Propuesta de modelo de confiabilidad del sistema gobernador de unidades generadoras de la central hidroeléctrica
RESUMEN
En el siguiente trabajo se realizó una Propuesta De Un Modelo De Confiabilidad Del Sistema de Gobernación, la particularidad de este Sistema es proveer en forma fiable la potencia demandada manteniendo la frecuencia y la tensión con los criterios de despacho. Para la regulación de frecuencia se cuenta con tres lazos de control o regulación interactuantes, dos de ellos se encargan del control de la frecuencia y el tercero asigna las potencias activas a cada unidad generadora en función de criterios de despacho y el flujo óptimo de potencias como sería el control de niveles de embalse. Como consecuencia contar con un Modelo de Confiabilidad del Sistema Gobernador de las Unidades Generadoras de la Central Hidroeléctrica "Francisco de Miranda" se tiene que el tiempo para planificar las labores de mantenimiento y parada se optimizaron debido a que se tiene con exactitud la confiabilidad de cada uno de los Sistemas usando Análisis estadístico y Especificaciones de equipos interrelacionados, generando un gasto menor a la empresa en tiempo y nómina.
Palabras claves: Gobernador, parada, confiabilidad, mantenimiento, regulación, Unidad Generadora, flujo, potencia, sistemas.
INTRODUCCIÓN
CORPOELEC, es la empresa de generación hidroeléctrica que posee Venezuela. Opera principalmente las Centrales Hidroeléctricas Simón Bolívar en Guri con una capacidad instalada de 10.000 Megavatios, considerando la tercera en importancia en el mundo, la Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre en Macagua con una capacidad instalada de 3.140 Megavatios y la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda en Caruachi, con una capacidad instalada de 2.280 Megavatios; actualmente se encuentra en construcción la Central hidroeléctrica Manuel Piar en Tocoma, la Casa de Máquinas albergará 10 Unidades Generadoras tipo Kaplan de 216 Megavatios cada una, con una capacidad instalada de 2.160 Megavatios.
La empresa CORPOELEC en su constante búsqueda por crear una base competitiva ha asumido el mejoramiento continuo como medio para lograr un desempeño óptimo y sostenido, a fin de mantenerse como una empresa altamente eficiente en la generación de electricidad.
La Casa de Máquinas de la Central Hidroeléctrica "Francisco de Miranda" (Planta Caruachi) alberga 12 unidades generadoras tipo Kaplan de 180 Megavatios cada una, con una capacidad instalada total de 2.160 Megavatios. A fin de garantizar el buen funcionamiento de las mismas, es necesario que las actividades realizadas de mantenimiento preventivo y correctivo se lleven a cabo de manera eficiente, en este sentido se requiere de un sistema de información que permita a los usuarios conocer la cantidad de elementos físicos y arquitectónicos con los que cuenta.
La investigación está dirigida a fortalecer la base de datos de tipo estadístico de la Central Hidroeléctrica, a partir del Diseño de un Modelo de Confiabilidad del Sistema Gobernador de las Unidades Generadoras, actualmente en servicio y disponible. Dicha investigación fue desarrollada en la Sección de Ingeniería de la Coordinación de Ingeniería de Mantenimiento de Planta Caruachi.
Este informe contiene cinco capítulos estructurados de la manera siguiente:
Capítulo I. Planteamiento del Problema, muestra una breve descripción de los motivos que llevan a la realización de este trabajo así como sus objetivos. Capítulo II. Generalidades de la Empresa, reseña historia, ubicación geográfica y organigramas de la Empresa.
Capítulo III. Marco Teórico, define toda la teoría implementada para desarrollar un buen Modelo de Confiabilidad.
Capítulo IV. Marco Metodológico, define el tipo de investigación, muestra, población, y los pasos ejecutados para realizar el trabajo.
Capítulo V. Situación Actual, define la situación actual de la Confiabilidad del Sistema Gobernador Capítulo VI. Análisis y Resultados, Define las posibles soluciones del toma de investigación.
Finalmente se encuentran las conclusiones, recomendaciones, anexos y apéndices así como la bibliografía consultada.
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
En este capítulo se plantea y delimita la problemática encontrada en el Coordinación de Ingeniería de Mantenimiento de la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda "Planta Caruachi", además de los antecedentes que causaron el mismo, también desarrollamos los objetivos generales, objetivos específicos, la justificación y delimitación de este trabajo.
Antecedentes del problema
La Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda se encuentra ubicada en Estado Bolívar, y cuenta con una Casa de Máquinas que dispone de doce (12) Unidades Generadoras con turbinas tipo Kaplan y Generadores Síncronos tipo paraguas con una capacidad de 180 MW cada una, para una capacidad total instalada de 2160MW.
Su ubicación es a más de 60 kilómetros aguas abajo del Embalse de Guri, y 25 kilómetros aguas arriba de la Represa Macagua, en las caudalosas aguas del río Caroní, al sur del país, que permite producir electricidad en armonía con el ambiente, a un costo razonable y con un significativo ahorro de petróleo.
CORPOELEC, posee una extensa red de líneas de transmisión. Cuyo sistema a 800 mil voltios es el quinto sistema instalado en el mundo con líneas de Ultra Alta Tensión en operación, El Centro de Generación Sur de CORPOELEC ha aportado más del 70% de la producción nacional de
electricidad a través de sus grandes Centrales Hidroeléctricas, desempeñando un papel fundamental en el desarrollo económico y social de Venezuela.
La responsable de operar y mantener la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda es la Gerencia de Planta Caruachi, la cual posee adscrita siete Coordinaciones entre ellas la Coordinación de Ingeniería de Planta Caruachi cuyo objetivo general es integrar, consolidar y mejorar las prácticas de mantenimiento de los equipos, sistemas e instalaciones para la generación de energía eléctrica asociados a la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda, así como coordinar los procesos de gestión necesarios con las respectivas unidades involucradas de la Coordinación, mediante la incorporación de herramientas, metodologías y estándares que optimicen el ciclo de vida de los activos, para garantizar su máxima disponibilidad, asegurando o restableciendo su funcionamiento de acuerdo con los parámetros de calidad de servicio establecidos por CORPOELEC.
Como es típico y normal en cualquier proceso productivo se presentan eventualmente tanto Fallas como Salidas de Emergencia las cuales son llamadas Salidas Forzadas así como las Paradas programadas por Mantenimiento de la Unidades Generadoras; las cuales proporcionan una parada temporal del sistema. Estas diferentes paradas son contabilizadas, estudiadas sus causas y el tiempo por el cual dejaron de estar en funcionamiento, estos datos son considerados para alimentar la base de datos y se apoya para obtener información de los registros de la desconexión (salidas) de las Unidades Generadoras que maneja la Coordinación de Operaciones y de la información del Sistema de Administración de Operaciones (SAO), que es una herramienta ofimática de vital utilidad desarrollada en la antigua operadora EDELCA y que es empleada para registrar todos los eventos tanto de mantenimiento como de operaciones asociados a todos los equipos, sistemas e instalaciones de la Central. Con esta información se hacen estudios de la Confiabilidad y de análisis de modos y efectos de fallas.
El Problema
Los estudios de Confiabilidad que lleva la Coordinación de Ingeniería de Planta Caruachi actualmente consideran la Unidad Generadora como un macro-sistema y aunque cuentan con detalles de los subsistemas que generan los distintos eventos de salidas, no cuenta con la Confiabilidad del Sistema Gobernador impidiendo que los estudios se particularicen y se tenga información más detallada de la Confiabilidad de cada equipo que comprende el Sistema. No se especifica un Modelo de Confiabilidad de cada uno de los Sub-Sistemas del Gobernador lo cual es vital importancia ya que pueden ser tomados en cuenta para que se puedan atender específicamente y con tiempo cada uno de los mantenimientos a los que presenten mayor incidencia de Salidas de Emergencia en las Unidades Generadoras y obtener más disponibilidad en cada una de las Unidades Instaladas.
Por lo tanto, se realizó un Diseño de un Modelo de Confiabilidad del Sistema Gobernador de las Unidades Generadoras el cual abarco el estudio de características, descripción del funcionamiento de cada uno de los Sub- Sistemas propios del Gobernador e interrelacionados con el Sistema. En el presente trabajo la Confiabilidad se definió mediante Diagramas de Confiabilidad las interrelaciones operacionales, en serie, en paralelo o mixtos quedando asentados como evidencia para los registros en la Base de datos de la Central Hidroeléctrica y de la Empresa.
OBJETIVOS
Objetivo General
Proponer un Modelo de Confiabilidad del Sistema Gobernador instalados en las Unidades Generadoras de la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda "Planta Caruachi", CORPOELEC.
Objetivos Específicos
Evaluar las características técnicas y el funcionamiento del Sistema Gobernador.
Identificar las interrelaciones operativas en serie y en paralelo entre componentes del Sistema Gobernador.
Definir las confiabilidades por componentes del Sistema Gobernador.
Diseñar el Modelo de Confiabilidad del Sistema Gobernador.
Evaluar el Impacto del Diseño del Modelo de Confiabilidad del Sistema Gobernador en las actividades realizadas por la Coordinación de Ingeniería de Planta.
Alcance
Este trabajo de investigación se realizó en la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda, con la Coordinación de Ingeniería de Planta especialmente en la Sección de Ingeniería y consiste en el Diseño de un Modelo de Confiabilidad del Sistema Gobernador y de sus Sub-Sistemas en las Unidades Generadoras durante un periodo exacto de 24 semanas, aproximadamente 6 meses.
Se estudiaron las diferentes funciones del Sistema Gobernador y de sus Sub-Sistemas con la finalidad de alimentar la información para la base de datos en cuanto a la Confiabilidad Teórica del Sistema para complementar las herramientas para la toma de decisiones en pro de reducir las Salidas Forzadas. Cabe destacar que durante la estadía en la empresa se logró observar y participar en mantenimientos y diferentes pruebas que realiza la Coordinación de Ingeniería de Mantenimiento sobre el Sistema Gobernador y sus equipos que lo comprenden.
Delimitaciones
La presente investigación estuvo enfocada a realizar un Diseño de un Modelo de Confiabilidad del Sistema Gobernador. Este estudio se realizó en un tiempo programado de 24 semanas comprendidas desde el 23 de Febrero de 2015 hasta el 07 de Agosto de 2015.
Limitaciones
Las limitaciones del desarrollo de la presente investigación se deben en gran parte a que este tipo estudio de Confiabilidad no se ha implementado específicamente en todos los Sistemas en la planta, por lo cual fue necesario lograr definir de forma eficiente las variables objeto de estudio para poder desarrollar los Estudios del Modelo de Confiabilidad, objetivo principal de la presente investigación. Otra de las limitaciones fueron los Lineamientos de Información para Pasantes Corpoelec ya que se reserva el dominio y control del producto derivado del proyecto elaborado en conjunto entre CORPOELEC y el pasante, siendo esta la única autorizada para su divulgación, llámese este reporte, informe, resultado de actividades, diagnostico, trabajo de grado, tesis u otro nombre similar.
Justificación e Importancia del Trabajo
La presente investigación surgió como una necesidad para la Coordinación de Ingeniería de Planta, de optimizar y mejorar los Estudios de Confiabilidad de la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda. Además este trabajo de investigación, aporta una importante base para los estudios de AMEF que nutrirá otros procesos de gestión mediante la incorporación de esta herramienta y estándares que el ciclo de vida de los activos de la Coordinación de Ingeniería de Mantenimiento.
CAPÍTULO II
GENERALIDADES DE LA EMPRESA
En el presente capitulo se describe de una manera clara y concisa todas las características generales de la empresa y de los procesos que se realizan en la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda de CORPOELEC.
Reseña Histórica de la Empresa.
CORPOELEC, empresa eléctrica socialista, adscrita al Ministerio del Poder Popular de Energía Eléctrica, es una institución que nació con la visión de reorganizar y unificar el sector eléctrico venezolano a fin de garantizar la prestación de un servicio eléctrico confiable, incluyente y con sentido social.
CORPOELEC se crea, mediante decreto presidencial N൮330, en julio de 2007, cuando el Presidente de la República, Hugo Rafael Chávez Frías, establece la reorganización del sector eléctrico nacional con el fin de mejorar el servicio en todo el país. En el Artículo 2ࠤel documento se define a CORPOELEC como una empresa operadora estatal encargada de la realización de las actividades de Generación, Transmisión, Distribución y Comercialización de potencia y energía eléctrica.
Desde que se publicó el decreto de creación de CORPOELEC, todas las empresas del sector: EDELCA, La EDC, ELEVEN, ELENCO, ENELBAR, CADAFE, GENEVAPCA, ELEBOL, ELEVAL, SENECA, ENAGEN, CALEY, CALIFE Y TURBOVEN, trabajan en sinergia para atender el servicio.
Ante la creciente demanda y las exigencias del Sistema Eléctrico Nacional (SEN), el ejecutivo Nacional crea al Ministerio de Poder Popular para la Energía Eléctrica MPPEE, anuncio hecho desde el Palacio de Miraflores por el Presidente de la República Hugo Rafael Chávez Frías, el 21 de octubre de 2009. La información fue publicada en Gaceta Oficial número 39.294, decreto 6.991, del miércoles 28 de octubre. En ella se informa que el titular de esta cartera tendrá entre sus funciones se la máxima autoridad de CORPOELEC. "Vamos a fortalecer y reimpulsar el sistema eléctrico nacional", enfatizó el máximo líder de la Revolución Bolivariana de Venezuela.
En el decreto 5.330 el ente rector de la política eléctrica era el Ministerio del Poder Popular para la Energía y el Petróleo, MENPET. Ahora CORPOELEC está bajo la tutela del Ministerio del Poder Popular para la Energía Eléctrica, MPPEE. El 12 de julio del 2010, en la Gaceta Oficial 39.463, se aprueban las modificaciones a este decreto que enfatiza la necesidad de dar un mayor impulso a la fusión de las filiales de CORPOELEC en una persona jurídica única. Allí se establece el 30 de diciembre de 2011 como la fecha tope para la integración definitiva.
La Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda está situada sobre el Río Caroní, a 59 Km. aguas abajo del Embalse de Gurí. En el área del proyecto, el río discurre sobre un lecho rocoso interrumpido por numerosas islas y su anchura es de aproximadamente 1.700 m a la cota 55,00 m.s.n.m. (Ver Figura 2.1)
Figura N°2.1.Ubicación Geográfica de la Central Hidroeléctrica "Francisco de Miranda" Fuente: Intranet – CORPOELEC La Casa de Máquinas está construida por 12 monolitos que albergan 12 unidades generadoras con Turbinas Kaplan, sus correspondientes Naves de Servicios y una Nave de Montaje de 60 m de longitud. La Nave de Generadores tiene un ancho de 25,65 m y la Plataforma de Transformadores se ubicara a la Elevación 64,50 m.s.n.m con un ancho de 32,15 m.
Figura N° 2.2 Vista aérea de la Central Hidroeléctrica "Francisco de Miranda" Fuente: Intranet – CORPOELEC.
La Presa de Transición Derecha está ubicada entre la Presa de Enrocamiento con Pantalla de Concreto y la Casa de Máquinas y consta de 4 Monolitos con un ancho de 30 m. cada uno, medido a lo largo de la línea base. El Monolito Intermedio está ubicado entre el Aliviadero y la Casa de Máquinas con un ancho de 51,15m y una altura de 53m. La Presa Principal contiene las Estructuras de Toma y está formada por 12 Monolitos de 30 m. de ancho, los cuales se encuentran integrados con los correspondientes a la Casa de Máquinas. La Presa tiene una longitud de 360m. Las estructuras de Toma cuentan con compuertas de mantenimiento y rejas anti basura, además de tres juegos de compuertas de emergencias. La Presa de Transición Izquierda está ubicada entre el Aliviadero y la Presa de Enrocamiento Izquierda. (Ver Figura 2.2)
El Aliviadero tiene una capacidad de descarga igual a la del Aliviadero de Guri, (30.000 m3/seg.) con una longitud de 178,16m., borde de descarga a la Elevación de 70,55 y nueve (9) compuertas radiales con dimensiones de 15,24 m. de ancho por 21,66 m. de altura. La Presa de Erocamiento con pantalla de Concreto Derecha tiene una longitud de 900m, una altura de 50 m. y conectará las estructuras de concreto con el estribo derecho; y la Presa de Enrocamiento Izquierda tiene una longitud de 4.200m., una altura de 45
y conecta el estribo izquierdo con las estructuras de concreto.
El Edificio de Operación y Control (EOC) es uno de los elementos más importantes en la obra, destacando su concepción arquitectónica que integra 3 edificios en uno: el cuerpo bajo, donde se encuentra el Centro de Control, las oficinas del Departamento de Operaciones y los talleres; el cuerpo alto, donde se encuentran las oficinas de la Gerencia y la Coordinaciones de Mantenimiento; ambos cuerpos unidos por pasarelas al núcleo de circulación vertical, donde se encuentra el área de servicios, los ascensores y las escaleras para toda la estructura. Se trata de un Edificio Inteligente, ya que cuenta con un sistema electrónico el cual regula los niveles de temperatura, la iluminación y los sistemas de seguridad.
Descripción de CORPOELEC
Misión.
Desarrollar, proporcionar y garantizar un servicio eléctrico de calidad, eficiente, confiable, con sentido social y sostenibilidad, en todo el territorio nacional, a través de la utilización de tecnología de vanguardia en la ejecución de los procesos de generación, transmisión, distribución y comercialización del Sistema Eléctrico Nacional, integrado a la comunidad organizada, proveedores y trabajadores calificados, motivados y comprometidos con valores éticos socialistas para contribuir con el desarrollo político, social y económico del país.
Visión
Ser una Corporación con ética y carácter socialista, modelo en la prestación de servicio público, garante del suministro de energía eléctrica con eficiencia, confiabilidad y sostenibilidad financiera. Con un talento humano capacitado, que promueva la capacitación de las comunidades organizadas en la gestión de la Corporación, en concordancia con las políticas del Estado para apalancar el desarrollo y el progreso del país, asegurando con ello calidad de vida para todo el pueblo venezolano.
Nuestros Valores
Respeto
Trato justo, digno y tolerante, valorando las ideas y acciones de las personas, en armonía con la comunidad, el ambiente y el cumplimiento de las normas, lineamientos y políticas de la Organización.
Honestidad
Gestionar de manera transparente y sincera los recursos de la empresa, con sentido de equidad y justicia, conforme al ordenamiento jurídico, normas, lineamientos y políticas para generar confianza dentro y fuera de la organización;
Responsabilidad
Cumplir en forma oportuna, eficiente y con calidad los deberes y obligaciones, basados en las leyes, normas y procedimientos establecidos, con lealtad, mística, ética y profesionalismo para el logro de los objetivos y metas planteadas
Humanismo
Valoración de la condición humana, en la convivencia solidaria, sensibilidad ante las dificultades, necesidades y carencias de los demás, manifestada en acciones orientadas al desarrollo integral y al bienestar individual y colectivo.
Compromiso
Disposición de los trabajadores y la organización para cumplir los acuerdos, metas, objetivos y lineamientos establecidos con constancia y convicción, apoyando el desarrollo integral de la Nación.
Solidaridad
Actitud permanente y espontánea de apoyo y colaboración para contribuir a la solución de situaciones que afectan a los trabajadores y comunidades, para mejorar su calidad de vida.
Humildad
Capacidad de reconocer y aceptar las fortalezas y debilidades, expresadas en la sencillez de los trabajadores, que permita la apertura al crecimiento humano y Organizacional
Funciones.
Las Funciones Generales de la empresa CORPOELEC es la de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica a nivel de todo el territorio nacional e internacionalmente en base a estrategias lógicas y enmarcadas por un proceso de producción a través de las centrales hidroeléctricas que forman el conjunto de la misma. Principalmente las centrales más importantes son Simón Bolívar en Guri, Antonio José de Sucre en Macagua y Francisco de Miranda en Caruachi así también como las diferentes Micro centrales y centrales termoeléctricas en la red.
Organigrama Estructural de la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda.
Muestra como está estructurada la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda – CORPOELEC (Ver Figura 2.3)
Figura N°2.3. Estructura Organizativa de la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda Fuente: Intranet – CORPOELEC
Organigrama Estructural de la Coordinación de Ingeniería de Planta.
Muestra la estructura organizativa de la Coordinación de Ingeniería de Planta adscrita a la Superintendencia de Planta Caruachi. (Ver Figura 2.4)
Figura N°2.4. Organigrama Estructural de la Coordinacion Fuente: Intranet – Corpoelec
Funciones Generales de la Coordinación por la Sección de Ingeniería.
Desarrollar la planificación, control y evaluación del mantenimiento de los equipos, sistemas e instalaciones para la generación de energía eléctrica asociados a la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda, así como mejorar las prácticas de mantenimiento, mediante la incorporación de herramientas, metodologías y estándares que optimicen el ciclo de vida de los activos, para garantizar su máxima disponibilidad, asegurando o restableciendo su funcionamiento de acuerdo con los parámetros de calidad de servicio establecidos por CORPOELEC.
Programar, coordinar y controlar la ejecución del mantenimiento de los equipos, sistemas e instalaciones para la generación de energía eléctrica asociados a la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda.
Integrar los programas de mantenimiento de los equipos, sistemas e instalaciones asociados a la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda, bajo responsabilidad de los diferentes Departamentos involucrados.
Realizar seguimiento y documentar el estado y comportamiento de los equipos, sistemas e instalaciones para la generación de energía eléctrica asociados a la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda.
Aplicar la ingeniería de la confiabilidad para mejorar la gestión del mantenimiento de los equipos, sistemas e instalaciones para la generación de energía eléctrica asociados a la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda.
Analizar los modos de falla y sus causas para diagnosticar necesidades de mejoras de los equipos, sistemas e instalaciones para la generación de energía eléctrica asociados a la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda.
Coordinar proyectos de mejora y recepción de equipos, sistemas e instalaciones para la generación de energía eléctrica asociados a la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda, así como la documentación asociada.
Coordinar la investigación de fallas y ejecución de pruebas especiales a equipos, sistemas e instalaciones para la generación de energía eléctrica asociados a la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda.
Coordinar y participar en los estudios e investigaciones requeridas en los equipos, sistemas e instalaciones para la generación de energía eléctrica asociados a la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda.
Analizar y proponer las innovaciones tecnológicas necesarias para lograr el mejoramiento continuo del mantenimiento de los equipos, sistemas e instalaciones para la generación de energía eléctrica asociados a la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda.
Actualizar los soportes metodológicos requeridos para realizar el mantenimiento de los equipos, sistemas e instalaciones para la generación de energía eléctrica asociados a la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda.
Suministrar asistencia técnica en materia de mantenimiento de los equipos, sistemas e instalaciones para la generación de energía eléctrica asociados a la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda, a las unidades adscritas a la División de Planta Caruachi.>1; falla creciente ? Desgaste.
Tiempo Promedio Entre Fallas
Infiabilidad.
Curva de la Bañera.
Confiabilidad de Sistemas.
Sistema en Serie.
Sistemas en Paralelo.
Diagrama de Barras Apiladas
Gobernador de Velocidad.
Gobernador de Velocidad Instalado en la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda.
Regulación de Frecuencia.
Regulación de Desviaciones de Velocidad.
Limitación Mecánica y Eléctrica de apertura de paletas directrices.
Optimización de Angulo de inclinación de los alabes, con relación a la caída y apertura de paletas directrices.
Control y Limitación Hidromecánica y eléctrica de Sobre-Velocidad.
Detección del Deslizamiento de la Unidad.
Capacidad para Autodiagnóstico y Auto-estabilización, exceptuando limitación Mecánica de apertura de paletas, detección de deslizamiento, control de bombas de aceita, control de Sobre- Velocidad.
Control Total, mediante un Microprocesador el cual produce y transmite señales, para controlar el desplazamiento de las válvulas de Distribución.
El Gobernador cuenta con un Sistema Completo de Control Manual Independiente, para permitir la operación manual de la unidad, cuando el Microprocesador este fuera de operación o en modo de Prueba.
Control remoto para:
Arranque y Parada.
Velocidad de Sincronización.
Potencia de Salida.
Despliegue o visualización del estado del Gobernador cuando ocurran alarmas y disparos.
El Gobernador, cuenta con un sistema de conexión con los sistemas de Operación y Control de Planta a través del sistema de control centralizado Caruachi (CAG)
Tipos de Gobernadores.
Gobernador Mecánico
Regulador.
Detector de velocidad.
Droop.
Accionador.
Válvula piloto.
Servomotor.
Gobernador Numérico.
Las funciones de transferencia son ecuaciones establecidas en un programa de computación (software), por lo que cambiar su respuesta es solo cambiar el programa sin alterar el hardware.
Por ser el control a través de un software puede ser cambiado y mantenido a distancia, mediante la utilización de una vía de comunicación como puede ser Internet.
Es fácil acceder las señales internas para su monitoreo en caso de una investigación de falla
Se puede auto-diagnosticar señalando preventivamente cualquier anomalía.
Gobernador Electrónico.
El tiempo promedio entre falla o vulgarmente mal llamado la media de los tiempos entre falla, indica el intervalo de tiempo más probable entre un arranque y la Aparicio de una falla. Mientras mayor sea su valor, mayor es la confiabilidad del componente o equipo.
Dónde:
? TEF = Sumatoria de los tiempos entre fallas.
N = Cantidad de tiempos del estudio.
Llamada la función distribución de fallos, o probabilidad de fallos o infiabilidad que es la probabilidad de que ocurra un fallo antes del tiempo t.
Q(t) = 1 – R(t)
Dónde: R(t) = Confiabilidad. Q(t) = Infiabilidad.
La distribución de Weibull es un modelo apropiado para organizar tiempos de falla de productos compuestos por muchas partes con distribuciones de vida comprables donde el producto falla cuando una de las partes falla, es decir el tiempo de falla del producto es igual al tiempo de falla mínimo de las partes que lo conforman (falla de eslabón más débil).
Debido a que la tasa de fallos varía con respecto al tiempo, su representación gráfica tiene forma de bañera, con tres etapas diferenciadas. Fallos iniciales, operación normal y fallos de desgaste o envejecimiento. (Ver Figura 3.4)
Figura N°3.4. Curva de la Bañera.
Fuente: www.wikipedia.org La primera etapa de fallos iniciales o infantiles representa por lo general a la existencia de equipos defectuosos con una tasa de fallos superior a lo normal. Las causas posibles por un diseño incorrecto, un deficiente control de calidad, por toma de muestras no representativas del lote de equipos que se están fabricando, por una instalación incorrecta, siendo los elementos más comunes. La línea de fallos iniciales generalmente es una distribución de tipo logarítmica La segunda etapa de operación normal o de fallos constantes, durante esta etapa, la tasa de fallos se estabiliza a un valor casi constante y los fallos que se presentan se denominan aleatorios o catastróficos, ya que ocurren de forma totalmente aleatoria o inesperada. La línea de fallos aleatorios es una distribución exponencial.
La tercera etapa denominada fallos de desgaste o envejecimiento es debida a la superación de vida prevista de equipo cuando empiezan a aparecer fallos de degradación como consecuencia del desgaste. Se caracteriza por un aumento de la tasa de fallos.
Un sistema en serie es aquel en el que todos los componentes deben funcionar adecuadamente para que funcione el sistema. (Ver Figura 3.5)
Figura N°3.5. Sistema en Serie de tres componentes.
Fuente: Elaboración Propia De la condición de independencia, es decir la probabilidad de que se presente un evento, que depende de que ocurran todos los eventos, es el producto de las probabilidades de dichos componentes, se deriva que su confiabilidad es el producto de confiabilidades de sus componentes, con lo cual, la confiabilidad del sistema será menor que la de cada uno de sus componentes, de manera tal:
R = R1. R2. R3 . Rn En caso de tener una distribución de Weibull:
Los sistemas en paralelo se caracterizan porque el sistema falla si todos los componentes fallan en su operación. (Ver Figura 3.6)
Figura N°3.6. Sistema en Paralelo de tres componentes.
Fuente: Elaboración Propia.
De la condición de independencia, es decir, la probabilidad de que se presente un evento, es el producto de probabilidades de los eventos componentes, se deriva que su no confiabilidad es el producto de sus no confiabilidades de sus componentes, de manera que:
Q = Q1. Q2. Q3 . Qn Y dando como resultado:
R = 1 – Q
Si los componentes son redundantes, y la redundancia es extrema, se puede conseguir una alta confiabilidad con componentes de confiabilidad moderada. En caso de tener una distribución de Weibull.
3.2.5 Diagrama Circular. Llamado también cuadro de pastel. Es una gráfica circular que utiliza radios para dividir el círculo en partes, de manera que las áreas de las partes son proporcionales a las cantidades representadas. (Ver Figura 3.7)
Figura N°3.7. Diagrama Circular.
Fuente: Elaboración Propia.
La grafica de barras apiladas son una serie de rectángulos (uno sobre otro), en donde el área de cada rectángulo es proporcional a la cantidad que representa. Este tipo de gráfico puede utilizarse para comparar las partes de un todo. (Ver Figura 3.8)
Figura N°3.8.Diagrama de Barras Apiladas.
Fuente: Elaboración Propia.
El gobernador es un sistema de control asociado a la unidad generadora que permite mantener constante la velocidad de la máquina. En la figura 3.9 se muestra el diagrama esquemático mostrado a continuación:
Figura N°3.9. Diagrama Esquemático Indicando la Relación Generador – Gobernador – Turbina Fuente: Manual de Operación del Gobernador de Potencia Se observa que el gobernador recibe como entrada la señal de velocidad de la máquina y la compara con la velocidad de referencia, si estas son iguales la señal de error será cero indicativo que el gobernador no debe originar cambios en las condiciones de operación, dado que la maquina está en la velocidad deseada. De ser diferentes estas señales se generara un error, la misma será captada por el regulador que ejercerá la función de control ordenado al accionador a través del servomotor abrir o cerrar la paleta o válvula ya sea una turbina hidráulica o térmica respectivamente. Esta acción permitirá en la turbina incrementar o decrementar la potencia mecánica de la unidad para corregir la desviación de velocidad.
El gobernador indirectamente permite mantener la frecuencia constante y satisfacer la carga. La expresión que relaciona la velocidad sincrónica con la frecuencia viene dada por:
Al analizar esta expresión se concluye que al ser el número de polos una vez que la maquina está construida un parámetro fijo, una velocidad constante indicará una frecuencia constante, es decir, al controlar la velocidad se garantiza el control de la frecuencia. De igual forma sucede con el control de la carga. De ocurrir en un Sistema Eléctrico un incremento de la potencia eléctrica de carga, se tendrá momentáneamente una potencia eléctrica mayor a la potencia mecánica (Pe > Pmec), provocando una potencia desacelerante que reducirá la velocidad en la máquina. Esta variación en la velocidad será censada en el gobernador, quien ordenara un incremento en la apertura de paleta o válvula para incrementar la potencia mecánica y de esta forma retornar la velocidad al valor de referencia, este equilibrio se alcanza cuando la potencia mecánica y eléctrica son iguales ( Pmec = Pe ), con lo cual se satisface la carga.
El gobernador al igual que los diferentes sistemas de control como la excitatriz ha tenido cambios tecnológicos que han mejorado su comportamiento. Los primeros gobernadores eran enteramente electromecánicos, evolucionando a lo largo de los años a gobernadores de tipo electrónicos, hasta alcanzar los existentes hoy en día de tipo numérico. En principio la estructura de estos gobernadores es similar a la indicada en la figura N°3.10. esta consta de una unidad reguladora que tiene como función detectar las variaciones de velocidad de la unidad accionadora para corregir la desviación. El accionador está constituido por equipos mecánicos que tienen como función convertir las señales eléctricas del regulador en señales mecánicas para accionar los servomotores y mover las paletas en la turbina. Las diferencias entre los diversos tipos de gobernador se encuentran a nivel del regulador como se explica a continuación. (Ver Figura 3.10)
Figura N°3.10. Diagrama General del Gobernador Fuente: Manual de Operación del Gobernador de Potencia.
Es un sistema de control asociado a la unidad generadora que permite mantener la velocidad constante, garantizando así el equilibrio entre la potencia mecánica y la potencia electica de frecuencia constante. El control de la frecuencia está íntimamente ligada al control de la potencia activa, siendo la frecuencia una variable que se debe mantener constante para garantizar su calidad. Como es el caso de los gobernadores de las unidades generadoras de la casa de máquinas de la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda ubicada en Caruachi – Estado Bolívar.
El sistema de gobernación tiene la bondad de operar de forma simultanea los servomotores de las paletas y el servomotor de los alabes en todo rango de apertura y cierre en los tiempos Mínimos especificados (5 – 15 seg. Ajustable mecánicamente), con la presión mínimo de aceite (entre 40 y 63 kg/cm2), con la máxima Fricción. Los tiempos de operación de los servomotores en apertura y cierre son ajustables independiente sin desmontar ninguna parte del gobernador.
El sistema de gobernación es capaz de controlar establemente la velocidad de la unidad cuando éste opera a la velocidad nominal sin carga o cuando opera a la velocidad nominal con carga aislada, para todas las potencias de salida hasta la máxima inclusive. Además controla establemente la potencia de salida para todas las potencias entre 0 y el valor máximo, cuando el generador opere en paralelo con otros generadores en la casa de máquinas o en el sistema de transmisión. En las turbinas Kaplan, este controla la eficiencia de la maquina a través del cambio de posiciones de los alabes del rodete.
3.2.8.1. Funciones Principales del Gobernador de Velocidad:
3.2.8.2 Cualidades del Gobernador.
Este tipo de gobernador esta descontinuado del mercado y es posible encontrarlo en Plantas de más de treinta años de funcionamiento, como es el caso de los gobernadores de las unidades generadoras de la casa de máquinas N°1 de la Planta Macagua ubicada en el estado Bolívar, cuya puesta en servicio data de los años 60. En esta se distinguen los siguientes elementos:
Este representa la última tecnología y al igual que en los casos anteriores el cambio drástico está a nivel del regulador de velocidad. En el gobernador electrónico el regulador estaba compuesto por tarjetas electrónicas que manejaban señales analógicas, la nueva concepción hacia el gobernador numérico se basa en la digitalización de la señal analógica para convertirla en un numérico, cuyo valor es procesado por el regulador, que no es más que un microcomputador donde las funciones de
transferencia constituidas por componentes electrónicos se convierten por ahora en ecuaciones y modelos matemáticos que realizan el cálculo, para una vez obtenida la respuesta convertir este digito en una señal analógica para ser enviada hacia el accionador. Entre las ventajas que se originan con estos nuevos gobernadores están las siguientes:
La parte de fuerza constituida por la válvula piloto, servomotores, etc es en esencia similar en los diferentes gobernadores, lógicamente las técnicas y elementos constructivos han sido mejorados con el fin de tener un mejor comportamiento de estos. Asimismo, los elementos auxiliares y de control a nivel de accionador, servomotor, etc. Están adaptados a los avances tecnológicos.
Esta clase de gobernador sustituyo al gobernador mecánico, puede encontrarse fundamentalmente en Plantas construidas en los años 1970 y 2001, tal es el caso de las unidades generadoras de la Planta Guri Ubicada en el Estado Bolívar y las unidades generadoras de la Central Hidroeléctrica Francisco de Miranda Ubicada en el Estado Bolívar.
El cambio radical en este gobernador se presenta a nivel del regulador de velocidad, donde los elementos mecánicos fueron sustituidos por componentes electrónicos que se le agregaron una mayor velocidad de respuesta y una mayor sensibilidad a variaciones de la velocidad. A pesar de estas mejoras el gobernador sigue siendo, al compararlo con la excitatriz, un sistema de control lento con tiempos de respuesta en el orden de los segundos. Desde el punto de vista del sistema de regulación los elementos electrónicos permiten tiempos de respuesta en milisegundos; sin embargo, los elementos restrictivos están a nivel del servomotor y en la turbina. Estos componentes son mecánicos y requieren grandes niveles de energía para variar su condición de operación, en este sentido a pesar que el regulador pueda responder en milisegundos, es necesario colocarle constantes de tiempo que permitan una respuesta en segundos, para que la señal de corrección pueda ser seguida por la velocidad de respuesta de los elementos mecánicos. Este tipo de gobernador puede ser representado a través del siguiente modelo. (Ver figura 3.11.)
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