Ingenieríademantenimientoaplicadaapequeñascentrales hidroeléctricas:Unaperspectivapráctica Ingenieríademantenimientoaplicadaa pequeñascentraleshidroeléctricas: Unaperspectivapráctica DiegoLuisOrtizMorales
KevinFernandoPiñeirosBurbano
Créditos Edita
EditorialUniversidadTécnicadelNorte
Av.17deJulio,5-21yGral.JoséMaría Córdova
CampusElOlivo
IBARRA–IMBABURA–ECUADOR
URL: www.utn.edu.ec
Editorial: editorial@utn.edu.ec
Autores
DiegoLuisOrtizMorales,M.Sc UniversidadTécnicadelNorte
https://orcid.org/0009-0003-8501-7337 dlortiz@utn.edu.ec
KevinFernandoPiñeirosBurbano,Ing UniversidadTécnicadelNorte
Paresrevisoresexternos
MantillaGuerraAníbalRubén, M.Sc.
armantilla@uce.edu.ec UniversidadCentraldelEcuador AlvaroLeónIbarraOrdóñez, M.Sc.
aibarra@umariana.edu.co UniversidadMariana,Colombia Revisióndeestilo
SilviaArciniegaHidrobo,M.Sc. srarciniega@utn.edu.ec UniversidadTécnicadelNorte
Direccióndearteydiagramación PedroDavidCarguaGualoto pdcarguag@utn.edu.ec UniversidadTécnicadelNorte
DatosTécnicos
ISBN: 978-9942-572-21-9
DOI: 10.53358/libfica/CSYW9943
URL: https://issuu.com/utnuniversity Fechadepublicación:
Prohibidalareproduccióntotalo parcialdeestaobrasinlaprevia autorizaciónescritadelaEditorialUniversidadTécnicadel Norte.
Índicegeneral 1.1.4TanquedeCarga
1.1.5Tuberíadepresión
Capítulo2
2.1.2.1Válvulaprincipalodeguarda
2.1.3TurbinahidráulicatipoFrancishorizontal
2.1.3.1Carcazaocaracol
2.1.3.2Distribuidor
2.1.3.3Rotororodete
2.1.3.4Sellotipolaberinto
2.1.3.5Cojineteguíaoprincipal
Capítulo3
Mantenimientodepequeñascentraleshidroeléctricas
3.1Mantenimientodepequeñascentraleshidroeléctricas
3.1.1Mantenimiento .................62
3.1.2Ajusteytoleranciadimensional ........67
3.1.3Actividadesdemantenimiento .........74
3.1.3.1Comprobacióndelasentamientode lospuntosdeapoyodelamáquina alaplacabase ............74
3.1.3.2Alineaciónyanálisisdevibraciones .79
3.1.3.3Mantenimientodelrodete,álabesdel distribuidoryotroscomponentesdel caracol .................83
3.1.4Mantenimientodecojinetes ..........93
3.1.5Laberinto ....................101
3.1.6Reguladordevelocidad .............104
3.1.7Mantenimientodelgenerador,excitatrizytablerosdecontrol ................110
3.1.8Plantillasparaplanificacióndelmantenimiento 113
3.1.8.1Plantilladecontroldiariadegeneración ..................115
3.1.8.2Cronogramademantenimientomensual ..................116
3.1.8.3Datostécnicosdecentraleshidroeléctricas .................117
3.1.8.4Presupuestodegastosdeoperación ymantenimiento ...........120
Índicedefiguras 1 Figura1: Diagramaesquemáticodeunacentralhidroeléctrica(T.etal., 2025) ..............2
Figura2: Vistageneraldelacaptacióndelacentral hidroeléctricaHidrocarolina ...............4 3 Figura3: Partesprincipalesdelacaptacióndela centralhidroeléctricaHidrocarolina ..........5 4
Figura4: Rejillalateralparaelingresodelflujode aguaalalíneadeconducción .............6 5 Figura5: Mecanismodeizajedeunacompuerta. ..6
Figura6: Canaldesripiador .............7 7 Figura7: Accionamientodelmecanismodeizajeo cierredelacompuertadeldesarenadorparadesalojar materialparticulado ...................8
Figura8: Vistageneraldeundesarenadorhorizontal 9
Figura9: Vistageneraldeundesarenadorhorizontal luegodelprocesodelimpieza ..............10
Figura10: Compuertadelimpiezadeldesarenador .11
Figura11: Vistadelvertederodeingresodeaguaal canaldeconducción ...................12
Figura12: Vistageneraldeltanquedepresiónpara unacentralhidroeléctrica. ...............13
Figura13: Zonafinaldeltanquedepresión. .....14
Figura14: RelaciónTanquedecargayTuberíade presión. .........................15
Figura15: Tanquedecarga .............16
Figura16: MontajedelatuberíadepresióntipoGRP desdeeltanquedecargaacuartodemáquinas,altura neta65m. .......................18
17 Figura17: Bridafinaldelatuberíadepresiónparaconectarconlatuberíaprincipalquevahaciala turbina .........................19
18 Figura18: Sistemasdeanclajedelatuberíadepresiónquevadesdeeltanquedecargaacasademáquinas 20
19 Figura19: Conexiónentrelabridafinaldelatubería depresiónyunaturbinaFrancishorizontalenlacasa demáquinas ......................23
20 Figura20: Equiposelectromecánicosdelapequeña centralhidroeléctricaHidrocarolinade250Kw ....25
21 Figura21: Sistemabypassparacompensacióndepresionespreviaalaaperturadelaválvulaprincipal ..30
22 Figura22: Ingresodeaguaalrotorporlacámara espiral,sistemasdealabesdeldistribuidorycodode descargadelaguaturbinada ..............32
23
24
Figura23: TurbinaFrancisde475KW,900rpm, caudal1,64m3/seg,alturamáximadecaída38m ..34
Figura24: CaracoldeunaturbinaFrancisysusálabesdirectricesinteriores ................36
25 Figura25: Anillosposterioryfrontaldelcaracolque sondereferenciaparaelmontajedeotroselementos delaturbinas ......................37
26 Figura26: DistribuidordeunaturbinaFrancishorizontalconsuselementoscomplementariosparaguía ycontroldelflujodeaguaenelinteriordelaturbina 38
27 Figura27: Álabesdirectricesenposicióncerraday sumecanismodeaccionamiento ............39
28
Figura28: Posicióndeálabesdirectrizalinteriordel caracolysistemadeaccionamientoconelreguladorde velocidaddeunaturbinaFrancis ............40
29 Figura29: Partesdeunrodete ............41
30 Figura30: Procesodetransformacióndelaenergía hidráulicaenmecánicaenunaturbinahidráulica ...42
31
Figura31: Ejedesoportedeunrodeteparaturbina Francishorizontalenelcualsecolocaelrodete ....43
32 Figura32: Principiofuncionamientodeunsellomecánico ..........................45
33 Figura33: Dibujodeunsellotipolaberinto .....47
34 Figura34: Partesqueconformanelsellotipolaberinto 48
35 Figura35: Partesqueconformanelsellotipolaberinto 48
36 Figura36: Conjuntodelcojineteprincipaldeuna turbinaFrancishorizontal ...............50
37 Figura37: Conjuntodelcojineteprincipaldeuna turbinaFrancishorizontal ...............51
38 Figura38: Vistasuperiordelabasedelpedestalen lacualsefijalabasedelcojinete. ...........52
39 Figura39: Verificacióndelanivelacióndelabasedel cojineteunavezqueseinstalaenlabasedelpedestal 53 40 Figura40: Cojinetededeslizamiento .........54
41 Figura41: Partesqueconformanelsellotipolaberinto 55
42 Figura42: Montajedeuncojineteaxialensuposicióndetrabajoysuperficiedecontactoentreelcojineteradialyaxial ....................56
43 Figura43: Implementacióndeunsistemadebombeo yreservorio .......................58
44 Figura44: Cojineteprincipaldelaturbina,cerrado ylistoparafuncionar. .................59
45 Figura45: Tiposdemantenimientoaplicadosenel sectordelaindustria. ..................63
46 Figura46: Análisisdelascausasdeldesgastedemateriales ..........................66
47 Figura47: Posicióndeladiferenciademedidaen unsistemaagujeroúnico(Piñeiros, 2023) ......69
48 Figura48: Posicióndeladiferenciademedidaen unsistemaejeúnico(Piñeiros, 2023) .........70
49 Figura49: DesignacióndelaposicióndelatoleranciasegúnISO286-2010(Ingenieríaydiseñodemaquinariaindustrial, 2025) ...............73
50 Figura50: Interpretacióntécnicaparadefinireltipo deajusteenbasealatoleranciaseleccionadasegún ISO286-2010(Ingenieríaydiseñodemaquinariaindustrial, 2025) ......................73
51
52
Figura51: Calibradordeláminasutilizadoparamedirholgurasycalibracióndeelementosdemáquinas (Grainger, 2025) ....................75
Figura52: Relojcomparadorencentésimasdemilímetroysuspartes(Stefanelli, 2025) .........75
53 Figura53: Comprobacióndelaholguramediantecalibradordeláminasenunodelosapoyos .......76
54 Figura54: Comprobacióndelaholguraenunodelos apoyosmedianterelojcomparador ...........77
55
Figura55: Utilizacióndeunaláminacalibradade 0,05mmenunodelosapoyosdelgenerador .....78
56 Figura56: Comprobacióndelniveldelabase,utilizandounniveldeprecisión ...............78
57 Figura57: Tiposdedesalineamiento(yGeneradores, 2025) ...........................79
58 Figura58: Procesodeverificacióndelaalineación conequipolaserdeunconjuntoturbinageneradoren lazonadeacoplamientodelosdosequipos ......80
59 Figura59: Comprobacióndelaalineaciónynivelacióndelconjuntoturbina-generador ..........81
60 Figura60: Medicióndevibracionesenelcojinetedel generadorladodelvolante ...............82
61 Figura61: Partedeuninformedeanálisisdevibracionesdeungrupogeneradode385KVA,Hidroimbabura(González, 2021) ................83
62
Figura62: DesgasteinternodeunaturbinaFrancis horizontalde250KW .................84
63 Figura63: Holguraentrecoronadelrodeteyanillo frontaldelaturbina,valorde0,20mmrecomendable 85
64
Figura64: DesgasteenunrodeteturbinaFrancis horizontal ........................86
65
66
Figura65: Procesodereconstruccióndeunrodete conmaterialpolímeroderellenoycapafinalconpolímerotipocerámico ..................87
Figura66: Reconstruccióndelosálabesdeunrodete consoldadurayprocesodebalanceodinámico ....88
67 Figura67: Reconstruccióndelanillo,álabesyotros elementosinternosconmaterialpolímeroderelleno yrecubrimientofinalduranteunprocesodemantenimientoanual ......................89
68 Figura68: Procesodemontajedelrodeteenelejede laturbinautilizandolasherramientasespecíficaspara elequipo .........................90
69 Figura69: Cambiodesellosdelosálabesdirectrices yengrase,paraprevenirfugasdeaguas ........92
70 Figura70: Procesodepreparaciónprevioalcambio delosbujesenlastapasfrontalyposterior,eneltaller mecánico .........................93
71 Figura71: Medicióndelaholguraaxialconcalibradordeláminas,debeseruniformeensucontorno ..94
72 Figura72: Medicióndelespesordelcojineteparadefinirlaholguraaxial ..................95
73 Figura73: Medicióndeladistanciaentrelaparte frontaldelcojineteradialydiscodeleje .......95
74 Figura74: Medicióndeholgurasaxialentreelanillo delejeycaraaxialdelcojineteradial,zonamediadel cojinete .........................96
75 Figura75: Procesodemantenimientodeuncojinete axialyradial ......................98
76 Figura76: Sellomecánicotipolaberinto .......102
33 Figura33: Diagramafuncionaldeunreguladorcentrífugodeesferasgirantes(Pacheco, 2019) ......105
34 Figura34: Diagramafuncionaldeunreguladorcentrífugodeesferasgirantes(Pacheco, 2019) ......106
35 Figura35: Reguladordevelocidadmecánico-hidráulico delgrupoG2delacentralhidroeléctricaHidrocarolina 107
36 Figura36: Reguladordevelocidaddetipoelectrohidráulicoycontrolautomático ..............108
Índicedetablas tricaBuenosAires(VelascoMorillo, 2023)
mientosugeridas)(H.&Hirani, 2000)
tralhidroeléctrica
Índicedeecuaciones Introducción EnvariasprovinciasdelEcuadorencontramospequeñascentrales hidroeléctricasque,segúnelReglamentoSustitutivoparalaRegulacióndelServicioPúblicodeElectricidadyotrasdisposicionesemitidasporlaAgenciadeRegulaciónyControldeEnergíayRecursos NaturalesNoRenovables(ARCERNNR),sonaquellasquetienen unapotenciainferiora10MW.Estascentralesfueroneliniciopara suministrarenergíaeléctricaalasciudadesycontribuiraldesarrollo delazona.Estascentralessonpúblicasoprivadas,enesteúltimo caso,paraoptimizarloscostosdeoperaciónymantenimiento,disponendepersonalquesehaformadoenlaprácticaynocuentan conunaformaciónacadémicaespecializada.Suestructuraoperativa nocuentaconunpersonalmínimodemantenimiento.Laideade redactarestelibrosebasaenunaampliaexperienciaprofesionalde variasdécadascomodocenteenlaUniversidadTécnicadelNorte, enlaciudaddeIbarra,Ecuador,yenelcampodelaingenieríamecánicaaplicadaapequeñascentraleshidroeléctricas(PCH),conel objetivodequelosoperadoresadquieranconceptos,comprendanel funcionamientodelosequiposqueoperanyaprendansobrelaimportanciadelmantenimientodeestaspequeñascentralesparapreservar sufuncionamientoóptimoalolargodeltiempo.Estelibroaborda elfuncionamientodelosdiversossistemasmecánicospresentesen
unequipodegeneraciónhidráulica,específicamenteenlaturbina, yproporcionalasherramientasnecesariasparamejorarlaeficiencia enlaproduccióndeenergíayoptimizarelusodelrecursohídrico.
Sinembargo,noseprofundizaeneltemadelgeneradoracopladoa laturbina,niseabordaráelasuntodeltransformadorelevadorde lasubestación,dadoquesontemasdenaturalezaeléctricayespecífica.Lacomprensióndelfuncionamientodelasmáquinaspromueve unamayoratenciónhacialainspecciónperiódica,lalubricaciónde loscomponentesrotativosyelmonitoreodeldesgaste,entreotros aspectosesenciales.Deestaforma,sepretendegenerarunacultura técnicaorientadaalmantenimiento,conénfasisenlaconfiabilidad yelrendimientodelosequiposdegeneraciónenpequeñascentrales hidroeléctricas(PCH).
Capítulo1 Obrasdetomayconducción 1.1 Introducción Figura1:
Diagramaesquemáticodeunacentralhidroeléctrica(T.etal., 2025)
Nota:Figuratomadade(T.etal., 2025)
Seiniciaconunesquemageneraldecómosepuedeaprovechar elaguadeunríoparaunacentralhidroeléctrica.LaFigura 1 nos ilustraque,elaguacaptadaenelríoseconduceporuncanalhaciael desarenador.Luego,elaguavaaltanquedepresiónypormediode unatuberíallegaelaguaalosequiposdelacasademáquinaspara sufuncionamiento.Entreeltanquedecargaylacasademáquinas existeundesnivel,denominadoalturanetadecaída,que,juntoal caudaldeaguaconducido,seutilizanparacalcularlapotenciayla energíaaproducir.Elaguaturbinadaenelprocesosereintegraal caucedelrío.
Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*2
Estainfraestructura,queformapartedeunacentralhidroeléctrica,secomponedeobrascivilesdiseñadasparacaptaryconducir elaguadeacuerdoconparámetrostécnicosdediseño,loscualesse analizanacontinuación.
1.1.1 Captación Lacaptación(Figura 2),cumplelafuncióndereteneruncaudal definidodeaguadeunrío,porloquesudiseñoyconstrucciónesde hormigónarmado.
Estainfraestructura(Figura 3)estáconformadaporunapantalla deconcreto,lacualsedenominaazuddederivación,enunodesus extremosseinstalaunacompuertaconlafinalidaddeevacuarlos sedimentosgruesosquepuedanacumularsedelantedelazud.Esta compuertarecibeelnombredecompuertadelimpiezadelazud.
Figura2: Vistageneraldelacaptacióndelacentralhidroeléctrica Hidrocarolina
Nota:ElaboraciónPropia
Elaguacaptadaingresaauncanaldeconducción,paralocual existenvariostiposdediseño,siendoelmáscomúneldecolocar unarejillalateralaguasarribadelazud,cercanoalacompuertade limpieza.Larejilla(Figura 4),estáconstruidaconmarcosmetálicosangularesypletinasseparadas,susdimensionessecalculanen funcióndelcaudalasercaptadodelrío.Tambiéncumplelafunción
Figura3: Partesprincipalesdelacaptacióndelacentralhidroeléctrica Hidrocarolina
Nota:1)zuddederivación,2)Compuertadelimpiezay3)Rejilla lateraldeingreso;ElaboraciónPropia. Paraelizamientodelacompuertaseimplementanvariostipos demecanismosutilizandoengranes,quetransformanelmovimiento derotaciónenlinealyeldiseñodelmecanismopermitemultiplicar lafuerzaaplicadaalaentrada.
Figura4: Rejillalateralparaelingresodelflujodeaguaalalíneade conducción
Nota:ElaboraciónPropia
Enla(Figura 5)semuestrauntipodemecanismodeizamiento utilizadoparatrabajosdelimpiezaodesvíodelrío,elcualemplea diversostiposdeengranes.
Figura5: Mecanismodeizajedeunacompuerta.
Nota:Secolocaunamanivelaenelejedelengranemotriz(1),para elaccionamiento;ElaboraciónPropia
Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*6
1.1.2 Canaldeconduccióninicialodesripiador
Elaguacaptadadelríoingresaauncanaldenominadodesripiador,(Figura 6),elcualconduceelflujodemaneradirectahaciaun tanquedesarenador.Lasdimensionesdeestecanalestándeterminadasenfuncióndelcaudaldediseño,basadoenelestudiohidrológico delacuencahidrográficadelazona.Enestecanalingresamaterial particuladoconuntamañoinferiora10milímetros,elcualesarrastradoporelflujodelríoynoesretenidoenlarejilladecaptación. Dentrodeldesripiador,sellevaacabounprocesodedecantación, permitiendolasedimentacióndedichomaterial,mientrasqueelagua conmenorcontenidodesólidosesconducidahaciaeltanquedesarenadoratravésdelcanaldeconducción.
Figura6: Canaldesripiador
Nota:Elingresodeaguaaldesarenadoresporlazona1yla limpiezadelmaterialparticuladoesporlacompuertadelazona2, Elaboraciónpropia
Paralaevacuacióndelmaterialsedimentadoeneldesripiador (Figura 7),seempleaunmecanismodecompuertaaccionadomanualmentemedianteunsistemadeengranajescontornillosinfin. Estemecanismoesoperadoatravésdeunamanivelaquepermiteel izamientoydescensodelacompuerta,facilitandoasílaeliminación delossedimentosacumuladosenelsistema.
Figura7: Accionamientodelmecanismodeizajeocierredelacompuertadel desarenadorparadesalojarmaterialparticulado
Nota:ElaboraciónPropia
1.1.3 Tanquedesarenador
Eltanquedesarenadorosedimentador(Figura 8 y 9)estádiseñadopararetenerpartículassólidasarrastradasporelflujodeagua, talescomoarenayotrososedimentosquenofuerondecantadasen
eldesripiador.Estossedimentossonlosprincipalescausantesdela turbidezdelagua,ysuretenciónesesencialparaevitareldesgaste enalgunoselementosdelaturbina.
Figura8: Vistageneraldeundesarenadorhorizontal
Nota:ElaboraciónPropia
Losparámetrosprincipalesdediseñoparacalcularlalongitudy anchodeundesarenadorson:
Tamañodepartículaasedimentar,elcualsedeterminabasándoseenestudiostécnicosdesedimentación.
Definirlavelocidaddesedimentacióndelapartícula.
Definirlavelocidaddelagua.
Figura9: Vistageneraldeundesarenadorhorizontalluegodelprocesode limpieza
Nota:(1)geometríahidráulicabasándoseenlosparámetrosde diseñodeundesarenado,(2)vertederodeexcesos;Elaboración Propia.
Undiseñoeficientedeltanquedesarenadorpermiteretenerla mayorcantidaddesedimentos,evitandoasíinconvenientesenlalínea deconducciónyprotegiendolosequiposhidromecánicosdelacentral hidroeléctricadeldesgasteabrasivo.Parallevaracabolalimpieza deldesarenador,seutilizaunacompuertalateral(Figura 10),lacual seoperacontrolandoelcaudaldeingresodelaguadesdelacaptación.
Graciasaldiseñohidráulicodelaestructura,estopermiteevacuar lossedimentosporuncanalyconducirlosaguasabajodelazudde manerasimultánea.
Figura10: Compuertadelimpiezadeldesarenador
Nota:ElaboraciónPropia
Elsistemadedesarenadodisponededosvertederos(Figura 11): unoenlapartelateralquecumplelafuncióndecontroldecaudal y,otroenladireccióndelcanaldeconducciónquepermiteelpaso delcaudaldeaguarequeridaparaelfuncionamientodelosequipos hidromecánicos.
Figura11: Vistadelvertederodeingresodeaguaalcanaldeconducción
Nota:(1)Vertederoporelcualfluyeelaguaquepasaporel desarenadoryeslaqueconectaalcanaldeconducciónhaciael tanquedecarga,ElaboraciónPropia.
Elaguaconmenornúmerodepartículasdisueltascontinúasu trayectohastaeltanquedecarga.Elcanalqueconectaambospuntos debetenerunapendienteadecuadaparagarantizarquelaspartículas,máspequeñasquelasdeldiseñodeldesarenador,seanarrastradassinfacilidad.Estoevitalaacumulacióndesólidosenestazona delaconducción.
1.1.4 TanquedeCarga Tambiénconocidocomotanquedepresión,eldiseñodeestaobra civilesespecíficoparacadacentralhidroeléctrica,ynoseabordaen detalleenelpresenteanálisis.
Figura12: Vistageneraldeltanquedepresiónparaunacentralhidroeléctrica.
Nota:ElaboraciónPropia
Seconstruyeenhormigónarmadoysugeometríaestádiseñada parareteneralgunossólidosensuspensiónque,debidoasutamaño, nofueronretenidoseneldesripiador(Figura1.12).Además,constituyeunpuntodereferenciacrucialparasupervisarlaalturadel niveldelagua,estrechamenterelacionadaconelcaudaldeingresoy consumodelosequiposhidromecánicosdelacentralhidroeléctrica.
Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*13
Figura13: Zonafinaldeltanquedepresión.
Nota:(1)Vertederodeexcedentesdeagua(2)Rejilladeingresode aguaalatuberíadepresión(3)Compuertadelimpiezaodefondo; ElaboraciónPropia.
Denoconsumirlatotalidaddelaguaqueestáingresando,el excedentepasaporunvertederolateral.Paralostrabajosdelimpiezayvaciadodeltanquesedisponedeunacompuertacercanaal vertedero,tambiénconocidacomocompuertadefondo(Figura 13).
Enrelaciónconlaalturadeaguaeneltanque;sedebeconsiderar elniveldelaguaquesedebemantenerrespectoalapartesuperior delatuberíadepresión,talcomosemuestraenlaFigura 14.Este controldealturaevitalageneraciónderemolinos,loscualespueden provocarlaentradadeairealatubería,afectandolaeficienciade laturbina.Estaalturasedefinecomolaalturamínimadefuncionamiento.(ArechuadelaCruz, 2018)(OrtizFlórezetal., 2017)
Figura14: RelaciónTanquedecargayTuberíadepresión.
Nota:ElaboraciónPropia
Elvolumendeltanquedecargaesdefinidoporeldiseñador(Figura 12),considerandounvolumendereserva.Estopermiteque, antelasvariacionesdecaudalenelrío,lapotenciadefuncionamientonofluctúe.Encasodequelaalturadisminuya,eloperadorpuede controlaroportunamentelosparámetrosdefuncionamientodelos equiposhidromecánicos.
Además,elvolumendeaguacontenidoenestetanquedesempeña unafuncióncrucialenlaamortiguacióndelfenómenoconocidocomo golpedeariete.Basándoseenprincipiosfísicos,seestablecequeel agua,alestarenunpuntodereferenciamáselevadoquelacasade máquinas,tieneacumuladaunaenergíapotencial.
Enestazona,elaguaalcanzaunavelocidadbaja,antesdeser conducidaaunatuberíadependientepronunciada,cuyapartefinal
seconectaalosequiposhidromecánicos.Paraevitarelingresode partículasextrañasmayoresalos3mm,secolocaunarejillametálica conformadaporunperfilangularcomomarcoyplatinasespaciadas.
Lacámaradetransición,queseformaentreeltanquedecarga ylatuberíadepresión(Figura 14),conocidacomochimeneade equilibrio,cumplelafuncióndevíadeescapeparaelairequepuede generarsedebidoalcierrebruscodelaválvulaprincipalenelcuarto demáquinasoduranteelprocesodellenadodelatuberíadepresión.
Figura15: Tanquedecarga
Nota:ElaboraciónPropia Enresumen(Figura 15),eltanquedecargacumpleconlassiguientesfunciones:
Crearunvolumendereservadeaguaquepermitaalosequipos hidromecánicosoperaraunapotenciaseleccionadasinfluctuaciones.
Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*16
Disponerdeunvolumenqueamortiguaelgolpedeariete,originadoporparadasbruscas.
Mantenerunaalturadeaguasuficientesobrelatuberíapara evitarelingresodeaire.
Decantarmaterialessólidosensuspensiónypermitirsulavado.
Impedirlaentradadeelementossólidosarrastradosyflotantes enlatuberíadepresión.
Definirlaalturamínimadefuncionamiento.
1.1.5 Tuberíadepresión Eselmedioporelcualsemovilizaelaguadesdeeltanquede cargahastalacasademáquinas,lugarenelcualseacoplaalosequiposhidromecánicos.Entreeltanquedecargaylacasademáquinas existeunadiferenciadenivelesdealtura,que,dependiendodela topografíadelazona,segeneraunapendiente,porlacualsecoloca dichatubería,(Figura 16 y 17).Comoparámetrosdeselecciónde unatuberíadepresiónseconsideran:
Tipodematerial:acero,poliésterconrecubrimientodefibra devidrio(GRP),entrelasprincipales.
Espesor:elespesordelatuberíasedeterminaconbaseenel golpedearieteysecorroborasueleccióncomprobandosisu
tensiónmáximapermisibleesmayorquelastensionesejercidas sobreél.(Farinango&Rigoberto, 2013)y(Castillo, 2010)
Diámetro:Paraelcálculoseconsideranfactorescomolapotencia,alturanetadecaída,caudal,pérdidasporfricción,entre losprincipales.
Figura16:
MontajedelatuberíadepresióntipoGRPdesdeeltanquedecarga acuartodemáquinas,alturaneta65m.
Nota:ElaboraciónPropia
Figura17:
Bridafinaldelatuberíadepresiónparaconectarconlatubería principalquevahacialaturbina
Nota:ElaboraciónPropia
Paragarantizarsuestabilidad,duranteeltrayectosediseñany construyenvariossistemasdeanclajecomosoporte,(Figura1.18).
Unresumenbásicodelainformaciónparalasobrasciviles,Tabla 1,lamismaquecorrespondealproyectohidroeléctricolaMercedde BuenosAires,depropiedaddelaEmpresaEléctricaRegionalNorte EMELNORTEdelaprovinciadeImbabura(Castillo, 2010)
Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*19
Figura18: Sistemasdeanclajedelatuberíadepresiónquevadesdeeltanque decargaacasademáquinas
Nota:ElaboraciónPropia
DatostécnicosdediseñodelproyectohidroeléctricodelaMercedde BuenosAires(VelascoMorillo, 2023).
Tabla1
Tabla1:
DatosbásicosparaelcálculodelaCentralHidroeléctricaBuenos Aires(VelascoMorillo, 2023)
Parámetro Valor
Cotadeespejodeagua 2160,830msnm
Cotadeentradadelatubería 2157,600msnm
Cotadeespejodeagua(Estiaje) 2159,420msnm
Cotadeplataformadeoperaciones 2086,000msnm
Caudaldediseño 1,800m3/s
Longituddesarrolladadelatubería 1540,000m
Desnivelfísicoexistente 74,830m
Diámetrodelatubería 1000mm
Rugosidadabsolutadeltubo 0,030mm
Viscosidadcinemáticadelagua(14°C) 0,000001240m2/s
Viscosidadcinemáticadelagua(8°C) 0,000001387m2/s
Nota:Elaboraciónapartirde(VelascoMorillo, 2023)
Tabla2: Cálculoshidráulicosdelatubería.
CALCULOSHIDRAULICOS FórmuladePrandColebrook ÁreaTubo 0,785398163 m 2
GradienteH 0,04859 m/m
Raíz 308,76425
F1 1,12752E-05
F2 8,08625E-06
Capacidaddeflujo
Caudal(Q) 2285,86 L/s
Caudaldiseño 1800,00 L/s
Velocidad 2,292 m/s
CALCULODEPERDIDASDECARGAENLATUBERÍA RedondeadaC= 0.8
Pérdidaenentradatubería he 0,212 m
Pérdidaensalidatuberíaa hs 0,265 m
Pérdidaporrozamiento Reynolds 1652365,67
Rug.Relativa 0,000030
Coef.Resist. 0,014882 hr
Perdidaentotalenelsistema 10,393 m
CargadinámicaTotal64,44m
Nota:ElaboraciónPropia
Enestaprimerapartesedetallaronlasobrasciviles,quepermiteneltransportedelaguadesdeelpuntodecaptaciónenelríohasta
lacasademáquinas,(Figura 19).Estasestructurassondiseñadas enfuncióndelcaudaldediseño.Paraeltrazadoylaubicaciónde lasobras,esfundamentalrealizarunestudiotopográficoprevioque definalascotasdellugardondeseconstruirántantolasobrasprincipalescomolascomplementarias.Estasúltimassonesencialespara elretornodeexcedentesdeaguaenlaconducciónyparallevara cabotrabajosdemantenimientoylimpieza.
Figura19: Conexiónentrelabridafinaldelatuberíadepresiónyunaturbina Francishorizontalenlacasademáquinas
Nota:ElaboraciónPropia
Capítulo2 EquiposHidromecánicos 2.1 Introducción Enestecapítuloseanalizaráelequipohidromecánico,encargado detransformarlaenergíahidráulicaenenergíamecánica,conunenfoqueenunaturbinadetipoFrancishorizontalde250Kw(Figura 20).Elprocesodeselecciónserealizaenfuncióndelcaudaldeagua ylaalturanetadecaída.Comprendersufuncionalidadesfundamentalparaestablecerlasaccionesdemantenimientoquesedeben adoptarse.
Figura20:
Equiposelectromecánicosdelapequeñacentralhidroeléctrica
Hidrocarolinade250Kw
Nota:ElaboraciónPropia
Enpequeñascentraleshidroeléctricas,seobservaquealgunos equipossonreconstruidos,mientrasqueotrossonnuevos;ladiferenciaradicaprincipalmenteenlaeficienciaytecnologíautilizada parasuoperación.Escomúnescuchareltérmino“eficienciadela turbina”,queserefierealarelaciónentrelapotenciacalculadayla
potenciadefuncionamiento.Ladisminucióndelapotenciasedebe alaspérdidasqueseproducenenloselementosqueconformanla turbinahidráulicay,dealgunamanera,estárelacionadaconeldiseño,materialesydesgaste,entrelosprincipales.Coneltranscurso delusodelosequipos,seexperimentaundesgastedevariaspiezas, locualtieneunimpactoenlaeficienciadelaturbina,porlotanto, sedebeanalizarlascausasy,enelmenortiempo,minimizarlas,aplicandotécnicasdemantenimiento.Alfinaldelatuberíadepresión, antesdelingresodelaguaalaturbinaenlacasademáquinas,se ubicaunaválvuladecontroldeflujodenominadaválvulaprincipal. Alabrirestaválvula,elaguacomienzaamoverseaaltapresión, iniciandoasílatransformacióndelaenergíahidráulicaenmecánica.
2.1.1 CentralHidroeléctrica Unacentralhidroeléctricaaprovechauncaudaldefinidodeagua deunrío.Alserconducidadesdedosnivelesdiferentes,lavelocidad delaguaaumentayalingresaraunaturbina,segeneraelmovimientodeuneje,elcual,siseacoplaaunalternador,produceenergía eléctrica.Laproduccióndeenergíaeléctricageneradasedetermina enfuncióndelapotenciadelosequipos,siendosuunidaddemedida elvatio,W,Kilovatio,Kw,Megavatio,Mwuotraunidadsuperior. Estasunidadespermitencuantificarlacapacidaddegeneraciónde unainstalaciónysuinformaciónsirveparalaplanificacióndelmanIngenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*26
tenimiento,yaquepermiteevaluarlaeficienciadelosequipos.El PlanMaestrodeElectrificación2009–2020deEcuadorclasificaa lascentraleshidroeléctricasenfuncióndesupotenciainstalada.En elcasodepequeñascentraleshidroeléctricas,seencuentranlasque tienenunapotenciainstaladasuperioresa500Kwymenoresoigualesa10Mw(Mantilla, 2017).Untérminoadicionalqueseutilizaen lossistemasdegeneracióneslapresión,porloqueesimportante conocerlasequivalenciasdepresiónenvariasunidadesdemedida, segúnseindicaenlaTabla 3.Dadoqueladiferenciaentrealgunas unidadesestanpequeña,aefectosprácticos,setienelasiguiente relación,comosemuestraenlaecuación 1:
1 atm =1 bar =1 kg cm2 =10 mca =100 KPS(1)
Tabla3:
Equivalenciasentreunidadesdepresión
Nota:ElaboraciónPropia
2.1.2 Equiposhidromecánicos
Setratadeloselementosqueconformanungrupogeneradorde unacentralhidroeléctrica;talescomolaválvulaprincipal,ubicada enlapartefinaldelatuberíadepresión,laturbinaylazonade restitucióndelaguaturbinada.
2.1.2.1. Válvulaprincipalodeguarda
Esundispositivoqueseempleaparacontrolarelflujodeun fluido.Existendiversostiposysuseleccióndependedeldiámetro delatubería,tipodeunión,presióndetrabajo,entreotrosfactores principales.Laválvulatipomariposaeslamásutilizadadebidoa sufacilidaddeoperaciónyaestaselepuedeninstalarsistemasde accionamientomotorizado.
Eldiámetrointernodeunatuberíasedenominadiámetronominal,DN.Siseexpresaenmilímetrosseutilizalasigla DN seguida delvalordeldiámetronominal.Paradefinirenpulgadas,seutilizalasigla NPS,porejemplo,DN1000esunaválvuladediámetro nominalde1000mm,sudiámetronominalequivalenteenpulgadas seríaNPS40.
Paraespecificarlapresiónmáximaquepuedesoportarunaválvula,seemplealasigla PN seguidodelvalordelapresiónenbar.Una válvulaPN16,esunaválvulaquesoporta16bar(S.L.Belgicast Internacional, 2012).
Paralaaperturadelaválvulaprincipal,esnecesarioigualarlas presionesentrelatuberíadepresiónylatuberíaqueconectaala turbina(Figura 21).Estoselograinstalandounatuberíatipobypass entreambas,lacualestáequipadaconunaválvulaadicionalque permiteelflujodeaguaparacompensarladiferenciadepresión.
Figura21: Sistemabypassparacompensacióndepresionespreviaalaapertura delaválvulaprincipal
Nota:Nota:(1)Válvulatipomariposa.(2)Válvuladecompuerta. (3)Tuberíabypass;ElaboraciónPropia.
Silaválvulaprincipalcuentaconunsistemamotorizado,escrucialcontrolarlavelocidaddecierreparaevitarelgolpedeariete quepuedeocurriranteuncierrebrusco.Elcontroladecuadodelcierrepermitereducirlapresiónsúbitaenlatubería,protegiendoel sistemadedañosestructurales.
2.1.3 TurbinahidráulicatipoFrancishorizontal
Sedefinecomounaturbomáquinaqueaprovechalavelocidaddel aguacomofluidodetrabajo,elcualingresaatravésdeunacámara espiral,lacualdireccionaelflujodeformaradialhaciaelrotor,como semuestraenlaFigura 22.Paracontrolarydireccionarelflujode aguahaciaelrotor,sedisponedeungrupodeálabesdirectrices
eneldistribuidor.Elaguaquesaledelrotoresconducidaaltubo deaspiración(cododedescarga)yluegoesdescargadaalcanalde desfogue,tambiéndenominadocanalderestitución(VelascoMorillo, 2023).
Lapotenciateóricadelaturbinapuedecalcularseutilizandolos datosdealtura(caídaneta)ycaudal.Paraello,seaplicalasiguiente ecuación(Farinango&Rigoberto, 2013):
Dónde:
HR =caídaneta,m
nt =eficienciadelaturbina
ng =eficienciadelgenerador
Q =caudaldeldiseño,m3/s
Pr =potenciateórica,kW
Pr =9,81 nt ng QHR
Figura22:
Ingresodeaguaalrotorporlacámaraespiral,sistemasdealabes deldistribuidorycododedescargadelaguaturbinada
Nota:1Cámaraespiral,2Rotororodete,3Álabesdirectricesdel distribuidor,4Mecanismodeaccionamientoálabesdirectrices,5 Tubodeaspiraciónocododedescarga;ElaboraciónPropia.
Enloquerespectaalaseficiencias,serealizóunanálisisdel proyectohidroeléctricoLaMerceddeBuenosAires,ubicadoenla provinciadeImbabura.Seconstatóquelosequiposteníanunaeficienciadel94%paralaturbinaydel90%paraelgenerador.Estos valoresdeeficienciafueronproporcionadosporelfabricante,ycomo partedelagarantía,debenconstarexplícitamenteenlostérminos delpedido,asegurandoquelosequiposcumplanconlosestándares derendimientoestablecidos.
Losvaloresdeeficienciadeunequipoturbina-generadorestán
directamenterelacionadosconelcosto,debidoalusodemejores materialesydiseñooptimizadoquepermitereducirlaspérdidasde energía.Sinembargo,unamayoreficienciatambiénimplicaunaoperaciónmásrentablealargoplazo,yaquemaximizalaconversiónde energíahidráulicaenenergíaeléctrica.
Paralainstalacióndelosequiposenelcuartodemáquinas,es fundamentalexaminaryverificarpreviamentequelasbasesdeanclajeseencuentrencentradasyniveladasenrelaciónconlalínea decentrosdelatuberíadeingreso.Estosedeberealizarutilizando instrumentosdeprecisiónconnivelesláseroteodolitos,asegurando unaalineaciónadecuadaparaprevenirposiblesproblemasmecánicos derivadosdeunamalainstalación.
Enelprocesodeseleccióndeunaturbina,elfabricanteproporcionalavelocidadespecíficayeldiámetrodelrodete.Conestosdatos, sedeterminalavelocidaddesincronismoenrevolucionesporminuto (rpm),queesunvalorimportanteparagarantizarlacompatibilidad entrelaturbinayelgenerador.Lasvelocidadesdesincronismomás comunesenpequeñascentraleshidroeléctricasson600rpm,720rpm, 900rpmy1200rpm.
Figura23: TurbinaFrancisde475KW,900rpm,caudal1,64m3/seg,altura máximadecaída38m
Nota:ElaboraciónPropia
Durantelaconstruccióndeunaturbinahidráulica,losfabricantes seenfocanenalcanzarlamáximaeficiencia,porloqueesnecesario conocerlafunciónquedesempeñacadaunodeloscomponentesque integranlaturbinaparagarantizarunadecuadoprocesodemantenimiento,yaquepermiteidentificarposiblespuntosdedesgasteo falloyactuardemanerapreventiva.
EnlaFigura 23 sepuedeobservarunaturbinaFrancisde475kW, dondecadaelementoestádiseñadoparaoptimizarelaprovechamientodelaenergíahidráulicayasegurarunfuncionamientoeficiente.
2.1.3.1. Carcazaocaracol
Eselpuntodeentradadelfluidoenmovimientoaaltapresión (Figura 24),queluegoesdirigidohaciaelrotororodetedelaturbina.Laregulacióndelflujodeingresodelaguaserealizamediantela válvulaprincipal.Dependiendodelgradodeaperturadeestaválvula,elrodetegiraráaunavelocidadangularespecífica,lograndoasí unavelocidadmediauniformeyconstante,almismotiempoquese consumeuncaudaldeaguadeterminado.Enestafasedeapertura, sebuscaalcanzarlavelocidadnominaldelaturbina.
Duranteelmontajedelcaracol,seempleantécnicasdeprecisión paraobtenerlalíneadecentrosdelconjuntodelaturbina.Esta faseesfundamental,yaquesirvecomoreferenciaparalaalineación horizontalyverticaldelosdemáselementosdelaturbina.
Figura24: CaracoldeunaturbinaFrancisysusálabesdirectricesinteriores
Nota:ElaboraciónPropia
Enelcaracolseinstalandosanillos:unoenlapartefrontaly elotroenlaparteposteriordelcaracol,Figura 25.Lascarasde asentamientodelosanillossobrelasparedeslateralesdelcaracol sonrectificadasparauncorrectomontaje.
Figura25: Anillosposterioryfrontaldelcaracolquesondereferenciaparael montajedeotroselementosdelaturbinas
Nota:ElaboraciónPropia
2.1.3.2. Distribuidor
Seinstalaenunodelosanillosdelcaracol,deacuerdoconel diseñodelfabricante,puedeestarubicadoenlapartefrontaloposteriordelmismo,Figura 26.Sufunciónprincipalesguiarycontrolar elflujodeaguahaciaelrotor,asegurandoasíunaentradaeficientey adecuadadelfluidoenmovimiento.
Figura26: DistribuidordeunaturbinaFrancishorizontalconsuselementos complementariosparaguíaycontroldelflujodeaguaenelinterior delaturbina
Nota:ElaboraciónPropia
Loselementosqueformanpartedeldistribuidorsonlosálabes móviles,queseacoplanaunmecanismodebiela,loquepermiteel movimientonecesarioparalaaperturaycierredelconjunto(Figura 27),regulandoasíelflujodeaguaquesedirigehaciaelrotor.
Figura27: Álabesdirectricesenposicióncerradaysumecanismode accionamiento
Nota:ElaboraciónPropia
Losálabesdirectricesestáncompuestosporunejequeseapoya enlosdosanillosdelcaracol,loquepermitedisponerdeuncentro derotación.Elaccionamientodelconjuntodeálabessellevaacabo medianteunabarraqueconectaaldistribuidorconelreguladorde velocidad,loqueajustalaaperturaycierredelosálabesycontrola elingresodelflujodeaguaalrodete.Lageometríadelosálabesestá diseñadaparaqueelaguaentresincausarunimpactodirectocon losálabesdelrotor(Figura 28).
Cuandolaválvulaestáabiertaylosálabesseencuentranenposicióncerrada,elcaudaldeaguaesmínimo,situaciónquesedenomina sincarga.Amedidaquelosálabesseabren,elcaudalaumenta,lo queseconocecomoiniciarcarga.Elcontroldelflujodeaguahacia laturbinapermitedeterminarlacurvadeeficiencia,aplicandouna
metodologíaespecíficacuandoseanecesario.
Figura28:
Posicióndeálabesdirectrizalinteriordelcaracolysistemade accionamientoconelreguladordevelocidaddeunaturbinaFrancis
Nota:ElaboraciónPropia
Siocurreunrechazodecarga,losálabesdirectricesdebencerrarseparaevitarquelaturbinaalcanceunavelocidadangularexcesiva quenodebesuperarlavelocidaddeembalamiento,unparámetro técnicoproporcionadoporelfabricante.Porestarazón,esesencial mantenerelreguladorencondicionesóptimasyrealizarpruebasde rechazodecargabajosupervisión,decisiónquedeberáconsiderarla personaacargodelmantenimiento.
2.1.3.3. Rotororodete
Figura29: Partesdeunrodete
Nota:Seobservalaspartesdelrodete,deizquierdaaderecha:(1) anillo,(2)álabesy(3)corona.Enlafiguraderechaseobservaun rodeteconmaterialpolímeroprotectorpararesistireldesgastey aumentarsuvidaútil;ElaboraciónPropia.
Setratadeunelementofabricadodeacerodealtadurezaconel finderesistireldesgaste.Secomponedeunanilloyunacorona,los cualesseunenporungrupodeálabescurvosdeformaequidistante, conformandoasíunúnicocuerpo(Figura 29).
Elaguaesguiadaporlosálabesdeldistribuidor,ingresaalrodete atravésdelosespaciosentresusálabessiguiendounflujoradial,lo queprovocaelgirodelrodete,paraluegoserexpulsadaporellado delacoronaenunflujoaxial.Elaguaquesaledelrodete,conocida comoaguaturbinada,sedescargamedianteelconodedesfogue, completandoelciclodeconversióndeenergíahidráulicaenmecánica, procesoqueseresumeenlaFigura 30.
Figura30:
Procesodetransformacióndelaenergíahidráulicaenmecánicaen unaturbinahidráulica
Nota:ElaboraciónPropia
Paraeldiseñodeunrodete,losfabricantesdebenconsiderarlos siguientescriterios:elcaudal,tamañodepartículasdisueltasenel agua,laalturanetadecaídaylavelocidadespecífica,entreotros factores.Unaspectorelevantesonlosángulosdelacurvaturadelos álabes,tantoalaentradacomoalasalidadelflujodeagua,que influyenenlaeficienciadelaturbina.Eltipodemateriales,porlo general,acero,concaracterísticasdealtaresistenciaaldesgaste.
Dependiendodelashorasdefuncionamientoydelacantidad desólidosenelagua,unrodeteexperimentaundesgastedetipo abrasivo,loqueprovocaunapérdidadeeficiencia.Esteefectose manifiestaenunincrementoenelconsumodecaudaldeaguaen comparaciónconlascondicionesoperativasiniciales.
EnlaFigura 31 seapreciaelejequeseutilizaparaelmontaje delrodete,permitiendoasílatransformacióndelmovimientoenrotacional.Porconsiguiente,esfundamentalasegurarunaalineación precisadelejeconrespectoalalíneadecentroestablecidaenel caracol.
Enelejesoporteseinstalandiversoselementoscomplementarios quecumplenfuncionesesenciales,talescomoelcierredelaturbina medianteunsistemadesellomecánico,elsoportedelejeprincipal poruncojineteguíayelacoplefinal,quefacilitalatransmisióndel movimientohaciaelmovimientogiratorioalgenerador.Cadauno deestoscomponentesescrucialparaelfuncionamientoeficientedel sistema.
Figura31:
EjedesoportedeunrodeteparaturbinaFrancishorizontalenel cualsecolocaelrodete
Nota:ElaboraciónPropia
2.1.3.4.
Sellotipolaberinto Lossellosmecánicosseutilizanenequiposenloscualesserequiereevitarelflujodealgúntipodefluidodeunazonainternahacia elexterior;susaplicacionesestánrelacionadasconmáquinasestacionariasorotatorias.Unafugadelfluidocausainconvenientesen losprocesosqueafectaneltrabajonormaldelamáquina,llegando inclusoaprovocarlaparadadelamismapordañosenalgunoselementosoenelprocesoproductivo(Vallésetal., 2003;Vijayaragavan etal., 2025).
Elprincipiodesellado,representadoenlaFigura 32,sebasaen laaplicacióndeunafuerzaaxialquepermiteelcontactoadecuado entredossuperficies,evitandoasílafugadelfluidoatravésdel eje.Estemecanismoesfundamentalparagarantizarlaeficienciay fiabilidaddelsistemadeselladoenequiposrotativos(Caceres, 2008; deSouzaBarrosetal., 2019).
Figura32: Principiofuncionamientodeunsellomecánico
Nota:(1)Parteexternadelequipo,(2)Sellomecánico,(3)Carcaza, (4)Sistemadeajuste,(5)Ejegiratorio,(6)Fluidoapresiónenel interiordelequipo;ElaboraciónPropia.
Diversostiposdesellosmecánicossehandesarrolladobasándose enlafuncióndelequipo,eltipodefluido,eltamaño,entreotros factores.EnelcasodelaturbinaFrancisanalizada,seempleaun sellotipolaberinto.Estediseñoobligaalaguaentranteaseguirun caminointrincadoentreungrupodeanillossuperioreinferior,loque provocaunapérdidadepresiónenelfluidodurantesurecorrido.Esta disminucióndepresiónevitalacontaminacióndelaceitedelcojinete delaturbina,garantizandoasísufuncionamiento.
EnlaFigura 33 serepresentaelesquemadeunsellotipolaberinto,enelqueesposibleidentificarlosanillossuperioreinferiorque loconforman.
Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*45
Estetipodesellomecánico,denominadosellolaberinto,esfabricadoenbroncenavaloaceroinoxidable.Sufunciónprincipales prevenirelpasodelaguadesdeelinteriordelcaracolporelejedela turbina.Segúnlascondicionesdediseño,sepermiteunmínimopaso deagua,quepierdepresiónalcircularporelinteriordellaberinto antesdeserevacuadaatravésdeunsistemarecolector.
EnlasFiguras 34 y 35 seobservanlaspartesdelselloysuproceso demontaje,enlasqueseapreciaqueelcuerpoprincipaldelsello estámontadosobreelejedelaturbina,partemóvil,mientrasquela partedenominadatapadecierre,partefija,seencuentrasujetaenla carcasainteriordelaturbina.Estadisposiciónpermitequeambas partestrabajenenconjunto,formandounsolosistemadesellado quelimitalafugadefluidoapresión.
Figura33: Dibujodeunsellotipolaberinto Nota:Seobservaunmodelodesellotipolaberintofabricadoen bronceytapadecierreenhierrofundidodeunaturbinaFrancis horizontal;ElaboraciónPropia.
Figura34:
Partesqueconformanelsellotipolaberinto
Nota:ElaboraciónPropia
Figura35: Partesqueconformanelsellotipolaberinto
Nota:Lafasedemontajedelconjuntodelsellotipolaberinto.Una vezqueestesehacolocadoycentradoadecuadamente,sepuede procederalmontajedelrodeteeneleje;ElaboraciónPropia.
Comoconsecuencia,suajustedeberealizarsedemaneraperiódicaconelfindeprevenirfugasdeagua.Asimismo,existendiversas fuentesdeinformaciónqueofrecenalternativasdedistintosfabricantesdesellosmecánicos,loquefacilitasuseleccióndeacuerdo conaplicacionesespecíficasyrangosdecostos.Estossellospueden adaptarseenfuncióndelespaciodisponibleydelascondicionesde operación.
2.1.3.5. Cojineteguíaoprincipal Sedenominacojineteprincipalocojineteladodelaturbinaal componenteencargadodesoportarlascargasradialesyaxialesgeneradasduranteelprocesodetransformacióndelaenergíacinética ydepresióndelaguaenenergíamecánicarotacional,Figura 36. Duranteelmontaje,seiniciaconlainstalacióndelpedestaldel cojinete,elcualsefijaenunaplacabasesobreelsuelomediante pernos.Enestaetapasecontrolalanivelación,Figura 37,enrelación conlaplacabase,asegurandoquesuposicionamientoestéalineado conlalíneadecentrosdelcaracoldelaturbina.Paraesteproceso denivelaciónyalineación,seempleaninstrumentosdeprecisión.
Enlabasesuperiordelpedestalseencuentrandosperforaciones roscadas(1),queseutilizanparafijarlabasedelcojinete,talcomo seobservaenlaFigura 38.Además,serealizaunaverificacióndela
nivelaciónalinstalarlabasedelcojinete,Figura 39;deserelcaso, seutilizanalzasdeespesorcalibrado.
Figura36:
ConjuntodelcojineteprincipaldeunaturbinaFrancishorizontal
Nota:Elconjuntodelcojineteprincipal,(Figura 36),está conformadoporlassiguientespartes:(1)baseprincipalopedestal, (2)labasedelcojinete,(3)elcojineteprincipalconstituidaporuna parteradialyunaaxialylastapasdelcojinete;ElaboraciónPropia.
Estaspiezasdebenprotegerseadecuadamentedurantesumanipulación,siendofundamentalutilizarlasherramientasapropiadas paraevitardeformacionessuperficiales.Lassuperficiesdecontactoentrelaspiezasestánrectificadasparaasegurarunasentamiento totalypreciso.
Figura37:
ConjuntodelcojineteprincipaldeunaturbinaFrancishorizontal
Nota:ElaboraciónPropia
Antesdelajustefinaldelabasealpedestal,secolocanlospasadoresdeposición.Estospasadoresactúancomoelementosdeposicionamientoentreambaspiezas,garantizandoquelabasepermanezca ensulugarduranteelajustefinalyevitarcualquiermovimientono deseado.
Figura38: Vistasuperiordelabasedelpedestalenlacualsefijalabasedel cojinete.
Nota:(1)Puntodesujecióndelabasedelcojineteprincipal; ElaboraciónPropia.
Labasedelcojineteeslaestructuraenlaquesealojaelcojinete, yestádiseñadaconguíasquefacilitansuentradayposicionamiento correcto,eliminandocualquiertipodejuego.Alposicionarelejeen labase,seestableceunprimercriteriotécnicofundamentalpara garantizarlaalineaciónadecuadadelcojineteprincipalenrelación conlalíneadecentrosdelcaracoldelaturbina.
Estetipodecojineteesdeltipodeslizamientoofricción,diseñadoparadisminuirlafricciónentredossuperficiesenmovimiento relativo.Adiferenciadelosrodamientosdebolasorodillos,estos cojinetesnoincorporanelementosrodantesparafacilitarsumovimiento(Cock, 2019).
Figura39: Verificacióndelanivelacióndelabasedelcojineteunavezquese instalaenlabasedelpedestal
Nota:ElaboraciónPropia
Enestetipodecojinetessepuedenidentificardospartesprincipales,Figura 40.Laprimeraeslasuperficiedemontaje,también conocidacomosuperficiedesoporteyseledistingueporlasranuras quetieneparaelingresodellubricante,eslasuperficiequeestáen contactoconlabasedelcojinete.
Lasegundaeselcasquillo,queeslapartequecontactaconeleje enlapartesuperior,elmontajedelaparteinferiorseobservaenla
Figura 41.
Figura40: Cojinetededeslizamiento
Nota:Elcasquilloesdematerialbabbitelcualesrectificadoalas dimensionesrecomendadasporelfabricante.Lasdimensionesse determinanenfuncióndeldiámetrodeleje;ElaboraciónPropia.
El babbit esunmaterialdebajocoeficientedefricción,loque proporcionaunasuperficiesuaveydeslizanteconeleje.Otracaracterísticafundamentalessuresistenciaaldesgaste,asícomouna temperaturadefusióndemínimo 60 ◦ C,lacualdependerádeltipo dealeaciónde babbit seleccionado.
Figura41:
Partesqueconformanelsellotipolaberinto
Nota:ElaboraciónPropia
Paragarantizarunalubricaciónadecuadaentreelejeyelcasquillo,seincorporanvarioscanalesoranurasquepermitenlacirculación delaceitelubricante.Estotienecomoobjetivoreducirlafricción, minimizareldesgasteydisiparelcalorgeneradoporelmovimiento relativoentrelaspartesencontacto.
AlserlaturbinaFrancisdetipodeacciónyreacción,segeneranfuerzasaxialesquerequierenlaimplementacióndeuncojinete axialparacontrarrestarestafuerza.Estecojineteoperaenconjuntoconelcojineteradialduranteelfuncionamiento,porloquees fundamentalquesuseparaciónsealaadecuadaparagarantizaruna lubricacióneficienteycontrarrestarlafuerzaaxialejercidaporla turbina,Figura 42. Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*55
Figura42: Montajedeuncojineteaxialensuposicióndetrabajoysuperficie decontactoentreelcojineteradialyaxial
Nota:ElaboraciónPropia
Enestetipodecojinetesesfundamentalentenderelprincipiode lubricación,queevitaelcontactodirectoentrelasuperficiedelcasquillodelcojineteyeleje.Sepuedenconsiderardostiposprincipales delubricación:
1. Lubricaciónhidrostática:
Ocurrecuandoellubricanteesimpulsadohaciaelinteriordel cojinetemedianteunabombaexternao,porelementosinternos
quetieneelcojinetequegeneranunprocesodebombeo.Este movimientodellubricanteatravésdeloscanalesdelubricación permitesudistribuciónuniformeenelinteriordelconjunto.
2. Lubricaciónhidrodinámica:
Aquí,seformaunapelículafinadeaceiteentreelcasquillodel cojinete,queevitaelcontactoentreambassuperficies.Lapresiónejercidaporelejesobreelaceiteesloqueprevieneeste contacto.,porloqueresultaesencialmantenerunadiferencia mínimaentreeldiámetrodelejeyeldelcasquillo,denominadaholgura.Paragarantizarestaseparación,esrecomendable consultartablasespecíficasqueindiquenlaholguramáximay mínimopermitido.Conformeaumentalaholgura,lapresión generadaserámenoryproducecalentamientoenelcojinete, quepuedeinclusivellegarafundirelbabbitdelcasquillodelcojinete.Debidoaldesgastenaturaldeloscomponentesinternos delcojineteprincipal,escomúnqueelsistemadelubricación hidrostáticaexperimenteunadisminuciónenlapresión,loque asuvezafectaelflujoadecuadodellubricantedentrodelcojinete.Estasituaciónprovocaunincrementoenlatemperatura delaceite.
Figura43: Implementacióndeunsistemadebombeoyreservorio
Nota:ElaboraciónPropia
Paramitigaresteproblema,serecomiendaconsiderarunamodificacióneneldiseño,optandoporunsistemahidrostáticoqueincorporeunabombaexterna,Figura 43,paragarantizarunapresióny flujomásestables.
Figura44: Cojineteprincipaldelaturbina,cerradoylistoparafuncionar.
Nota:ElaboraciónPropia
Esdesumaimportanciaanotareldiámetrodeleje,conelcualse determinaeldiámetromínimoymáximodelcojineteradial,además demedirelespesordelcojineteaxial.Estainformaciónserádegran utilidadduranteelprocesodemontaje,calibraciónyactividadesde mantenimiento.
Unavezquesehanrealizadolasmedicionesdeholguraradial entreelcojineteradialyeleje,asícomotambiénlaholguraentrela
caradelcojineteradialyelaxial,seprocedeaubicarlaotramitad delcojineteyacerrarelconjunto,dejándololistoparalaspruebas defuncionalidad,Figura 44.
Capítulo3 Mantenimientodepequeñascentrales hidroeléctricas 3.1 Mantenimientodepequeñascentraleshidroeléctricas
Durantelaformaciónenelámbitolaboral,esnecesarioadquirir elconocimientoconceptualdelosprocesosyexaminarelfuncionamientodelosequipos.Deestemodo,seinicialaplanificacióndelo quesedebellevaracaboenlasmáquinasparamantenersufuncionamientoconeficacia.
Enelcapítulosiguienteseanalizaránalgunosconceptosimportantesquepermitiránaunoperadorinvolucrarseenlastareasde mantenimientoy,enfuncióndesuexperiencia,lograrunaprendizajequecontribuyaasuformaciónlaboralyamantenerenbuenas condicionesdefuncionamientolaturbina,relacionadaconlaparte mecánica.
Esdeimportanciamencionarque,comofuentedeinformación,se haconsideradocomocasodeestudiounapropuestademantenimientoparaelgrupoNo.2delapequeñacentralhidroeléctrica(PCH) Hidrocarolina,ubicadoenelsectordeSanGerónimo,ParroquiaLa Carolina,CantónIbarra,ProvinciadeImbabura.
3.1.1 Mantenimiento
Elmantenimientomecánicotienediversasinterpretaciones,siendosuprincipalobjetivoeldeimplementarungrupodeactividadesparahacerquelosequiposomáquinasfuncionencorrectamente, Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*62
tambiénestárelacionadoconlareparacióndelosequiposquese encuentrenfueradefuncionamiento,yaseaporfallosoaverías.
Figura45: Tiposdemantenimientoaplicadosenelsectordelaindustria.
Nota:ElaboraciónPropia
Laimplementacióndeunprogramademantenimientopermitirá prolongarlavidaútildelosequiposymaquinarias,optimizandolos costosdeoperaciónymantenimiento,enelqueseconsideraala
Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*63
eficienciadelosequiposcomounaprioridad.
HayvariostiposdemantenimientoqueseaplicanenlasPCH, Figura 45,yquesedefinenacontinuación:
Mantenimientocorrectivo: Serealizacuandoenelequipo sehaproducidounafalladurantesufuncionamiento.Dependiendodeltipodefalla,laausenciadeoperatividaddelequipo puedetenerunimpactonegativoenlaproductividad,porlo quesedeberáhacerunaevaluacióneconómicaconelfinde minimizarsuimpacto.
Mantenimientopreventivo: Consisteenhacerinspecciones programadasalosequiposyreemplazarciertoselementosque, poreluso,afectenlafuncionalidaddelamáquinaypuedan ocasionarsufallo.Elmantenimientopreventivo,adiferencia delcorrectivo,siempreseplanificaconanticipación,aunqueen algunoscasos,enausenciadeinformación,laexperienciadel técnicoseconvierteenunaguíamuyvaliosa.Enelcasode disponerdeinformaciónsobreelequipo,sesiguenlasinstruccionesdelfabricante.Otrafuentedeinformaciónadicionales elhistorialdemantenimientoyelinformedefallas.Durante elprocesodeplanificacióndelasactividadessedebenteneren cuentaloscostosdemanodeobra,repuestosyeltiempode
paralizacióndelosequiposporlafaltadeproducción,entre losprincipales.Enlapráctica,estosignificaquedebecontarse conlosmaterialesystockderepuestosconanticipaciónoen lasfechasestablecidas.
Mantenimientopredictivo: Esunmantenimientobasado enlaadquisicióndeinformacióndelequipoconelmonitoreo constantedeciertosparámetrosdefinidosduranteelfuncionamiento,omedianteequiposexternosquepermitanllevara cabounanálisisentiemporealdelafuncionalidaddelequipoy detectarposiblesfallas.Laspruebasprincipalesqueserealizan sonelanálisisdevibracionesylatermografía.
Siendodeimportancialaeficienciaenunaturbinahidráulicayequiposengeneral,seobservaque,debidoalascondicionesoperativas detrabajo,segeneraunamayoromenorfricciónentresuscomponentes,causandoundesgastesuperficial,Figura 46.Dadoesto,es fundamentalelaborarunplandemantenimientoconelobjetivode disminuireldesgaste.
Figura46:
Análisisdelascausasdeldesgastedemateriales
Nota:ElaboraciónPropia
superficial,Figura 46.Dadoesto,esfundamentalelaborarun plandemantenimientoconelobjetivodedisminuireldesgaste.
Desgaste: Eslapérdidadematerial,provocandocambiosenlas dimensiones,formayacabadosuperficial.
Eldesgaste,Figura 46,noserefiereúnicamentealafricciónentre materiales,porloqueesfundamentalllevaracabounanálisisen funcióndelateoríadeldesgastedenominadaTribologíaCock, 2019; Kumar, 2010.
Lostiposdedesgastequepuedenpresentarsesonmecánico,químico,abrasivo,poradhesión,erosiónyfatiga.Dependiendodeltipo dedesgaste,serealizantareasdemantenimientoquepuedenenfocarseenunalubricaciónadecuada,recubrimientosuperficialyselección
demateriales.
Siunapiezapresentadesgaste,debeserreparadaoreemplazada. Encasoderequerirunprocesodereconstrucciónofabricaciónen eltaller,esnecesariorealizarlasmedicionescorrespondientespara obtenerlainformaciónquepermitadefinirelajusteylatolerancia adecuadosparasucorrectofuncionamiento.
3.1.2 Ajusteytoleranciadimensional Enlaspequeñascentraleshidroeléctricas,escomúnquenosedispongadedocumentacióntécnicadelosequipos,locualhaceimprescindiblerealizarlosdibujosCADocroquisajustadosalasmedidas originalesdelaspiezas.
Cuandosedecidefabricarunapiezaquefuncionadentrodeun conjunto,eneltallersedefinenlastoleranciasyajustesnecesarios paraasegurarunacopleadecuadoentrelaspiezas,garantizandoasí elcorrectofuncionamientodelconjunto.
Tolerancia: Estárelacionadaconelprocesodemanufacturade unapieza;esteconceptosevinculaconlacalidaddeltrabajo,por loquealcanzarlamedidanominal, N ,conaltaprecisiónimpacta directamenteenloscostosdefabricación,debiendoevaluarsesegún lafuncionalidaddelapiezaenlamáquina.
Latoleranciapuedeserdetipodimensionalyserelacionaconel controldeltamañoylaformadelapieza,mientrasqueladeacabado
superficialserelacionaconlacalidaddelasuperficie.
Latoleranciadimensionalesuntérminonormalizadoquerequieredefinirlarelacióndedependenciaentredospiezasqueestánen contacto,comúnmentedenominadasejeyagujero,dependiendode cuálseaconsideradocomoelementobase.
Paradeterminarelvalordelatolerancia,seprocedealamedición M delapiezaendiversaszonasysedeterminaelvalormáximoy mínimo.Ladiferenciaentreestosdosvaloreseslatolerancia,como sepuedeverenlaecuación 3.Seemplealaletraminúscula t parael ejeylamayúscula T paraelagujero:
Considerandoquetenemoslamedidanominaldeleje, N ,sepuededeterminarladiferenciasuperioryladiferenciainferiorconlas siguientesexpresiones,comosemuestraenlasecuaciones 4 y 5 respectivamente:
Diferenciasuperior(DS) = Mmax N (4)
Diferenciainferior(DI) = Mmin N (5)
Figura47: Posicióndeladiferenciademedidaenunsistemaagujeroúnico (Piñeiros, 2023)
Nota:FiguraObtenidade(Piñeiros, 2023)
Losresultadosdelasdiferenciascalculadaspuedendarvalores positivos,negativosonulos.Paralainterpretacióncorrectaesnecesariolaeleccióndelelementodereferencia,quepuedeserelejeoel agujero.Sisetomacomoelementodereferenciaeleje,sedenomina sistemadeagujeroúnico (Figura 47);enelotrocaso,sedenomina sistemadeejeúnico (Figura 48).
Figura48:
Posicióndeladiferenciademedidaenunsistemaejeúnico (Piñeiros, 2023)
Nota:FiguraObtenidade(Piñeiros, 2023)
Elsistemamásutilizadoeselde agujeroúnico,porqueesmás sencillorealizarcualquiertrabajodeajustepormaquinadoeneleje.
Porejemplo,sieldiámetronominalesde N =80 mmylas medicionesenelejeson Mmax =80,07 mmy Mmin =80,03 mm;las medicionesenelagujeroson Mmax =79,97 mmy Mmin =79,94 mm; calcular DS y DI.
Elcálculoparaelejees,comosepuedeverenlasecuaciones 6 y 7:
=80,07 80=0,07 mm(6)
=80,03
,03 mm(7)
Elcálculoparaelagujeroes,comosemuestraenlasecuaciones
8 y 9:
DS =79,97 80= 0,03 mm(8)
DI =79,94 80= 0,06 mm(9)
Demanerasimilar,secalculanlosvaloresdetoleranciatantopara elejecomoparaelagujero,comosepuedeobservarenlasecuaciones
10 y 11:
t =0,04 mm(10)
T =0,03 mm(11)
Lamedidarealdelapiezamanufacturadadebeestarcomprendidaentreesasmedidas. Larelacióndedependenciaentrelasdimensionesdelejeyel agujero,considerandounsistemade agujeroúnico ylasdimensiones nominalesdeambaspiezas,permiteestablecerunaampliagamade medidascuandonoesposiblealcanzarvaloresnominales.Porlo tanto,sepresentandoscasosfundamentales: juego y apriete.
El sistemadeejeúnico seutilizacuandoresultamásfácilmodificarlasmedidasenelagujero.
Alanalizarlasfigurasanterioresseafirmaque,enunsistema giratorio,lafuncionalidadpuedevariarsegúnelniveldeajusteentre elejeyelagujero.Cuandoexisteunjuegoapreciable,elejeingresa alagujerosindificultad,permitiendounmovimientogiratoriolibre. Encasodepocojuego,puedenaplicarsegolpesligerosparasucolocación,peroaúnesposibleciertomovimientogiratorio.Sinembargo, cuandoeljuegoesnulo,elmovimientorelativoentrelaspiezasseelimina,permitiendoúnicamenteeldeslizamientoentrelassuperficies encontacto.
Paraelcasodel apriete,larelacióndecontactoesfija,ypara lainsercióndelejeenelagujeroserequieredeunamayorfuerza, llegandoinclusoautilizarunaprensahidráulicaoelcalentamiento deunadelaspiezas.
Conelfindedeterminareltipodeajusterequerido,seaplicala norma ISO286-2010,lacualindicalaposicióndelatoleranciay designación(Figura 49),asícomosuinterpretaciónprácticaenla Figura 50.
Paralarepresentacióndelejeseutilizanlasletrasmayúsculas,y paraelagujeroseutilizanlasletrasminúsculas,cadaunaacompañadadeunnúmeroquerepresentalosvaloresmáximosymínimos
enfuncióndeltamañodelapieza.Conestosdatossecalculaeljuegoentreelejeyelagujero:siestadiferenciaespositivaocerose denomina juego,ysiesnegativasedenomina apriete.
Figura49: DesignacióndelaposicióndelatoleranciasegúnISO286-2010 (Ingenieríaydiseñodemaquinariaindustrial, 2025)
Nota:FiguraObtenidade(Ingenieríaydiseñodemaquinaria industrial, 2025)
Figura50: Interpretacióntécnicaparadefinireltipodeajusteenbaseala toleranciaseleccionadasegúnISO286-2010(Ingenieríaydiseñode maquinariaindustrial, 2025)
Nota:FiguraObtenidade(Ingenieríaydiseñodemaquinaria industrial, 2025)
Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*73
3.1.3 Actividadesdemantenimiento 3.1.3.1. Comprobacióndelasentamientodelospuntosde apoyodelamáquinaalaplacabase
Serecomiendaverificaranualmenteelajustedelospernosde anclajedelasbasesdelcojineteydelgenerador.Esteprocedimiento permiteidentificarcualquierposibledistorsiónentrelaplacabasede asentamientodelamáquinayelpuntodeapoyo,fenómenotambién conocidocomo patacoja.
Figura 52 muestraun relojcomparadorencentésimasdemilímetroysuspartes (Stefanelli, 2025).
Comoherramientasdemedicióndeestadistorsiónseutilizanel calibradordeláminasyelrelojcomparador,Figura 51 y 52.
Figura51: Calibradordeláminasutilizadoparamedirholgurasycalibración deelementosdemáquinas(Grainger, 2025)
Nota:FiguraObtenidade(Grainger, 2025)
Figura52: Relojcomparadorencentésimasdemilímetroysuspartes (Stefanelli, 2025)
Nota:FiguraObtenidade(Stefanelli, 2025)
Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*75
Elprocedimientodecomprobación,Figura 53,consisteenaflojar unpernodesujecióndelequipoalabasedeasentamientoyutilizar uncalibradordeláminasparaverificarlaexistenciadeholguraenel puntodeapoyodelsoportedelamáquinaylabasedeasentamiento.
Elvalormáximopermitidodebeserinferiora0,05milímetrosy,de lamismamanera,sedebeprocederalacomprobaciónenlosotros puntosdeapoyo.
Figura53: Comprobacióndelaholguramediantecalibradordeláminasenuno delosapoyos
Nota:ElaboraciónPropia
Sisedisponedeunrelojcomparador,Figura 54,sedebecolocar lapuntadecontactoenelapoyo,seaflojaelpernoyseverificael desplazamiento.Sieldesplazamientoesinferiora0,05milímetros,
seconsideraqueesaceptable;casocontrario,sedebecolocaruna láminacalibradadelespesormáscercano.
Encasodequeelvalorseasuperior,secolocanláminascalibradas,Figura 55,queseadquierenenelmercadolocalenvarias dimensionesyespesores;estogarantizaunbuencontactodelapoyo delamáquinasobrelaplacabase.
Figura54: Comprobacióndelaholguraenunodelosapoyosmediantereloj comparador
Nota:ElaboraciónPropia
Poractividadesdemantenimiento,enocasionesesposibleaccederalasdiferentesplacasbasedesoportedelequipo,loquepermite verificarlanivelaciónhorizontaldedichasplacasmedianteunnivel deprecisión,Figura 56.Alcomprobarsequeseencuentrananivel
enlongitudyaloancho,segarantizaquelanivelacióndelaplaca desoporteestácorrecta,obteniendounasentamientouniformedel equipo.
Figura55: Utilizacióndeunaláminacalibradade0,05mmenunodelos apoyosdelgenerador
Nota:ElaboraciónPropia
Figura56: Comprobacióndelniveldelabase,utilizandounniveldeprecisión
Nota:ElaboraciónPropia
3.1.3.2. Alineaciónyanálisisdevibraciones
Laalineacióndemaquinariaserefierealprocesomedianteelcual seposicionanlosejesdelasmáquinasrotativasdemaneraparalela, garantizandosucorrectaposiciónenelplanohorizontalcomoenel vertical.Estoaseguraquelosequiposrotatoriosestángirandoen tornoaunamismalíneadecentros.
Losdistintostiposdedesalineaciónquepuedenpresentarseluego deunmontajeomantenimientoseindicanenlaFigura 57.
Figura57: Tiposdedesalineamiento(yGeneradores, 2025)
Nota:FiguraObtenidade(yGeneradores, 2025)
Conlaalineaciónseconsiguequelosejesdelaturbinaygeneradorsemantenganenlamismalíneadecentros,paralocualsepuede utilizarelrelojcomparadoroconmayorprecisiónunequipodealineaciónynivelaciónconláser,Figura 58 y 59,loquegarantizaque loscomponentescomoloscojinetes,rodamientos,sellosmecánicos, acople,entreotros,esténsometidosaunmenordesgasteyesfuerzos mecánicos,aumentandoasílavidaútil(Jang&Khonsari, 2015).
Figura58:
Procesodeverificacióndelaalineaciónconequipolaserdeun conjuntoturbinageneradorenlazonadeacoplamientodelosdos equipos
Nota:ElaboraciónPropia
Otraactividadimportanteenelmantenimientodemáquinasrotativaseslamediciónyevaluacióndelasvibracionesproducidaspor unamáquinaenfuncionamiento,másconocidoconelnombretécnicodeanálisisdevibracionesFigura 59.Lasvibracionessoncausadasporlapresenciadedesequilibrios,desalineamiento,desbalanceo, problemasdelubricación,desgasteenloscojinetesdedeslizamiento, rodamientosenmalestado,cambiosenlasholgurasmecánicas,entre losprincipalesfactores.
Figura59: Comprobacióndelaalineaciónynivelacióndelconjunto turbina-generador
Nota:ElaboraciónPropia
Pararealizarunanálisisdevibracionesseutilizaninstrumentos especializados,Figura 60,quemidenlafrecuenciadevibraciónde unamáquina.Losvaloresobtenidossoncomparadosconpatrones tipodefalla,locualpermiteidentificarlaexistenciadeproblemas potencialesantesdequeseconviertanenfallasgraves.
Porsuimportanciaenelmantenimientodelasmáquinasrotativas,laalineaciónyelanálisisdevibracionesserecomiendarealizar unavezalañoydebeserejecutadoporunespecialistacertificado enestecampo.
Figura60: Medicióndevibracionesenelcojinetedelgeneradorladodel volante
Nota:ElaboraciónPropia
Estosprofesionalesemitenuninforme,Figura 61,conlasconclusionesyrecomendacionesdemantenimiento,preventivocomocorrectivo.Esfundamentalcompararestainformaciónconlosdatos demedicionesanteriores,porqueestofacilitalatomadedecisiones sobrelasaccionesdemantenimientoaimplementar.
Figura61:
Partedeuninformedeanálisisdevibracionesdeungrupo generadode385KVA,Hidroimbabura(González, 2021)
Nota:FiguraObtenidade(González, 2021)
3.1.3.3. Mantenimientodelrodete,álabesdeldistribuidor yotroscomponentesdelcaracol
Elaguaqueingresaaunaturbina,enlamayoríadeloscasos, siempretendrásólidosensuspensión,que,apesardeserpequeños,es elprincipalagentequecausaeldesgasteenloselementosinternosde laturbinaqueestánencontactoconelfluido,Figura 62.Apesarde utilizarmaterialesdealtadureza,elcontinuoimpactodelmaterial particuladoprovocadesgasteporabrasión.
Figura62: DesgasteinternodeunaturbinaFrancishorizontalde250KW
Nota:Semuestraeldesgateenvarioselementosinternosdela turbina,loscualessonreconstruidosutilizandomaterialpolímero derellenodealtadureza.Unavezseco,estematerialesrectificado y,comorecubrimientofinalliso,seutilizaelmaterialpolímero denominadocerámico;ElaboraciónPropia.
Enestazona,serecomiendamedirlaholgurainicialentrela coronadelrodeteyelanillofrontaldelaturbina,lacualsueleser de0,25mmenlamayoríadelosequipossimilares,comosemuestra enlafigura 63.Enfuncióndelashorasdefuncionamiento,escomún quedichaholguraaumenteporeldesgastedetipoabrasivoquese produce,loqueprovocaunadisminucióndelaeficienciadelaturbina ygeneraunmayorempujeaxialenelcojineteprincipal.
Figura63: Holguraentrecoronadelrodeteyanillofrontaldelaturbina,valor de0,20mmrecomendable
Nota:(1)Elvalordeestaholguradeberegistrarseydellegara valoressuperioresa0,5mmrequieredeunaaccióncorrectiva,se implementaaccionesdeprotecciónparacontrolareldesgasteen estazona;ElaboraciónPropia.
Encasodetenerquerealizarlaalineacióndelejedebidoaun mantenimientomayor,serecomiendarectificarelanillofrontaly lacorona,detalmaneraquesetengapuntosconcéntricosiguales, garantizandoasíunaalineaciónhorizontalyverticalqueayudaa posicionarelcojinetedelaturbinaconmayorfacilidad.
Figura64: DesgasteenunrodeteturbinaFrancishorizontal
Nota:ElaboraciónPropia
Elrodeteesunodeloselementosmásafectadosporeldesgaste abrasivo,Figura 64.Parasureconstrucción,seempleanmateriales polímerosdebidoasufacilidaddeaplicaciónyrapidezenlareparación,Figura 65.Tambiénpuedeutilizarseunprocesodesoldadura conrecubrimientodecarburos;sinembargo,debidoalaportedematerialqueimplica,esnecesariorealizarunbalanceoestáticoydinámicodelconjuntoconelejeparaevitarvibracionespordesbalanceo (Toapanta, 2019).
Figura65:
Procesodereconstruccióndeunrodeteconmaterialpolímerode rellenoycapafinalconpolímerotipocerámico
Nota:ElaboraciónPropia
Elusodematerialpolímeroparalareconstruccióndeunrodete, Figura 65,tienelaventajadequeesunaportedematerialuniforme enlasuperficie,loquenoocasionaundesbalancedelconjunto.Por seguridad,serecomiendarealizarunbalanceoestático.Además,si serealizaunanálisisdevibracionesalequipo,enelreportenose generanfrecuenciasdistorsionantespordesbalanceo.
Figura66: Reconstruccióndelosálabesdeunrodeteconsoldadurayproceso debalanceodinámico
Nota:ElaboraciónPropia
Paraelcasoenqueseutilizaelprocesodereconstrucciónconsoldadura,Figura 66,elaportedematerialessignificativo;esoimplica realizarunbalanceodinámicodelconjunto.
Figura67:
Reconstruccióndelanillo,álabesyotroselementosinternoscon materialpolímeroderellenoyrecubrimientofinalduranteun procesodemantenimientoanual
Nota:ElaboraciónPropia
Concluidalareconstruccióndelaspiezas,Figura 67,seprocede almontaje,Figura 68.Esimportantetenerprecauciónduranteel montajedelaspiezasreconstruidas,yaquepuedenpresentarsezonas derozamientodebidoasobremedidasgeneradasporelexcesode materialpolímeroaplicadoenlaspiezas.Enestoscasos,esnecesario realizarunrectificadodeláreaafectada.
Figura68:
Procesodemontajedelrodeteenelejedelaturbinautilizandolas herramientasespecíficasparaelequipo
Nota:ElaboraciónPropia
Enestafasedelmantenimientoserecomiendarealizarlassiguientesactividadesdemaneracomplementarias:
1. Inspecciónvisualporcorrosión: Observarelagujerodel rodeteyejequenoexistanpuntosdeoxidación.Laexistencia deóxidoindicaundesgaste,quepodríadeberseaunmontaje
inadecuadooporelusodelijasdemasiadoabrasivasdurante lalimpieza.
2. Controldemedidas: Realizarmedicionesdeprecisióndel diámetrodelejeydelagujeroparaconfirmarqueelajustese encuentradentrodelosparámetrosestablecidos.Paraello,se empleanherramientasdemedicióncomoelcompásdeinteriores,exterioresyelcalibradorpiederey.Encasodedisponer deunmicrómetroparalamedicióndeinterioresyexteriores, seobtendrámedidasconmayorprecisión.
3. Proteccióncontralaoxidación: Aplicaralgúntipodepasta olíquidoantiadherenteduranteelmontajeparaevitar,conel pasodeltiempo,trabamientosentreelejeyagujerodelrodete.
4. Verificacióndeposición: Medirladistanciaentreelejeyel extremodelagujerovisibledelrodeteparaasegurarsiestáen laposicióntope.Elregistrodeestadistanciaesundatocomo referencia.
Tambiénesimportanteantesdeunmantenimiento,inspeccionar posiblesfugasdeaguaenlossellosdelejedelosálabesdeldistribuidor,Figura 69.Estasfugaspuedenoriginarseporeldeteriorodel sellodelálabeoporundesgasteenlosbujesenlosquesesoporta elálabe.
Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*91
Figura69: Cambiodesellosdelosálabesdirectricesyengrase,paraprevenir fugasdeaguas
Nota:Seilustraelprocedimientoparaelcambiodelossellos,esto implicarealizaeldesmontarelmecanismodeaperturaycierrede losálabes.Estopermitereemplazarlossellosylalubricacióncon grasaalmecanismo.Esteprocedimientocorrigeoprevienelasfugas deagua;ElaboraciónPropia.
Cuandosedetectaunjuegoapreciableenlosálabes,seprocede arevisarlosbujesdeapoyo,locualimplicadesmontarlosanillos frontalyposteriordelaturbina.Eneltallerseextraenlosbujes medianteelusodeunaprensa,Figura 70,severificanmedidasy sefabricannuevosbujesajustadosalamedidadelejerectificado, asegurandoasíunajustedepocojuego.
Figura70:
Procesodepreparaciónprevioalcambiodelosbujesenlastapas frontalyposterior,eneltallermecánico
Nota:ElaboraciónPropia
Eldesgasteenlosbujesgeneradosefectosenlaturbina:
1. Ruidointernoenlaturbina:Generaunruidocaracterísticoal interiordelaturbina,conocidocomogolpeteodelálabe.
2. Fugasdeaguaenlossellos:Lamayorholgurapermitequela presióndelaguaalinteriordelaturbinagenerafugasatravés delossellos,quesondiseñadosparabajapresión.
3.1.4 Mantenimientodecojinetes
Dadoqueesunelementosoportedelejedelaturbinaypuntode referenciaparaelcorrectofuncionamientodeunaturbina,esnecesa-
rioevaluarsusmedidasencomparaciónconotroselementosfijosdel conjunto.SisedisponedeplanosCADdelconjunto,seprocederáa verificarlasmedidas;encasocontrario,elaborarunbocetoconlas dimensionescorrespondientes.
Comoejemplo,sehatomadoenconsideraciónelcojineteprincipaldeunaturbinaFrancisyserealizanalgunasmedicionesutilizandoelcalibradordeláminasycalibradorpiederey.Losvalores obtenidosseregistranparairevaluandoeldesgaste,procesoquese observaenlasFiguras 71 a 74.
Figura71: Medicióndelaholguraaxialconcalibradordeláminas,debeser uniformeensucontorno
Nota:ElaboraciónPropia
Figura72: Medicióndelespesordelcojineteparadefinirlaholguraaxial
Nota:ElaboraciónPropia
Figura73: Medicióndeladistanciaentrelapartefrontaldelcojineteradialy discodeleje
Nota:ElaboraciónPropia
Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*95
Figura74: Medicióndeholgurasaxialentreelanillodelejeycaraaxialdel cojineteradial,zonamediadelcojinete
Nota:ElaboraciónPropia
Lasmedicionesdeholgurasradialyaxialdelcojinetedebenrealizarsedemaneraperiódica,paramonitorearyanalizarlaevolución deldesgaste.
Paraestasmedicionesseutilizaninstrumentosdeprecisión,que permitenmedirtantoeldiámetrodelejecomoeldiámetrointerior delcojinete.Laholguraradialsecalcularestandoestosvalores,yel valorobtenidodebeestardentrodelrangoespecificadoenlaTabla 4.
Silaholguraseacercaallímitemáximo,esnecesarioplanificar elcambiodelcojinete,yaqueestoafectaalalubricacióninternadel
cojinete.
Tabla4:
Suggestedrunningclearances(Holgurasdefuncionamiento sugeridas)(H.&Hirani, 2000)
Nota:Elaboraciónapartirde(H.&Hirani, 2000)
Cuandoaparecenzonasbrillantesenelbabbitdelcojinete,esto significaqueesunazonademayorrozamiento,serecomiendarealizarunrectificadomanualutilizandolijanúmero1000.Esteproceso deberealizarseconmuchocuidadodebidoalaspequeñasholguras, evitandoasíundesgasteexcesivodelasuperficie.
Trasfinalizarlatomademedidasyrectificadomanual,esfundamentalllevaracabolalimpiezadeloscojinetesydelalojamiento.
Finalmente,serealizaelmontaje,Figura 75,siguiendolosprocedimientosdetalladosanteriormente.
Paracontrolarlastemperaturasenloscojinetesorodamientos, esrecomendableelaborarunahojaderegistrodetemperaturascon medicionescadahora.Lamedicióndelatemperaturasepuederealizarconuntermómetroinfrarrojoomedianteunsistemadesensores
detemperaturaquepuedenserinclusiveintegradosaunsistemade mantenimiento.
Esteregistropermitemonitorearyanalizareldesgastedelcojineteyadoptarmedidaspreventivasdemantenimiento.Enelcaso específicodeloscojinetesdedeslizamiento,latemperaturanodebe excederlos54 °C,porprecaución.
Figura75:
Procesodemantenimientodeuncojineteaxialyradial
Nota:ElaboraciónPropia
Además,lainspeccióndelastemperaturasenelcojineteaxial proporcionainformacióncomplementaria.Unincrementoenesta temperaturapuedeindicarunposibleaumentodelapresiónaxial,lo cualpodríaestarrelacionadoconunincrementoenlasholgurasdel cojinete,desgasteenloscomponentesinternosdelaturbinaoalgún problemaeneltopeaxialdelgenerador.Elvalorrecomendadopara laholguraaxialestáentre0,10mmy0,20mm.
Cadaañoesconvenientellevaracabounaverificacióndelaalineacióndelconjuntoturbinaygenerador,asícomorealizarunanálisisdevibracionesytermografía.Latermografíapermiteidentificar ladistribucióndetemperaturasalinteriordeloselementosrodantes.
Elinformeresultanteesfundamentalparacoordinaraccionesde mantenimientopreventivoycorrectivo,deacuerdoconlasrecomendacionesdeltécnicoespecialista.
Elcambiodeaceiteesotrofactordeimportanciaenelmantenimientodeloscojinetes.Dadoqueungrupogeneradorfunciona las24horasdeldíacuandosedisponedeagua,elcambiodeaceite seefectúacadaañoosegúnelnúmerodehoraspromediodeoperaciónindicadoporeltécnicodemantenimiento.Enelcasodelos rodamientos,esnecesarioaplicargrasaconmayorfrecuencia;debe hacersealmenoscada15días.
Realizarunmantenimientoadecuadopermitecontrolareldes-
gasteenelcojinete;sinembargo,sidebidoacondicionesexternas laturbinapermaneceaunavelocidaddegirosuperioralavelocidaddeembalamientoduranteuntiempoprolongado,losparámetros dimensionalesdelcojinetepuedenversecomprometidos.Estavelocidadsealcanzacuando,enplenofuncionamiento,lacargasequita deformainesperada,generandounasobrevelocidadqueelreguladordevelocidaddebecontrolardeinmediatocerrandolosálabes.Si elreguladornoactúa,elcojineteradialyaxialpuedesufrirdaños significativos,llegandoinclusoaquedarinservibles.
Segúnloexpuesto,serecomiendaaloperadordeturnorealizar lassiguientesactividadesdecontrol:
Verificarelsistemadelubricacióndelcojinete: Asegurarsedequeelsistemafuncionecorrectamenteyrevisarqueel aceiteenelreservorionoestécontaminadoconagua,yaquela presenciadeaguapuedeindicarunafallaenelsellomecánico entrelaturbinayeleje.
Controlarelniveldeaceite: Undescensoenelnivelde aceitepuedeindicarunafuga,mientrasqueunaumentoes señaldeuningresodeaguaalcojinete.
Realizarinspeccionesvisualesytáctiles: Estaspermiten identificarvibracionesanormalesotemperaturaselevadasdu-
ranteelfuncionamiento.
Mediryregistrarlatemperaturadeloscojinetesyrodamientos: Unincrementoenlatemperaturaindicaproblemaspotencialesypermitetomaraccionescorrectivasdeforma temprana.
Mantenerlalimpiezadelequipo
Aplicarengrasefrecuenteaelementosrodantes
Verificarelfuncionamientodelreguladordevelocidadanteuna desconexióndelacarga.
Comunicarcualquieranormalidadenelfuncionamiento.
Adoptarestasrecomendacionespermitealosoperadoresytécnicosdemantenimientoorganizarunplandemantenimientopreventivoyprogramado,locualcontribuyeaprolongarlavidaútildelos cojinetesdedeslizamientoyrodamientos.
3.1.5 Laberinto Esuntipodesellomecánicoquecierraelespacioentreelinteriordelaturbinayeleje,yselubricaconelaguadelaturbinaa bajapresiónydemaneracontrolada.EnelgrupoNo.2delacentral hidroeléctricaHidrocarolina,eltipodeselloempleadosemuestraen laFigura 76 yesdeltipolaberinto.
Figura76: Sellomecánicotipolaberinto
Nota:ElaboraciónPropia
Estesellonorequieremantenimiento;sinembargo,sicomienza asaliraguaenexceso,existeelriesgodequeingresealcojinete,lo cualindicalanecesidaddereemplazarelselloporotronuevo.
Estetipodesellossefabricaconmaterialescomoelbroncealuminioobroncefosfórico,ysutapadecierreesdeacero.Esfundamentalprestaratenciónaltipodeajustequeselevayaadarconel eje.Unajusteexcesivoocasionadificultadesalmomentoderealizar sucambio,yaqueseutilizalatapadecierreparasuextracción.
Duranteelmontajedellaberinto,sedebeconsiderarlaholgura axialenelcojineteprincipal.Unadelasformasdeverificarsiel laberintoestábienposicionadoesenfuncionamientoyconcarga.
Nodebegenerarningúntipodelimallaenelaguadedesfoguedel
laberinto;encasodesurgiresteinconveniente,sedebeanalizarla holguraenelcojineteaxial.Lossellosmecánicosnoestándiseñados parasoportarcargasaxiales.
Otraopcióndesellomecánicoparaelcierreentrelatapadela turbinayelejeeslautilizacióndeprensaestopasdeltipocordón grafitado,Figura 33.Estesistemapermiteunmayorcontrolsobre lasalidadeaguayseajustaconformeseobservaunaumentoen eldesfoguedeagua.Despuésdeciertotiempo,sereemplazaporun nuevogrupodecordonesporsuexcesivacompresión.
Figura32:
Procesodemontajedeunsellomecánicoconprensaestopasy tuberíadedesfoguedelaguaabajapresión
3.1.6 Reguladordevelocidad EnlasturbinasFrancisantiguas,losreguladoresdevelocidad sondetipomecánico–hidráulico.Estesistemaactúadirectamente sobreelmecanismodeldistribuidordelaturbina,permitiendoel controldelaaperturaocierredelosálabes.Sufunciónprincipal esmantenerlavelocidadconstanteenlaturbinaylaestabilidad.
Además,cuandolaturbinaestáensincronismoconlaredeléctrica deinterconexión,conelreguladorsecontrolalapotenciadelgrupo generador,ajustandoelcaudaldeaguaqueingresaalrodete.
Elfuncionamientodelosreguladoresdevelocidadsebasaenel principiodelafuerzacentrífugageneradacuandouncomponente denominadopénduloseabreocierraenfuncióndelavelocidadde giroylapresióndeaceitequegeneraunabombadeengranes,que accionaunsistemamecánicodevarillasyémbolosqueproducenel movimientodelosálabesdeldistribuidor.
EnlaFigura 33 seobservaelprincipiodefuncionamientodeun reguladordevelocidadclásicoenestosgruposdegeneraciónantiguos,yenlaFigura 34 sedaaconocercómoesteprincipioseaplica enunaturbinahidráulica.Paraelsistemahidráulicosedisponede unabombaquegiraalamismavelocidaddelaturbina,generandolapresiónrequeridaparaelsistemadeservomotorinternodel regulador.
Figura33: Diagramafuncionaldeunreguladorcentrífugodeesferasgirantes (Pacheco, 2019)
Nota:FiguraObtenidade(Pacheco, 2019)
EnlaFigura 35 seindicaunreguladordevelocidadyalgunas partesinternas.
Porsuimportanciaenelcontroldelaturbina,paraelmantenimientoesimportantecomprenderlafuncionalidadquepermitirá tomaraccionesdemantenimientoypruebasdefuncionalidad,en especialcuandoexisteunrechazodecargaporcausasmecánicas oeléctricas(OLADE&ONUDI(OrganizaciónLatinoamericanade EnergíayOrganizacióndelasNacionesUnidasparaelDesarrollo Industrial), 1985;OrganizaciónLatinoamericanadeEnergía, 1981; Viteri, 1988).
Figura34: Diagramafuncionaldeunreguladorcentrífugodeesferasgirantes (Pacheco, 2019)
Nota:FiguraObtenidade(Pacheco, 2019)
Losavancestecnológicosenlaautomatizaciónhanpermitidoel desarrollodereguladoreselectrónicos–hidráulicosconcontrolautomático,Figura 36,basadosenlosprincipiosdefuncionamientodelos reguladoresdevelocidadmecánico–hidráulicos.Estossistemasestán conformadosporunaunidadhidráulica,unconjuntodeelectroválvulas,ydiversossensoresdepresión,frecuenciayposición,entre otros.
Figura35:
Reguladordevelocidadmecánico-hidráulicodelgrupoG2dela centralhidroeléctricaHidrocarolina
Nota:Muestraalgunoselementosfundamentalesdeunreguladorde velocidad,talescomolabombadeengranes(1),válvulasdecontrol deflujo(2),reguladorcentrífugotipopéndulo(3),mecanismosde accionamientodelsistema(4),bombadeengranesdelsistema; ElaboraciónPropia. Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*107
Figura36:
Reguladordevelocidaddetipoelectrohidráulicoycontrol automático
Nota:ElaboraciónPropia
Elfuncionamientodelsistemaestácontroladoporuncontroladorlógicoprogramable(PLC),elcualprocesalainformacióndelos sensoresyemitelasseñalesnecesariasparaelaccionamientodeun cilindrohidráulico.Estecilindroeselencargadoderegularlaaperturaycierredelosálabesdeldistribuidor,optimizandoasíelcontrol delcaudaldeaguaqueingresaalrodetedelaturbina(Figura 36).La
implementacióndeestosreguladoresautomáticosmejoralaeficienciaoperativa,reducelanecesidaddeintervenciónmanualypermite unarespuestamásrápidayprecisaalasvariacionesenlascondicionesdeoperacióndeungrupodegeneraciónhidráulico(Alania, 2017;Caicedo&MurciaPolo, 2011;Quintero&Cardoza, 2012).
Unafuncionalidadcomplementariadelosreguladoresdevelocidadenoperaciónessucapacidadparaactuarinmediatamenteante unrechazodecarga.Estefenómenopuedeocurrirdebidoacondicionespropiasdelamáquinaoporunadesconexióncausadaporla pérdidadeseñaldelsistemaeléctricodereferencia(Alania, 2017).
Elreguladordebeestarcalibradodemaneraque,alsuperaruna frecuenciapredefinida,cierreinmediatamentelosálabesparaevitar quelamáquinaalcancelavelocidaddeembalamiento.Estafunción serealizamedianteunaválvuladeseguridadquealivialapresión delsistema,provocandoasíelcierre.
Comoaccionesdemantenimientoparalosreguladoresdevelocidadmecánico–hidráulico,serecomiendallevaracabolassiguientes actividades:
1. Revisarlosmanómetrosdepresióndeaceiteparaasegurarque seencuentrandentrodelosrangosoperativosestablecidos.
2. Verificarqueelniveldeaceiteseaeladecuadoyllevaracabosu
cambioenfuncióndelnúmerodehorasdefuncionamiento,que comoreferenciasehaceunaequivalenciaalnúmerodehoras defuncionamientocontinuoalaño.
3. Aplicarengrasecadaquincedíasaloselementosmóvilesdel reguladorydeldistribuidor.
4. Limpiarsemanalmenteelfiltrointernodeaceiteparaprevenir pérdidasdepresiónyflujoenelsistema.
5. Efectuarpruebasdeaccionamientoporparadaemergentepara garantizarelcorrectofuncionamientodelsistema.
6. Comprobarquelosejesinternosqueaccionanlasválvulasno esténdeformadosysedeslicensininconvenientes.
7. Limpiarlastuberíasdeconexióninternas.
8. Limpiezadeldepósitodeaceite.
3.1.7 Mantenimientodelgenerador,excitatrizytableros decontrol
Estelibronoabordaráenprofundidadelmantenimientodelgenerador,excitatrizytablerosdecontroldebidoalaespecificidad deltemayrelaciónconlasnormaseléctricas.Sinembargo,acontinuación,sebrindanalgunasrecomendacionesgeneralesparacada componente.
Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*110
Generador:
Controldelastemperaturas: Monitorearlastemperaturas deloscojinetesorodamientos.Paraelcasodecojinetesde deslizamiento,medirlaholguraexistente.
Análisisdelposicionamiento: Realizarunanálisisdelposicionamientodelrotorconrespectoalacarcasa,definiendoel centromecánicodelrotor.
Mantenimientoanual: Realizarmedicióndevibraciones,análisiscontermografíayalineaciónentrelaturbinayelgenerador.
Limpiezainterna: Llevaracabounalimpiezadelosdevanadosdelestatoryrotor,aplicarunbarnizadosuperficialy medirlaresistenciadeaislamientodelosbobinados.
Limpiezageneralyajustes: Limpiaryajustarlasconexionesparaaseguraruncorrectocontactoyevitarpuntoscalientes.
Rectificadodelosanillosdealimentacióndecorriente: Silosanillospresentanirregularidadesensusuperficie,rectificarylimpiarlosanillos,asícomorevisarloscarbones.
Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*111
Excitatriz: Enlosequiposantiguos,laexcitatrizutilizaanillos rozantesparagenerarlacorrientenecesariaparaelcampomagnético enelrotordelgenerador.Losequiposmodernos,encambio,emplean unpuenterectificadorcondiodosenlugardeanillosrozantes.
Limpiezayajuste: Realizarunalimpiezageneralyajustede losterminalesyelementosinternos.
Revisiónderodamientos: Verificarquelosrodamientosesténbienlubricadosyenbuenascondiciones.
Medicióndeaislamiento: Medirlaresistenciadeaislamientodelasbobinas.
Inspeccióndecarbonesyportacarbones: Comprobarel estadodeloscarbonesyportacarbones.
Rectificadodelcolector: Sielcolectorpresentairregularidadesensusuperficie,rectificarylimpiarlasdelgas,asícomo profundizaciónsiesnecesario.
Verificacióndediodos: Paraexcitatricesconpuentedediodos,verificarsuspropiedadeseléctricas.
Tablerodecontrol:
Limpiezainterna: Retirarpolvoocualquiersuciedad.
Revisióndeequiposdemedición: Verificarvoltímetros, amperímetros,cofímetrosymedidoresmultifunción.
Inspeccióndecalentamiento: Comprobarsialgúnelemento presentauncalentamientoexcesivo.
Pruebasdeldisyuntorprincipal: Verificarelcorrectofuncionamientodeldisyuntordelequipo.
Inspeccióndefocosdeseñalización: Cambiarinmediatamenteaquellosquenofuncionen.
Verificacióndesistemasdeprotección: Asegurarquetodoslossistemasdeprotecciónesténfuncionandoadecuadamente.
Revisióndeplanoseléctricos: Revisarlosplanoseléctricos existentesorealizarlosencasodenodisponerdeellos.
3.1.8 Plantillasparaplanificacióndelmantenimiento
Enestasecciónsepresentanformatosdereferenciaquepueden aplicarseparaelregistrodelascondicionesdeoperacióndelosequipos,laplanificacióndelmantenimientoylaelaboracióndelpresupuesto.EnlaTabla 5 sepuedeverelformatoparaelregistrodiario deparámetrosoperativoscomopotenciagenerada,temperaturasde equiposyconsumoenergético.Paralaprogramacióndeactividades Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*113
demantenimientopreventivo,enlaTabla 6 sepresentauncronogramamensualdetallado.Losdatostécnicosespecíficosdelacentral hidroeléctricapuedenconsignarseenlaTabla7,mientrasqueenla Tabla 8 sedetallaelpresupuestodematerialesparamantenimiento.
ElconsumodecombustiblesylubricantesseregistraenlaTabla 11, yloscostosdeserviciosbásicosyasesoríatécnicaenlasTablas 12 y 13 respectivamente.Estosdocumentosresultanesencialesparala gestióneficienteylaoperatividaddeunapequeñacentralhidroeléctrica,permitiendouncontroladecuadodelosprocesosyunaoptimizacióndelosrecursosdisponibles(H.&Hirani, 2000;Organización LatinoamericanadeEnergía, 1981;Pacheco, 2019).
3.1.8.1. Plantilladecontroldiariadegeneración Tabla5: DatosGeneraciondecentralhidroeléctrica DATOSGENERACIÓNCENTRALHIDROELÉCTRICA HIDROCAROLINA
Fecha: Operador: Hora Potencia FactosdePotencia Exitación
TEMPERATURAS °C (TurbinaGenerador) Lecturadeenergia KW cos(θ) V A LadoTurbina Ladovolante Ladogenerador LadoExcitatriz KW-H 01:00
Observaciones:
Nota:ElaboraciónPropia
3.1.8.2. Cronogramademantenimientomensual
Tabla6: Ejemplodecronogramademantenimientomensual EJEMPLODECRONOGRAMADEMANTENIMIENTOMENSUAL
Empresa: Central: GrupoN0:
Añodefabricación: Marca
Inspeccióngeneral
Revisiónniveldeaceite
Obtenerlatemperaturapromediosemanal x
Verificacióndealineación,análisisdevibracionesytermografía.
Cambiodeaceiteenelcojinete
Reconstrucciónderodeteyanillos.
Medicióndeniveldeaislamientodelgeneradoryexcitatriz x Rectificacióndelrecolectordelaexcitatriz
Reparacióndelosportacarbonesdelexcitatriz
Mantenimientodelascompuertasdecaptación,desarenadorytanquedepresión
Pinturaylimpiezageneraldelosgrupos x Limpiezacasademáquinas. x x
Pinturadelatuberíadepresión x x Medicióndeholgurasenelcojineteprincipal x
Nota:ElaboraciónPropia v
3.1.8.3. Datostécnicosdecentraleshidroeléctricas
Tabla7: DatostécnicosdeCentralHidroelectrica
CENTRALHIDROELÉCTRICA Empresa: Nombrecentral:
Marca:
Tipo: Añodefabricación:
N° defábrica:
Caída:
Caudal:
Potencia:
VelocidadNominal:
Velocidaddeembalamiento:
G.N°:1G.N°:2
REGULADORDEVELOCIDAD Marca:
Tipo:
Potencia:
Añodefabricación:
N° defábrica:
GENERADOR
Marca:
N° defábrica:
Tipo:
Potencia:
Voltaje:
Intensidad:
Factordepotencia:
Ve:
Ie:
Velocidad:
Frecuencia:
N° defases: Año:
EXCITATRIZ Marca:
N°:
Tipo:
Potencia:
Voltaje:
Intensidad:
Velocidad:
Año:
B.DATOSGENERALESDELASCENTRALES Provincia:
Cantón:
Parroquia:
Añoqueentróenservicio:
Ríoquesirvealacentral:
Longituddelatuberíadepresión:
Diámetrodelatuberíadepresión:
Superficiedelacasademáquinas:
Subestacióndeentrega:
Largodelalíneadetransmisióneléctrica:
Calibredelalíneadetransmisión:
Tensión:
Nota:ElaboraciónPropia
3.1.8.4. Presupuestodegastosdeoperaciónymantenimiento
Tabla8: Presupuestodegastos 01PRESUPUESTODEGASTOSDEOPERACIÓNYMANTENIMIENTO
Empresa:
Material
Electrodos
Brocasvariasmedidas
Discosabrasivos
Hojasdesierra
Hojasdelija
Silicona
Wype
Otrosmateriales(indicar)
Nombrecentralhidroeléctrica:
MATERIALES
Mantenimiento
Unidad Cantidad
Materialesvariosdeferretería
Fechadeelaboración:
Valorunitario V/TOTAL
Pinturasyrecubrimientosparamantenimiento
Pinturassintéticas
Pinturasepóxicas
Thiñer
Pinturadetráfico
Anticorrosivoparatuberíadepresión
Otrosmateriales(indicar)
Materialesespecialesparamantenimiento
Grasaantiadherente
Polímeros
Aceitepenetrante
Spraylimpiadordecontactos
Solventeeléctrico
Otrosmateriales(indicar)
Empaquetaduras
Cordóndeempaquegrafitovariasmedidas
Planchadeneoprenovariasmedidas
Planchadeempaquetadura
Otrosmateriales(indicar) Nota:ElaboraciónPropia
Ingenieríademantenimientoenpequeñashidroeléctricas:enfoquepráctico*120
DESCRIPCIÓN
02SUMINISTRO,ENSERESMENORES
1 Carpetasfolderdecartulina 2 Hojasderegistrodecentrales 3 Cintaadhesivaembalaje 4 Cuadernos 5 Esferos 6 Marcadores
7 PapelbondA4
8 Papelhigiénicorollogrande
9 Papeltoallaparasecarmanos
10 SobresdemanilatamañoF4 11 Fundasdebasura
12 Otrosmateriales(indicar)
Operación 1 Líquidodesengrasante 2 Escobascepillos 3 Detergente
Desinfectantes
Gasolina
Otrosmateriales(indicar)
Nota:ElaboraciónPropia
Tabla10:
Respuestos,acccesoriosyequipoelectrico
03REPUESTOS,ACCESORIOSYEQUIPOELÉCTRICO Mantenimiento
Repuestos,accesorios Cantidad Valor(USD)
GrupoNo.XXX
Cojinetesturbina
Cojinetesgeneradores
Relésdeprotección
Disyuntorprincipal
TarjetaAVR
RodamientosNxxxxx
Nota:ElaboraciónPropia
Tabla11: CombustibleyLubricantes
04COMBUSTIBLES,LUBRICANTES,GENERACIÓN
Operación
Material Cantidad Valor(USD)
AceiteISO46
AceiteISO68
Aceitedieléctrico
Grasa
Nota:ElaboraciónPropia
Tabla12:
Presupuestodeserviciosbásicosdelacentralhidroeléctrica
05SERVICIOLUZ,AGUA,TELÉFONO Descripción Valor(USD)
Teléfonofijo
Teléfonomóvil
Agua Luz
Sistemadecomunicaciónmedidores
Otros
Nota:ElaboraciónPropia
Tabla13:
Presupuestodecontratosdeasesoríatécnicadelacentral hidroeléctrica
06CONTRATOSASESORÍATÉCNICA Descripción
Medicióndevibraciones,termografíayalineación
Medicionesparámetroseléctricosgeneradores
Reparacionesobrascivilescaptaciónytanquedecarga
Otrosensayos
Nota:ElaboraciónPropia
Valor(USD)
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