Diseño de un plan de mantenimiento para las unidades generadoras en rehabilitación de casa de máquinas I

El objetivo de esta investigación se basa en Diseñar un Plan de Mantenimiento para las Unidades Generadoras de Casa de Máquinas I (CM1), ubicada en el Complejo Hidroeléctrico "Antonio José de Sucre". Actualmente está siendo sometida a un proceso de rehabilitación de los equipos principales, específicamente aquellos componentes que conforman las unidades de generación. El proceso de rehabilitación busca sustituir los equipos que ya superaron su vida útil o se consideran obsoletos, por equipos más eficientes, confiables de mayor capacidad de generación y con una mejor mantenibilidad. Mediante el estudio de la situación actual del proceso de rehabilitación, se puntualiza la necesidad de manejar las operaciones de Mantenimiento en la Casa de Máquinas I (CM1), bajo un nuevo Estándar de Actividades. El Diseño del Plan de Mantenimiento está basado en manuales técnicos emitidos por el fabricante de equipos, tomándose en cuenta las necesidades particulares de la Empresa. Los equipos que se incluyeron en el Diseño de un Plan de Mantenimiento, son los equipos principales o de mayor importancia para el Departamento de Mantenimiento Instrumentación y Control, como lo es el Sistema de Excitación y el Gobernador. El Diseño incluye las instrucciones de trabajo para cada mantenimiento y las actividades de mantenimiento preventivo, agrupada en una parada, tomando en cuenta factores como: Actividades a realizar, Responsables de ejecución, equipos, frecuencia y duraciones estimadas.

Palabras Claves: Mantenimiento, Predictivo, Correctivo, Preventivo.

INTRODUCCIÓN

Electrificación del Caroní, C.A (EDELCA), filial de la Corporación Eléctrica Nacional (CORPOELEC), adscrita bajo el Poder Popular para la Energía Eléctrica, fue fundada en 1963 para desarrollar el potencial hidroeléctrico del Río Caroní y su cuenca hidrográfica, es la empresa de generación hidroeléctrica más importante que posee Venezuela aportado cerca del 70% de la producción nacional de electricidad. EDELCA opera las Centrales Hidroeléctricas Guri, Macagua y Caruachi con una capacidad instalada de 10.000, 2.930 y 1.620 megavatios, respectivamente. Se ubica en las caudalosas aguas del Río Caroní, al sur del país, posee una extensa línea de transmisión que superan los 5.700 km., cuyo sistema a 800 mil voltios es el quinto sistema instalado en el mundo con líneas de Ultra Alta Tensión en operación.

Desde un punto de vista operativo actualmente las unidades generadoras que conforman la Casa de Máquinas I (CM1), presentan altas probabilidades de fallas esto debido al avanzado deterioro de sus componentes, CORPOELEC realizo un estudio denominado "Operación Futura de Casa de Máquinas I", donde se manejaron diversos escenarios que incluían desde el cierre completo de las operaciones del Complejo hasta la rehabilitación del mismo, siendo esta última opción la elegida por CORPOELEC para solventar la situación operacional de la Casa de Máquinas I.

Este proyecto tendría como beneficios directos para la compañía los siguientes:

· Producción adicional de energía eléctrica limpia y sustentable

· Disponibilidad del sistema y Aumento de la confiabilidad

· Disminución de los costos operativos

· Disminución de los costos de mantenimiento.

Esta propuesta que contemplaba diversas actividades que serían realizadas por la contratista IMPSA y dirigidas por CORPOELEC. En el año 2009 se inicia el proyecto de rehabilitación de la Casa de Máquinas I (CM1) del Complejo Hidroeléctrico "Antonio José de Sucre" y la primera unidad generadora rehabilitada se entrega a CORPOELEC en el año 2012 Unidad generadora 5 y en el año 2014 Unidad Generadora 6.

Esta investigación estará basada en el Diseño de un Plan de Mantenimiento para las Unidades de Generación rehabilitadas de la Casa de Máquinas I (CM1) ubicadas en el Complejo Hidroeléctrico "Antonio José de Sucre", trabajo que se realizó, recopilando toda la información en materia de mantenimiento sugeridas por el fabricante de los equipos que conforman la unidad de generación, para determinar las actividades de mantenimiento que deben realizarse y ordenarlas tomando en cuenta factores como tipos de trabajo, responsables, periodos de realización, entre otros.

El Diseño de un Plan de Mantenimiento resultante de esta investigación se considerara como un formato estándar donde puedan analizarse las tareas de mantenimiento y sus características de manera sencilla para que la Empresa CORPOELEC, pueda apoyarse en este Diseño para realizar sus estándares y programaciones de mantenimiento y de esta forma garantizar que los beneficios que se esperan del proyecto de rehabilitación de la Casa de Máquinas I (CM1) sea de suma importancia para la Empresa.

El informe está estructurado en 6 capítulos, los cuales están distribuidos de la siguiente manera:

Capítulo I (EL PROBLEMA), en él se define la problemática existente, el objetivo general que se persigue, los objetivos específicos necesarios para llegar al general, la importancia y justificación, además de la delimitación y limitaciones. Capítulo II (GENERALIDADES DE LA EMPRESA), donde se explica detalladamente la ubicación de la Empresa y el área de investigación. Capítulo III (MARCO TEÓRICO), en el que se describe los antecedentes o revisión de la literatura, las bases teóricas que sustentan la investigación. Capítulo IV (MARCO METODOLÓGICO), donde se definen las actividades ejecutadas, tipo de investigación y diseño, unidades de análisis (población y muestra), técnicas de recolección de información, y procedimiento a seguir para realizar la investigación. Capítulo V (ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS), donde se expone, describe y analiza la información obtenida que sustente el cumplimiento de los objetivos específicos de esta investigación. Capítulo VI (DISEÑO), donde se plantea el diseño final del Plan de Mantenimiento.

CAPÍTULO I:

EL PROBLEMA

1.1 Planteamiento del Problema La Central Hidroeléctrica "Antonio José de Sucre" en Macagua, está conformada por veinte (20) unidades generadoras distribuidas de la siguiente manera: seis (6) unidades generadoras equipadas con turbinas Francis en la Casa de Máquinas I, con una capacidad instalada de 360 Mw, doce (12) unidades generadoras equipadas con turbinas tipo Francis en la Casa de Máquinas II, con una capacidad instalada de 2400 Mw Y dos (2) unidades generadoras equipadas con turbinas tipo Kaplan en la Casa de Máquinas III, con una capacidad instalada de 170 Mw completando así un total de 2930 Mw.

Luego de 51 años de operación de la Casa de Máquinas I, el desgaste de los diferentes sistemas y equipos que conforman las Unidades Generadoras reducen la confiabilidad, impactando de manera significativa en la generación de energía.

Debido a esto CORPOELEC decide encargarle a la compañía IMPSA la tarea de rehabilitar las unidades de generación de la Casa de Máquinas I, dicho proyecto se encuentra en ejecución, actualmente se trabaja en la renovación de las unidades que componen esta Casa de Máquinas.

El resultado de estas acciones de rehabilitación traerá como consecuencia una potencial mejora de la rentabilidad de Macagua debido a los siguientes aspectos:

· Disminución de los costos de operación y mantenimiento actuales.

· Incremento en la disponibilidad del equipamiento.

· Mejoramiento de la generación por incremento de la eficiencia.

· Aumento de la generación por mejoramiento de la zona de trabajo efectiva de la máquina requeridas por el mercado.

· Incremento de potencia por aumento de la eficiencia.

En la actualidad, se ha hecho entrega de la unidad de generación 5 (UG5) en el año 2012 y la unidad Generadora 6 (UG6) en el año 2014. Por el hecho de que son sistemas nuevos, la Empresa actualmente no dispone de un plan de mantenimiento para responder a las especificaciones y necesidades de las unidades, las actividades de mantenimiento de la UG5 y la UG6 se realizan con la cooperación de la empresa contratista IMPSA, ya que aún está dentro del periodo de garantía de 40.000 horas de servicio.

El hecho de no contar con una planificación de las actividades de mantenimiento en cualquier empresa puede acarrear graves problemas en materia de producción, rentabilidad, confiabilidad, disponibilidad, entre otros. El diseño de un Plan de Mantenimiento en la Casa de Máquinas I, es vital para que la empresa CORPOELEC, pueda garantizar que los beneficios que se buscan de esta rehabilitación, se mantengan a través de la vida útil de los equipos, así como también es necesario para garantizar los requisitos de disponibilidad de la planta frente a la creciente demanda energética que existe en la nación.

1.2 Objetivos de la Investigación 1.2.1 Objetivo General Diseñar un Plan de Mantenimiento para las Unidades Generadoras en rehabilitación de Casa de Máquinas I en el Complejo Hidroeléctrico "Antonio José de Sucre" 1.2.2 Objetivos Específicos 1. Evaluar la situación actual de las condiciones operacionales de los equipos responsabilidad del Departamento de Mantenimiento Instrumentación y Control Macagua (MICM).

2. Recopilar información existente en los manuales de los equipos entregados por el fabricante al Departamento de Mantenimiento Instrumentación y Control Macagua (MICM).

3. Analizar información emitida por el personal de la gerencia y mantenedor que labora dentro del Departamento de Mantenimiento Instrumentación y Control Macagua (MICM).

4. Analizar el funcionamiento de los equipos de mayor criticidad de las unidades generadoras en el proceso de generación de energía eléctrica.

5. Determinar las actividades de mantenimiento de los equipos críticos de las unidades generadoras.

6. Diseñar las Instrucciones de trabajo para las unidades rehabilitadas en Casa de Máquinas I.

7. Elaborar un Plan de Mantenimiento para los equipos críticos del Departamento de Mantenimiento Instrumentación y Control Macagua (MICM).

1.3 Alcance Este trabajo implica el Diseño de un Plan de Mantenimiento para los equipos principales responsabilidad del Departamento de Mantenimiento Instrumentación y Control Macagua (MICM), abarca desde la detección de las condiciones operacionales actuales de Casa de Máquinas I y el análisis del funcionamiento de los equipos de mayor criticidad hasta el diseño de un Plan de Mantenimiento para dichos equipos. Este trabajo no incluye la implantación del mismo.

1.4 Justificación El proyecto de rehabilitación implica la instalación de nuevas unidades de generación que aporten beneficios a CORPOELEC siendo más eficientes y confiables en el proceso generación eléctrica, así como en el aumento de la capacidad de la misma, debido a esto los planes de mantenimiento existentes en la Casa de Máquinas I ya no se adaptan a las necesidades de las nuevas unidades porque están diseñados para equipos con características distintas. De manera que dichos beneficios serán sustentables a través del tiempo, solo desarrollando un plan que tome en cuenta desde el punto de vista de mantenibilidad de las unidades de generación, las recomendaciones del fabricante teniendo en cuenta que el mantenimiento es una actividad que garantiza la funcionalidad de los equipos a lo largo de su operación y es el único método para prevenir fallas que podrían comprometer la disponibilidad para generar la oferta eléctrica que continuamente demanda el consumidor.

CAPÍTULO II:

GENERALIDADES DE LA EMPRESA

2.1 Reseña de la Empresa Electrificación del Caroní, C.A (EDELCA), filial de la Corporación Eléctrica Nacional Socialista, adscrita al Ministerio del Poder Popular para la Energía Eléctrica, es la Empresa de Generación Hidroeléctrica más importante que posee Venezuela, forma parte del conglomerado industrial ubicado en la región Guayana, conformado por las empresas básicas del aluminio, hierro, acero, carbón, bauxita y actividades a fines.

CORPOELEC se crea, mediante decreto presidencial N° 5.330, en julio del 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 2° del documento se define a CORPOELEC como una empresa operadora estatal encargada del suministro de energía a todo el territorio nacional.

Desde que se publicó el decreto de la creación de CORPOELEC, todas las empresas del sector: EDELCA, La EDV, ENELVEN, ENELCO, ENELBAR, CADAFE, GENEVAPCA, ELEBOL, ELEVAL, SENECA, ENAGEN, CALEY, CALIFE y TURBOVEN, trabajan en sinergia para atender el servicio y avanzar en el proceso de integración para garantizar y facilitar la transición armoniosa del sector.

Ante la creciente demanda y las exigencias del Sistema Eléctrico Nacional, (SEN), el ejecutivo Nacional crea un Ministerio del 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 la 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 ser 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 filiares de CORPOELEC en una persona jurídica única. Allí se establece el 30 de diciembre de 2011 como la fecha tope para la integración definitiva.

CORPOELEC tiene como objetivo redistribuir las cargas de manera que cada empresa (CADAFE, ENELBAR, ENELVEN, CALIFE, La EDC, EDELCA, ENELCO, SENECA, ELEBOL, ELEGUA, ELEVAL, ENAGEN Y CALEY), asuma el liderazgo en función de sus potencialidades y fortalezas.

En la actualidad el proceso de reagrupación para la conformación efectiva de equipos de gestión bajo una gran corporación, aprovechando los valiosos recursos humanos, técnicos y administrativos existentes en cada región.

2.2 Ubicación CORPOELEC abarca todo el país por medio de un sistema de potencia eléctrica interconectado entre sí partiendo desde todas las centrales de generación de energía eléctrica bien sea centrales Hidroeléctricas, termoeléctricas, u otras; pasando luego por los sistemas de transmisión de potencia por medio de sub-estaciones y líneas de transmisión aéreas en sus diferentes niveles de tensión hasta llegar a las sub estaciones reductoras de tensión para luego ser distribuidas a los centros de consumo en sus diferentes tipos.

La Cuenca del río Caroní, área de generación de CORPOELEC se ubica en el sector sur-oriental de la República Bolivariana de Venezuela, en el Estado Bolívar en la denominada Región de Guayana, con una localización geográfica que se extiende desde su punto más meridional a los 3º 37" de latitud norte en los límites con Brasil en la Sierra Pacaraima, hasta su punto más al norte en los 8º 21" de latitud norte, en la desembocadura del Caroní en el río Orinoco. De este a oeste, se extiende desde los 60º 35" de longitud oeste, en las cabeceras del río Arábopo en el Alto Caroní, hasta los 64º 37" de longitud oeste. Esta cuenca hidrográfica cubre aproximadamente 95.000 km² (10.5% del territorio venezolano). La cuenca del río Caroní posee el mayor potencial hidroeléctrico de Venezuela y uno de los mayores del mundo. Se estima este potencial en 26.000 Megavatios en toda la cuenca, de los cuales 17.000 aproximadamente corresponden al Bajo Caroní. Como lo puede ver en la Figura 1.

Figura 1 Cuenca del bajo Caroní Fuente: Intranet de la Empresa Está encargada de producir, transportar y comercializar energía eléctrica en forma competitiva, confiable, eficiente, rentable y comprometida con la conservación del ambiente, con el propósito de promover el desarrollo industrial del país. Posee una extensa red de líneas de transmisión que superan los cuatro mil kilómetros, cuyo sistema a 762 Kv es el quinto instalado en el mundo con líneas de Ultra Alta Tensión en operación. Aprovecha el potencial hidroeléctrico de las generosas características del río Caroní, cuyo caudal corre sobre un lecho de roca granítica, ideal para construir grandes centrales como el Complejo Hidroeléctrico Simón Bolívar Represa de Gurí con una capacidad instalada de 10000 Mw, Complejo Hidroeléctrico Manuel Piar Represa de Tocoma con una capacidad instalada de 2250 Mw (actualmente en construcción), Complejo Hidroeléctrico Francisco de Miranda Represa de Caruachi con una capacidad instalada de 2280 Mw y él:

Complejo Hidroeléctrico Antonio José de Sucre Represa de Macagua (Macagua I – Macagua II – Macagua III) La Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre en Macagua tiene una capacidad instalada total de 3140 MW.

La Casa de Máquinas I construida en el período 1956–1961, fue un aprovechamiento que no requirió la formación del lago para su operación, fue la primera planta construida en los llamados saltos inferiores del río Caroní, localizada a 10 kilómetros de su desembocadura en el río Orinoco, en Ciudad Guayana, estado Bolívar. Alberga en su Casa de Máquinas, 6 unidades tipo Francis, cada una con una capacidad nominal promedio de 64,43 Mw, para alcanzar una capacidad instalada total de 370 Megavatios. Actualmente está en proceso de rehabilitación esta casa máquinas que elevara la potencia de generación a unos 80Mw por cada unidad con la instalación de las nuevas máquinas generadoras.

De 1988 a 1998 se construye Macagua II y Macagua III. En enero de 1.998, entran en funcionamiento las dos Casas de Máquinas permitieron aumentar la generación firme de la empresa en 13.200 GWH. Macagua constituye la única represa del mundo que se encuentra dentro de una ciudad, está situada a 10 kilómetros aguas arriba de la confluencia de los ríos Caroní y Orinoco en Ciudad Guayana, estado Bolívar. En la Casa de Máquinas II operan 12 Unidades Generadoras de 216 Mw cada una, impulsadas por turbinas tipo Francis, con una capacidad instalada total de 2.540 Mw. Para el control del río se construyó un Aliviadero con 12 compuertas capaces de transitar 30.000 m³/s.

La Casa de Máquinas III, se construyó para garantizar un continuo flujo de agua a los Saltos de Cachamay y la Llovizna, generando 172 Mw con dos unidades tipo Kaplan de 90 Mw cada una de capacidad nominal. El diseño de la obra fue realizado con el fin de perturbar lo menos posible su entorno natural, por estar ubicado en la cercanía del sistema de parques de Ciudad Guayana (Cachamay, Leofling, Punta Vista y La Llovizna). Como lo puede ver en la Figura 2.

Figura 2 Complejo Hidroeléctrico "Antonio José de Sucre" Fuente: Intranet de la Empresa 2.3 Misión Generar, transmitir y distribuir energía eléctrica, de manera confiable, segura y en armonía con el ambiente, a través del esfuerzo de mujeres y hombres motivados, capacitados, comprometidos y con el más alto nivel ético y humano, enmarcado en la planes estratégicos de la Nación, para contribuir con el desarrollo social, económico, endógeno y sustentable del país.

2.4 Visión Empresa estratégica del estado, líder del sector eléctrico, pilar del desarrollo y bienestar social, modelo de ética y referencia en estándares de calidad, excelencia, desarrollo tecnológico y uso de nuevas fuentes de generación, promoviendo la integración latinoamericana y del Caribe.

2.5 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, basadas en las leyes, normas y procedimientos establecido, 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 al desarrollo integral de la nación.

Solidaridad: Actitud permanente y espontanea 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.

2.6 Estructura Organizativa A continuación se puede observar la Estructura organizativa que utiliza CORPOELEC. (Ver Figura 3)

Figura 3 Estructura Organizativa General, Planta Macagua. Fuente: Intranet de la Empresa Se puede observar de manera más detallada como se divide la estructura organizativa dentro del Departamento. (Ver Figura 4)

Figura 4 Estructura Organizativa Planta Macagua, Planta Macagua Fuente: Intranet de la Empresa 2.7 Descripción del Área de Estudio El Departamento de Mantenimiento de Instrumentación y Control Macagua cuenta con espacios físicos ubicados en la elevación 23.05m.s.n.m de la Casa de Maquinas II de Planta Macagua, este espacio está distribuido de la siguiente manera:

a. Oficinas Departamento MICM: Concentra la dirección general de Dpto. de MCIM área destinada para el desarrollo de las actividades de un Jefe NA III G, un área de control y gestión destinada para los profesionales I y II que desarrollan sus labores en esta entidad, un área destinada como sitio de trabajo para una Técnico I, una sala de reuniones y los archivos de registro de Mantenimiento y Documentos del sistema de Gestión de Calidad.

b. Oficinas de Secciones MICM: Concentra la dirección de ambas secciones pertenecientes en este Departamento, un área destinada como sala técnica del personal fijo, las computadoras y área de técnicos I de ambas secciones. Cuenta con los archivos de los documentos técnicos empleados en el mantenimiento.

c. Sub-Almacén MICM: Este está determinada como área de acceso restringido determinada al almacenamiento y resguardo de materiales, herramientas y equipos de prueba. También se resguardan repuestos y equipos patrones declarados en el SGC.

d. Laboratorios MICM: Esta área de laboratorio también considera como de acceso restringido está establecida para el desarrollo de proyectos de mejora del departamento, pruebas de laboratorio y reparaciones menores de equipos y sistemas mantenidos por el Departamento. Ver Figura 5.

Figura 5 Estructura Organizativa de la Unidad de Mantenimiento de Instrumentación y Control Fuente: Intranet de la Empresa Es importante recalcar que dentro de la estructura de este Departamento las secciones representan las unidades funcionales encargadas de coordinar las programación, ejecución, control y supervisión del mantenimiento a los equipos y sistemas de instrumentación y control requeridos para producir energía eléctrica en la Central Hidroeléctrica Macagua.

La superintendencia Planta Macagua en el documento matriz de responsabilidad de sistemas/equipos establece la responsabilidad de cada unidad de mantenimiento para preservación o restablecimiento del funcionamiento de los sistemas y equipos instalados en la planta. Cada sección del Departamento tiene bajo su responsabilidad a un subconjunto de los sistemas/equipos bajo responsabilidad del Departamento.

2.8 Central Hidroeléctrica "Antonio José de Sucre" Casa de Máquinas I La Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre en Macagua I, fue la primera planta construida en los llamados saltos inferiores del río Caroní, localizada a 10 kilómetros de su desembocadura en el río Orinoco, en Ciudad Guayana, estado Bolívar. Fue un aprovechamiento a filo de agua, es decir que no requirió la formación de un embalse para su operación. Alberga en su Casa de Máquinas 6 unidades tipo Francis, cada una con una capacidad nominal promedio de 64.430 kilovatios. Su construcción se inició en 1956, entrando en funcionamiento en 1959 la primera unidad de generación y para 1961 se puso en operación la última de ellas, alcanzándose una capacidad instalada total de 370 megavatios. En las figuras 6, 7 y 8 se muestra el embalse de Casa de Máquinas I, la estructura física de la misma y las unidades de generación no rehabilitadas respectivamente. En la tabla 1 se puede conseguir información técnica de CM1.

Tabla 1 Datos Significativos de Casa de Máquinas I.

TURBINAS

Tipo Francis

Fuente: Archivo técnico CM2 Macagua CAPÍTULO III:

MARCO TEÓRICO

3.1 Bases Teóricas 3.1.1 Plantas Hidroeléctricas Son aquellas que se utilizan para la generación de energía eléctrica mediante un proceso que consiste en utilizar la energía potencial del agua almacenada y convertirla primero en energía mecánica y luego en eléctrica.

3.1.2 Esquema de una Central Hidroeléctrica Una Planta Hidroeléctrica está constituida por diversos componentes entre los cuales se pueden mencionar: un embalse, obras de conducción (canales abiertos o tuberías a presión), tanques de oscilación, tuberías de alta presión, casa de máquinas, turbinas, generadores, tuberías de desfogue, centro de control, controladores, entre otros. (Ver figura 9 y figura 10)

Figura 7 Esquema General de una Presa Fuente: Archivo técnico CM2 Macagua

Figura 8 Corte transversal de la unidad generadora Fuente: Archivo técnico CM2 Macagua 3.1.3 Embalse o Rio En el caso de tratarse de una planta de gran tamaño es necesario la construcción de un embalse para la acumulación del agua; en el caso de plantas pequeñas no siempre es necesaria la construcción de dicha obra, bien podrían operar con el caudal directo de un río, esta operación se conoce como a "planta a filo de agua". En la figura 11 se puede observar el embalse de la central hidroeléctrica Macagua.

Figura 9 Embalse presa Macagua Fuente: Intranet de la Empresa 3.1.4 Casa de Máquinas Es la edificación donde se hallan los equipos principales de la planta como las turbinas, los generadores, y los dispositivos de control. En la figura 12 se pueden observar las Unidades Generadoras ubicadas en Casa de Máquinas

I.

Figura 10 Casa de máquinas I, Macagua Fuente: Intranet de la Empresa 3.1.5 Transformador La salida de potencia eléctrica de los generadores es llevada a un transformador donde se eleva el voltaje hasta el nivel deseado para la transmisión a fin de reducir las pérdidas en las líneas.

3.1.6 Líneas de Transmisión Una línea de transmisión es una estructura material utilizada para dirigir la transmisión de energía en forma de ondas electromagnéticas, comprendiendo el todo o una parte de la distancia entre dos lugares que se comunican.

3.1.7 Turbinas Son los mecanismos que proveen la energía necesaria para hacer girar el rotor del generador, existen diferentes tipos de turbinas pero las más utilizadas son de tipo Pelton, Francis y Kaplan. Las diferencias entre ellas son varias y cada una posee cualidades particulares para el rango de aplicación involucrado, así las turbinas Pelton son preferibles para caídas de agua grandes y poco caudal, las Francis son para caídas de agua medias y caudales grandes, y las Kaplan son para caídas bajas y caudales variables, la aplicación de un tipo de turbina u otro obedece a los criterios de diseño hidráulicos. En la figura 13 se aprecia el corte transversal de una turbina tipo Francis.

Figura 11 Turbina Francis Fuente: Archivo técnico CM2 Macagua 3.1.8 Gobernador Es el encargado de la regulación de velocidad y la potencia activa de las turbinas bajo cualquier condición de carga del sistema, este sistema es el encargado de operar el movimiento del anillo distribuidor en las paletas directrices, mediante aceite almacenado por presión, el cual se le suministra a 2 servomotores mediante 2 brazos acoplados al anillo distribuidor, realizan la apertura o cierre de las paletas realizando así la función de control según sea los requerimientos del sistema. En este proceso intervienen un conjunto de elementos tantos mecanicos e hidraulicos en lo que son los servomotores, los compresores de aire, los tanques de aceite, etc, y elementos electronicos como son una serie de sensores; desde velocidad o nivel de apertura de las paletas directrices, hasta el PLC que se encargan de la recepcion de todas las señales de los sensores y realizan el control automatico o manual de la apertura de las paletas directrices.

3.1.9 Sistema de Excitación Un Sistema de Excitación comprende todos aquellos elementos y procesos necesarios para suministrar corriente continua al rotor en movimiento, y formar el campo magnetico que necesita el generador para crear el voltaje inducido hasta alcanzar su valor nominal predisponiendo la unidad para ser sincronizada.

La excitación es normalmente controlada en modo automático por el regulador principal o por el regulador de respaldo pero en ambos casos existe la posibilidad del control manual de corriente de campo.

3.1.10 Generadores Es la máquina encargada de convertir la energía mecánica en eléctrica, por lo general se utilizan generadores sincrónicos, sin embargo también es posible el uso de máquinas asincrónicas.

3.1.11 Turbinas Francis Son conocidas como turbinas de sobrepresión ya que la misma es variable en la zona del rodete, o de admisión total ya que éste se encuentra sometido a la influencia directa del agua en toda su periferia. También se conocen como turbinas radiales-axiales y turbinas de reacción.

El campo de aplicación es muy extenso, dado el avance tecnológico conseguido en la construcción de este tipo de turbinas. Pueden emplearse en saltos de distintas alturas dentro de una amplia gama de caudales (Entre 2 y 200 m3/s).

Se consideran de muy buen rendimiento, pero solamente entre determinados márgenes de descarga, entre 60% y 100% del caudal máximo. Esta es una de las razones por la que en una central hidroeléctrica se disponen varias unidades, a objeto de que ninguna trabaje, individualmente, por debajo de valores del 60 % de la descarga total.

3.1.12 Características de las turbinas Francis

· Su óptimo diseño hidráulico garantiza un alto rendimiento.

· Su diseño reforzado da una vida útil de muchas décadas en servicio continuo.

· Alta velocidad de giro permite pequeñas dimensiones.

· La aplicación de modernos materiales reduce el mantenimiento de las piezas móviles al mínimo.

· La turbina Francis puede ser instalada en todo lugar donde se dé un flujo de agua relativamente constante y donde se exige un alto rendimiento. Su eficiencia es aproximadamente de 8% por encima de la turbina de Flujo Cruzado, pero tiene la desventaja de no poder operar con grandes variaciones del caudal de agua.

3.1.13 Clasificación de las Turbinas Francis Se clasifican, en función de la velocidad específica del rotor y de las características del salto:

· Turbina Francis lenta: para saltos de gran altura, alrededor de 200 m o más.

· Turbina Francis normal: Indicada en saltos de altura media, entre 200 y 20 m.

· Turbinas Francis rápidas y extra rápidas: apropiadas para saltos de pequeña altura, inferiores a 20 m.

3.1.14 Unidad Generadora Se puede definir como una unidad generadora, el conjunto conformado por los equipos: turbina hidráulica y generador conectados a través de un eje entre sí, la turbina convierte la energía cinética del agua que fluye, en energía mecánica. Un generador hidroeléctrico, convierte esta energía mecánica en electricidad debido a los principios descubiertos por Faraday, que encontró que cuando un imán se mueve, hace que la electricidad fluya.

El principio básico de la generación de energía hidroeléctrica, consiste en que la energía potencial gravitatoria es almacenada en el agua por encima de la represa. Debido a la altura del agua, esta llegará a las turbinas con mucha fuerza ejerciendo una alta presión sobre las mismas haciéndola girar y a su vez al rotor del generador, lo que significa que podemos extraer energía de ella, posteriormente esta energía es enviada a los transformadores que aumentan la tensión y la conectan a la red de distribución mientras el agua fluye por el cauce del río en su curso normal.

3.1.15 Mantenimiento Mantenimiento es el conjunto de actividades que hay que ejecutar para conservar en óptimas condiciones la maquinaria, equipo e instalaciones de una empresa, para que ésta opere con la mayor eficiencia, seguridad y economía.

También se puede definir el mantenimiento, como el mecanismo idóneo con que cuenta la administración de una empresa para:

· Mantener las instalaciones y el equipo a estándares aceptables de rendimiento operativo y confiabilidad, haciendo un fuerte énfasis en los planes de mantenimiento preventivo.

· Optimizar la efectividad de la inversión en mantenimiento, mediante análisis de costo y planificación de vida útil.

· Maximizar la vida útil de los bienes de la empresa, productividad y eficiencia mediante planes pro-activos de planificación de mantenimiento y programación de recursos y control.

3.1.15.1 Tipos de Mantenimiento Existen varios tipos o formas de mantenimiento, entre los más importantes están los siguientes:

3.1.15.2 Mantenimiento Correctivo Es aquel que se ocupa de la reparación una vez se ha producido el fallo y el paro súbito de la máquina o instalación. Dentro de este tipo de mantenimiento podríamos contemplar dos tipos o enfoques:

· Mantenimiento paliativo o de campo (de arreglo): este se encarga de la reposición del funcionamiento, aunque sin atacar las fuentes que pudieron producir la avería.

· Mantenimiento curativo (de reparación): este se encarga de la reparación propiamente pero eliminando las causas que han producido la avería.

El mantenimiento correctivo no se puede eliminar en su totalidad, por lo tanto una gestión correcta extraerá conclusiones de cada parada e intentará realizar la reparación de manera definitiva, ya sea en el mismo momento o programando un paro, para que esa avería no se repita.

Es importante tener en cuenta en el análisis de la política de mantenimiento a implementar, que en algunas máquinas o instalaciones el mantenimiento correctivo será el sistema más rentable, si se tiene maquinaria que no interfiere directamente en la producción o si se tiene al operador de la maquinaria o equipo capacitado para realizar el mantenimiento, sin eliminar la fuente, ya que esto ahorra costos de mano de obra.

3.1.15.3 Mantenimiento Preventivo Este tipo de mantenimiento surge de la necesidad de bajar el costo del mantenimiento correctivo y todo lo que representa.

Consiste en programar revisiones de los equipos, apoyándose en el conocimiento de la máquina, la experiencia y los datos históricos obtenidos de las mismas.

Se desarrolla un programa de mantenimiento para cada máquina, donde se realizarán las acciones necesarias tales como: engrasar, cambiar cojinetes o fajas, etc.