Propuesta de técnicas de mantenimiento y mejora en la central hidroeléctrica Gallito Ciego by DANTE OMAR PANTA CARRANZA

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE MECÁNICA ELÉCTRICA

INFORME ACADÉMICO “Propuesta de técnicas de mantenimiento y mejora en la central hidroeléctrica Gallito Ciego, Cajamarca”

AUTORES: Manuel Jesús Pinillos Contreras (ORDID: 0000-0003-0592-7000) Diego Josué Fernández Peña (ORDID: 0000-0003-0015-5275) Anthony Jairo Vallejos Torres (ORDID: 0000-0003-0247-4077) Víctor Agustín Gerónimo Lozano (ORDID: 0000-0001-5754-0487)

ASESOR: Ing. Dante Omar Panta Carranza (ORCID: 0000-0002-4731-263X)

LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: Sistema y Planes de Mantenimiento

Pimentel - Perú 2020

INDICE

I. INTRODUCCIÓN

II. DESARROLLO Función de la Central Hidroeléctrica de Gallito Ciego

Técnicas para Propuesta de Mantenimiento

Mejoras de la Central Hidroeléctrica Gallito Ciego

III. CONCLUSIONES

REFERENCIAS

ANEXOS

INTRODUCCIÓN

Una central hidroeléctrica es una instalación que utiliza energía hidráulica para la generación de energía eléctrica. Son el resultado actual de la evolución de los antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para generar energía. En este informe hablaremos sobre la Central Hidroeléctrica Gallito Ciego que se ubican en la Región de Cajamarca al norte del Perú, la cual inicio sus operaciones en 1997 abasteciendo de energía a la compañía de cementos Norte Pacasmayo. Se sabe que la represa es utilizada para la irrigación en el área agrícola del valle del rio Jequetepeque y la producción de 64.3 GW.h. la cual es distribuida por la empresa Statkraft. Sin embargo, desde un punto de vista actual la represa hidroeléctrica tiene deficiencia en cuanto a mejoras estructurales ya que se corre peligro a que un nuevo fenómeno del niño como el de 1998 o el del 2017 arruine todas sus instalaciones o deteriore en un gran porcentaje la represa, también en la generación de energía se nota una falta de mantenimiento y una nueva implementación de sistemas eléctricos modernos. A todo lo expuesto, se planteó en este trabajo de investigación la siguiente interrogante: ¿En qué beneficiaria el mantenimiento y mejora de la represa hidroeléctrica Gallito Ciego? Este informe contara como objetivo general conocer los mantenimientos de una Central Hidroeléctrica y como este sería un bien a la sociedad del norte del país, para la mejora de la generación de energía eléctrica, sino también para evitar posibles daños futuros, como el colapso de la represa y algún fenómeno natural que pudiese ocurrir. Hablaremos sobre la descripción de Gallito ciego, ubicación, pequeño relato de la historia de la represa y sus funciones como represa e hidroeléctrica. Como objetivos específicos daremos a conocer las características de la Central Hidroeléctrica Gallito Ciego, mencionar técnicas para propuesta de mantenimiento y algunas mejoras de la Central Hidroeléctrica de Gallito Ciego. Realizamos el informe para dar a conocer nuestra crítica constructiva desde una visión en la Ingeniería Mecánica Eléctrica, por el cual propondremos algunos mantenimientos y mejoras en el sistema eléctrico de la central hidroeléctrica de la represa Gallito Ciego para una mejor

generación de energía más limpia. La cual tendrá una implicancia social positiva hacia las personas del norte del Perú en específico Cajamarca y Lambayeque.

II.

DESARROLLO

Gallito Ciego está ubicada en la región Cajamarca. La central está al pie de la represa de Gallito Ciego, la cual es principalmente utilizada para actividades de irrigación en el área agrícola del valle del río Jequetepeque.

Su fuente de agua proviene de la cuenca del rio Jequetepeque, su construcción se concluyó en 1997 y en el mes de noviembre del mismo año inicio operaciones. Función de la Central Hidroeléctrica de Gallito Ciego La central está al pie de la represa de Gallito Ciego, la cual es principalmente utilizada para actividades de irrigación en el área agrícola del valle del río Jequetepeque. Posee un aliviadero de crecidas que permite evacuar los caudales de avenidas del río. El agua cae desde 35 metros de altura a la poza disipadora de energía, el nivel del agua de gallito ciego tiene 370 MMC. Esta poza permite disipar la energía cinética de la caída de agua proveniente del aliviadero. Tiene la capacidad instalada de 34.0 MW y está conectada al Centro-Norte mediante la línea de transmisión Limoncarro - Gallito Ciego – Cajamarca. De esta manera genera energía eléctrica para la zona norte del Perú. La represa “Gallito Ciego”, obra principal del Proyecto Especial Jequetepeque-Zaña, es la estructura reguladora de las aguas de riego para los valles Jequetepeque y Zaña, con un volumen útil destinado a satisfacer los requerimientos agrícolas en el valle Jequetepeque-Chamán; sus características principales son las siguientes: Altura de la presa 105.44 m, Longitud de la Corona 797.00 m, Nivel Mínimo de explotación 361.00 m.s.n.m., Nivel Máximo de operación normal 404.00 m.s.n.m., Nivel Máximo de crecida 410.30 m.s.n.m., Volumen para el nivel mínimo de operación, (volumen inactivo en la cota 361 m.s.n.m.) 87.18 MMC, Volumen de embalse útil (361.0 - 404.0) 392.02 MMC, Volumen de retención de crecidas (404.0 - 410.3) 94.42 MMC, Volumen Total de embalse medido en su nivel 573.62 MMC, Área de embalse en nivel 404

m.s.n.m. 14.20 km2, Área de embalse en nivel 361 m.s.n.m. 5.60 km2, Longitud máxima de embalse 12.00 km, Ancho de embalse en nivel 404 m.s.n.m. entre 0.50 y 2.00 km, Vertedero nivel corona 404.00 m.s.n.m., Caudal de diseño del Aliviadero de crecidas 1,630.00 m3 /seg, 02 válvulas de servicio del tipo • HOWELL BUNGER (capacidad máx.) 85.00 m3 /seg c/u, Central Hidroeléctrica en pie de Presa 34.00 MW y Mini central Hidroeléctrica en pie de Presa 250.00 KW que por ahora solo la mencionaremos. Tabla 01: nombre de la tabla Descripción Rango de volumen de MMC Volumen (MMC) Volumen para el nivel mínimo de operación 87.18 Volumen de embalse útil 361.0 - 404.0 392.02 Volumen de retención de crecidas 404.0 - 410.3 94.42 Volumen Total de embalse medido en su nivel 573.62 Fuente:

Datos Generales de la Central Hidroeléctrica Gallito Ciego: 

Ubicación: distrito de Yonán, provincia de Contumazá, región Cajamarca



Fuente de agua: cuenca del río Jequetepeque



Capacidad instalada: 37.4 MW



Potencia efectiva: 38.15 MW



Tipo: hidroeléctrica



Generación anual: 156 GWh



Altura neta: 83 metros



Caudal de diseño: 40 m3/S



Equipo: turbinas de eje vertical Francis, 2 unidades de generación



Construcción: concluida en 1997



Operación: desde noviembre de 1997

Técnicas para propuesta de mantenimiento El plan de mantenimiento se propone para conocer el estado actual y la evolución futura de los equipos principales de la central, obteniendo la máxima información de cómo el funcionamiento afecta a la vida de la turbina, del generador y del transformador, con el objetivo de detectar cualquier anomalía antes de que origine una avería mayor y una parada no programada. Este

plan de mantenimiento, complementado con el ordinario, se ha convertido en una herramienta fundamental para asegurar la disponibilidad de los grupos. La planificación del mantenimiento de grupos de producción de energía eléctrica consiste genéricamente en conocer qué grupos deben estar parados, o sea sin producir, para su revisión en cada intervalo de tiempo o periodo de un horizonte temporal de estudio. Este problema es de una enorme trascendencia ya que un fallo en una central puede originar la caída de un sistema eléctrico, con la consecuencia de no cumplir con la demanda de los clientes. Básicamente consiste en la aplicación de las técnicas siguientes: 

Vibraciones y pulsaciones

Durante el funcionamiento de una central eléctrica, el grupo turbina-generador está sometido a la acción de diferentes fuerzas perturbadoras.

El proceso de seguimiento y diagnóstico se realiza en las fases siguientes: Documentación: punto de partida para determinar la aparición de problemas en el grupo. Está formado por planos e informes con los datos más significativos de la unidad.

Conocimiento de la máquina: características constructivas y de funcionamiento que determinan el tipo de posibles defectos y la vibración resultante de los mismos. Es necesario conocer la máquina, sus condiciones de funcionamiento y de los fenómenos asociados al mismo.

Criterios de valoración: una vez que un defecto ha sido localizado e identificado, se determina su grado de importancia; considerando su importancia y las características de este. El criterio para la evaluación se basa en la existencia de una base de datos representativa, así como en las medidas históricas de la unidad.

Análisis de aceites: el análisis del aceite lubricante o del aceite de regulación complementa el diagnóstico mecánico del estado de la unidad; los análisis que se realizan sobre la muestra

del aceite incluyen las determinaciones de viscosidad, oxidación, acidez, contenido en agua, aditivos y contenido en metales de desgaste y de contaminación. 

Aislamiento del Alternador Para los generadores con escobillas se habrá de revisar el desgaste de las escobillas y la limpieza de los anillos rozantes. Cuando los generadores están provistos de filtros de aire, se requiere una inspección y mantenimiento periódico de los mismos. Estado de los devanados. Se puede determinar el estado de los devanados midiendo la resistencia de aislamiento a tierra, es decir, la resistencia óhmica que ofrece la carcasa de la máquina respecto a tierra. Esta resistencia se altera cuando hay humedad ó suciedad en los devanados, por lo tanto, la medición de aislamiento del generador nos indicará el estado actual del devanado. El aparato utilizado para medir aislamientos es el megóhmetro o Megger. La AVR (regulador automático del voltaje) debe estar desconectado en el caso de que el generador sea del tipo auto excitado. Para que las medidas tengan su valor exacto la máquina debe estar parada. Es difícil asegurar cuánto es el valor de la resistencia de aislamiento de un generador, pero como norma a seguir se utiliza la fórmula: R (resistencia en Mega Ohmios) = Tensión nominal en V. / Potencia nominal KW + 1000 siempre y cuando la máquina esté en caliente, es decir, en pleno funcionamiento.

 Diagnóstico del Transformador: El transformador eléctrico es una maquina considerada como un elemento fiable en las instalaciones. No obstante, los materiales están sometidos a temperaturas temperatura y gradiente de campo eléctrico, provocando un envejecimiento en el aislamiento. El diagnóstico del transformador se realiza mediante la aplicación de las técnicas siguientes: Análisis de los gases disueltos en el líquido aislante (aceite o silicona). Valoración del estado del aislamiento sólido (papel de los bobinados) mediante la determinación del contenido en furfuraldehído. Calificación del aceite aislante mediante la determinación de los parámetros de rigidez dieléctrica, contenido en agua, coeficiente de pérdidas (tangente delta) y acidez. Determinación del grado de polimerización promedio del papel aislante. Determinación de la contaminación del aceite por PCB, PCT y PCBT.

Desde hace más de 40 años se dispone de un método fiable y económico que, sin interferir en el normal funcionamiento del transformador, proporciona datos que informa de la existencia de defectos incluso aun latentes, lo que permite disponer de tiempo para programar una acción que evite la perdida de producción. Si en algún punto se está produciendo un calentamiento anómalo (temperaturas superiores a 140°C) o una heterogeneidad del aislamiento que origina descargas eléctricas, el aceite aislante se descompone originando productos que permanecen disueltos en el aceite (hidrogeno, etano, etileno, acetileno, óxidos de carbono). Si se toma una muestra del aceite y se analiza mediante cromatografía de gases, se puede determinar las cantidades de estos compuestos. La norma de la comisión electrotécnica internacional IEC 60599 establece la guía de interpretación de los resultados de los análisis que permiten la identificación del tipo de defecto en transformadores aislados con aceite mineral. La actuación del propietario ante un diagnóstico es la clave para evitar un incidente importante y en consecuencia actuar con celeridad antes de que la información disponible no sea útil porque ya se han producido daños irreparables y pérdida de producción.  Inspección de puntos calientes por termografía infrarroja: Los fenómenos de transferencias de energía, tanto mecánicas como eléctricas llevan aparejado la generación de calor que, cuando se presentan anomalías como rozamientos o resistencias elevadas, generan incrementos de temperatura que permiten detectar la presencia temprana de estas anomalías. La termografía es además una técnica no intrusiva y que no requiere contacto que en el caso de materiales electrotécnicos permite detectar averías incipientes sin riesgo ni interrupción del servicio. Debemos tener en cuenta que principalmente se hace el mantenimiento correctivo que consiste en:

Cambio de la Turbina Michael Banki de 220 Kw de potencia y 380 voltios de generación mantenimiento de los tableros de control y distribución de energía eléctrica. Limpieza y pintado de las estructuras hidráulicas. Corte y desbroce de la vegetación en áreas verdes colindantes a la mini central. Mejoras de la Central de Gallito Ciego  Repotenciación de centrales generadoras: Para Alcázar, M (2011), la “repotenciación de centrales generadoras existentes representa una clara oportunidad para aumentar la capacidad de generación de energía eléctrica sin la necesidad de instalar o construir nuevas centrales’’(Pag.8) Después de casi 20 años de la represa en funcionamiento, la represa necesita un repotencia miento, para incrementar la generación de energía eléctrica, tener menor impacto ambiental, darle mantenimiento y mejorar la calidad de vida de la población. Con una repotenciación a las centrales generadoras de la represa Gallito Ciego se aumentaría la capacidad de generación de energía eléctrica ayudando a que poblados cercanos tenga una mejor calidad de energía eléctrica lo cual ayudaría a que su calidad de vida mejore un poco. Así mismo esta mejora ayudaría a reducir los gastos de operación y mantenimiento, extender la vida útil de la central y cumplir con las regulaciones ambientales y de seguridad. La infraestructura para el sistema de distribución de agua al nivel de valle, generalmente está constituido por canales de derivación y canales de primer orden, segundo orden, tercer orden, etc.; Son canales, en su mayoría, excavados en tierra, con trazos y secciones bastante irregulares; no cuentan con estructuras de medición y regulación suficientes. Los canales de cuarto orden o acequias regadoras (a nivel de parcela) no presentan condiciones adecuadas para la realización de riegos eficientes, frecuentemente su sección es irregular. La cota del terreno es mayor que la rasante del fondo de la acequia regadora, lo que obliga a construir en forma rústica, retenciones para elevar el espejo de agua en el canal y derivar el agua a la parcela, que, asociado a un mantenimiento deficiente, ocasiona considerables pérdidas de agua al sistema. Las estructuras de medición son muy antiguas, la mayor parte de los medidores 9

Parshall de los canales de primer orden se construyeron en la década de los años 1970, los mismos que por falta de mantenimiento y calibración no se encuentran en condiciones adecuadas de operatividad.  Utilización de sedimentos Tabla 02: Levantamiento batimétrico Levantamiento batimétrico

Volumen parcial MMC

Volumen total MMC

Estudio inicial 1991

Año 1993

17.22

Año 1999

47.04

64.26

Año 2000

0.22

64.48

Año 2006

15.73

80.21

Año 2007

1.96

82.17

Año 2010

10.48

92.65

Año 2013

11.91

104.56

Año 2017 Fuente: Bulnes, K, 2014

7.05

111.61

Sin embargo, con esta sedimentación, poco o nada se ha podido hacer, geológicamente se podría ir mejorando paulatinamente y favoreciendo el mantenimiento, así como la apertura de otra represa con estos mismos sedimentos, que si bien es cierto tendría que pasar por procesos de solidificación, sería la materia prima para otra construcción y así misma beneficiaria y aumentaría el abastecimiento de energía eléctrica. (P-----)  Infraestructura: Mejorar sus instalaciones, agrandar la represa o colocando mini presas cerca de ella, para así abastecer de mayor cantidad de agua, evitando desbordes para los fenómenos naturales como la del Niño, o también para así poder dar un mejor mantenimiento a toda la represa como la central.

III.

CONCLUSIONES:

 Conocimos la ficha técnica y conceptos generales de la Central Hidroeléctrica Gallito Ciego.  Para una mayor durabilidad de las maquinarias de la Central Hidroeléctrica deberían contar con técnicas de propuesta de un plan de mantenimiento correctivo y preventivo; preventivo para evitar problemas a futuro y correctivo para subsanar los problemas por el tiempo y magnitud de uso de las maquinarias.  Para el mejoramiento de la Central Gallito Ciego deberíamos repotenciar la Central hidroeléctrica en general, como el cambio de turbinas que sería lo principal, con ellos lograríamos dar mayor fuerza y más rango de energía y el mantenimiento de los canales para que el agua del reservorio llegue a los lugares de sembrío y la mejora de estructura es darle más capacidad de agua al reservorio para evitar algún fenómeno natural futuro.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS  ASTO SOTO, Luiggi, DIAZ MALPARTIDA, Isai. “Modelo de Simulación de la Operación del Embalse Gallito Ciego Utilizando El Sorftware Iber”. Director: Juan Pablo García Rivera. Universidad Privada Antenor Orrego. Facultad de Ingeniería, Trujillo, 2016.

 Central Hidroeléctrica Gallito Ciego. Statkraft Perú, 2014 [consulta: 21 junio 2019]. Disponible en: https://www.statkraft.com.pe/acerca-de-statkraft/statkraft-en-peru/nuestrasoperaciones/central-hidroelectrica-gallito-ciego/  Mantenimiento en Centrales Hidroeléctricas. Asing Servicios de Ingeniería [consulta: 15 junio 2019]. Disponible en: https://www.asing.es/mantenimiento_centrales _hidroelectricas.php  PÉREZ CANTO, Salvador, Gestión del mantenimiento preventivo para centrales eléctricas. En: Revista Europea de Dirección y Economía de la Empresa, vol. 17. junio 2008, no. 2, pp. 145-154 ISSN 1019-6838  ALCAZAR, M. Repotenciación de centrales hidroeléctricas: una alternativa para aumentar la capacidad de generación de energía eléctrica. Tesis. (Maestro en ingeniería).

México:

Universidad nacional autónoma de México. 2011. 305 pp.  SANCHEZ, P y CHUQUIRUNA, L. Acondicionamiento de la chacra productiva sustentable en las cuencas del cajamarquino y del Jequetepeque: Perú, 2006. 23 pp. ISBN-13: 978-929060-291-0

ANEXOS Imagen 01

Fuente: http://biogeomundo.blogspot.com/ Imagen 02

Fuente: Statkraft