ELÉCTRICA YANAPAMPA SAC

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EEESSSTTTUUUDDDIIIOOO DDDEEE DDDEEETTTEEERRRMMMIIINNNAAACCCIIIÓÓÓNNN DDDEEE LLLAAA PPPOOOTTTEEENNNCCCIIIAAA EEEFFFEEECCCTTTIIIVVVAAA DDDEEE LLLAAA CCCEEENNNTTTRRRAAALLL HHHIIIDDDRRROOOEEELLLÉÉÉCCCTTTRRRIIICCCAAA

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San Borja, Mayo 2014

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Centro de Conservación de Energía y del Ambiente

ELÉCTRICA YANAPAMPA SAC

CENTRO DE CONSERVACIÓN DE ENERGIA Y DEL AMBIENTE

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ESTUDIO DE DETERMINACIÓN DE LA POTENCIA EFECTIVA DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA YANAPAMPA

ELECTRICA YANAPAMPA S.A.C. Página 2

CONTENIDO

RESUMEN EJECUTIVO ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 1. INTRODUCCIÓN ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 2. OBJETIVO DEL ESTUDIO --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 3. ALCANCES ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 4. DESCRIPCIÓN CENTRAL HIDROELÉCTRICA YANAPAMPA ---------------------------------------------------------- 6 4.1 Ubicación -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 4.2 Características de la central -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 4.3 Características de los grupos de generación ----------------------------------------------------------------------------------- 7 4.3.1 Datos técnicos de las turbinas -------------------------------------------------------------------------------------------- 7 4.3.2 Datos técnicos de los generadores -------------------------------------------------------------------------------------- 7 5. METODOLOGÍA DE ENSAYO ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 8 5.1 Magnitudes medidas ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 8 5.1.1 Parámetros eléctricos ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 8 5.1.2 Parámetros hidráulicos ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 8 5.1.3 Parámetros térmicos ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 8 5.2 Instrumental de la central y equipos de medición ----------------------------------------------------------------------------- 9 5.2.1 Sistemas de medición de parámetros eléctricos ----------------------------------------------------------------------- 9 5.2.2 Sistemas de medición de parámetros hidráulicos --------------------------------------------------------------------- 9 5.2.3 Sistemas de medición de parámetros térmicos ------------------------------------------------------------------------ 9 5.3 Recursos humanos y organización del equipo de trabajo ----------------------------------------------------------------- 10 5.4 Duración de la prueba de potencia efectiva----------------------------------------------------------------------------------- 10 6. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO ---------------------------------------------------------------------------------------------- 11 6.1 Actividades previas al ensayo ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 11 6.2 Ejecución de los ensayos ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11 7. ANALISIS, CÁLCULO Y EVALUACION DE LOS RESULTADOS ---------------------------------------------------- 12 7.1 Información de los ensayos ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12 7.2 Información utilizada para los cálculos ----------------------------------------------------------------------------------------- 12 7.3 Análisis y cálculo de la altura bruta --------------------------------------------------------------------------------------------- 13 7.3.1 Variabilidad de la altura bruta de la central ----------------------------------------------------------------------------------- 14 7.4 Análisis y cálculo de la potencia efectiva de la central hidroeléctrica -------------------------------------------------- 15 7.4.1 Potencia efectiva de la central (PE) ------------------------------------------------------------------------------------ 15 7.4.2 Evaluación de la variabilidad de la potencia efectiva de la central ------------------------------------------------- 17 7.5 Potencia de servicios auxiliares (PSA) ----------------------------------------------------------------------------------------- 17 7.6 Cálculo del caudal turbinado de la central hidroeléctrica ------------------------------------------------------------------ 17 7.6.1 Análisis del Rendimiento ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 17 7.6.2 Cálculo de la altura Neta ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 17 7.6.3 Cálculo del Caudal con la Curva de Rendimiento de la Turbina -------------------------------------------------------- 20 7.7 Parámetros térmicos durante el ensayo --------------------------------------------------------------------------------------- 21 7.8 Resumen de las condiciones de Potencia Efectiva --------------------------------------------------------------------- 22 8. CONCLUSIONES ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 23

ANEXOS: ANEXO Nº 1 : ACTA DE ENSAYO ANEXO Nº 2 : PLANOS E INFORMACION TECNICA


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RESUMEN EJECUTIVO

Por encargo de ELECTRICA YANAPAMPA S.A.C. - EYSAC y en cumplimiento del Procedimiento PR-18 del COES, CENERGIA ha elaborado el informe del “Estudio de determinación de la potencia efectiva de la CENTRAL HIDROELÉCTRICA YANAPAMPA; el mismo que ha sido elaborado en base a los resultados de la prueba de potencia efectiva efectuada el día 06 de mayo del año 2014. Los grupos de generación evaluados son los que se indican en la Tabla 1.

Tabla 1 Grupos de Generación Evaluados

Central Hidroeléctrica Grupos Tipo de Turbina

YANAPAMPA Grupo 1 Francis eje horizontal Grupo 2 Francis eje horizontal Grupo 3 Francis eje horizontal

La Central Hidroeléctrica Yanapampa, está ubicada en el departamento de Ancash, Provincia de Ocros, en el Distrito de Cochas. El presente estudio ha sido desarrollado en dos etapas, la primera corresponde al trabajo de campo y la segunda al procesamiento y análisis en gabinete de la información recopilada durante los ensayos realizados. En la primera etapa se han efectuado los ensayos o pruebas in situ de cada una de los grupos de generación, con presencia de representantes del COES y EYSAC, para el desarrollo de los ensayos, CENERGIA dispuso el personal, equipos e instrumentos necesarios. En la segunda etapa se ha efectuado el análisis y evaluación de los datos de ensayo los cuales se revisaron y validaron en función a criterios técnicos previamente establecidos; luego, sobre la base de los resultados de los ensayos y considerando el Procedimiento Nº 18 del COES SINAC (Determinación de la Potencia Efectiva de las Centrales Hidroeléctricas del SINAC), se procedió a la determinación de la potencia efectiva de la central hidroeléctrica Yanapampa. En la Tabla 2, se muestra la potencia efectiva obtenido del Anexo 1 (Acta de Ensayo) y el caudal turbinado por la central, calculado por el método indirecto de acuerdo al PR18.


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Tabla 2

Resultados de Potencia Efectiva Central Hidroeléctrica Yanapampa

Central Hidroeléctrica

Descripción Potencia Efectiva

(MW)

Caudal(m3/s)

Yanapampa

Potencia Efectiva Grupo 1 1.31 6.66



Potencia Efectiva 3.92 19.87

En la Tabla 3, se muestra el rango de valores de variabilidad de la potencia efectiva; siendo menores a los límites establecidos en el procedimiento Nº 18 del COES.

Tabla 3 Resultados de Variabilidad de Potencia Efectiva

Descripción Rango de Variabilidad

(%)

Central hidroeléctrica Yanapampa -0.74 a + 1.07

En la Tabla 4, se muestra el rango de valores de variabilidad de altura bruta durante el ensayo, dichos valores son menores a los límites establecidos en el procedimiento Nº 18 del COES.

Tabla 4 Resultados de Variabilidad de Altura Bruta


(%)

Central hidroeléctrica Yanapampa -0.11 a +0.28

Todos los parámetros medidos durante el ensayo para determinar la potencia efectiva, se mantuvieron en condiciones estables. Las temperaturas registradas del estator y de los cojinetes fueron aceptables.


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ESTUDIO DE DETERMINACIÓN DE LA POTENCIA EFECTIVA DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

YANAPAMPA

1. INTRODUCCIÓN El COES en base al Procedimiento Nº 18: Determinación de la potencia efectiva de las Centrales Hidroeléctricas del SINAC, determina la potencia efectiva de las centrales de generación hidráulica del SINAC. El ensayo de potencia efectiva está destinado a comprobar la capacidad electromecánica (potencia) de la central declarada por la empresa, mediante una medición. Este valor es necesario para determinar su potencia firme correspondiente. Con este propósito, EYSAC, encargo a CENERGIA la realización del servicio de “Medición y Cálculo de la Potencia Efectiva de la central hidroeléctrica Yanapampa”. CENERGIA, conformó un equipo de profesionales para la ejecución del ensayo de medición de la potencia efectiva de la central hidroeléctrica Yanapampa. El ensayo fue ejecutado el día 06 de mayo de 2014. El Jefe de ensayo fue el ingeniero Edwin Huamán Huanca, con su equipo técnico de especialistas en mediciones electromecánicas. El ingeniero Carlos Herrera Leveratto, fue el veedor del COES y el ingeniero Jorge Portal, representante de EYSAC. El presente informe tiene por objetivo presentar los resultados del análisis de las mediciones, abarcando todo lo relacionado con el ensayo de medición de la potencia efectiva de la central hidroeléctrica Yanapampa. El ensayo se realizó con los tres grupos de generación de la central, operando a condiciones de potencia efectiva.

2. OBJETIVO DEL ESTUDIO El objetivo del estudio es determinar la potencia efectiva de la central hidroeléctrica Yanapampa, de propiedad de EYSAC, de acuerdo al Procedimiento Nº 18 del COES y tomando como referencia la norma IEC 41. Para el presente estudio, se define como potencia efectiva de la central hidroeléctrica a la máxima potencia continua entregada por la central hidroeléctrica, correspondiente a bornes de generación, cuando opera a condiciones de potencia efectiva y a máxima carga.


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3. ALCANCES El estudio comprende la ejecución de las actividades siguientes:

a) Elaboración del plan de trabajo para el ensayo de las unidades de generación, conexión de instrumentos de medición y la distribución de funciones del personal.

b) Ejecución de las mediciones requeridas proporcionando el personal técnico, los instrumentos y los equipos de medición necesarios, basándose en el Procedimiento Nº 18 del COES y normas técnicas internacionales.

c) Cálculo y determinación de la potencia efectiva de la central hidroeléctrica Yanapampa, de acuerdo al Procedimiento Nº 18 del COES y los que se establezcan según el caso.

d) Preparación y entrega del informe final, que contendrá: La información suministrada por EYSAC; descripción de los equipos de medición, información del ensayo con las actas firmadas por los asistentes válidos a las pruebas; los resultados del procedimiento de cálculo para la obtención de la potencia efectiva de la central y las conclusiones.

4. DESCRIPCIÓN CENTRAL HIDROELÉCTRICA YANAPAMPA

4.1 Ubicación

La Central Hidroeléctrica Yanapampa, está ubicada en el departamento de Ancash, Provincia de Ocros, en el Distrito de Cochas.

4.2 Características de la central La casa de máquinas y la subestación se ubican en la margen izquierda del río Pativilca. La central, cuenta con tres turbinas tipo Francis de eje horizontal, acoplados a generadores síncronos; esta central actualmente opera con un caudal de 20,0 m3/s y una caída nominal de 26.3 metros; el agua llega a la cámara de carga a través de una tubería forzada de aproximadamente 113.1 m (con diámetro que va de 2.29 a 1.53 m). La central hidroeléctrica tiene una capacidad instalada de 4155 kW, mediante tres (3) grupos de 1385 kW cada uno y un caudal de diseño de 6.67 m3/s, por cada grupo.


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4.3 Características de los grupos de generación

Las características técnicas de las unidades de generación ensayadas se indican a continuación.

4.3.1 Datos técnicos de las turbinas

Las características principales de las turbinas se muestran en la Tabla 5.

Tabla 5

Características de las Turbinas

Descripción Turbina 1 Turbina 2 Turbina 3

Fabricante ELÉCTRICA

YANAPAMPA ELÉCTRICA

YANAPAMPA ELÉCTRICA

YANAPAMPA

Tipo FRANCIS FRANCIS FRANCIS

Eje HORIZONTAL HORIZONTAL HORIZONTAL

Altura Bruta (m) 28 28 28

Caudal Diseño (m³/seg) 6.67 6.67 6.67

Potencia (kW) 1385 1385 1385

Velocidad (rpm) 720 720 720

4.3.2 Datos técnicos de los generadores

Las características principales de los generadores se muestran en la Tabla 6.

Tabla 6 Características de los Generadores

Descripción Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3

Fabricante ELÉCTRICA

YANAPAMPAELÉCTRICA

YANAPAMPAELÉCTRICA

YANAPAMPA

Modelo MARS-10P MARS-10P MARS-10P

Tipo de generador Síncrono Trifásico Síncrono Trifásico Síncrono Trifásico

Potencia Aparente (kVA) 1856 1856 1856

Tensión (kV) 2300 2300 2300

Frecuencia (Hz) 60 60 60

Cos φ 0.8 0.8 0.8

Velocidad (rpm) 720 720 720

Clase de aislamiento F F F

Características técnicas adicionales se muestran en el Anexo 1 (Acta de Ensayo).


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5. METODOLOGÍA DE ENSAYO La metodología del ensayo se ha realizado siguiendo el procedimiento Nº 18 del COES y las recomendaciones de la publicación 41 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC 41).

5.1 Magnitudes medidas

Los parámetros principales medidos fueron los siguientes: eléctricos, hidráulicos y térmicos. A continuación se detallan cada uno de estos parámetros y sus variables correspondientes.

5.1.1 Parámetros eléctricos

Los parámetros eléctricos medidos fueron los siguientes:

Potencia activa en bornes de generación (kW)

Factor de Potencia (FP)

Para la determinación de estos parámetros se realizaron registros continuos en bornes de generación de las variables eléctricas: potencia activa (kW) y factor de potencia (FP), en cada uno de los grupos de generación ensayados, con el objeto de determinar la potencia activa generada. El período de integración de los equipos de medición, para cada toma de lectura fue de 15 minutos.

5.1.2 Parámetros hidráulicos

Los parámetros hidráulicos medidos y controlados durante el desarrollo del ensayo fueron los siguientes:

Presión del agua de ingreso a las turbinas.

Nivel del agua en la cámara de carga.

Nivel del agua en la descarga.

5.1.3 Parámetros térmicos

Los parámetros térmicos registrados durante el ensayo fueron las temperaturas de los cojinetes y las temperaturas de devanados del estator.


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5.2 Instrumental de la central y equipos de medición

En la visita realizada, previa al ensayo, permitió verificar in situ el estado operativo de los grupos de generación y se obtuvo información preliminar de la central, la misma que sirvió de apoyo para la elaboración del plan de ensayos. La información analizada fue la siguiente:

Planos de disposición de los equipos electromecánicos.

Esquemas unifilares de los grupos.

Esquemas de cortes de la casa de máquinas.

5.2.1 Sistemas de medición de parámetros eléctricos

En la inspección realizada se verificó que la central cuenta con medidores electrónicos multifunción trifásico, instalado en bornes de generación de cada grupo, los cuales registran potencia activa y reactiva; los mismos que miden la potencia generada en bornes de generación en el nivel de tensión de 2300 V. Para el registro de la potencia se utilizó tres (3) analizadores de redes Marca A-EBERLE modelo PQ-BOX100, instalado en paralelo a los medidores de energía de cada uno de los grupos. Los datos se registraron con intervalos de 15 minutos durante todo el ensayo. El consumo de los servicios auxiliares de la central, fue registrado mediante un analizador de redes Marca MEMOBOX 300 instalado en la sala de tableros de la central.

5.2.2 Sistemas de medición de parámetros hidráulicos

Para la medición de la presión del agua al ingreso de las turbinas, se utilizaron tres (3) transductores de presión marca WIKA. Para la medición del nivel aguas arriba, en la cámara de carga se utilizó una wincha milimétrica y para la medición del nivel aguas abajo, en la descarga, se utilizó un sensor de nivel marca WIKA.

Las cotas de referencia se tomaron de los esquemas de planta de la central hidroeléctrica Yanapampa.

5.2.3 Sistemas de medición de parámetros térmicos

Para la medición de las temperaturas de los cojinetes de turbina y devanados del generador, se utilizaron los RTD (Sensor de temperatura por medio de resistencia) de cada grupo y se registraron a través de los paneles de control de la propia central.


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5.3 Recursos humanos y organización del equipo de trabajo

Durante la ejecución de los ensayos estuvieron presentes:

Un representante del COES, quien participó como veedor de las pruebas y tuvo como responsabilidad supervisar la correcta ejecución de las pruebas, y coordinaciones con la Dirección de Operaciones del COES para facilitar la ejecución de las mediciones. El profesional que participó en los ensayos fue el ingeniero Carlos Herrera Leveratto.

Un representante de la empresa generadora EYSAC, quien tuvo la responsabilidad de dar fe de la correcta realización de los ensayos y otorgar las facilidades necesarias para la culminación del trabajo. El profesional encargado, fue el ingeniero Jorge Portal.

El Jefe de ensayo de CENERGIA y su equipo técnico. El jefe de ensayo fue el responsable técnico de las pruebas y la persona que decidió los aspectos técnicos relacionados con las mediciones, tomando en cuenta las recomendaciones de los presentes; habiendo sido de su entera responsabilidad resolver cualquier aspecto técnico.

El personal de CENERGIA que efectuó los ensayos, estuvo organizado, tal como se muestra en la Tabla 7.

Tabla 7

Organización del Equipo de Trabajo Jefe del ensayo: Ing. Edwin Huamán Huanca

Asistente del Jefe de Ensayo: Ing. Antonio Palomino Vela

Responsables de mediciones

Variables Eléctricas Variables Hidráulicas

Responsable Ing. Edwin Huamán Responsable Ing. Antonio Palomino

Generador Ing. Edwin Huamán Nivel de cámara de carga Ing. Antonio Palomino

Auxiliares Ing. José Aguilar Temperaturas de cojinete y estator Ing. Héctor Laos

5.4 Duración de la prueba de potencia efectiva

Los ensayos para la determinación de potencia efectiva duraron cinco (5) horas, sin haberse producido durante este período ninguna anormalidad.

Fecha de ensayo : 06.05.2014 Inicio del ensayo : 12:30 horas Fin del ensayo : 17:30 horas


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6. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

6.1 Actividades previas al ensayo

Las actividades previas al ensayo se detallan a continuación:

1. Se realizó un recorrido de la central, donde se verifico el estado operativo de los principales equipos y se ubicó físicamente los puntos de medición.

2. Se verificó la operatividad de los instrumentos fijos de la central. 3. Se verificó los puntos de medición de los tres medidores de energía de la

central.

4. Se verificó el sensor de nivel y los transductores de presión. 6.2 Ejecución de los ensayos

El día 06 de mayo de 2014, personal de CENERGIA inspeccionó la central y verificó la operatividad de los instrumentos fijos de la central, tales como los medidores de energía y las cotas de la cámara de carga y descarga. Luego se procedió a instalar los equipos portátiles de propiedad de CENERGIA. El mismo día, se efectúo una reunión de coordinación entre los representantes de EYSAC, COES y CENERGIA, para definir todos los detalles referidos a los ensayos de la central hidroeléctrica Yanapampa, tales como: hora de inicio, duración del ensayo, puntos de medición y ubicación del personal a cargo de tomar los datos durante las pruebas de Potencia Efectiva.

El día 06 de mayo de 2014, a las 12:30 horas, se dio inicio a los ensayos de

Potencia Efectiva de la central hidroeléctrica Yanapampa y finalizó a las 17:30 horas del mismo día.

Las lecturas de los datos fueron tomadas cada quince (15) minutos, durante cinco (5) horas de funcionamiento continuo a máxima generación sin sobrecargas.


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7. ANALISIS, CÁLCULO Y EVALUACION DE LOS RESULTADOS

7.1 Información de los ensayos

La información de los ensayos es la siguiente: Los registros y datos del Acta de Ensayo. Información técnica proporcionada por EYSAC. Datos tomados en campo. Procedimiento Nº 18 del COES Norma IEC 41 (Referencia).

7.2 Información utilizada para los cálculos

La información utilizada para los cálculos, ha sido obtenida de planos proporcionados por EYSAC y de datos tomados de campo. En la Tabla 8, se muestra los datos obtenidos a utilizar en el cálculo.

Tabla 8 Cotas de Referencia e Información Complementaria

Descripción Símbolo Valor

Cota referencia piso de cámara de carga 752.05 msnm

Cota del Eje de ingreso de la tubería forzada 724.90 msnm

Pe Promedio al ingreso turbina Nº 01 Pe1 22.42 m



Cota de transductores al ingreso de turbinas Ze 725.52 msnm

Diámetro de entrada a turbinas los tres grupos De 1 260.00 mm

Área de ingreso tubería zona de sensor de Pe At 1.247 m2

Cota Piso de canal descarga casa de maquinas 721.65 msnm

Ancho del canal de descarga de turbinas 2x2.05 m = 4.1 m

Cota referencia del medidor de nivel descarga 725.20 msnm

Cota del medidor de nivel descarga 721.34 msnm

Cota nivel espejo descarga 722.86 msnm

Cota central área de descarga de turbinas Zs 722.26 msnm

Área de descarga de turbinas Ad 4.961 m2

Latitud de la central 10.45º

Altitud cota del piso de casa de maquinas 723.00 msnm

Temperatura del agua turbinada ªC 24.50 grados

Gravedad g 9.7798 m/s2


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7.3 Análisis y cálculo de la altura bruta

La altura bruta de la central se calcula en función de los niveles del espejo de agua en unidad de cotas promedio existentes en la cámara de carga y a la descarga de las turbinas de la central. La cota de aguas arriba se registró mediante una wincha milimétrica, la cota de referencia del piso de la cámara de carga de la central es de 749.10 msnm, a este valor se le suma el valor medido con la wincha milimetrica. Para la descarga se utilizó un sensor de nivel de CENERGIA, la cota de referencia fue la del piso de la parte posterior de la casa de máquinas siendo igual a 725.20 msnm; la cota del instrumento fue la 721.34 msnm, a la cual se le suma las lecturas del instrumento y se tiene la cota de nivel del nivel de agua en la descarga. La altura bruta de la central hidroeléctrica Yanapampa, que utiliza turbinas tipo Francis, se calcula en función de la cota promedio del nivel de aguas arriba de la central y al nivel de descarga de los grupos ensayados, según la ecuación siguiente:

H bruta = Z aguas arriba (CCC) – Z nivel de descarga (CD)

Donde: H bruta : Altura Bruta Z CCC : Cota del nivel de agua en la cámara de carga (msnm) Z CD : Cota de descarga (msnm) De acuerdo a la Tabla 9, se tiene que la cota del nivel promedio de la cámara de carga (ZCCC), es igual a 751.43 msnm y la cota promedio de la descarga es igual a 722.86 msnm. Entonces, para la Central Hidroeléctrica Yanapampa, se obtiene los resultados siguientes: Z CCC = 751.43 msnm (Promedio cota del nivel de agua en cámara de carga - Tabla 9)

Z CD = 722.86 msnm (Promedio cota del nivel de agua descarga – Tabla 9) Reemplazando, estos datos en la ecuación (H bruta), se tiene una altura bruta promedio igual a 28.57 m, tal como se muestra en la Tabla 9.


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7.3.1 Variabilidad de la altura bruta de la central

En la Tabla 9, se muestra, la variabilidad de la altura bruta, nivel en la cámara de carga y descarga. Los valores de variabilidad obtenidos, demuestran que el nivel aguas arriba estuvo en estado estable ó cuasi estático.

Tabla 9

Calculo de la Altura Bruta y Variabilidad de la Central Hidroeléctrica Yanapampa


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7.4 Análisis y cálculo de la potencia efectiva de la central hidroeléctrica

Para el análisis y cálculo de la potencia efectiva se siguió el procedimiento PR-18 del COES.

Para el registro de la potencia se utilizó tres analizadores de redes, instalado en bornes de generación de cada una de las unidades ensayadas. Los datos se registraron con intervalos de 15 minutos durante todo el ensayo.

7.4.1 Potencia efectiva de la central (PE)

Se calcula como el promedio de las sumatorias de potencia activa instantánea registrada por los medidores de energía (cada 15 min.) para cada unidad de generación durante el tiempo de duración de la prueba, es decir:

kW (Unidad j)i = Valor i-esimo de potencia activa en la unidad j ............. (1)

PE está dada por la expresión siguiente:

n

j

k

i

ijUnidadkWk

))((1

.................................... (2)

Donde: I = Valor i-esimo j = El grupo ensayado n = Número de unidades k = Número de mediciones

PE = 20 3

))((20

1

i j

ijUnidadkW

PE = ( n

j

GGGkWijUnidadkW )321()( i )

Por ejemplo de la Tabla 10, tomamos los valores de Potencia del valor i-esimo a las 12:45 horas, así tenemos:

3

)321()(j

GGGkWijUnidadkW 12:45 horas = 3.96 MW


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Esto representa el valor i-esimo a las 12:45 horas de la sumatoria de la potencia activa instantánea de los tres grupos de la central hidroeléctrica Yanapampa.

Tabla 10

Potencia Activa Total Central Hidroeléctrica Yanapampa

De la Tabla 10, obtenemos la potencia efectiva de la central hidroeléctrica Yanapampa, resultando igual a:

PE = 20 3

))((20

1

i j

ijUnidadkW = 3.92 MW


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7.4.2 Evaluación de la variabilidad de la potencia efectiva de la central

La variación de la potencia, osciló entre un mínimo de 3.89 MW y un máximo de 3.96 MW, la incertidumbre de la potencia efectiva con respecto al promedio de lecturas durante la prueba fue de -0.74% a + 1.07%. En la Tabla 10, se muestra la variabilidad de la potencia efectiva de la central y los valores máximos y mínimos.

De acuerdo al procedimiento PR-18 del COES y a la norma IEC 41 las fluctuaciones de la potencia efectiva no debe de exceder de ± 1.5 % del valor promedio de las mediciones; por lo tanto, de la Tabla 10, se demuestra que la variabilidad no ha superado dicho porcentaje.

7.5 Potencia de servicios auxiliares (PSA)

Es calculada como el promedio de las potencias activas registradas durante el tiempo de duración de la prueba. De los datos obtenidos del acta de ensayo, se tiene que la potencia consumida por los servicios auxiliares de la central hidroeléctrica Yanapampa, es igual a: PSA = 11.89 kW

7.6 Cálculo del caudal turbinado de la central hidroeléctrica

Para calcular el caudal turbinado de la central hidroeléctrica Yanapampa, se ha determinado mediante el método indirecto, según el PR18.

7.6.1 Análisis del Rendimiento

El rendimiento será obtenido de las curvas de eficiencia proporcionadas por el propietario, con esta información se obtendrá de manera indirecta el caudal turbinado durante el ensayo. En nuestro caso los principales parámetros que intervienen para el cálculo del rendimiento, son: La altura neta, la potencia activa generada, la gravedad específica a la altitud y latitud de la central, la curva de rendimiento de la turbina y la curva de rendimiento del generador.

7.6.2 Cálculo de la altura Neta

La altura neta es la diferencia entre las energías de las masas de entrada y de salida de la turbina. La energía de la masa se deduce de las presiones estáticas y de las energías cinéticas en la entrada y salida. Las energías son calculadas a partir de las áreas y del caudal a calcular.


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Las áreas se tomaron de la información de campo y de los planos proporcionados por EYSAC. La sección 2.3.7 del código CEI 60041 indican las fórmulas que deben usarse. Transformando la fórmula de la energía hidráulica de la Norma CEI 60041, en función del caudal y de las áreas tenemos lo siguiente:

Altura neta para una Turbina Francis se calculara según las formulas siguientes:

Hn = ( Ze – Zs ) + (Pe – Ps) + ( Ce2- Cs2 ) -----------------(Ø1) 2g

Hn = ( Ze – Zs ) + (Pe – Ps) + ( Q2/2g ) * ( 1/At2 - 1/Ad2 ) -------------(Ø2)

De los datos de ensayo de las presiones al ingreso de las turbinas (ver Acta de Ensayo) y los datos recopilados en campo, se obtiene la Tabla 11.

Tabla 11 Presiones al Ingreso de los grupos de la CH Yanapampa


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Para el cálculo tomamos los valores promedio de los Ensayos, de la Tabla 11, tomamos los datos siguientes: Para el grupo 1: Pe1: 22.42 m Para el grupo 2: Pe2: 22.54 m Para el grupo 3: Pe3: 22.48 m También se usara la información de la Tabla 8, cotas de referencia. De donde obtenemos lo siguiente: La Latitud de la central igual a 10.45º, dato tomado del Instituto Geográfico del Perú, de planos del propietario la Altitud de la central es de 723 msnm.

g = Gravedad de la central, la cual se calcula según la Norma IEC 60041, con la formula siguiente:

g = 9.7803(1+ 0.0053x Sen2(Latitud))- 3x10-6 (Altitud) ---- (Ref. Norma IEC-41)

De donde la gravedad de la central es igual a g = 9.7798 m/s2

De las Tablas 8, 10 y 11, obtenemos los datos de la Tabla 12, el factor de potencia (F.P.) es el promedio de los valores obtenidos del Acta de Ensayo.

Tabla 12

Datos de los Grupos 1, 2 y 3 de la CH Yanapampa

Potencia grupo 1 = 1310.80 kW FP grupo 1= 1.0 Ze1 = 725.52 msnm Zs1 = 722.86 msnm Pe1 = 22.42 m Ps1 = 0.6 m (**) Potencia grupo 2 = 1304.97 kW FP grupo 2= 1.0 Ze2 = 725.52 msnm Zs2 = 722.86 msnm Pe2 = 22.54 m Ps2 = 0.6 m (**) Potencia grupo 3 = 1300.44 kW FP grupo 3= 1.0 Ze3 = 725.52 msnm Zs3 = 722.86 msnm Pe3 = 22.48 m Ps3 = 0.6 m (**) g = 9.7798 m/s2 ρ = 0.997 kg/m3 (*) De = 1.26 m Área descarga = 1.21m x 4.1m At (Área de ingreso) = 1.247 m2 Ad = 4.961 m2

(*) Tabla EII Norma EN60041 pagina180, con la temperatura del agua de 24.5º. (**) Desde el nível de espejo de agua al centro del área de descarga.


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Reemplazando los datos de la Tabla 12, en la formula ------------- (Ø2)

Obtenemos la ecuación general de Altura neta para los tres grupos en función del caudal igual a:

Hn(iesima) = 2.66 + Pe(iesima) + 0.030806093*(Q(iesimo))2

Para cada turbina tendríamos las ecuaciones siguientes:

Hn1 = 25.08 + 0.030806093*(Q1)2 ………………..Ø3a

Hn2 = 25.20 + 0.030806093*(Q2)2 ………………..Ø3b

Hn3 = 25.14 + 0.030806093*(Q3)2 ………………..Ø3c 7.6.3 Cálculo del Caudal con la Curva de Rendimiento de la Turbina

El Rendimiento se obtiene de la formula siguiente:

Pot = ρxgxHnxQxηtxηg ………… (Ø3) Pot.= Potencia activa (kW) ηt = Eficiencia de turbina ηg = Eficiencia de generador

De donde:

ηt = Pot / (ρxgxHnxQxηg) …….(Ø4)

De la gráfica de eficiencia del generador VS Potencia de grupo (kW), proporcionada por EYSAC (Ver Anexo Nº 2) obtenemos el valor de la eficiencia del generador, con la potencia medida y factor de potencia (FP) en cada grupo:

Potencia grupo 1 = 1310.80 kW FP = 1 Potencia grupo 2 = 1304.97 kW FP = 1 Potencia grupo 3 = 1300.44 kW FP = 1

Eficiencia del generador es igual a: ηg = 96.6%.


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De la gráfica de eficiencia de la turbina VS Potencia de grupo (kW) (Ver Anexo Nº 2) obtenemos el valor de la eficiencia de la turbina con la potencia medida en cada grupo, de donde se tiene la eficiencia de turbina igual a: ηt = 79%. Reemplazando datos en la formula (Ø4), obtenemos lo siguiente:

Hn(iesima) = Pot(iesima) ( KW) / (0.997x9.7798x0.79xQ(iesimo)x0.966) …….Ø4a

De donde para cada caso tenemos:

Hn1 = 176.160/Q1 Hn2 = 175.376/Q2 Hn3 = 174.767/Q3

Reemplazando en Ø3a, Ø3b y Ø3c y despejando obtenemos las siguientes ecuaciones:

0.030806093*(Q1)3+ 25.08*Q1 - 176.160 = 0 0.030806093*(Q2)3+ 25.20*Q2 - 175.376 = 0 0.030806093*(Q3)3+ 25.14*Q3 - 174.767 = 0

Resolviendo las ecuaciones, obtenemos el caudal turbinado y la altura neta para cada unidad:

Q grupo1 = 6.66 m3/s Hn grupo 1 = 26.45 m Q grupo2 = 6.61 m3/s Hn grupo 2 = 26.53 m Q grupo3 = 6.60 m3/s Hn grupo 3 = 26.47 m

Por lo tanto, el caudal total turbina por la central hidroeléctrica Yanapampa es igual: Q1 + Q2 + Q3 = Q total turbinado

Q Total turbinado= 19.87 m3/s

7.7 Parámetros térmicos durante el ensayo

Las temperaturas registradas durante el ensayo se muestran en el Anexo 1 (Acta de ensayo), de dicha información se obtiene los resultados mostrados en la Tabla 13, donde se tiene los valores promedios de las temperaturas en (ºC) de devanados del generador y cojinetes de los grupos 1, 2 y 3, respectivamente.


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Tabla 13 Temperatura ( ºC ) de los Generadores y Cojinetes

de la CH Yanapampa

Los bobinados de los estatores de los grupos 1, 2 y 3 de la central hidroeléctrica Yanapampa, tienen aislamiento de clase F, el cual soporta temperaturas hasta 150 ºC, de la Tablas 13, se muestran los valores de temperaturas de bobinados del estator, donde se puede apreciar que se encuentran por debajo de los 150 ºC, lo cual indica valores aceptables de operación. Asimismo, las temperaturas registradas en los cojinetes, son valores a los cuales dicha central ha venido operando normalmente.

7.8 Resumen de las condiciones de Potencia Efectiva

En este numeral se verifica si el funcionamiento de la central en el momento de las pruebas se realizó en condiciones de estabilidad. De los cálculos realizados y de la información registrada durante los ensayos, se toman los parámetros de referencia que se muestran en la Tabla 14 y 15.

Tabla 14

Resultados de Variabilidad de Potencia Efectiva


(%)

Central Hidroeléctrica Yanapampa -0.74 a + 1.07


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Tabla 15

Resultados de Variabilidad de Altura Bruta


(%)

Central Hidroeléctrica Yanapampa -0.11 a +0.28

De acuerdo al Procedimiento PR-18 del COES y a la norma IEC 41 las fluctuaciones de la potencia efectiva no debe de exceder el ± 1.5 % y las fluctuaciones de la altura bruta no deben exceder el ± 1% del valor promedio de las mediciones. De los resultados obtenidos de la variabilidad, mostrados en las Tablas 14 y 15, se tiene que los valores de variabilidad son inferiores a los límites establecidos en el PR-18 del COES.

Por otro lado, las temperaturas registradas en los devanados del generador y cojinetes, se encuentran dentro de los rangos normales de operación.

8. CONCLUSIONES

La potencia efectiva de la central hidroeléctrica Yanapampa, es igual a 3.92 MW.

El caudal turbinado de la central hidroeléctrica Yanapampa, es igual a 19.87

m3/s. La altura bruta promedio de la central hidroeléctrica Yanapampa es igual a

28.57 m. La variabilidad de los valores de la potencia efectiva medidos durante el

ensayo oscilaron en el rango -0.74% a + 1.07%, los cuales no exceden el ±1.5% establecido en el procedimiento PR-18 del COES.

La variabilidad de la altura bruta durante el ensayo de potencia efectiva de la

central hidroeléctrica Yanapampa, fue de -0.11% a +0.28%, los cuales no exceden el ±1% establecido en la Norma IEC 41.

Todos los parámetros hidráulicos, mecánicos y térmicos medidos durante el

ensayo para determinar la potencia efectiva de la central hidroeléctrica Yanapampa, se mantuvieron en condiciones estables.


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ANEXO Nº 1 ACTA DE ENSAYO


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ANEXO Nº 2 PLANOS E INFORMACION TECNICA

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ELÉCTRICA YANAPAMPA SAC