ndiceContenidondice1Introduccin2Antecedentes3Lugar y Fecha de
Recaudacin de Datos3Caractersticas Generales de la central
hidroelctrica de Madden4El embalse de Madden4Generacin, casa de
Mquinas5Modo de Operacin de la planta6Anexos8Figura 18Figura
2.8Figura 3 .9Figura 4.9Figura 5.10Figura 6.10Figura 7.11Figura
8.11Figura 9.12Conclusiones13
Introduccin
El siguiente informe tcnico pretende esclarecer la operacin de
la planta hidroelctrica de Madden comenzando con establecer los
antecedentes histricos de las centrales hidroelctricas y su
importancia despus mas especifico de la para luego ya ir entrando
en Materia y poder comenzar con las caractersticas detalladas de la
hidroelctrica de Madden de primero porque para poder comprender su
funcionamiento se debe entender perfectamente las caractersticas de
la central hidroelctrica, empezando con la localizacin de la
Central, su construccin, sus afluentes y las distintas mejoras
sustanciales de generacin a travs del tiempo a la actualidad una
vez finalizado ese punto corresponde describir el embalse de la
hidroelctrica que por ser un tema muy relacionado a la ingeniera
civil no se va a profundizar mucho en este informe, pero an sigue
siendo importante porque influye sustancialmente en el modo de
operacin de la hidroelctrica, despus se detallan las caractersticas
ms relacionadas a la Ingeniera electromecnica, que son las
generalidades de generacin de la planta, su cuarto de mquinas y su
cuarto de control. En el cual se describir los componentes
fundamentales de la planta y como se interactan con ellos para
poder obtener un valor deseado por ultimo despus de definir las
caractersticas de la planta se describe su modo de operacin y
despus se incluyen varios anexos para entender mucho de los
contenidos y descripciones tratadas en el informe.
Antecedentes
En unacentral hidroelctricase utilizahidrulica para lageneracin
de energa elctrica. En general, estas centrales aprovechan laenerga
potencial gravitatoriaque posee la masa de agua de uncauce natural
en virtud de un desnivel. Los antiguos aprovechaban ya la energa
del agua; utilizaban ruedas hidrulicas para moler trigo. La
hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolucin
Industrial. Impuls a las industrias textiles y del cuero y los
talleres de construccin de mquinas a principios del siglo XIX. La
gran ventaja de la energa hidrulica o hidroelctrica es la reduccin
de costos de combustible y por ende del servicio de energa
elctrica. El costo de operar una planta hidroelctrica es casi
inmune a la volatilidad de los combustibles fsiles; carbn, gas
natural, bunker. Adems, la hidroelectricidad es la alternativa
energtica real para proveer energa en las cantidades que se
requieren en el pas, dada la magnitud de las capacidades en que se
puede desarrollar. Segn su capacidad podemos encontrar micro
hidroelctricas, pequeas y grandes centrales hidroelctricas. En este
informe tcnico se desarrollara especialmente la Hidroelctrica :
Madden de la cual se tuvo la oportunidad de recabar datos
cientficos y diferentes conocimientos de profesionales que laboran
en esta central hidroelctrica. Como bien se conoce los elementos
principales de las hidroelctrica son su toma de agua que en este
caso es un Lago, vertedero si tiene o embalse y su casa de mquinas
con su subestacin elctrica correspondiente.Lugar y Fecha de
Recaudacin de Datos
Todos los datos fueron tomados en la Hidroelctrica Madden ya sea
visualmente, a travs de informacin escrita facilitada por los
operadores de la Hidroelctrica y contada oralmente a travs de
operadores cualificados y que laboran en la central el da Martes 16
de abril de 2013.
Caractersticas Generales de la central hidroelctrica de
Madden
Esta hidroelctrica est localizada a 40 kilmetros de la ciudad de
Panam en la comunidad de Chilibre. Originalmente esta se conoca con
el nombre de Alajuela, pero se le cambio el nombre a Madden , en
memoria del representante Martin B. Madden quien previamente fue
presidente del Comit del Senado de apropiaciones y quien muri en
1928 siendo instrumental en la obtencin de aprobacin para construir
la represa. Fue diseada originalmente en 1930; los contratos se
adjudicaron en octubre de 1931 y la construccin comenz en febrero
de 1935. Originalmente, dos unidades fueron completadas en Febrero
y marzo de 1935 con capacidad de generacin de 8 MW por turbina. Las
provisiones para una tercera unidad la cual fue aadida en 1942 a la
planta. Para darle una capacidad mxima de 36 MW.Se utilizaron
aproximadamente 459 000 metros cbicos de concreto, creando un lago
de ms de 50.5 kilmetros cuadrados y tambin una reserva de 800
millones de metros cbicos de agua para la operacin del canal
manteniendo la profundidad adecuada para la navegacin durante la
poca seca, tambin para suplir agua potable a la ciudad de Panam y
para la generacin elctrica. Tambin sirve como medio de control de
inundaciones que podan afectar a la operacin del canal con
corrientes suficientemente fuertes en Gamboa donde llega el rio
Chagres al canal.La Hidroelctrica de Madden toma las aguas del Lago
Alajuela en las riberas del Canal de Panam. El embalse de MaddenLa
represa principal de concreto es del tipo gravedad. Tiene 275
metros de largo y tiene 67 metros de altura con respecto a la parte
ms baja de su fundacin. La cresta tiene 12.2 metros de ancho y su
base es de 55 metros de ancho. El nivel mximo del lago es de 76.8
metros sobre el nivel del mar. La represa es complementada por 13
represas pequeas de tierra, adyacentes a la represa principal, las
cuales se llenan de a acuerdo a las depresiones naturales. La
cuenca de la represa es de 1026 kilmetros cuadrados. El vertedero
de Madden puede ser abierto desde el cuarto de control localizado
adentro del cuarto de mquinas utilizando un software de computadora
o manualmente por los operadores de la planta en algn caso de
emergencia, o en algn caso muy crtico pueden usarse las llaves
mecnicas para verter una cantidad aun mayor de agua mejor conocida
como las vlvulas de emergencia que hasta ahora nunca se han
utilizado. Generacin, casa de MquinasActualmente la planta de
Madden tiene la capacidad de generar 36 MW de potencia. La planta
est equipada con tres turbinas Allis Chalmers tipo francis, con una
capacidad de 16600 hp cada una, a una velocidad de 212 rpm. Cuenta
con 3 generadores idnticos fabricados por General Electric, con una
capacidad de 12000KW cada uno , factor de potencia de 0.9 una
potencia aparente de 13000KVA y una diferencia de potencial en sus
terminales de 6.9 KV. Originalmente los generadores instalados en
esta planta trabajaban a una frecuencia de 25 ciclos, los cuales
fueron rebobinados para operar a la frecuencia utilizada en Panam
de 60 ciclos esto entre los aos 1957 y 1960. Ahora describiendo el
sistema de distribucin de la energa elctrica generada por la
planta, est posee una subestacin inmediatamente al lado del cuarto
de mquinas y se encuentra a la intemperie y est debidamente cerrada
al acceso pblico para prevenir cualquier potencial accidente por
una descarga elctrica lo primero que se puede observar son 3
grandes transformadores cada uno con sistema de refrigeracin lo
suficientemente fuerte para prevenir un fallo grave en el mismo que
pueda entorpecer la generacin elctrica o que se tenga que apagar
una unidad debido al sobrecalentamiento, adems se posee un
transformador de emergencia que en caso tal un transformador dejara
de funcionar , el transformador de emergencia entre inmediatamente
en accin para evitar que sea necesario que se apague una unidad del
sistema, despus de los transformadores tenemos una lnea de
transmisin en la cual se pueden apreciar los sensores en la
estructura que (que tambin se pueden apreciar en el cuarto de
control), en esta lnea hay una bifurcacin que divide el flujo
elctrico en 3, dos de ellos iran por la torre de la lnea de
transmisin y otro ira a un transformador de servicio el cual
disminuir el voltaje al voltaje usado por la planta para su propia
utilizacin , la subestacin de la hidroelctrica de Madden se conecta
al sistema de potencia de Panam mediante una lnea de transmisin de
44kV doble circuito (en una torre hay 2 lineas de transmisin con su
correspondientes fases y retorno), con una extensin de 20km que se
interconecta con la subestacin localizada en Summit para finalmente
ser elevada al voltaje de transmisin que es de 115kV. Tambin hay
que tomar en cuenta que esta planta no siempre trabaja a su mxima
capacidad, tienen establecidas prioridades y la primera de ellas es
no afectar el abastecimiento de agua potable a las comunidades
cercanas. Esta planta que principalmente abastece las necesidades
elctricas del canal tambin puede colaborar con la demanda del resto
del pas.Su cuarto de control se encuentra adentro del cuarto de
mquinas techado en el cual se puede apreciar una combinacin de
tecnologas antiguas que yacen desde la inauguracin de la planta con
tecnologas modernas que se han introducido para mejorar la precisin
y eficiencia del control de proceso. Los controles correspondientes
al gobernador que antiguamente eran solo elctricos han sido
remplazados por gobernadores de tipo Electronico-Digital que
permite al operador ver con mucha precisin y claramente algunas
medidas importantes como son la generacin en MW en tiempo real, la
velocidad de las turbinas, los ciclos por segundo de la generacin.
Cabe destacar que este nuevo sistema de control o gobernador ha
sido remplazado en 2 unidades , la tercera unidad an no ha sido
remplazada y opera con los sistemas de control antiguos ,
exclusivamente elctricos, el cuarto de control de la hidroelctrica
de Madden tambin permite al operador controlar por completo la
generacin de la hidroelctrica a travs del uso de un software de
ordenador de origen norte americano que muestra intuitivamente los
controles de cada una de las unidades casi tal cual como se
muestran en los paneles de control manual, adems la compuertas de
vertedero pueden ser accionadas por el software o bien manualmente.
El cuarto de mquinas de Madden puede apreciarse que tiene 3
niveles, el primero o el nivel ms alto se aprecia el extremo de los
3 generadores elctricos con su correspondiente excitatriz arriba, a
los lados de las 3 unidades se encuentran las servo vlvulas
hidrulicas, los gobernadores y el cuarto de control , en el segundo
nivel de la casa de mquinas se puede apreciar lo correspondiente a
las turbinas, el acoplamiento turbina-generador, las distintas
vlvulas y el servomotor que estn en constante interaccin con el
gobernador.
Modo de Operacin de la plantaEn la planta hidroelctrica de
Madden por ser una pequea central de operacin (tan solo 36MW) no
requiere de mucha mano de obra humana para su operacin debido a que
el mismo sistema de generacin esta totalmente muy computalizado y
controlado estrictamente por un gobernador Electronico Digital, que
en conjunto con muchos sensores mantienen ciertos parmetros
totalmente estables y sin cambios. La mayora del personal que
labora en la central mas que operar la planta, son mecnicos que le
dan mantenimiento a los numerosos mecanismo que hay en la central y
asegurarse que la generacin no sea interrumpida. El modo de
operacin de la planta podra resumirse simplemente: Los operadores
del cuarto de control (2 Ingenieros de Turno) estn en contacto
directo con los servicios meteorolgicos nacionales y el centro
nacional de despacho que es la oficina encargada de velar la
demanda energtica, reciben la distintas instrucciones de estos 2
centros para llegar a un acuerdo de cuanta energa requiere producir
la planta en caso de ser ordenado por el centro nacional de
Despacho o cuando es necesario que el operador vierta agua por el
vertedero cuando se avecina una condicin climtica adversa es decir,
por un lado la planta debe proveer la energa necesaria que se le
solicite y adems aprovechar la abundancia de recurso potencial para
convertirlo en electricidad y as poder aprovecharse, o venderse y
por el otro lado controlar el flujo o el volumen de agua en el lago
ante una potencial inundacin para evitar el desbordamiento y la
posible afectacin a reas cercanas con estos parmetros junto a las
distintas prioridades que hay en la planta, primero el consumo de
agua potable que proviene del afluente y segundo la generacin, los
operadores llegan a un acuerdo con las distintas entidades para ya
sea aumentar o disminuir la produccin elctrica en la planta
utilizando los controles a su disposicin ya sea manualmente o por
software y ante cualquier problema que puedan estar detectando los
sensores los dems trabajadores de la planta que como se mencion
anteriormente se encargan de dar mantenimiento ante los distintos
problemas.
Anexos
Figura 1. Se Puede apreciar toda la planta hidroelctrica vista
desde el lado del vertedero.
Figura 2. Vertedero de la planta hidroelctrica de Madden , se
puede apreciar el punto donde se vierte el agua que ya paso por las
turbinas y genero electricidad.
Figura 3 . Vista frontal del edificio del cuarto de mquinas se
puede apreciar el nombre de la planta a la derecha de la planta se
encuentra la subestacin elctrica y al fondo el embalse de la
represa, se puede ver que la subestacin finaliza en el techo de la
estructura la cual va a las torres de transmisin que se encuentra
en una pequea elevacin cercana.
Figura 4. Sub estacin de Madden. A mano izquierda los
transformadores primarios que elevan el voltaje de 6.9 kV a 44kV a
mano derecha la lnea de transmisin con sus distintos sensores de
control.
Figura 5. Parte interior del edificio de cuarto de mquinas se
puede apreciar claramente las 3 unidades de generacin de la planta,
los casilleros que estn al lado contienen el cerebro del gobernador
Electrico-Digital en las dos unidades cercanas y totalmente
elctrico en la del fondo. A mano derecha se encuentra el cuarto de
control y la escalera para descender a los niveles inferiores.
Figura 6. Imagen a manera de ilustracin de lo que sera el cuarto
de control en el cual cada unidad posee sus propios sensores y al
operador que a travs de la computadora puede controlar los
distintos parmetros de la turbina y el generador para as aumentar o
disminuir la produccin.
Figura 7. Se puede apreciar la turbina tipo francis de una de
las unidades en el nivel inferior del cuarto de Mquinas.
Figura 8. Acoplamiento Turbina-Generador.
Figura 9. Vlvulas de Emergencia de vertedero que corresponde al
nivel mas inferior de la planta.
Conclusiones
El uso de hidroelctricas para producir energa reduce enormemente
la dependencia de los combustibles fsiles y produce energa elctrica
ms barata. Toda obra produce efectos en el ambiente, es importante
una buena planificacin y estudio ambiental para evitar reducir al
mximo la contaminacin. Se necesita la energa elctrica, y cada da en
mayor cantidad, las hidroelctricas son una alternativa, pero sus
efectos negativos al medio ambiente tienen un costo social muy
alto. Lo que se plantea es que debe existir un equilibrio, para no
depender solo del petrleo y las hidroelctricas, existen otras
fuentes de energa renovable y ms amigable con el medio ambiente que
deben ser explotadas en Panam. La energa hidroelctrica es un
recurso natural especialmente indicado para zonas lluviosas o por
las que circulan ros caudalosos; es recomendable que estos ros
tengan cauces poco variables aunque en el caso de ros con caudales
oscilantes se pueden usar los embalses para el almacenamiento de
agua en tiempos de sequa. Desde pocas anteriores los principios de
la energa hidroelctrica y las turbinas fueron utilizados como por
ejemplo, Los antiguos romanos y griegos. la energa hidroelctrica
como fuente para producir electricidad puede ser muy beneficiosa
puesto que aprovecha la energa producida por el agua en movimiento
para hacer corriente elctrica, pero traera problemas por el hecho
de inundar grandes terrenos frtiles y cambiar completamente la
vista de un ecosistema posiblemente muy admirable.
