se puede obtener una señal de ajuste para la referencia del regulador de velocidad que lleve la operación de la turbina a zonas óptimas, sin cavitación y con mejor rendimiento. Como ya no se estará trabajando a velocidad sincrónica para inyectar frecuencia a la red, las tensiones inducidas deben ser transformadas a variables eléctricas continuas en un puente rectificador, la señal de salida de éste debe ser nuevamente trasformada a una señal compatible con la red, para ello se utiliza un inversor que toma medidas de la red para ajustar su tensión de salida y frecuencia para inyectar energía al sistema. En el caso particular de la Central Hidroeléctrica Chiburgo se proyectaron mejoras en la eficiencia, disminución de costos directos de mantenimiento y aumentos en disponibilidad, todo esto permite estimar un incremento en los ingresos de 5% al año, lo que sin embargo, no permite justificar su implementación debido a la elevada inversión, cuyo principal elemento es el convertidor de frecuencia o inversor. La mirada a futuro de esta tecnología puede ser más positiva si se considera la disminución progresiva que han presentado los inversores estáticos, seg un los estudios consultados y realizando la proyección a futuro se podrá esperar una disminución de 50% en sus precios de entre 15 a 20 años más, en ese rango de precios, proyectos de este tipo estarán más cerca de ser rentables y justificables económicamente.
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