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Diseño del cono del tubode aspiración de la central
hidráulica Salvajina
Vicepresidencia Generación
“Cuidamos creaciones
grandiosas de la ingeniería que
obedeciendo la naturaleza, la regulan
para generar riqueza y preservar la vida”
Descripción del sistema
Tubo de aspiración
Descripción del sistema
Descripción del sistema
Descripción del problema
Teórico
Central hidráulica Salvajina
Nombre Año Fenómeno Recomendaciones Acciones
Dr. Hermond
Brekke1997 Von Karman
Cambio perfiles en álabes -
nuevo rodeteCambio perfiles
rodete
Dr. Ugo Velicogna 1999 Von KarmanEmbeber cono - gatos de
sujeciónGatos de sujeción
Vatech Hydro 2007Antorcha -
VKDiseño nuevo cono
Universidad del
Valle
2000-
2008
VK -
Antorcha
Control torque - Diseño
nuevo cono
Llave hidráulica -
Nuevo diseño
Salvajina
Histórico de fallas en tornillería de los conos del tubo de aspiración
GRUPO 1
GRUPO 2
GRUPO 3
0
0,5
1
1,5
2
2,5
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3,5
4
19951996
19971998
19992000
20012002
20032004
20052006
20072008
Ca
nti
da
d d
e Fa
llas
/ a
ño
Años
Justificación y objetivo
Justificación
• Confiabilidad en operación a carga parcial
Objetivo General
• Diseño del cono del tubo de aspiración de la Central Hidroeléctrica Salvajina, que permita rangos de
generación de 60~95MW sin poner en riesgo la estabilidad y estanqueidad de las juntas bridadas.
Estado de la tornillería
Tornillos M24 en brida superior
Tornillos M24 en brida superior
Tornillos M24 en brida superior
Tornillos M30 en brida superior
Pruebas
Pruebas
Pruebas
Pruebas: resultados relevantes
Espesor
Máxima pérdida de espesor: 4.08 mm
Pruebas: resultados relevantes
Presión
Pruebas: resultados relevantes
Pruebas: resultados relevantes
Pruebas: resultados relevantes
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TIEMPO (Horas,Minutos,Segundos)
VARIACIÓN DE PRESIÓN EN EL CONO DEL TUBO DE ASPIRACIÓNDEL GRUPO 2 DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA SALVAJINA
PRESIÓN CONO INFERIOR TA LIZQ
PRESIÓN CONO INFERIOR TA LDER
PRESIÓN CONO SUPERIOR TA LIZQ
PRESIÓN CONO SUPERIOR TA LDER
POTENCIA EN GENERADOR: 100MWNIVEL DEL EMBALSE: 1147.20 msnmNIVEL DE DESCARGA: 1032.48 msnm
APERTURA DE ÁLABES: 69.24%CAUDAL APROXIMADO: 101.32 m3/sEFICIENCIA DEL GRUPO: 94%GRUPOS 1 Y 3 GENERANDO 95MW
HORA INICIO: 11:27:10 a.m.HORA FINALIZACIÓN: 11:27:58 a.m.
Pruebas: resultados relevantes
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)
TIEMPO (s)
VARIACIÓN DE PRESIÓN EN EL CONO DEL TUBO DE ASPIRACIÓN DEL GRUPO 2 DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA SALVAJINA CON DESACARGA DE AIRE DEL TANQUE OPERACIÓN SINCRONO
PRESIÓN CONO INFERIOR TA LIZQ
PRESIÓN CONO INFERIOR TA LDER
PRESIÓN CONO SUPERIOR TA LIZQ
PRESIÓN CONO SUPERIOR TA LDER
Presión TK acumulador
POTENCIA EN GENERADOR: 60MWNIVEL DEL EMBALSE: 1147.20 msnmNIVEL DE DESCARGA: 1032.14 msnmAPERTURA DE ÁLABES: 48%CAUDAL APROXIMADO: 60.79 m3/sEFICIENCIA DEL GRUPO: 88%GRUPOS 1 Y 3 GENERANDO 95MWHORA INICIO: 11:42:58 a.m.HORA FINALIZACIÓN: 11:44:14 a.m.
Pruebas: resultados relevantes
Esfuerzos en pared
Pruebas: resultados relevantes
Pruebas: resultados relevantes
Teorema de SINES
Criterio de Goodman
Pruebas: resultados relevantes
El esfuerzo alterno cambia
de 2.2 MPa a 0.8 MPa
Pruebas: resultados relevantes
Potencia: 50 MW – Fase 2
Esfuerzos en tornillos
Pruebas: resultados relevantes
Sy = 798 MPa
Sut = 964 Mpa
Fatiga tornillos superior 52 – 50MW Fase 2
Criterio de Goodman
Ka = 0.65
Kb = 0.89
Kf = 2.7
Pruebas: resultados relevantes
Pruebas: resultados relevantes
Pruebas: resultados relevantes
Pruebas: resultados relevantes
Cálculos del diseño – Criterios de rigidez
Cálculos del diseño – Criterios de rigidez
Cálculos del diseño – Criterios de rigidez
Diseño de uniones bridadas
Aireación natural y cambio del sistema de montaje plataforma
Aireación natural y cambio del sistema de montaje plataforma
Aireación natural y cambio del sistema de montaje plataforma
Aireación natural y cambio del sistema de montaje plataforma
Aireación natural y cambio del sistema de montaje plataforma
Inyección de aire a presión
Conclusiones
Conclusiones
Se realizó el rediseño del cono de aspiración, obteniendo los siguientes beneficios:
• Disminución de riesgo catastrófico de inundación por ruptura de tornillos ($15.000 millones).
• Ampliación del rango para ofertar AGC pasando de 76 – 95 MW a 30 – 95 MW sin inyección de aire.
• Disminución de los tiempos y costos anuales de mantenimiento (de $50 a $5 millones).
• Disminución de la indisponibilidad pasando de 8 a 2 días y de las desviaciones por fugas de agua.
• Simplificación del montaje y desmontaje, los esfuerzos de cizalladura son absorbidos por las bridas,
prolongando la vida útil de los tornillos y aumento en la rigidez de la estructura por aumento del espesor
de la pared del cono.
• Los factores de seguridad por encima de 1 aseguran vida infinita en fatiga, por lo tanto la estructura
puede generar a cualquier valor de potencia sin temer daño estructural en el tubo de aspiración.
• No se tienen consecuencias importantes dadas por la vibración y por el calentamiento de cojinetes.
• La máquina puede operar de manera segura desde 30 MW a cualquier nivel del embalse.
Conclusiones
Antes Después
Inversión : $1.600 millones (incluye compresor 200 KW, 0.57 m3/s)
Conclusiones
Cambio del tubo de aspiración
Histórico de vibraciones en el tubo de aspiración grupo 3
Marzo 2017: 47 mils
- 30MW, 1.137,54
m.s.n.m
Julio 2017: 7 mils
- 30MW, 1.153,28 m.s.n.m
Conclusiones
Tubo de aspiración
Antes Después
Gracias por su atención
