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Projeto Hidrelétrico

TOCOMA

Manuel Piar - Venezuela As unidades geradoras Kaplan de maior potência e eficiência do mundo

Acreditamos no Poder da Natureza


Descrição do Projeto

Nome

Manuel Piar (Tocoma)

País

República Bolivariana de Venezuela

Cliente

CVG EDELCA

Escopo

Water-to-Wire

Capacidade Nominal Instalada 2.350 MW Produção Anual Média

11.900 GWh

Energia equivalente

68.000 BEP dia

O aproveitamento hidrelétrico Manuel Piar é o último dos desesenvolvimentos que constituem o complexo do "Bajo Caroní", conjuntamente com as centrais hidrelétricas Simón Bolívar em Guri, Francisco de Miranda em Caruachi e Antonio José de Sucre em Macágua. Está situado 15 km a jusante da central Simón Bolívar, entre a comunidade de Río Claro e a Serranía de Terecay. As obras incluem a construção de um canal de derivação com comportas radiais e as correspondentes barragens de fechamento. A casa de força e a nave de montagem são do tipo integrado com estrutura de tomada. A localização das estruturas civis obedecem à otimização das condições geológicas, topográficas e energéticas. A barragem principal de enrocamento com face de concreto tem 65 metros de altura e 360 metros de comprimento. A Casa de Força contém as turbinas Kaplan de maior potência e eficiência do mundo. O projeto permite economizar o equivalente de 25 milhões de barris de petróleo por ano e evita a emissão de gases de efeito estufa, colaborando dessa maneira com a concientização do aquecimento global e a diminuição da contaminação ambiental.

Turbinas

Dados Técnicos

Tipo

Kaplan

Quantidade x Potência

10 x 235 MW

Queda nominal

34,65 m

Velocidade de rotação

90 rpm

Diâmetro do rodete

8.600 rpm

Chaves principais dos geradores Transformadores de serviços auxiliares Dutos de barras isoladas

Reguladores Tipo

Sistemas elétricos

Eletro-hidráulico com controle PID

Geradores

Equipamento de alta e baixa tensão Sistema de corrente contínua e de tensão alternada segura Cablagem completa

Quantidade x potência

10 x 257 MVA

Tensão de geração

13,8 kV

Sistema exposto de aterramento

Frequência

60 Hz

Sistemas auxiliares mecânicos

Sistemas de excitação Tipo

Estático, com freio elétrico

Transformadores de potência

Sistemas de ar comprimido de alta pressão para o sistema de regulagem de velocidade Sistema de combate a incêndio para geradores, transformadores principais e de serviços auxiliares

Outros equipamentos e serviços

Tipo

Trifásico

Quantidade x Potência

5 x 460 MVA

Tensão lado geração

13,2 kV

Ensaio de modelo de turbinas em laboratórios da IMPSA, na Argentina, e verificação em Lausanne - Suíça

Tensão lado transmissão

400 kV

Treinamento de pessoal do Cliente

Tipo resfriamento

ODAF

Acampamento e infra-estrutura para a montagem e testes em obra

Tipo de comutador

Sem carga

Montagem, testes em obra e start-up

Sobressalentes para todos os equipamentos


Engenharia Hidráulica O ensaio de modelo reduzido da turbina foi realizado no Centro de Investigações Tecnológicas (CIT) da IMPSA em conjunto com representantes da CVG EDELCA. Este fato representou o marco final de um longo processo de desenvolvimento que incluiu: projeto hidráulico da turbina; projeto mecânico do modelo reduzido; ensaios internos e modificações para satisfazer às exigentes características de comportamento e performance requeridas; ensaios preliminares com seus respectivos relatórios, para ser enviado junto com o modelo físico à Ecole Politechnique Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, um dos mais importantes laboratórios de máquinas hidráulicas do mundo.

Ensaios de verificação de garantias no Laboratório da EPFL Para a IMPSA representou um enorme desafio tecnológico alcançar parâmetros de performance e comportamento do mais alto nível competitivo do mercado, dentro dos exíguos prazos do processo licitatório. Das cinco empresas pré-qualificadas pelo Cliente para participarem no processo licitatório, entre as quais figuravam as mais importantes do mundo, somente três enviaram o modelo à EPFL e unicamente duas conseguiram passar o ensaio com sucesso, uma delas foi a IMPSA. A eficiência média ponderada e as margens de cavitação obtidas superaram os requisitos solicitados pela CVG EDELCA. A eficiência medida em Laussane foi igual à obtida no Laboratório em Mendoza durante os ensaios preliminares, fato que mais uma vez comprova a exatidão nas medições do laboratório da IMPSA. O modelo ensaiado e aprovado na EPFL foi enviado de volta da Suíça para a Argentina para ser submetido a todos os testes diante de representantes da CVG EDELCA verificando-se o cumprimento de todas as garantias contratuais.


Projeto mecânico As turbinas são do tipo Kaplan de eixo vertical, com tubo de sucção parcialmente revestido de aço e caixa semi-espiral de concreto. O desenho da máquina permite desmontar todos os componentes montados sobre a tampa superior (mancal guia, mecanismo do distribuidor e vedação do eixo) sem desmontar o rotor do gerador. O rotor está equipado com pás móveis montadas sobre buchas de bronze no cubo de aço fundido. As pás são fundidos em aço de alta resistência mecânica e à cavitação e depois usinadas em um centro com controle numérico por computador (CNC) de 6 eixos simultâneos e, finalmente, polidos manualmente. As pás do rotor são posicionadas pela ação do mecanismo de regulagem que, por sua vez, é comandado por um servomotor. Conta, além disso, com um sistema de fechamento de emergência. O suporte do mancal combinado é formado por um cone de chapa de aço soldada e flangeada em ambos os extremos. Esta estrutura rígida transmite os esforços do mancal de escora para a tampa da turbina.

Regulador O regulador IMPSA é do tipo eletro-hidráulico digital com controle tipo PID. A eletrônica de controle utilizada consiste em PLCs padrão de primeira linha, que lhe outorga alta confiabilidade e fácil manutenção. A arquitetura do sistema consiste em controladores redundantes. Desta forma, assegura-se alta tolerância às falhas evitando-se que a unidade geradora deixe de operar e provoque rejeição da carga e uma grande perturbação ao sistema elétrico. O software do sistema inclui todas as funções de controle de velocidade, potência e 3D-CAM requeridas por este tipo de unidade. O sistema de pressão de óleo é do tipo ar/óleo, constando de uma unidade de bombeamento com quatro bombas tipo parafuso que pressurizam o sistema e dois tanques pressurizados á 63 bar. Um deles ar/óleo e o outro a ar, ambos somando aproximadamente 30.000 litros de volume acumulado.

Balanço elétrico da Planta Está formado pelos seguintes equipamentos: Cinco transformadores de potência com seus respectivos equipamentos associados, que compreendem jogos de descarregadores de sobretensão, sistemas de proteção de combate a incêndios e equipamento de purificação de óleo. A interconexão elétrica dos equipamentos principais à tensão de geração é feita por dez conjuntos de barramentos blindados trifásicos de fase isolada. Com os mesmos é possível obter o vínculo elétrico entre os geradores e os transformadores elevadores. A proteção e manobra dos geradores de corrente alternada é realizada por dez chaves e dez seccionadores. Um sistema de alimentação dos serviços auxiliares elétricos da casa de força e o canal de derivação, constituído por conjuntos de equipamentos de manobra, conjuntos de barras de fase não segregada, painéis de distribuição, seccionadores com fusíveis e gabinetes, transformadores trifásicos e dois sistemas geradores diesel de emergência.


Geradores Os geradores são máquinas síncronos de polos salientes, trifásicas e de eixo vertical, com 257 MVA de potência unitária, 90 rpm e 13,8kV de tensão nominal. O dimensionamento total dos geradores foi efetuado por meio do sistema ARGEN, totalmente desenvolvido pela IMPSA, o qual permite também a análise do comportamento da máquina, tanto no estado estacionário como transitório e em condições normais e de falha. Esta ferramenta sintetiza todas as capacidades necessárias para conceber um gerador deste tipo: estudos elétricos, magnéticos, mecânicos, processos térmicos, ventilação, análise estrutural e vibracional. O desenho é feito por meio de CAD (Computer Aided Design). Para o dimensionamento e a verificação, não só foram utilizadas ferramentas desenvolvidas na IMPSA, mas também programas avançados de simulação por elementos finitos. O diâmetro interior do estator de Tocoma é de 12,65 m com 2,05 m de comprimento do núcleo. O rotor consta de uma aranha soldada em um anel magnético de chapas cunhadas empilhadas. Deste modo se consegue uma ventilação radial com a pressão gerada pelo rotor, a fim de permitir o resfriamento da máquina.

Sistema de Excitação Esta composto por: Sistema de regulação digital: Possui um regulador de tensão com unidade de processamento em configuração redundante (hot-stand by), e controladores de corrente de campo associados a cada ponte retificadora SCR (tiristores). Permitindo realizar a comutação da unidade de processamento sem a necessidade de comutação a nível de potência e vice-versa. Sistema de controle de potência: Formado por dois pontes retificadoras, um deles em configuração de reserva fria a fim de garantir uma dupla redundância de potência, mas sem pôr em risco o resto dos SCR na presença de uma falha elétrica próxima aos retificadores. Descarga de campo: Diante de uma parada normal operativa, o sistema realiza a desexcitação eletrônica sem abertura da chave de campo a fim de aumentar a vida útil do mesmo. No caso de bloqueio elétrico, a chave de campo se abre rapidamente descarregando a energia do rotor em um resistor não linear. Transformador de excitação: É um transformador seco do tipo bobina encapsulada em resina epoxi. Os transformadores de corrente no lado primário e secundário, permitem a utilização de proteção diferencial. O secundário contém um seccionador/fusível para desconectar a etapa retificadora. As perdas do transformador são dissipadas mediante um sistema de refrigeração ar/água totalmente redundante.

Este projeto é mais um exemplo do compromisso da IMPSA em prover soluções integradas para a geração de energia elétrica a partir de recursos renováveis.


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Tocoma  

Porjeto hidreletrico em Venezuela

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