Orlando Valdés

Publicaciones sobre el sistema eléctrico paraguayo.

Operacion de las turbinas de Yacyreta.

7 minutos de lectura

O como rompieron las 20 unidades de Yacyreta.

Por: M.Sc. Ing. Orlando Valdes

Informe tecnico: 02/2012.

Fecha: 13/08/2012     

Introducción

Como es de conocimiento, a partir del 08/06/10 se detectaron fisuras en el anillo de descarga y tubo de aspiración de algunas unidades generadoras de la CHY.

Por recomendación del fabricante de las  turbinas VOITH HYDRO Inc., se procedió a limitar la potencia máxima operable en las mismas en 135 MW. Esto desde el mes de Mayo del año 2011.

1)-Antecedentes.

La Entidad Binacional Yacyreta mantiene un Convenio con la Universidad Nacional de Misiones (UNAM-CEED) y la Universidad Nacional de la Plata (UNLP-Departamento de Hidráulica). Las mismas prestan asistencia  técnica para investigar y realizar un diagnóstico sobre el comportamiento de las turbinas. Esto para los periodos de funcionamiento a cota reducida y a cota definitiva.

En fecha 29 de agosto de 2011, las Universidades presentaron un Informe Técnico.

En ella describen los fenómenos que suscitaron el aparecimiento de los problemas detectados en las turbinas. Propusieron soluciones y recomendaron la contratación de la VOITH HYDRO Inc. para la ejecución de los trabajos de reparación de los equipos.

2)-Descripción del Problema.

Según el Informe de las Universidades, las fisuras en el Anillo de Descarga se deben a los fenómenos que aparecieron por la interrelación entre el flujo del distribuidor con los campos de presiones que originan el pasajes de los álabes.

Estos fenómenos  produjeron perdida de integridad estructural  y la geometría original en la zona del Anillo de Descarga.

Modelos matemáticos elaborados por las Universidades determinaron que en el estado de deterioro en que se encuentra la estructura en la zona del Anillo de Descarga, por erosiones en el acero al carbono y por fatiga acumulada en el acero Inoxidable, seguirán surgiendo fisuras en estos elementos.

Aun operando las unidades a potencia reducida, pudiendo llevar a las turbinas  a repetidas situaciones de rotura.

En el modelo físico reducido de la turbina que se encuentra montado en el Banco de Ensayos de Turbo Máquinas Hidráulicas de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP) se reprodujeron las condiciones de flujo de las .

Los resultados permiten confirmar, que recuperada la geometría, tanto estática como dinámica, en la zona del Anillo de Descarga, las unidades volverán a operar con pulsaciones de presión compatibles con las originalmente previstas.

También determinaron que las zonas erosionadas por cavitación se Incrementaron notablemente por las Imperfecciones en la geometría del Anillo de Descarga, lugar donde se  define la separación de pasaje del alabe.

El informe de las Universidades afirma que la geometría de los Anillos de Descarga se han modificado respecto a la prevista originalmente debido a la erosión causada por la operación en sobrecarga y salto reducido (operación por encima de su capacidad nominal), produciendo esto una realimentación del fenómeno de cavitación.

Además, el incremento de la cavilación producida por el huelgo entre el álabe y el anillo también produce un incremento de las pulsaciones de presión notablemente potenciadas con grandes aperturas del álabe del rodete y del distribuidor.

Por último la geometría exterior del Anillo de Descarga, al haberse desprendido estructuralmente el acero inoxidable del hormigón, y deteriorarse el apoyo al hormigón, el campo de presiones rotante, produjo deformaciones de las piezas exteriores de importante magnitud, que incrementan el problema presentado.

Esta situación se presenta en todas las turbinas, con diferentes intensidades dado que los grados de erosión de las mismas también son distintos.

3)-El Origen del Problema.

Según lo informado por las Universidades los problemas se originaron porque todas las turbinas fueron sometidas a Operación en Sobrecarga y Salto Reducido y a Grandes Aperturas del Alabe del Rodete y del Distribuidor.

4)-Operación en Sobrecarga y Salto Reducido.

Para el inicio de la operación de la Central Hidroeléctrica Yacyreta a cota reducida, se elaboró el Manual de Operación del Embalse (MOE). Este documento fue aprobado por Resolución del Consejo de Administración Nro. 1559/04, que se encuentra en su Revisión 4.

En dicho documento en su Pág. 74, se encuentra el grafico Turbinas: Curvas de Potencia – Caudal.

En ella el fabricante determina el área permitida de operación de las turbinas para la franja de saltos desde 10,2  hasta 24,1 metros (Anexo 1)

También establece la Condición Máxima Potencia Recomendada así como la Condición de Máximo Rendimiento, para el intervalo de salto de 10,2 a 24,1 metros.

La Operación en Sobrecarga y Salto Reducido nada más consiste en operar la turbina por encima de la curva que determina la Condición Máxima Potencia Recomendada, para el salto disponible en la ocasión.

Esta es una limitación a ser aplicada tambien durante la operación en  la franja de salto de diseño, que es de 21,5 a 24,1 metros.

El informe de  las Universidades confirma la operación de las turbinas fuera de las condiciones  establecidas por el fabricante. Es decir con potencias superiores a la nominal para el salto disponible en dicha ocasión.

5)-Grandes Aperturas del Alabe del Rodete y del Distribuidor

En los  registros de la Memoria Anual, ejercicio 2009,  el Área Técnica de la Central informa  en  hoja 27/188 del Anexo de la Resolución Nro. 12.332 que:

“se realizó una modificación provisoria de VGC (Regulador de Velocidad)  para incrementar en 2,5 % la apertura del rodete (0,8 MW por unidad) cuando la central opera con vertimiento o riesgo de vertimiento a máxima generación, lo que permite incrementar la producción de  energía aproximadamente entre 15 y 20 MW”.

Esta información confirma que se realizaron modificaciones en los ajustes de apertura de los alabes del rodete.

Siempre fuera de lo establecido por el fabricante y con el objeto de retirar mayor potencia de las turbinas.

Esta alteración de la correlación entre la apertura de los alabes del Rodete con los del Distribuidor, establecida por el fabricante, y la operación por encima de la Condición de Máxima Potencia Recomendada, afirma las Universidades, son indudablemente, las razones del aparecimiento de los problemas en las turbinas.

6)-Soluciones Propuestas

La solución propuesta por las Universidades para la recuperación de las turbinas es la siguiente:

1-Recuperar la integridad estructural del Anillo de Descarga: esto apunta a la resistencia estática y a las solicitaciones de fatiga.

2-Recuperar la geometría original (estática y dinámica): esto para atender el control del huelgo entre el pasaje del alabe y el anillo exterior.

3-Proteger la zona de cavitación que es inevitable, la zona de cavitación remanente no deberá generar una erosión.

La empresa VOITH HIDRO Inc. a pedido de Yacyreta, realizo una propuesta técnica para la solución de los problemas. Esta a criterio de las  Universidades, reúne las tres condiciones descriptas más arriba.

La propuesta de VOITH HYDRO Inc., consiste en:

a) Colocar un nuevo Anillo de Descarga, desde aproximadamente la mitad del existente, y de un mayor espesor.

b) Producir un anclaje para reducir la  posibilidad de desprendimientos de la chapa nueva del hormigón. Y realizar un montaje y maquinado del mismo que permita recuperar la geometría original.

c) Prolongar la zona de acero Inoxidable actual, para producir la protección de la cavitación en una zona más amplia.

Las Universidades, en su informe técnico, recomendaron la contratación de la VOIHT HIDRO Inc. para los trabajos de recuperación de las turbinas.

7)-Criterios Operativos Aplicados al Manejo de la Central y sus  Consecuencias

Vimos las desastrozas consecuencias de operar  en Sobrecarga y Salto Reducido y con  Grandes Aperturas del Alabe del Rodete y del Distribuidor. Desde luego, fuera de los parámetros establecidos por el fabricante.

El objetivo fue el de retirar entre 15 a 20 MW a más de potencia de toda la central.

Esta forma de operar las maquinas de la central indican la tendencia permanente de operar la central, fuera de los criterios establecidos, desde un tiempo atrás.

El  criterio actualmente aplicado prioriza la retirada de potencia y energía. Increiblemente a riesgo de dañar o reducir la vida útil de las unidades generadoras, como se verifican en los estudios.

Cuantificamos a seguir la energía que se obtuvo con las modificaciones indevidas realizadas en los alabes de las turbinas y operando las mismas en sobrecarga.

8)-Calculo Estimado

Encontramos que la energía posible de generar con los 20 MW de potencia a más es la siguente:

20 MW X 30 Días X 24 H = 14.400 MWh/mes

Comparamos esta energía a mas con la que es generada mensualmente en promedio en la central, de aproximadamente 1.259.000 MWh/mes. Se concluye que la energia a mas es irrelevante.

La operación fue realizada aproximadamente por 30 meses. Es posible que no en forma continua, aun así consideraremos el mayor tiempo posible. Entonces tenemos que el total de la energía que pudo haber sido generada a mas en dicho periodo es de:

14.400 MWh/mes X 30 Mes = 432.000 MWh

Multiplicando esta cantidad de energía por la tarifa del mes de enero del 2012 obtenemos:

432.000 MWh X 44,45 U$s/MWh = 19.202.400 U$s

Con la medida operativa aplicada en la central, por 30 meses aproximadamente, se consiguió producir en torno a 432.000 MWh a mas , lo que significó una facturación adicional teórica de 19.202.400 U$s.

A los efectos de comparar los valores arriba calculados, determinaremos a seguir el costo, en términos energéticos y financieros, que está ocasionando a la Entidad Binacional Yacyreta  el hecho de estar obligado a limitar la potencia  de las turbinas.

La potencia perdida por esta restricción está en  entorno a 475 MW, desde  el mes de mayo de 2011 y equivale a tres unidades paradas, considerando una unidad parada para mantenimiento normal.

Si consideramos que la duración de los trabajos de reparación de las 20 turbinas es de aproximadamente 5 años, y que se estará recuperando aproximadamente el 20 % de la potencia a cada año y que el factor de planta es de 0,9 y manteniendo una tarifa estimada de 45,00 U$s/ MWh, tenemos que:

Primer año: 475 MW  X 1,0    X  12 meses X 30 días X 24 horas X 0,9 = 3.693.600  MWh

Segundo año: 475 MW     X 0,80  X  12 meses X 30 días X 24 horas X 0,9 =2.954.880  MWh

Tercer año    : 475 MW     X 0,60  X 12 meses X 30 días X 24 horas X 0,9 = 2.216.160  MWh

Cuarto año   : 475 MW     X 0,40  X 12 meses X 30 días X 24 horas X 0,9 = 1.477.440  MWh

Quinto año   : 475 MW     X 0,20  X 12 meses X 30 días X 24 horas X 0,9 =    738.720  MWh

                                                                                                              11.080.800  MWh

9)-Resultados Encontrados

La energía que dejara de producirse en los 5 años de reparación de las 20 turbinas de la central es del orden de los 11.080.800 MWh, equivalente al consumo actual de un año del Sistema Interconectado Nacional Paraguayo (SINP).

El valor de esta energía a un precio de 45,00 U$s/MWh es de:

11.080.800 MWh / 45,00 U$s/MWh = 498.636.000 U$s

A este monto debemos sumarle el costo de reparación de los equipos que rondan los 100.000.000 U$s, totalizando de esta manera la suma de:

598.636.000 U$s

Este es el resultado de operar las turbinas de la central fuera de los rangos de potencia para cada determinado salto, es decir, en Sobrecarga y Salto Reducido y con  Grandes Aperturas del Alabe del Rodete y del Distribuidor, en ambos casos, fuera de los parámetros establecidos por el fabricante, con el objeto de retirar entre 15 a 20 MW , para producir, en 30 meses, 432.000 MWh  a mas y una facturación adicional de  19.202.400 U$s, en dicho periodo.

El valor de potencia eléctrica adicional obtenida (15 a 20 MW), en una central con una potencia instalada de 3100 MW, puede ser considerado un error de paralaje, que es  el error que se registra en el momento de obtener la lectura de la escala de un instrumento analógico. Está potencia a mas en nada contribuye a mejorar el desempeño de un sistema eléctrico interconectado que registra una demanda máxima de  22.000 MW

10)-Conclusiones

Es de suma importancia evitar que operaciones de este tipo vuelvan a repetirse en la central, ya que es perfectamente posible que los mismos autores , ante la impunidad de sus acciones,  vuelvan a operar los equipos reparados en condiciones de  Sobrecarga y Salto, esta vez, Nominal.

Tambien es posible que  vuelvan a alterar los ajustes de la apertura de los Alabes del Rodete y del Distribuidor para operar con Grandes Aperturas del Alabe del Rodete y del Distribuidor,

Evitar que las instalaciones de la Central Hidroeléctrica Yacyreta vuelvan a operarse de manera irresponsable depende del grado de supervisión que se realice del mismo así como de la calidad del equipo humano a cargo.

Esta tarea es vital para mantener la integridad del emprendimiento como un todo.

(*) Ingeniero Electricista.

Anexo 1

 Curvas  Potencia -Caudal Pág. 74 de las Normas de Operación del Embalse de Yacyreta. (Manual de Operación del Embalse aprobada por Resolución CA Nro. 1559/04)  

 

6 comentarios en «Operacion de las turbinas de Yacyreta.»

  1. Que motivo la operación por encima de la capacidad permitida ? Hubo o no negligencia técnica del personal responsable de la operación ? Existe algún peligro de que las condiciones técnicas de operación se agraven aún más y terminen por destruir las instalaciones ? Si los daños datan del año 2010, que acciones se tomaron para solucionar el problema ? En términos generales, es considerado grave lo sucedido ?

    1. El problema, fruto de negligencia operativa, se convirtio en un gran negociado donde participan todos. El fabricante, los provveedores, las metalurgicas , los directores , los consejeros, miembros del los poderes del estado.En fin los que podrian evitar esto , son participantes del esquema. Todos saben que es gravissimo. A pesar de eso , ampliaron el negocio. Estan comprando maquinas nueva completas. Y sigue el baile.

  2. En ninguna parte del presente informe se ha tratado la razón del porqué se produce la cavitacion, que es lo que realmente produce la cavitacion, Yacyreta esta totalmente dimensionado en su estructura y en la operacion de las turbinas, hay un detalle que originariamente nadie hiso y está en el proyecto, nadie tampoco toma ese detalle, con todas las inversiones echas no terminarán las cavitacion es, aguantara un tiempo más pero igualmente volverán a romperse o el aro de descarga o los alabes o alguna otra parte, pero volverán a romperse. La solución es hidráulica y no estructural. Saludos Yacyreta es de Paraguay y Argentina y la solución pasará cuando estén entre los consejeros personas que entiendan y no chapuceros que no entienden nada y sólo agachen la cabeza y firmen reversa len sin tener la menor idea de lo que representa el funcionamiento de Yacyreta. Fraterno saludo. Lorenzo Signio.

    1. Es asi Lorenzo!!!. Un consejero en una oportunidad me convoco a su despacho para consultarme si las roturas podian repararse soldando las piezas. Le respondi que si. Que era posible. A seguir le prengunte por que me preguntava eso. Me respondio lo siguente: Que ese dia iria a firmar un documento mediante el cual autorizaba la operacion fuera de los parametros hidraulicos aceptables de las turbinas.Le pregunte porque. Me dijo: Por millones de razones. Asi funcionan los vendidos de la Binacional Yacyreta.

  3. Quizás los estudios que presentaron las universidades tengan su lógica y sustento. Pero de todo lo expuesto a fin de ir poniendo sobre la mesa todos los datos, pues a ausencia de alguno se altera el producto en este caso la conclusión. Falto mencionar o ver que en el montaje original de los rodetes de turbina estos no entraban bien por explicarlo a un idioma entendible y en vez de cambiar los alabes de la turbina a uno de menor tamaño (mayor costo por tener que cambiar 5 por c/u) decidieron gastar o agrandar el anillo de descarga (anillado o torneado) disminuyendo así el espesor original de este decir tenían un espesor de 40mm y lo dejaron en algunos puntos hasta de 10mm.

    Como técnicamente es sabido, en un ambiente hidráulico en movimiento, los demás efectos de la fuerza de presiones positivas y negativas que se producen en ese lugar de giro hicieron su trabajo en el material como se describió en este estudio y concluido por el Ing. Valdez.

    Ese fenómeno llamado fatiga a modo de entender es igual a torcer varias veces un alambre en un lado y en el otro contrario hasta que se rompa.

    Si ese alambre sede a esa fuerza que lo dobla se produce esa rotura, pero si no sede no se romperá pues su estructura y tamaño es el adecuado y capaz de soportar esa fuerza que lo quiere doblar, asi de simple es. Las fuerzas que ocasionaron la fatiga en ese material en principio cuando Yacyreta trabajaba a cota reducida no pudieron doblar o hacer un efecto fatiga en el anillo de descarga fueron las mismas, pero al cambiar el salto o sea la fuerza se incrementó y la capacidad del material a aguantar esa fuerza al disminuir el espesor del anillo de descarga se produjo la condición de poder ser doblado a una fuerza mayor cuando se llegó a incrementar dichas fuerzas al aumentar el salto es decir al llegar a salto de diseño.

    Los responsables de todo siempre estuvieron en poder de decisión superior no así los que operaron físicamente los sistemas es decir el personal de planta que simplemente son ejecutores de lo decidido por los personales o representantes de las altas partes.

    Asimilando que los Operadores de las turbinas como los choferes den un bus, sin poner en tela de juicio no se puede responsabilizar a los choferes del bus por la rotura de este por algo que se decide y decidido por los dueños del Bus quienes optaron por sacrificar tener un bus de menor capacidad y encima ordenaron a los choferes a cargar con más pasajeros de lo que podían llevar.

    Siguiendo con lo expuesto por el Ing Valdés a modo de tener los valores claros es importante tener en cuenta que en esas épocas y aun ahora las decisiones políticas ingerían bastante en decisiones técnicas teniendo en cuenta estos por llamarlo asi sacrificios; es decir hay que analizar si en la época que pasaría si a consecuencia del error técnico detectado a sus inicios de montaje de Yacyreta impedían o retrasaban el ingreso de generación de este, cuánto dinero más se perdería en la no generación y en industrias que estaban aguardado a la misma etc etc.

    Antes de dar una conclusión se debe de tener siempre todos los datos y la mayor información posible del elemento estudiado.

    1. Buenos dias Ingeniero. Esta frase ayuda a elborar la respuestas a tus comentarios «Quizás los estudios que presentaron las universidades tengan su lógica y sustento»
      Hasta demostracion en contrario las conclusiones de las universidades son la validas. Se pago un alto costo por ellas. No esta basada en comentarios sin documentos respaldatorios.
      Es lo que se dispone oficialmente. El problema es mucho mas complejo que doblar un alambre.Gracias por escribirnos y respetamos sus comentarios.
      Ing. Orlando Valdes.

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