diseÑo hidrÁulico y mecÁnico de la central ... · dimensionó el espesor de la tubería forzada...

UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)

INGENIERÍA INDUSTRIAL

PROYECTO FIN DE CARRERA

DISEÑO HIDRÁULICO Y MECÁNICO

DE LA CENTRAL

MINIHIDROELÉCTRICA DEL

EMBALSE DE VALMAYOR

JULIÁN MARTÍN DE EUGENIO POZA

MADRID, junio de 2008

Autorizada la entrega del proyecto al alumno:

Julián Martín de Eugenio Poza

EL DIRECTOR DEL PROYECTO

Alfonso Madera Sánchez

Fdo: Fecha:

Vº Bº del Coordinador de Proyectos

José Ignacio Linares Hurtado

Fdo: Fecha:

Resumen i

DISEÑO HIDRÁULICO Y MECÁNICO DE LA CENTRAL

MINIHIDROELÉCTRICA DEL EMBALSE DE VALMAYOR

Autor: Martín de Eugenio Poza, Julián.

Director: Madera Sánchez, Alfonso.

Entidad colaboradora: ICAI-Universidad Pontificia de Comillas.

RESUMEN DEL PROYECTO

Este proyecto se centra en el diseño hidráulico y de los elementos mecánicos de una

central minihidroeléctrica a instalar en un emplazamiento adecuado para ello. La

motivación reside en el gran desarrollo de las energías renovables programado para el

año 2010 en el Plan de Fomento de Energías Renovables 2000-2010, y posteriormente

corregido por el Plan de Energías Renovables 2005-2010, que concretamente establece

un incremento de la potencia instalada en centrales hidráulicas de carácter renovable de

450 MW para la minihidráulica (centrales de potencia menor de 10 MW) y de 360MW

para las centrales de entre 10 MW y 50 MW.

Los pasos que se van a seguir en el proyecto son los siguientes:

− Elección de un emplazamiento adecuado para instalar una central

minihidroeléctrica. El proyecto se orientará hacia la instalación de una central de

pie de presa, aprovechando un embalse existente, y en la medida de lo posible, la

infraestructura hidráulica ya instalada, como conducciones forzadas o la propia

obra civil, a fin de reducir la inversión a realizar y minimizar el impacto ambiental.

− Determinación de las condiciones hidráulicas de operación (caudal nominal y salto

neto nominal). A partir de estas condiciones se podrá elegir el tipo y tamaño de la

turbina a instalar.

− Dimensionado de los distintos elementos mecánicos de la central.

− Elaboración de los planos de dichos elementos mecánicos y de la instalación.

− Estudio ambiental.

− Presupuesto y estudio económico.

Se seleccionó el embalse de Valmayor, destinado al abastecimiento de agua a Madrid,

como emplazamiento para la central por reunir las condiciones adecuadas de altura y

caudal de salida del mismo. La central aprovechará el caudal de abastecimiento para

Resumen ii

producir energía eléctrica, por lo que su instalación no implicará cambios en la

regulación del embalse ni en el caudal destinado a consumo de agua potable.

Para el cálculo del caudal nominal de la turbina se emplearon los datos del histórico

disponible en la Confederación Hidrográfica del Tajo. Se tomó un año medio

representativo de entre una serie de años lo suficientemente grande (suficientes para

incluir años húmedos, secos y normales), que resultó ser el año 1996-97, con una

aportación de 91,1 Hm3.

De los caudales mensuales de salida, se obtuvo que el caudal que maximiza el volumen

turbinado durante el año hidráulico es de 3,5 m3/s. Para acotar el salto neto, se

realizaron consultas al Canal de Isabel II, al cuál pertenece el embalse de Valmayor,

obteniendo como resultado que el nivel medio del agua durante el año representativo

fue de 820 m sobre el nivel del mar. Teniendo en cuenta la cota a la que se sitúa el

nivel de agua abajo y las pérdidas de carga (primarias y secundarias) existentes en los

diferentes elementos de conducción intercalados entre la captación y la turbina, se

obtuvo una altura neta nominal de 25 m.

Con el caudal y la altura neta se determinó que el tipo de turbina más adecuado para la

central de Valmayor es Francis. Sus perfiles hidráulicos, régimen de giro y curvas

características se obtuvieron a partir de un modelo geométricamente semejante,

imponiendo las condiciones de coincidencia de números específicos de revoluciones y

aplicando las leyes de semejanza de turbinas hidráulicas. El resultado es un prototipo

de 750 mm de diámetro característico y 600 rpm de régimen nominal de giro, cuya

potencia nominal es de 772 MW.

Los elementos mecánicos se dimensionaron aplicando criterios de resistencia de

materiales, teniendo en cuenta las condiciones de presión más desfavorables y

aplicando coeficientes de seguridad de acuerdo con la Norma ASME VIII. Se

dimensionó el espesor de la tubería forzada y de la cámara espiral, se calcularon los

esfuerzos que tendría que soportar la obra civil (presión en la brida de entrada, par

transmitido y peso de la cámara espiral llena de agua), la altura máxima del tubo de

aspiración para asegurar que no se produzca cavitación, la transmisión del distribuidor,

el diámetro del eje transmisor de potencia y el tipo y número de pernos que unen el eje

con el rodete.

Se elaboraron los planos de implantación de la central y de ejecución de componentes

empleando el programa AutoCad. En ellos queda reflejada la forma y dimensiones del

rodete, la cámara espiral, el tubo de aspiración junto con el codo que es necesario

Resumen iii

instalar por tratarse de una turbina de eje horizontal, el distribuidor Fink junto con un

detalle de los álabes directrices, y un plano general de la implantación de la central y su

disposición en la obra civil.

Mediante el estudio ambiental se concluyó que la construcción de la central de

Valmayor supone un impacto mínimo. Al ser de una potencia reducida no necesita un

espacio amplio para ser instalada y el impacto sónico es despreciable, pues se elimina

con las paredes aislantes del edificio. El impacto paisajístico también es leve al

aprovechar un embalse ya existente, dado que es en la construcción de éste donde se

generan todos los problemas ambientales, y el principal impacto biológico se elimina al

instalar rejillas en la captación del embalse que impiden el paso de la fauna acuática a

la tubería forzada.

El presupuesto incluye la totalidad del equipamiento, ingeniería, delineación, montaje,

controles de calidad y puesta en servicio. El total asciende a 2.599.352 euros, IVA

incluido.

El estudio económico evalúa la rentabilidad que puede proporcionar la instalación de la

central minihidroeléctrica de Valmayor. Para ello fue necesario determinar, en primer

lugar, el número de horas en los que la central funcionaría al haber un caudal superior

al mínimo técnico, que para la turbina seleccionada es de 1,4 m3/s. Se obtuvo, para el

año medio representativo, que la central podría funcionar durante diez meses al año. La

energía producida durante ese tiempo, junto con el precio del kWh de la tarifa regulada

para centrales minihidroeléctricas (Real Decreto 222 de 2008), proporciona los

ingresos anuales obtenidos de la venta de electricidad.

Un estudio del valor actual neto da como resultado que el retorno de la inversión se

produce a los seis años para una tasa de interés del 5%, siete años si es del 7,5% y diez

años si es del 12,5%. La rentabilidad del proyecto queda asegurada, pues se prevé una

vida útil del mismo de veinticinco años.

Summary iv

SUMMARY

This project is focused on the hydraulic and mechanical design of a minihydroelectric

power station to be created in an appropriate place. The reason of this project lies in the

great development of renewable energies planned for 2010 in the Renewable Energies

Fostering Plan 2000-2010, amended by the Renewable Energies Plan 2005-2010, which

states an increase in the installed capacity in renewable energy hydraulic power stations

of 450 MW for the minihydraulic ones (power plants with a capacity lower than 10

MW) and of 360 MW for power stations between 10 MW and 50 MW.

These are the stages followed in the project:

− Choice of the appropriate place to create a minihydroelectric power station. The

choice will be made considering the creation of a power station at the base of the

dam, using an existing reservoir and, insofar as possible, the hydraulic

infrastructure already installed, such as forced conductions or civil works, in order

to reduce costs and minimize the environmental impact.

− Determine the operating hydraulic conditions (rated flow and rated net head). Once

these conditions are obtained, the kind and size of the turbine to install can be

chosen.

− Measuring of the station’s mechanical elements.

− Mechanical elements and installation plans drawing up.

− Environmental study.

− Budget and economic study.

Valmayor reservoir, which supplies Madrid with drinking water, was chosen as the

location to install the station because of its good height and output flow conditions. The

station will use the water supply flow to produce electric power. Therefore, its

installation does not mean any changes in the reservoir regulation nor in the flow aimed

at drinking water consumption.

In order to calculate the turbine’s rated flow, data from the history record available in

the Tajo Hydrographic Confederation were used. The representative average year,

chosen among a large series of years (large enough to include wet, dry and normal

years), was 1996-97, with a run-off of 91.1 Hm3

Concerning the monthly output discharge, the discharge that maximizes the turbined

volume during the hydraulic year is 3.5 m3/s. Enquiries to Canal de Isabel II (body

owner of the reservoir) stated that the water average level during that representative

Summary v

year was 820 m over the sea level. Taking into account the lower water level height and

the head losses (primary and secondary) in the different conduction elements existing

between the capture and the turbine, the nominal net height obtained was 25 m.

With the discharge and nominal height, it was considered that the most suitable kind of

turbine for the Valmayor station is Francis. Its hydraulic profiles, the engine speed and

characteristic curves were obtained from a geometrically similar model, imposing the

conditions of coincidence of revolutions specific figures and applying rules of

similarity of hydraulic turbines. The result is a prototype with a characteristic diameter

of 750 mm and 600 rpm of nominal engine speed, whose nominal power is 772 MW.

The mechanical elements were measured using strength of material criteria, taking into

account the most unfavourable pressure conditions and applying safety according to

ASME VIII Norm. The thickness of the penstock and volute chamber was measured,

and the following elements were calculated: the stress that civil works should resist

(pressure on the input clamp, torque transmitted and weight of the volute chamber full

of water), the maximal height of the suction pipe in order to guarantee that there is no

cavitation, the distributor transmission, the diameter of the power transmitter axle and

the kind and number of pins that link the axle with the impeller.

The plans of the station implementation and the components execution were made

using AutoCad. There, the following can be find: shape and size of the impeller, volute

chamber, suction pipe with the bend that must be installed due to the fact that it is a

horizontal axis turbine, the Fink distributor with a detail of the guiding blades, and a

general plan of the station implementation and its layout in the civil works.

With the environmental study, it was concluded that building Valmayor station has a

minimal effect. As it has a smaller capacity, there is no need for a large location. The

sound impact is worthless, as it is removed with the building isolating walls. The

landscape impact is also minor, as an already existing dam is used and it is when

building it when all environmental problems take place. The main biological impact is

removed because grills are installed in the caption of the dam, preventing the water

fauna from going into the pipe.

The budget includes all the equipment, engineering, drawing, assembly, quality

controls and starting. The total amount is 2,599,352 € (VAT included).

The economic study assesses the profitability of this minihydroelectric power station

installation. To do that, it was necessary to determine the number of hours in which the

plant would be operating because of having a volume of water higher than the technical

Summary vi

minimum (which, for this turbine is 1.4 m3/s). It was finally considered that this station

could operate 10 months a year. The energy produced during that time, together with

the regulated tariff kWh price for minihydroelectric power stations (Royal Decree 222,

2008), represent the annual income from electricity sale.

A study about the present net value shows that the return on investment will take place

six years later with an interest rate of 5%, 7 years with 7.5% and 10 years if it’s a

12.5% rate. The project profitability is ensured, as its useful life is expected to be of 25

years.

1 Memoria

DOCUMENTO Nº 1: MEMORIA

ÍNDICE GENERAL

Páginas

1.1 MEMORIA DESCRIPTIVA 3-60

1.2 CÁLCULOS 61-135

1.3 ESTUDIO ECONÓMICO 136-144

1.4 IMPACTO AMBIENTAL 145-159

1.5 ANEXOS 160-168

1.1 Memoria descriptiva

1.1 Memoria descriptiva. Índice general

Página

1.1.1. Introducción 7

1.1.1.1. Motivación del proyecto 7

1.1.1.2. Objetivos del proyecto 8

1.1.1.3. Metodología a utilizar 8

1.1.1.4. Descripción del aprovechamiento de Valmayor 9

1.1.2. La energía hidroeléctrica en España 11

1.1.2.1. Generalidades 11

1.1.2.2. La energía minihidráulica. Tarifas y primas 12

1.1.2.3. El Plan de Energías Renovables y la minihidráulica 13

1.1.3. Aspectos técnicos de una central minihidráulica 18

1.1.3.1. Tipos de centrales hidroeléctricas 18

1.1.3.2. Criterios de diseño de una central 19

1.1.3.2.1. Estudio hidrológico 19

1.1.3.2.2. Caudal y salto 19

1.1.3.3. Partes de una central 20

1.1.3.3.1. Tubería forzada 20

1.1.3.3.1.1. Materiales empleados en la tubería forzada 21

1.1.3.3.1.2. Pérdidas de carga 24

1.1.3.3.1.3. Golpe de ariete 28

1.1.3.3.1.3.1. Descripción del golpe de ariete 28

1.1.3.3.1.3.2. Chimenea de equilibrio 30

1.1.3.3.1.4. Válvulas 31

1.1.3.3.2. Turbina 33

1.1.3.3.2.1. Introducción 33

1.1.3.3.2.2. Tipos de turbinas 34

1.1.3.3.2.3. Elección del tipo de turbina para el embalse de Valmayor 39

1.1.3.3.2.4. Materiales a utilizar 41

1.1.3.3.2.5. Rendimiento de la turbina 41

1.1.3.3.2.6. Curvas características 43

1.1.3.3.2.7. Teoría de modelos 45

1.1.3.3.2.8. Mantenimiento de las turbinas 46

1.1.3.3.2.9. Partes integradas en el conjunto de la turbina 49

1.1.3.3.2.9.1. Cámara espiral 49

1.1.3.3.2.9.1.1. Predistribuidor 50

1.1.3.3.2.9.2. Distribuidor Fink 51

1.1.3.3.2.9.3. Cierres laberínticos 52

1.1.3.3.2.9.4. Tubo de aspiración 53

1.1.3.3.2.9.4.1. Ganancia de salto en el tubo de aspiración 54

1.1.3.3.2.9.5. Eje 55

1.1.3.3.2.9.5.1. Cierres del eje 55

1.1.3.3.3. Generadores 56

1.1.3.3.3.1. Generadores síncronos 57

1.1.3.3.3.2. Generadores asíncronos 58

1.1.4. Presupuesto, fecha de emisión y firma 60

Memoria descriptiva 7

1.1.1. Introducción

1.1.1.1. Motivación del proyecto

Las centrales hidráulicas, desde su implantación en España a finales del

Siglo XIX, han sido siempre los “comodines” del sistema eléctrico dada su

facilidad para entrar en carga y cubrir los picos de demanda y las

desconexiones imprevistas de las centrales convencionales.

Dada esta facilidad de conexión y desconexión, también han funcionado

como acumuladores de energía eléctrica, capaces de absorber la energía

generada por las grandes centrales en las horas de baja demanda, y de

devolverla a la red cuando es necesario. Esta característica resulta

fundamental en la actualidad debido a la necesidad de sincronizar la

generación con la demanda, y también al desarrollo que está teniendo en

nuestro país la energía eólica, y en general el resto de energías renovables, en

respuesta al plan del gobierno de impulsar estas tecnologías, tanto por la

gran dependencia que hay de proveedores extranjeros como por la necesidad

de preservar el medio ambiente, reduciendo el uso que se hace de los

combustibles fósiles.

Es por ello que se está llevando a cabo una reactivación de proyectos de

centrales hidráulicas reversibles a corto y medio plazo, que contribuyan a la

sincronización de la generación eólica con la demanda, aprovechando

también el hecho de que existen numerosas presas de abastecimiento que no

disponen de una central hidráulica que recupere la energía del agua.


1.1.1.2. Objetivos del proyecto

El presente proyecto estudia aprovechar el salto existente del embalse de

Valmayor para la generación eléctrica. Este embalse se destina actualmente a

abastecimiento de agua de la ciudad de Madrid y las condiciones de caudal y

salto hacen que sea adecuado para instalar en él una central mini-hidráulica.

Los objetivos son los siguientes:

- Elección de un emplazamiento adecuado para la instalación de una

minicentral hidráulica aprovechando un embalse ya existente.

- Estudiar las condiciones de caudal y salto existente durante los

últimos años.

- Determinar las condiciones nominales de caudal y salto de la turbina

que optimicen el producible eléctrico de la central.

- Diseño y especificación de los distintos elementos de la central:

turbina hidráulica, válvula de salvaguarda, tubería forzada, sistema

de mando y control, etc.

- Análisis de la viabilidad económica del proyecto.

1.1.1.3. Metodología a utilizar

Para comenzar a desarrollar el proyecto y con objeto de realizar un

proyecto totalmente real, se realizarán consultas a la Confederación

Hidrográfica de Tajo y al Canal de Isabel II para determinar qué embalse

podría presentar las condiciones adecuadas para la instalación de la central y

obtener los caudales y saltos existentes a lo largo de los últimos años.

Partiendo de esta información, se obtendrán las condiciones hidráulicas

(caudal y salto) a lo largo de un año medio típico y en consecuencia se podrá

analizar el caudal y salto nominales de la turbina que maximicen la

producción de electricidad de la central.


Con los datos obtenidos anteriormente se determinará el número

específico de revoluciones de la turbina hidráulica, que permitirá seleccionar

el modelo hidráulico adecuado. A partir de este modelo hidráulico y

aplicando las leyes de semejanza, se determinará el perfil hidráulico de los

componentes hidráulicos de la turbina: rodete, cámara espiral, álabes

directrices y tubo de aspiración.

Partiendo de estos perfiles hidráulicos, se diseñarán las diferentes partes

de la turbina para que sean capaces de soportar los esfuerzos a los que

estarán sometidos.

Diseñada la turbina, se especificarán el resto de componentes de la

central como alternador, válvula de salvaguarda, etc.

Finalmente se realizará un estudio de viabilidad económica de la central.

1.1.1.4. Descripción del aprovechamiento de Valmayor

Se trata de una presa construida en 1975 y cuyo propietario es el Canal

de Isabel II.

Recibe agua del río Aulencia y está situada en el término municipal de

Valdemorillo, perteneciente a la Comunidad de Madrid.

La aportación anual media es de 35 hm3, la precipitación media anual es

de 723 mm y el caudal punta es de 260 m3/s.

La superficie del embalse es de 755 ha y su capacidad asciende a 124,49

hm3.

El material empleado en su construcción son materiales sueltos.

La cota de coronación es de 834 m, con una altura desde los cimientos de

60 m, estando la cota de cimentación a 774 m y la cota del cauce en la presa a

780 m. La longitud de coronación es de 1.215,1 m.


Cuenta con un único aliviadero con una capacidad de 136 m3/s, y un

desagüe con una capacidad de 60 m3/s.

Figura 1.1.1.4.a. Vista en planta de la presa de Valmayor

Figura 1.1.1.4.b. Vista en sección de la presa de Valmayor


1.1.2. La energía hidroeléctrica en España

1.1.2.1. Generalidades

En la actualidad existen cerca de ochocientas centrales hidroeléctricas en

España con una potencia total instalada de 16.658 MW a finales del año 2007,

que supone un 19% de la potencia instalada en todo el territorio nacional. De

estas centrales, sólo veinte de ellas son capaces de generar más de 200 MW y

suponen un 50% de la potencia hidroeléctrica instalada. El resto lo componen

pequeñas centrales repartidas por los distintos aprovechamientos

disponibles.

Figura 1.1.2.1.a. Potencia instalada a 31 de diciembre de 2007. El total fue de 85.959 MW

Figura 1.1.2.1.b. Cobertura de la demanda anual por las diferentes tecnologías energéticas


Debido a la necesidad de unas características geológicas adecuadas,

capaces de proporcionar la energía suficiente por caudal y salto, las centrales

hidroeléctricas españolas se encuentran agrupadas principalmente en áreas

de los Pirineos y de los núcleos montañosos del noroeste. Otros puntos de

concentraciones de centrales de gran potencia se encuentran en las cuencas

del Duero y del Tajo cuando abandonan la meseta. El mapa que se presenta a

continuación, elaborado por UNESA, representa todas las centrales de la

península que superan los 20 MW, resaltándose aquéllas que superan los 300

MW.

Figura 1.1.2.1.c. Mapa de las centrales españolas que superan los 20 MW

1.1.2.2. La energía minihidráulica. Tarifas y primas

Según el Real Decreto RD-661 2007, son centrales hidráulicas de carácter

renovable aquellas cuya potencia no exceda los 10 MW (grupo b.4, mini-

hidráulica) o esté entre 10 MW y 50 MW (grupo b.5). Este tipo de centrales se

podrán acoger al régimen especial.

El Real Decreto RD-222 2008 establece un nuevo sistema tarifario que

deroga al que estaba vigente en el Real Decreto mencionado en el párrafo


anterior. La tabla 1.1.2.2.a presenta las tarifas y primas para las centrales

hidráulicas pertenecientes a los grupos b4 y b5, descritos anteriormente.

Grupo Plazo Tarifa regulada

c€/kWh

Prima de referencia

c€/kWh

Límite superior

c€/kWh

Límite inferior

c€/kWh

b.4

Primeros 25

años 8,0613 2,5883 8,8054 6,7384

A partir de

entonces 7,2552 1,3894

b.5

Primeros 25

años * 2,1749 8,2680 6,3250

A partir de

entonces ** 1,3894

* La cuantía de la tarifa regulada para las instalaciones del grupo b.5 para los primeros veinticinco

años desde la puesta en marcha será: [6,60 + 1,20 x [(50 -P) / 40]] x 1.0335, siendo P la potencia de

la instalación.

** La cuantía de la tarifa regulada para las instalaciones del grupo b.5 para el vigésimo sexto año y

sucesivos desde la puesta en marcha será: [5,94 + 1,080 x [(50 -P) / 40]] x 1.0335, siendo P la

potencia de la instalación.

Tabla 1.1.2.2.a. Tarifa regulada y primas para instalaciones pertenecientes a los grupos b.4 y b.5 según RD-222/2008

1.1.2.3. El Plan de Energías Renovables y la minihidráulica

El Plan de Fomento de las Energías Renovables en España 2000-2010

establecía unos objetivos de incremento de utilización de estas energías de

forma que, para el año 2010, supusieran un 12% de la generación eléctrica

total. Para el año 2005 se habían cumplido en un 28%, lo que hizo necesario el

diseño de un nuevo plan. Por ello fue creado el Plan de Energías Renovables

2005-2010 (PER), que propone una distribución diferente de los esfuerzos por

áreas, de forma que fuera posible la consecución del objetivo global.


La figura 1.1.2.3.a detalla el grado de cumplimiento de cada una de las

tecnologías renovables en el año 2005 sobre los objetivos fijados en el plan

antiguo.

Figura 1.1.2.3.a. Seguimiento del Plan de Fomento de las Energías Renovables 1999-2004

En la figura se aprecia cómo la energía minihidráulica y en general la

hidráulica de carácter renovable se queda muy atrasada respecto a los

objetivos fijados en el plan, mientras que otras tecnologías como la eólica y el

biogás se acercan e incluso superan esos objetivos en un amplio margen, aún

faltando cinco años para que tuvieran que llegar a esas cifras. La energía

hidráulica, a pesar de contar con un gran desarrollo tecnológico, encuentra

una gran cantidad de barreras de tipo administrativo que son las

responsables en gran medida de su retraso.

El nuevo PER establece como objetivos para el año 2010 una contribución

de las fuentes renovables de un 12,1% del consumo de energía primaria y

una producción eléctrica con estas fuentes del 30,3% del consumo bruto de

electricidad.

Respecto de la energía hidroeléctrica, el PER pone como objetivos

incrementar entre 2004 y 2010 la potencia instalada en 450 MW para la

minihidráulica y 360MW para la hidráulica de entre 10 y 50 MW. Las tablas

mostradas a continuación detallan los objetivos del PER en cuanto a potencia


instalada por comunidades hasta el año 2010 y un desglose por años de la

producción anual en GWh, tanto para la minihidráulica como para la

hidráulica de menos de 50 MW.

Tabla 1.1.2.3.a. Objetivos para el año 2010 de potencia instalada en el área minihidráulica

Tabla 1.1.2.3.b. Desglose por años de la producción energética en el área minihidráulica


Tabla 1.1.2.3.c. Objetivos para el año 2010 de potencia instalada en el área hidráulica renovable

Tabla 1.1.2.3.d. Desglose por años de la producción energética en el área hidráulica renovable

El plan también prevé una serie de medidas para impulsar la

implantación de este tipo de centrales y aprovechar todo el potencial

hidráulico disponible en España. Dichas medidas se centran en los recursos

hidroeléctricos, en los aspectos administrativos, los sociales y

medioambientales y los normativos.


Además de las medidas de apoyo al régimen tarifario vigente y

explicado anteriormente, las medidas destinadas a eliminar las barreras que

retrasan la implantación de esta tecnología se pueden resumir en la siguiente

tabla:

Tabla 1.1.2.3.e. Resumen de medidas previstas para reducir las barreras existentes en la implantación de la tecnología hidroeléctrica de carácter renovable.

Como líneas de innovación tecnológica, y dado que la hidráulica es una

tecnología madura, el PER se centra en la estandarización de equipos, el uso

de nuevos materiales y de prefabricados para minimizar el impacto

ambiental, la realización de estudios para optimizar el rendimiento de las

centrales y por último, nuevos desarrollos de equipos de microturbinas

sumergibles para aprovechamiento de pequeños saltos. De esta forma se

conseguirá reducir el coste de los equipos y de las obras y un mayor respeto

al medio ambiente.


1.1.3. Aspectos técnicos de una central minihidráulica

1.1.3.1. Tipos de centrales hidroeléctricas

• Centrales de agua fluyente:

Estas centrales no acumulan agua, sino que utilizan el caudal del río tal y

como venga. El agua que no se emplee seguirá su curso siendo evacuada

por el aliviadero de la central.

Pueden situarse en el mismo cauce del río o en un canal hecho a tal

efecto, y tendrán reserva o no en función de lo que se haya ensanchado el

río en la zona de la central.

• Centrales de pie de presa:

Se emplean embalses para acumular un considerable volumen de caudal

y elevar el nivel del agua, de forma que se puede controlar la potencia

que producen en cada momento.

Se situarán al pie de la presa o en una derivación del curso.

• Centrales de bombeo:

Regulan la demanda energética bombeando agua hasta una altura

superior en los momentos de escaso consumo. De esta forma se recupera

energía que se podrá emplear cuando sea necesario turbinando de nuevo

esa agua bombeada.

Se tienen centrales en las que la máquina funciona como bomba y turbina

o centrales en las que se tienen por separado ambas máquinas.

La tendencia en minihidráulica es turbinar los caudales excedentes, los

desembalsados o los ecológicos.

1.1.3.2. Criterios de diseño de una central


Previo a la construcción de la central, es necesario evaluar el recurso para

ver si es apropiado para una explotación hidráulica eficaz. Para ello, en

primer lugar se realiza un estudio hidrológico, y después se evalúan las

condiciones hidráulicas de operación (caudal y salto).

1.1.3.2.1. Estudio hidrológico

Este estudio es necesario para determinar la potencia que se debe instalar

en la central. Los datos se obtendrán de las estaciones de aforo presentes en

la demarcación escogida.

Se recopilarán datos de caudales relativos a una cantidad suficiente de

años hidrológicos que servirán para hacer una clasificación en años muy

húmedos, húmedos, normales o medios, secos y muy secos. De esta forma se

podrá identificar cuál es el año medio y pasar a la siguiente fase del estudio

hidrológico.

Con el año medio se construye una nueva curva a partir de los días en los

que el caudal ha superado un determinado valor.

1.1.3.2.2. Caudal y salto

Una vez realizada la curva de caudales clasificados para el año de

referencia, se procede a calcular el caudal nominal de la máquina.

Las turbinas operan entre un caudal de equipamiento y un caudal

mínimo técnico, que se obtiene aplicando un factor al caudal nominal que

depende del tipo de turbina que se vaya a instalar.

Qmt = K * Qe


Tipo de turbina Coeficiente K

Pelton 0,10

Kaplan 0,25

Semikaplan 0,40

Francis 0,40

Tabla 1.1.3.2.2.a. Coeficientes K para los distintos tipos de turbina

El caudal de equipamiento será el que maximice el volumen turbinado,

es decir, el que junto con el caudal mínimo técnico encierre un mayor área de

la curva de caudales clasificados.

La altura del salto viene determinada por las características de la presa y

el lugar en el que se quiera instalar la central.

Con los datos de caudal y salto ya se puede calcular la potencia que es

capaz de generar la central.

1.1.3.3. Partes de una central

1.1.3.3.1. Tubería forzada

Se trata de la conducción que lleva el agua hasta la turbina, salvando la

diferencia de alturas que se presente en cada recurso hidráulico. Debe ser

capaz de soportar la presión del agua tanto en condiciones normales como de

sobrepresión debida a transitorios, que pueden dar lugar a golpes de ariete,

muy perjudiciales en las instalaciones.

Si se opta por instalar la tubería enterrada, deberá protegerse de la

corrosión mediante pinturas adecuadas y recubrimientos de otras clases. Una

buena protección evitará realizar un mantenimiento. Enterrar la tubería


forzada lleva asociado un aumento de la sostenibilidad medioambiental de la

instalación.

1.1.3.3.1.1. Materiales empleados en la tubería forzada

• Acero

Se trata de una solución barata y eficaz, dado que se pueden conseguir

tuberías forzadas de cualquier diámetro y espesor. El empleo de acero

resistente a la corrosión evitará recubrimientos protectores cuando sea

necesario y al mismo tiempo aumentará la resistencia a la rotura y la

tenacidad.

Las tuberías forzadas de acero en general se construyen mediante tramos

rectos, que van simplemente apoyados sobre pilares coincidiendo con los

cambios de dirección. Entre dos anclajes consecutivos se intercala una

junta de dilatación.

Las paredes deben resistir tensiones combinadas correspondientes a su

trabajo como viga y a su condición de recipiente cilíndrico sometido a

presión interna.

El momento flector será el correspondiente al de una viga continua. Las

reacciones sobre los apoyos se transmiten por esfuerzo cortante entre la

chapa y los anillos de soporte, que se diseñan basándose en el

comportamiento elástico de los cilindros de débil espesor. Dichos anillos

se sueldan a la chapa mediante soldaduras continuas y se rigidizan

mediante diafragmas.

Los bloques de anclaje tienen que resistir la componente longitudinal del

peso de la tubería llena de agua más las fuerzas de fricción

correspondientes a los movimientos de expansión y contracción. Esto

lleva a que se recomiende cimentarlos, en la medida de lo posible, sobre

roca.


También pueden utilizarse tuberías de hormigón con revestimiento

interior de chapa de acero, armadas si es necesario con redondos de

acero, o incluso presentadas con alambres de alta resistencia y provistas

de uniones de enchufe y cordón. Dado su elevado peso, resultan difíciles

de transportar y manejar en obra, pero en cambio no exigen ningún

tratamiento de protección contra la corrosión.

• Polietileno

El polietileno de baja y media densidad se aprovecha desde hace años en

centrales con baja altura de salto. El polietileno de altas prestaciones, en

cambio, puede utilizarse en saltos de hasta 160 m.

Este material es pesado pero muy robusto.

• PVC

Este material resulta competitivo en alturas de salto que pueden llegar a

los 200 m. Resulta más barato que el acero, su manipulación en obra es

más sencilla y no requiere ninguna protección contra la corrosión.

Si se someten únicamente a esfuerzos longitudinales pueden soldarse

empleando disolventes o también pueden unirse empleando conexiones

mecánicas.

Como contrapartida, este material resulta sensible a la radiación

ultravioleta, por lo que las tuberías deberán enterrarse o recubrirse con

cinta. Además su coeficiente de dilatación y su fragilidad son mayores

que en el acero. No son aptas para ser instaladas en terrenos rocosos.

• Aleaciones de plástico

Recientemente ha salido al mercado una tubería fabricada con una

mezcla de PVC y derivados acrílicos. Se puede utilizar en saltos de hasta

160 m, su espesor es menor que el de las tuberías equivalentes de PVC y


sus propiedades mecánicas son similares a las del polietileno de altas

prestaciones.

A diferencia del PVC, se comporta dúctilmente bajo carga, por lo que

carece de sus problemas de rotura frágil.

• Refuerzos de fibra de vidrio

Las tuberías reforzadas de fibra de vidrio poseen una elevada resistencia,

su peso es un 20% inferior al del acero y sus costos son competitivos.

• Polietileno de alta densidad

Sólo se suministran para diámetros de hasta 30 cm. Pueden ser instaladas

al aire libre y se pueden curvar del orden de cuarenta veces su diámetro

(para curvas más pronunciadas se puede recurrir a elementos

prefabricados). Soportan temperaturas menores de cero grados

centígrados.

Su densidad menor que la del agua facilita su transporte al permitir

arrastrar los tramos de tubería flotando y tirados por un cable.

Las uniones deben ser realizadas mediante soldadura de fusión.

• Madera

Material empleado en los países en vías de desarrollo en los que abunda

la madera y la mano de obra. Para diámetros de tubería de 1,5 m, puede

ser instalada en alturas de salto de hasta 120 m.

Estas tuberías se construyen con dovelas de madera creosotada y

zunchadas con flejes de acero, no necesitan juntas de dilatación ni

soporte de anclaje y resisten a la corrosión. Sin embargo, sufren

dilataciones y fugas, requieren que el tubo esté siempre lleno de agua y

el mantenimiento debe ser frecuente.


1.1.3.3.1.2. Pérdidas de carga

La fricción del agua con las paredes y accesorios de la tubería forzada

produce una serie de pérdidas que implican que en la turbina no se tenga la

altura bruta del embalse.

La ecuación de Darcy Weisbach formula dichas pérdidas. Se observa que

aumentan con la longitud del conducto y la velocidad del fluido en su

interior y disminuyen según aumenta el diámetro. Además son

proporcionales a un coeficiente adimensional, conocido como el factor de

fricción f.

gV

DLfh f 2

··=2

Además de estas pérdidas existen otras que se detallan a continuación:

• Rejilla

La rejilla se coloca al principio de la tubería de cara a evitar que entre en

ella elementos extraños que puedan quedar atrapados en su interior o

llegar a la turbina. La turbulencia que produce lleva asociada una

pérdida de carga que se calcula mediante la ecuación de Kirchner:

θseng

VbtKh tt ⋅⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅=

2

203

4

Siendo ht la pérdida de carga, t el espesor de la barra, b la separación

entre barras, Vo la velocidad del agua y θ el ángulo de la rejilla. Kt

depende de la forma de las barras según la figura 1.1.3.3.1.2.a.

Figura 1.1.3.3.1.2.a. Valores de Kt en función de la forma de las barras


Por otro lado se crea una pérdida de carga adicional si el flujo y la rejilla

no están a 90º. Se tiene la siguiente ecuación, donde β es el ángulo entre

la rejilla y la corriente:

ββ seng

Vh ⋅=2

02

• Contracciones y expansiones

Tanto si la sección aumenta como si disminuye, los cambios en ésta

producen pérdidas de carga.

Dada la dificultad de hacer que coincida el diámetro de la tubería

forzada con el de la brida de entrada a la turbina, será necesario instalar

un cambio de sección para unir ambos elementos. Cuanto más suave sea

el cambio, menores serán las pérdidas producidas en él.

La expresión para calcular las pérdidas de carga por contracción o

expansión es la siguiente:

gVKh cc 2⋅=

2

Siendo V la velocidad del fluido en el conducto de menor diámetro. Kc es

un coeficiente que depende del cociente entre los diámetros de las

secciones. Si D/d es menor que 0,76, el coeficiente Kc se puede aproximar

mediante la siguiente ecuación:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⋅= 2142.0

DdKc

2

En caso de no poder emplearse la expresión anterior, se trata de una

evolución brusca de la sección del conducto, para la que se emplea el

gráfico de la figura 1.1.3.3.1.2.b.


Figura 1.1.3.3.1.2.b. Coeficiente Kc

• Curvatura

El fluido al recorrer una curva sufre un aumento de la presión en la parte

externa y una disminución en la parte interna, debiéndose alcanzar de

nuevo un equilibrio de presiones tras recorrer una distancia después de

la curva. Todo esto hace que se produzca un desprendimiento en la parte

interna del conducto y una circulación en la sección de la tubería al

existir diferentes presiones en la misma, y la consiguiente pérdida de

carga, que puede ser calculada mediante la siguiente expresión:

gbb 2VKh

2

⋅=

La figura 1.1.3.3.1.2.c muestra los coeficientes Kb para un codo de 90º.

Como se puede apreciar, el valor de este coeficiente depende de la

rugosidad de la tubería, el diámetro y el radio de curvatura.


Figura 1.1.3.3.1.2.c. Valores del coeficiente Kb para codos a 90º

• Válvulas

Las válvulas existentes en las tuberías forzadas se encuentran totalmente

abiertas o totalmente cerradas, dado que la regulación del caudal es una

tarea que corresponde al distribuidor Fink.

La pérdida de carga en una válvula que esté totalmente abierta se calcula

a partir de la siguiente ecuación:

gVKh vv 2

2

⋅=

La tabla 1.1.3.3.1.2.a recoge los valores aproximados del coeficiente Kv

para los distintos tipos de válvula que se pueden emplear.


Tipo de válvula Coeficiente Kv

Compuerta 0,2

Mariposa 0,6

Esférica 0,05

Excéntrica 1

Tabla 1.1.3.3.1.2.a. Valores del coeficiente Kv en función del tipo de válvula

1.1.3.3.1.3. Golpe de ariete

1.1.3.3.1.3.1. Descripción del golpe de ariete

Al producirse cambios bruscos en el régimen del flujo se producen

variaciones en su velocidad, que lleva asociados cambios estacionarios en la

presión, que pueden ser incrementos o decrementos de la misma. El golpe de

ariete se produce a consecuencia de estos cambios de presión.

El caso que se estudiará es el cierre brusco de una válvula en la tubería

forzada. El agua, por su inercia, tiende a seguir avanzando, pero al encontrar

un obstáculo en su camino, la energía cinética que lleva en ese momento se

convierte en un incremento de presión. Dicho incremento genera una onda

de presión que ensancha la tubería y la recorre toda su longitud, de manera

que al final se ha producido una dilatación en su totalidad.

En el embalse el agua se encuentra a una presión menor que en el interior

de la tubería en el instante mencionado, por lo que se crea un flujo en sentido

contrario al habitual. Se genera así una depresión en la zona próxima a la

válvula que provoca una contracción en la tubería. Al igual que antes, esta

contracción recorre toda la longitud y la tubería queda comprimida en su

totalidad, produciéndose un nuevo flujo de agua en sentido opuesto al

anterior.


De todo lo explicado se extrae que cuanto mayor sea el tiempo de cierre

de la válvula, menores serán los problemas derivados del golpe de ariete,

pues la onda de retorno encontraría la válvula parcialmente abierta.

Se define el tiempo crítico como el tiempo que tarda una onda de presión

en recorrer la tubería forzada y volver al punto inicial:

cTc =

L2

Donde L es la longitud de la tubería forzada y c es la velocidad de la

onda de presión en su interior.

La velocidad de la onda de presión depende tanto de las características

del fluido como del material que compone la tubería forzada. Se calcula


TEDK

Kc

⋅⋅

+=

1

10−3

Donde K es el módulo de elasticidad del fluido, D es el diámetro interior

de la tubería forzada, E es el módulo de elasticidad del material que la

compone y T es el espesor de la tubería.

Calculado el tiempo crítico, se puede conocer la sobrepresión que se

produce cuando la onda de presión vuelve a la válvula. Si ésta está

completamente cerrada, la totalidad de la energía cinética del agua se

transformará en sobrepresión, cuyo valor en metros de columna de agua se

calcula mediante la siguiente ecuación:

gP Vc Δ⋅=

Donde ΔV es el cambio de velocidad del agua.


Si la válvula no está completamente cerrada, la sobrepresión (menor que

la anterior) se calcula mediante la fórmula de Allievi:

2

0

0

2

0 42

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅

⋅=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++⋅=Δ

tPgVLN

NNNPP

La presión total será P = P0 + ΔP. Las pérdidas de carga debidas al golpe

de ariete requieren del uso de programas informáticos.

1.1.3.3.1.3.2. Chimenea de equilibrio

La chimenea de equilibrio se construye de cara a evitar los efectos

producidos por el golpe de ariete, especialmente en conducciones largas. Su

instalación equivale a reducir la longitud de la tubería forzada, por lo que el

tiempo crítico será menor y hará que las variaciones de presión sean

menores.

Está formada por un conducto de gran diámetro que en su parte inferior

se conecta a la tubería forzada y en su parte posterior está abierto a la

atmósfera. En este punto el agua alcanzará en condiciones normales la altura

del agua que hay en el embalse, aspecto que deberá ser tenido en cuenta en

su construcción. Además, el nivel del agua subirá debido a la sobrepresión

que genera el cierre de la válvula

La constante de aceleración del agua indica la conveniencia de instalar o

no una chimenea de equilibrio:

Hgth ⋅

LV ⋅=


Donde V es la velocidad del agua en la tubería forzada y H es la altura

bruta. Si th toma un valor inferior a tres segundos no es necesaria la

instalación de una chimenea de equilibrio.

Al ascender el nivel del agua por encima del punto de equilibrio se crea

una contrapresión que decelera el agua en la tubería forzada, y cuando ésta

se detenga, el nivel descenderá para alcanzar un nuevo equilibrio. Se

producirán oscilaciones cada vez menores debido a la fricción.

La chimenea de equilibrio se puede sustituir por una válvula de descarga

síncrona, que se abre cuando la válvula de entrada a la turbina se cierra.

1.1.3.3.1.4. Válvulas

• Válvulas de mariposa

Utilizadas en centrales de relativamente poco caudal, como es el caso de

este proyecto. Se instalan al final de la tubería forzada.

Este tipo de válvulas consisten en un disco de sección lenticular alojado

en un eje excéntrico, que permite o impide el paso del agua. Dada la baja

cualificación para regular caudales, únicamente funcionan

completamente abiertas o completamente cerradas.

Al estar el eje prácticamente en el centro de la válvula, existe una presión

muy similar a ambos lados de él, por lo que las válvulas de mariposa se

pueden abrir empleando un esfuerzo relativamente bajo.

Su accionamiento es hidráulico y llevan un contrapeso para que cierre la

válvula en caso de un corte en el suministro eléctrico.

Se conectan al tronco de conexión y a la tubería forzada mediante bridas.


Dada su geometría, es difícil que se acumulen en estas válvulas sólidos

en suspensión que entorpezcan su funcionamiento. Se limpian por si

solas y carecen de válvula de by-pass.

Sus ventajas frente a los demás tipos de válvula son su ligereza, su bajo

costo, su bajo número de piezas móviles, el escaso mantenimiento que

requieren y la ausencia de bolas o cavidades.

• Válvulas de compuerta

Se recomienda su uso sobre todo en fluidos limpios. Dado que el área

máxima del flujo es el diámetro nominal de la válvula, se recomienda

que operen en posiciones, extremas, es decir, completamente abiertas o

completamente cerradas, de forma que la pérdida de carga sea mínima.

Suelen estar equipadas con una válvula de by-pass para facilitar las

maniobras y su capacidad de regulación es superior a la de las válvulas

de mariposa.

Los diferentes tipos de válvulas de compuerta dependen de cómo sea el

tipo de disco empleado para el cierre. Se tienen los siguientes tipos: de

compuerta tipo cuña sólida, cuña flexible, abierta, válvulas de guillotina

y válvulas de cierre rápido.

• Válvulas esféricas

Estas válvulas tienen una esfera hueca que puede girar sobre si misma.

Permiten un buen cierre pero no regulan muy bien el caudal. Pueden ser

rápidas o lentas.

Trabajan bien ante fluidos con sólidos en suspensión, suelen tener una

válvula de by-pass y sus pérdidas son reducidas si están completamente

abiertas.


1.1.3.3.2. Turbina

1.1.3.3.2.1. Introducción

La turbina constituye la parte más importante de la central hidráulica,

pues es la encargada de transformar la energía del agua en energía mecánica,

que posteriormente será transformada en electricidad por el alternador unido

al eje de la turbina.

Se puede hacer una primera clasificación de las turbinas en función de

los dos posibles mecanismos de transformación de energía:

• Turbinas de acción:

Se crea un chorro de agua que choca a muy alta velocidad sobre unas

cazoletas que están fijas en la periferia de un disco, a las que transfiere

toda su energía. Después el agua cae al canal de descarga.

Su carcasa es ligera, pues sólo tiene que impedir salpicaduras y

proporcionar seguridad a las personas.

Dentro de este grupo se encuentran las turbinas Pelton.

• Turbinas de reacción:

La presión del agua actúa directamente sobre los álabes e irá

disminuyendo según avance el agua por ellos.

En este caso la carcasa es más robusta para poder soportar los esfuerzos

del agua a presión.

Dentro de este grupo están las turbinas Francis y las Kaplan.


1.1.3.3.2.2. Tipos de turbinas

• Turbinas Pelton

Turbinas de acción. Una serie de inyectores proyectan chorros de agua

sobre la turbina, de forma que se produce el movimiento del disco.

Una turbina Pelton de eje vertical puede tener hasta seis inyectores,

mientras que las de eje horizontal suelen tener uno.

La figura 1.1.3.3.2.2.a muestra las secciones transversal y longitudinal de

una central hidráulica equipada con una turbina de este tipo y las partes

que la componen:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11

Figura 1.1.3.3.2.2.a. Central hidráulica con turbina Pelton

1. Servomotor encargado de mover la válvula de aguja


2. Tubería forzada

3. Codo de entrada

4. Inyector

5. Válvula de aguja (regula el flujo de agua que llega a los álabes)

6. Tobera

7. Deflector (se encarga de desviar el chorro mientras la válvula de aguja

se está cerrando, o para evitar el golpe de ariete que produciría un

cierre de ésta si se quiere impedir que se embale la máquina ante una

desconexión del alternador)

8. Rodete

9. Canal de salida

10. Alternador

11. Carcasa

Las turbinas Pelton carecen de tubo de aspiración, por lo que no cuentan

con la ganancia de rendimiento que éste produce. Se emplean en saltos

elevados, que pueden llegar a los 1.200 m.

• Turbinas Francis

Turbinas de reacción de flujo radial y admisión total, empleadas en saltos

intermedios. Poseen un distribuidor de álabes regulables y un rodete de

álabes fijos.

Se encastran fuertemente en hormigón para evitar vibraciones,

especialmente a régimen bajo.


En este tipo de turbinas el agua es conducida al rodete a través del

distribuidor y en ningún momento entra en contacto con la atmósfera,

por lo que la presión se mantiene.

Pueden ser de cámara abierta o de cámara en espiral. En el segundo caso,

según sea el tamaño de la máquina, la carcasa se podrá construir de

hormigón armado, acero soldado o hierro fundido. Dado que se pretende

hacer llegar la misma cantidad de agua a cada álabe del distribuidor, la

sección de la cámara va decreciendo según se aleja de la brida de

entrada.

Si los álabes de la turbina son pequeños se fabrican de fundición, bronce

o aluminio formando un solo cuerpo con el cubo. Si por el contrario son

grandes, se sueldan al cubo y a la llanta, que por lo general se fabricará

de acero fundido.

Dado que en las turbinas de reacción el agua sale a una velocidad

elevada, se instala a la salida de éstas un difusor que reduce

gradualmente su velocidad para que llegue en unas condiciones más

moderadas al canal de salida. Si además el difusor se encuentra

sumergido en el canal de salida se consigue un efecto de succión que

mejora el rendimiento de la máquina considerablemente (tubo de

aspiración).

La figura 1.1.3.3.2.2.b muestra una central de turbina Francis y las partes

que la componen.

1 2 3


4 5 6 7

Figura 1.1.3.3.2.2.b. Central hidráulica con turbina Francis

1. Eje

2. Alternador

3. Tubería forzada

4. Cámara espiral

5. Canal de salida

6. Tubo de aspiración

7. Rodete

Del distribuidor Fink, que no se aprecia en la imagen, se hablará con

detalle más adelante.

En las turbinas de eje horizontal, como la que se va a diseñar en el

presente proyecto, es importante que el cuerpo de la turbina esté

perfectamente anclado al hormigón para evitar que las vibraciones dañen

la maquinaria o limiten su campo de funcionamiento.


• Turbinas Kaplan y semi-Kaplan

Turbinas de reacción de flujo axial. En este caso los álabes de la turbina

son siempre regulables, mientras que los distribuidores pueden ser

regulables o no, en cuyo caso se trataría de una turbina semi-Kaplan.

Los álabes del rodete giran alrededor de su eje accionados por unas

manivelas solidarias con unas bielas articuladas a una cruceta, que se

puede desplazar por el interior del hueco del eje de la turbina.

Las turbinas Kaplan son de admisión radial, mientras que las semi-

Kaplan pueden ser de admisión radial o axial.

La figura 1.1.3.3.2.2.c muestra una turbina Kaplan con sus diferentes

partes:

1 2 3 4 5 6

Figura 1.1.3.3.2.2.c. Central hidráulica con turbina Kaplan

1. Alternador

2. Álabe directriz


3. Rodete

4. Tubo de aspiración

5. Mecanismo de giro de los álabes del rodete

6. Eje

1.1.3.3.2.3. Elección del tipo de turbina para el embalse de Valmayor

La turbina, su geometría y sus dimensiones son factores que vienen

condicionados por una serie de aspectos que se describen a continuación.

• Salto neto:

Según la magnitud del salto que se va a turbinar, se puede establecer que

las turbinas Kaplan son adecuadas para operar entre 2 y 20 metros, las

Francis entre 10 y 350 metros y las Pelton entre 50 y 1.300 metros.

Según esto, para el embalse de Valmayor se puede concluir que la

turbina más adecuada es la Francis.

• Número específico de revoluciones:

Se trata de un parámetro fundamental a la hora de seleccionar la turbina

y sus características. Depende del caudal, la velocidad de giro y el salto,

y se definirá en el apartado de cálculos, más adelante.

• Caudal:

Las turbinas Pelton son adecuadas para caudales reducidos, las Francis

para intermedios y las Kaplan para caudales elevados.

El caudal nominal de la turbina del embalse de Valmayor es de 3,5 m3/s,

como se demostrará en los cálculos.


En la imagen 1.1.3.3.2.3.a se muestra una relación entre caudal y salto

para los diferentes tipos de turbina, en la que se puede apreciar que para

el caudal y salto disponibles en este proyecto, el empleo de una turbina

Francis es el más adecuado.

Figura 1.1.3.3.2.3.a. Tipos de turbinas adecuados en función de la relación caudal-salto

• Riesgo de cavitación:

Se produce cavitación si la presión del agua desciende por debajo de la

presión de saturación a la temperatura a la que se encuentre. Se crearán

burbujas de vapor saturado que posteriormente colapsarán. Dichos

colapsos sostenidos en el tiempo son causa de corrosión y daños en la

maquinaria, y se producen principalmente a la salida del rodete y en el

tubo de aspiración, donde se dan las presiones más bajas.

Se deberá calcular la altura máxima a la que se puede instalar la turbina

respecto del canal de desagüe para que no se produzca este fenómeno.


• Coste:

Para que el proyecto sea viable es fundamental que la maquinaria no

tenga un coste demasiado elevado.

1.1.3.3.2.4. Materiales a utilizar

Los materiales que componen la turbina deben ser los adecuados para

soportar unas posibles condiciones de cavitación durante el mayor tiempo

posible, que será el que transcurra hasta que se detecte el fallo. También

deben cumplir los requisitos de resistencia frente a las solicitaciones a las que

van a estar sometidos y que se calcularán más adelante.

Por último, deben ser materiales fáciles de soldar. Esto es especialmente

importante en el caso de la cámara espiral, que se compone de tramos

cilíndricos soldados entre si.

1.1.3.3.2.5. Rendimiento de la turbina

El rendimiento de la turbina varía tanto con cambios de caudal como de

salto. Al alejarse de las condiciones de trabajo se producen caídas de

rendimiento importantes que es necesario cuantificar.

Se define el rendimiento como el cociente entre la potencia que se entrega

al alternador y la potencia que el agua es capaz de entregar a la entrada de la

turbina. La potencia se pierde sobre todo en la fricción que tiene lugar en la

cámara espiral, los álabes directrices, el rodete y el tubo de aspiración. La

ausencia de tubo de aspiración puede acarrear una pérdida de rendimiento

del 50% en las turbinas con rodetes de alta velocidad específica.

En la figura 1.1.3.3.2.5.a se representa el rendimiento frente al caudal de

los diferentes tipos de turbina:


Figura 1.1.3.3.2.5.a. Rendimiento de cada tipo de turbina frente al caudal

Se puede extraer de esta gráfica que las turbinas Kaplan tienen

rendimientos aceptables a partir del 20% del caudal nominal, para las semi-

Kaplan se obtiene a partir del 40% del caudal nominal y en las Francis con

cámara espiral tiene que ser a partir del 50% del caudal nominal. Las turbinas

Pelton pueden funcionar aceptablemente para cualquier valor del caudal.

El rendimiento global incluye los rendimientos de los elementos que

rodean a la turbina, como el alternador. En turbinas de baja potencia como la

del presente proyecto se consiguen rendimientos mayores del 90%.

1.1.3.3.2.6. Curvas características


Se determinan en laboratorios sobre modelos a escala, que luego por

relaciones de semejanza se llevan a los prototipos que se van a instalar en las

centrales.

Los principales tipos de curvas características son los siguientes:

• Curvas de potencia-velocidad:

Se trazan en función del grado de admisión tomando un salto constante.

Tienen forma parabólica y cortan al eje de abscisas en dos puntos.

Un ejemplo de estas curvas se muestra en la figura 1.1.3.3.2.6.a.

Figura 1.1.3.3.2.6.a. Curva de potencia-velocidad

• Curvas de caudal-velocidad:

Representan el caudal admitido por la turbina en función de su

velocidad, para un salto constante y un grado de admisión variable.

Para las turbinas Pelton, estas gráficas son rectas horizontales, en las

Francis lentas son descendentes y en las Francis rápidas son ascendentes.

La figura 1.1.3.3.2.6.b muestra un ejemplo de estas curvas.


Figura 1.1.3.3.2.6.b. Curva de caudal-velocidad para una turbina Francis lenta

• Curvas colina:

Son las resultantes de la unión de los puntos de igual rendimiento en

unas condiciones variables de caudal y velocidad. Si se representara un

tercer eje con la potencia, dichas curvas serían las denominadas curvas

colina de rendimiento.

En la figura 1.1.3.3.2.6.c se muestra un ejemplo de estas curvas.

Figura 1.1.3.3.2.6.c. Ejemplo de curvas de nivel


Para llevar a cabo el diseño de la turbina de este proyecto se llegaron a

unas curvas colina de caudal frente a salto a partir de las conocidas de un

modelo geométricamente semejante. El resultado de aplicar dicha semejanza

se muestra en la figura 1.1.3.3.2.6.d.

Curvas de iso-rendimiento del prototipo

0

1

2

3

4

5

6

12 22 32 42 52

Salto neto [m]

Cau

dal [

m^3

/s]

93.51%93.30%93%92%91%90%89%88%87%86%84%82%80%78%

Figura 1.1.3.3.2.6.d. Curvas colina de la turbina de Valmayor

En el apartado de cálculos se detallará la construcción de la gráfica

mostrada.

1.1.3.3.2.7. Teoría de modelos

La experimentación con modelos a escala reducida en laboratorios

permite conocer el comportamiento de máquinas mayores con costes

reducidos, por lo que la teoría de modelos constituye una herramienta

fundamental para la construcción de estas turbinas.

A partir de esta teoría se puede conocer cómo funcionaría una máquina

geométricamente semejante cuando opera en unas condiciones diferentes.

Para que dos turbinas sean geométricamente semejantes, deberán tener el

mismo número específico de revoluciones, que se define mediante la

siguiente ecuación:


43

21

H

QnNs⋅

=

Imponiendo esta condición de igualdad de número específico de

revoluciones y con los datos de caudal y salto conocidos del estudio

hidrológico, se puede conocer la velocidad de giro del prototipo a instalar,

que tendrá que coincidir con una de las velocidades de sincronismo para que

se pueda acoplar a un alternador que suministre potencia a la red.

Las dimensiones del prototipo serán las del modelo multiplicadas por un

factor de escala, que se obtiene de la aplicación de la primera ley de

semejanza, cuya ecuación de muestra a continuación:

2

1

1

2

2

1

HH

dd

nn

⋅=

De la ecuación de la primera ley de semejanza se puede despejar el valor

que falta por conocer, que es el diámetro característico del prototipo d2, y de

esta forma conocer el factor de escala d1/d2.

1.1.3.3.2.8. Mantenimiento de las turbinas

• Mantenimiento de las turbinas Kaplan:

Se debe comprobar periódicamente la estanqueidad de las palas del

rodete para evitar pérdidas de aceite hacia el exterior y la entrada de

agua hacia el núcleo. Según el tamaño de la turbina, se tolera un nivel

máximo de pérdidas de aceite que oscila entre los 10 y los 100 litros al

año, y superar estos valores lleva a la contaminación del río. Si el nivel de

aceite aumenta significará que ha entrado agua en su interior.

También se debe comprobar que no ha existido cavitación revisando el

nivel de corrosión que presenta el rodete y la envolvente del mismo.


Los cojinetes desgastados implican pérdidas considerables de potencia y

deterioro de las piezas que rozan con ellos y que no deberían hacerlo.

Las turbinas que sólo poseen álabes móviles requieren más revisiones

que las que además pueden regularse mediante un distribuidor móvil,

dado que sufrirán un mayor desgaste al realizar más movimientos para

regular el caudal. Un álabe desgastado permitirá la entrada de agua al

núcleo, de forma que se producirán deterioros en el sistema de

regulación.

Por último, también se deben comprobar otros aspectos como el nivel de

fugas y el funcionamiento de las diferentes válvulas.

• Mantenimiento de las turbinas Francis:

Las turbinas Francis sufren los mayores deterioros por la presencia de

arena arrastrada con el agua.

En saltos de menos de veinte metros se realizarán revisiones cada cuatro

o cinco años si el agua es de buena calidad. Por el contrario, si el agua

arrastra mucha arena, estas revisiones deberán realizarse cada dos años.

Para saltos mayores se recomiendan revisiones anuales, si bien la

primera revisión tras la puesta en servicio permitirá fijar el intervalo de

revisiones más adecuado.

Los dos aspectos que se deben comprobar en las revisiones son los

siguientes:

- Juego existente entre el rodete y el distribuidor. Estado de los

laberintos circulares, de los álabes móviles, del tubo de aspiración y

de la envolvente de la turbina.


- Estado de los anillos de protección del distribuidor y de la superficie

de los álabes distribuidores.

En caso de anillos desgastados, se puede equipar la turbina con anillos

cambiables o mediante soldadura darles de nuevo sus dimensiones

iniciales.

Si los juegos de álabes distribuidores presentan desgastes de más de

medio milímetro, también deberán sustituirse.

También se deberá comprobar la zona de salida del rodete y el principio

del tubo de aspiración en busca de corrosión. Estos elementos deberán

estar revestidos de materiales resistentes a la corrosión o ser

intercambiables.

• Mantenimiento de las turbinas Pelton:

La acción abrasiva de la arena presente en el agua produce desgastes en

la aguja, la boca de la tobera, los cazos del rodete y el deflector. Estos

elementos se revisarán cada año, dada la importancia de que conserven

sus características iniciales.

Un ligero desgaste en el inyector y la aguja provoca que el chorro se

disperse. Las gotas sueltas deterioran el rodete al chocar con él y las

caídas de rendimiento son importantes.

Muchas de las irregularidades que se generan en las turbinas Pelton

tienen su origen en la introducción de cuerpos extraños. Por ello es

importante que haya bocas de inspección en los tubos de conducción

para poder retirar dichos objetos.

Tras el montaje de la turbina de debe comprobar que el deflector queda

tangente al chorro pero sin llegar a tocarlo. También habrá que

comprobar antes de la puesta en marcha que no queda aire en el cilindro


del servomotor, dado que podría provocar un cierre brusco y el

consiguiente golpe de ariete.

Por último, se deberán lubricar convenientemente los distintos órganos

de movimiento y articulaciones.

1.1.3.3.2.9. Partes integradas en el conjunto de la turbina

Dado que en el presente proyecto se lleva a cabo el diseño de una

turbina Francis de eje horizontal, este apartado se centrará en las diferentes

partes que componen una turbina de esta clase.

1.1.3.3.2.9.1. Cámara espiral

Está formada por chapas de acero soldadas entre sí de forma que el

conjunto presenta una forma de espiral logarítmica.

Su misión es recoger el agua que llega por la tubería forzada y dirigirla

con la ayuda del predistribuidor, que es un elemento fijo soldado a la

cámara, y del distribuidor Fink, del que se hablará más adelante. Transforma

parte de la energía que se encuentra en forma de presión en energía cinética,

buscando que en cualquier punto de la cámara la energía cinética sea la

misma, dado que los cambios bruscos de velocidad llevan asociadas pérdidas

no deseables.

La cámara espiral debe tener un rendimiento elevado y unas

dimensiones mínimas.

El diseño de la cámara en este proyecto se centra en determinar los

espesores de las chapas, dado que las dimensiones vienen definidas por las

leyes de semejanza. El espesor se tomará como constante y será el

correspondiente al primer tramo de chapa.


Los espesores variables también son viables en el diseño de esta cámara,

pues según se avanza en el sentido del agua entrante las tensiones son cada

vez menores. Esto se justifica porque el radio de los tramos va decreciendo y

la tensión es proporcional a la presión, el radio interior y los decrementos de

espesor.

En el caso de la central de Valmayor no se justifica el empleo de

espesores variables para ahorrar material, dado que se trata de una turbina

de muy poca potencia.

La cámara se apoya en unos apoyos de sección cuadrada que deben estar

dimensionados para soportar los esfuerzos mecánicos que deberán

transmitirse a la obra civil. Estos esfuerzos se calculan más adelante y son los

siguientes:

- Peso de la cámara espiral

- Empuje lateral debido a la presión del agua

- Par que transmite la máquina

1.1.3.3.2.9.1.1. Predistribuidor

Se trata de un elemento fijo de la cámara espiral cuya misión es dirigir el

flujo hacia el rodete. Sus tapas son anillos paralelos unidos por álabes fijos de

perfil hidrodinámico. Estas tapas se sueldan por un lado a la cámara y por el

otro van atornilladas, y la confieren una mayor rigidez.

Tanto las tapas como los tornillos de sujeción se construyen en el mismo

material de la cámara.


1.1.3.3.2.9.2. Distribuidor Fink

Se trata de un dispositivo de álabes giratorios que se emplea para regular

el caudal y la forma en que este llega al rodete. Consta de un servomotor

hidráulico que mueve un anillo giratorio, que a su vez permite el giro de los

álabes.

El servomotor acciona un brazo de carrera amortiguada para absorber

los golpes de ariete.

Figura 1.1.3.3.2.9.2.a. Detalle de distribuidor Fink

En la figura 1.1.3.3.2.9.2.b se muestra el funcionamiento de un

distribuidor, concretamente en sus posiciones extremas, completamente

abierto y completamente cerrado.

Figura 1.1.3.3.2.9.2.b. Funcionamiento del distribuidor Fink

a) Distribuidor cerrado

b) Distribuidor abierto


En la posición de cierre los álabes se apoyan entre sí, de manera que

impiden prácticamente el paso del agua al rodete. De esta forma se puede

parar la central evitando embalamientos.

Los perfiles de los álabes son superficies desarrollables cilíndricas de

generatrices paralelas al eje de rotación de la turbina. Se pretende que no

haya transformación de energía cinética en mecánica en ellos porque sería

una pérdida más que reduciría el rendimiento de la turbina y además se

crearían esfuerzos en el distribuidor no deseados.

Sus elementos se fabrican en acero. El bulón que une la biela con el álabe

trabaja a cortadura y ha de diseñarse para que rompa en caso de entrar un

objeto extraño en la maquinaria. De esta forma se evita que se rompan

componentes más costosos del distribuidor.

1.1.3.3.2.9.3. Cierres laberínticos

Se diseñan para minimizar las pérdidas de agua que tienen lugar en la

turbina. Estas pérdidas pueden ser de dos tipos:

- Pérdidas de cortocircuito: Se deben al flujo que circula por el

intersticio entre la carcasa y el rodete en el sentido del resto del flujo

entrante. Al no llegar a los álabes del rodete no se produce

intercambio de energía y genera un descenso en el rendimiento.

- Pérdidas al exterior: Es el caudal que sale hacia el exterior de la

carcasa, por lo que su salida no es junto al flujo principal, como

ocurría en las pérdidas de cortocircuito.

Los cierres laberínticos o hidráulicos buscan minimizar las pérdidas de

fuga incrementando la resistencia que el agua debe vencer para salir.

Generan una resistencia de superficie al alargar el recorrido y una resistencia

de forma al intrincarlo.


Estos cierres constan de dos anillos de desgaste, uno en la carcasa y otro

en el rodete. Se roscan en sentido contrario al giro para que no se aflojen con

el tiempo.

1.1.3.3.2.9.4. Tubo de aspiración

También conocido como difusor, tiene la función de crear una depresión

que permita recuperar energía cinética del agua y así incrementar la altura

geométrica del salto en una distancia igual a la existente entre el rodete y el

nivel del canal de salida. Un difusor bien diseñado permitirá instalar la

turbina por encima del nivel del canal de salida sin perder prácticamente

altura de salto.

Aumenta progresivamente su sección para disminuir la velocidad del

agua y limitar las pérdidas, de manera que su perfil es cónico. El ángulo de

conicidad no debe superar los 7º para evitar que el flujo se despegue de las

paredes del tubo. Sin embargo, los ángulos de conicidad bajos requieren que

el tubo sea muy largo, por lo que se emplean conicidades próximas a los 15º.

Un aspecto a tener en cuenta es que a la salida de la turbina el agua tiene

un cierto movimiento rotacional, que si es excesivo da lugar a

inestabilidades, pero que dentro de ciertos límites mejora el rendimiento. Por

esta razón, y todo lo dicho anteriormente, se recomienda que sea el fabricante

el que suministre o diseñe el tubo de aspiración.

Los tubos de aspiración no difusores recuperan altura pero no energía

cinética del agua. Igual que en el caso anterior, el tubo está sumergido en el

canal de salida.

En el caso de este proyecto, en el que la turbina es de eje horizontal, el

tubo de aspiración tiene que ir seguido de un codo.


1.1.3.3.2.9.4.1. Ganancia de salto en el tubo de aspiración

En este apartado se va a demostrar analíticamente la mejora que supone

instalar un tubo de aspiración. Se empleará la ecuación de Bernouilli para

ello, notando como punto 1 la salida de la turbina y como punto 2 el nivel del

canal de desagüe.

222

111

22z

gc

gpHz

gc

gp

perdidas +⋅

+⋅

=−+⋅

+⋅ ρρ

22

Hpérdidas incluyen las producidas en el tubo de aspiración y la velocidad a

la salida del mismo.

gcH s

salidaperdidas ⋅=

2_

2

La diferencia entre z1 y z2 se denomina altura de aspiración y se nota

como Hs. Se tomarán presiones barométricas y se despreciará la velocidad

del agua en el canal de desagüe. De esta forma:

02 =⋅ g

pρ

02

2 =⋅ g

c 2

La expresión inicial queda reducida a la siguiente:

perdidass Hg

cHg

p+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−=

⋅ 211

ρ

2

En esta ecuación se aprecia la doble misión del tubo de aspiración. Por

un lado, recuperar altura de suspensión al crear una depresión a la salida del

rodete, y por otra parte recuperar energía cinética.


1.1.3.3.2.9.5. Eje

Se encarga de transmitir la potencia necesaria desde el rodete hasta el eje

del alternador, al que se acopla a través de una brida cuya unión se realiza

mediante pernos. El material del que se construyen los ejes es acero templado

y revenido.

La brida se encarga de transmitir el par gracias al rozamiento existente

entre los dos elementos que se unen. Los pernos deberán proporcionar la

fuerza normal necesaria para que no exista deslizamiento, por lo que en su

diseño se tienen en cuenta únicamente los esfuerzos de tracción y no los de

cortadura.

Los pernos se instalan con la ayuda de un gato hidráulico que los

deforma una vez han atravesado la brida. Posteriormente las tuercas

aseguran la unión y la fuerza necesaria.

1.1.3.3.2.9.5.1. Cierres del eje

Estos cierres evitarán que se produzcan pérdidas a través del eje, que

puedan llegar a la instalación eléctrica. Típicamente se construyen con forma

cilíndrica rodeando a la brida del eje hasta una determinada altura, creando

una cámara a la que van a parar los escapes de los cierres laberínticos.

Para asegurar el hermetismo es necesario colocar una junta que esté en

constante rozamiento con el eje. Dado el desgaste al que va a estar expuesta

será necesario cambiarla frecuentemente.

Se instala un elemento de cierre para el caso en que la junta se rompiese.

El mantenimiento de las turbinas incluye el vaciado del espacio

destinado a acumular el agua de las fugas.


1.1.3.3.3. Generadores

El generador es el elemento encargado de transformar el par mecánico en

energía eléctrica. Actualmente se emplean generadores de corriente alterna

trifásica síncronos o asíncronos.

Los generadores se pueden colocar tanto con su eje en horizontal como

en vertical. Típicamente conservan la configuración del eje de la turbina pero

en ocasiones se justifica que no sea así por razones de espacio.

Para las turbinas Francis de eje horizontal, como la del presente proyecto,

se suele utilizar un generador horizontal con dos cojinetes y montar en

voladizo el rotor de la turbina para evitar que el eje atraviese el tubo de

aspiración. Esta misma configuración también es la empleada en las turbinas

Pelton.

La refrigeración del generador que se va a instalar en la turbina del

presente proyecto se realizará por aire en circuito abierto, dado que se trata

de una máquina pequeña. Para potencias mayores se emplea agua en circuito

cerrado, refrigerándose ésta posteriormente en intercambiadores agua-aire.

La velocidad de sincronismo de los generadores viene dada por la

siguiente expresión:

pn f⋅=

60

Donde f es la frecuencia de la red en Hz y p es el número de pares de

polos de la máquina.


1.1.3.3.3.1. Generadores síncronos

• Excitación de los generadores síncronos:

Se hace circular una corriente continua, que no representa más del 1% de

la potencia del generador, por el circuito de los polos inductores del

rotor.

Se tienen tres tipos de excitatrices, si bien la tendencia actual es a emplear

excitatrices estáticas:

- Excitatrices de corriente alterna sin escobillas:

Basadas en un pequeño generador de alterna cuyo inducido se

monta en el rotor. La corriente de salida se emplea para alimentar el

rotor del generador.

No se emplean escobillas con este método.

- Excitatrices estáticas:

La corriente de excitación se extrae de la que sale del propio

generador, se rectifica y se envía al rotor a través de escobillas y

anillos rozantes.

El arranque de estas máquinas se realiza aprovechando el

magnetismo remanente y unas baterías hasta que sea capaz de

suministrar por sí solo la corriente de excitación.

- Excitatrices rotativas de corriente continua:

El inducido de la excitatriz va montado en el eje del generador

principal. Se pueden emplear excitatrices en cascada para aumentar

la potencia que pueden suministrar.


• Conexión de los generadores síncronos:

Un sistema de excitación asociado a un regulador de tensión permite que

el generador se conecte a la red eléctrica y genere a la misma frecuencia

que la de la red. También se puede hacer que este tipo de generadores

funcionen en isla.

Este tipo de generadores son los más indicados si la potencia de la

central supera los 500 kVA, por lo que será el que se emplee en la central

de este proyecto.

El proceso de conexión es el siguiente:

- Con la máquina en vacío, se actúa sobre la admisión de la turbina

hasta que gire en el sentido correcto y a una velocidad próxima a la

de sincronismo.

- Se arranca la excitación del generador y se regula para que en bornas

aparezca la tensión de la red.

- Se ajusta con precisión el desfase entre el generador y la red hasta

conseguir sincronizar las tensiones de ambos.

- Se conecta el generador a la red. La velocidad de giro se asegura

dado que es la red la que la impone.

Una conexión inadecuada dará lugar a corrientes muy elevadas que

deteriorarán el generador.

1.1.3.3.3.2. Generadores asíncronos

Se trata de máquinas con rotor devanado o de jaula de ardilla, que a

diferencia de los generadores síncronos, no giran a la velocidad de

sincronismo. La relación entre la velocidad de sincronismo y la velocidad de

giro la da un factor llamado deslizamiento.


Estos generadores no tienen la posibilidad de regulación de tensión.

Dado que toman de la red la corriente de excitación y la potencia reactiva

necesaria para su magnetización, este tipo de máquina no puede funcionar

en isla. El elevado consumo de potencia reactiva puede llevar al proyectista

plantearse su utilización si se requiere que actúen como correctores del factor

de potencia de la red.

Se emplean en potencias inferiores a 500 kVA, pero también existe la

opción de emplearlos en potencias que llegan hasta los 5 MVA, dependiendo

de factores como la capacidad de la red de distribución a la que se conectará.

La red marca la frecuencia de generación y la potencia dependerá del

deslizamiento. Para este tipo de generadores no se requiere el empleo de

reguladores de velocidad.

Estas máquinas tienen una mayor simplicidad que las síncronas al no

necesitar corriente de excitación.

Para su arranque se irá aumentando gradualmente la admisión de la

turbina hasta que gire a una velocidad próxima a la de sincronismo,

momento en el que se conectará a la red.

1.1.4. Presupuesto, fecha de emisión y firma

El presupuesto refleja fabricación, montaje, mano de obra, control de

calidad, transporte e ingeniería de cada parte de la central, además de


impuestos, tasas de seguro y mantenimiento de la instalación durante el

primer año. El importe asciende a DOS MILLONES QUINIENTOS

NOVENTA Y NUEVE MIL TRESCIENTOS CINCUENTA Y UN euros

(2.599.351 €), IVA incluido.

Fecha de emisión: 25 de junio de 2008

Firma: Julián Martín de Eugenio Poza

1.2 Cálculos

1.2 Cálculos. Índice general

Página

1.2.1. Estudio hidrológico 65

1.2.1.1. Determinación del año de referencia 65

1.2.1.2. Determinación del caudal de equipamiento 67

1.2.1.3. Descripción de la central y su emplazamiento 70

1.2.1.4. Determinación de la altura bruta 74

1.2.1.5. Pérdidas de carga en la tubería forzada 74

1.2.1.5.1. Pérdidas de carga en el primer tramo de tubería forzada 75

1.2.1.5.1.1. Pérdidas primarias 75

1.2.1.5.1.2. Comprobación de la sumergencia 77

1.2.1.5.1.3. Pérdidas secundarias 78

1.2.1.5.1.3.1. Pérdidas en la rejilla de limpieza 78

1.2.1.5.1.3.2. Salida del embalse a la tubería forzada 79

1.2.1.5.1.3.3. Pérdidas en el codo angular 80

1.2.1.5.1.3.4. Pérdidas en las válvulas de compuerta 81

1.2.1.5.1.3.5. Pérdidas en el pantalón 83

1.2.1.5.2. Pérdidas de carga en el segundo tramo de tubería forzada 84

1.2.1.5.2.1. Pérdidas primarias 84

1.2.1.5.2.2. Pérdidas secundarias 85

1.2.1.5.2.2.1. Pérdidas en la unión de los dos tramos 85

1.2.1.5.2.2.2. Pérdidas en el codo angular 87

1.2.1.5.2.2.3. Pérdidas en la válvula de mariposa 87

1.2.1.5.2.2.4. Pérdidas en la contracción anterior a la cámara espiral 89

1.2.1.6. Cálculo del salto neto 90

1.2.2. Características generales de la instalación 92

1.2.2.1. Potencia instalada y número de máquinas 92

1.2.2.2. Disposición del grupo 93

1.2.3. Elementos mecánicos 93

1.2.3.1. Geometría de la turbina y rendimiento 93

1.2.3.2. Espesor de la tubería forzada 98

1.2.3.2.1. Espesor mínimo 98

1.2.3.2.2. Golpe de ariete 100

1.2.3.3. Espesor de cámara espiral 101

1.2.3.4. Esfuerzos en la obra civil 102

1.2.3.4.1. Peso de la cámara espiral 102

1.2.3.4.2. Esfuerzo en la brida de entrada 106

1.2.3.4.3. Par de giro de la máquina 106

1.2.3.5. Tubo de aspiración 107

1.2.3.6. Transmisión del distribuidor 108

1.2.3.6.1. Momento ejercido en el eje de los álabes directrices 108

1.2.3.6.2. Diámetro del eje de los álabes directrices 111

1.2.3.6.3. Esfuerzos en los bulones de transmisión y servomotor 113

1.2.3.6.4. Dimensionado de los bulones de transmisión 114

1.2.3.6.5. Pandeo en la biela 116

1.2.3.6.6. Condiciones de obstrucción al cierre 117

1.2.3.6.7. Entallas 118

1.2.3.6.8. Servomotor 121

1.2.3.7. Eje transmisor de potencia 121

1.2.3.8. Unión eje-rodete 124

1.2.3.8.1. Cálculo de la fuerza necesaria en la unión 125

1.2.3.8.2. Elección del número y tipo de pernos 126

1.2.3.8.3. Condiciones de frenado brusco 130

1.2.3.8.3.1. Momento de inercia del rodete 130

1.2.3.8.3.2. Comprobación de la validez de los pernos elegidos 134

1.2.4. Alternador 135

Cálculos 65

1.2.1. Estudio hidrológico

1.2.1.1. Determinación del año de referencia

En el estudio hidrológico, primeramente es necesario obtener una serie

anual lo suficientemente grande que incluya años secos, húmedos y

normales. Con esta serie se realiza una distribución estadística que tipifica los

años en función de la aportación registrada.

En la figura 1.2.1.1.a se ordenan las aportaciones anuales de mayor a

menor durante el histórico de datos disponible. Dicha figura se ha construido

a partir de la tabla 1.2.1.1.a que se muestra a continuación.

Año Aportación anual

(hm3) Año

Aportación anual

(hm3)

2005-06 4.86 1997-98 3.01

2004-05 4.78 1998-99 2.87

2002-03 4.64 1994-95 2.4

2003-04 4.26 1995-96 2.1

2001-02 4.23 1988-89 1.98

1999-00 4 1987-88 1.9

2000-01 3.6 1993-94 1.85

1989-90 3.55 1992-93 0.26

1996-97 3.06

Tabla 1.2.1.1.a. Valores de la curva de clasificación de los años hidrológicos

Cálculos 66

Figura 1.2.1.1.a. Curva de clasificación de los años hidrológicos

En el anexo se muestra el histórico completo que se dispone del embalse

de Valmayor. Los años hidrológicos se podrán clasificar en tres grandes

grupos:

- Años húmedos o muy húmedos, por ejemplo, 2005-2006 y 2004-2005

- Años secos o muy secos, por ejemplo, 1992-1993 y 1993-1994

- Años normales o medios, por ejemplo, 1996-1997 y 1989-1990

De entre las aportaciones que se han representado en la gráfica, es el año

1996-1997 el que presenta el valor medio, con una aportación de 91,1 Hm3.

Será éste el que se tome como año de referencia para calcular el caudal y el

salto nominales de la turbina.

Cálculos 67

1.2.1.2. Determinación del caudal de equipamiento

Conocido el año de referencia (1996-97) se procede a realizar la curva de

caudales clasificados que representa el caudal considerado en función de los

días del año que supera ese valor. El caudal a estudiar es el de salida del

embalse, pues es el que va a aprovechar la turbina que se quiere instalar. Se

obtiene a partir de los datos mensuales del histórico en el año considerado

que se operan para obtener un caudal medio que será el que salga de la

turbina a lo largo de todos los días del mes correspondiente.

Los caudales medios de cada mes del año considerado se muestran en la

tabla 1.2.1.2.a.

Mes Caudal medio

(m3/s)

OCT 1.643

NOV 1.350

DIC 1.083

ENE 3.286

FEB 4.712

MAR 2.277

ABR 3.472

MAY 3.920

JUN 4.475

JUL 3.734

AGO 3.510

SEP 3.395

Tabla 1.2.1.2.a. Caudales medios durante los meses del año hidrológico 1996-97

Cálculos 68

De este modo, se obtiene la tabla 1.2.1.2.b, que contiene los valores

empleados para construir la curva de caudales clasificados que se muestra en

la figura 1.2.1.2.a.

Días acumulados Caudal (m3/s)

365 0

335 1.083

304 1.350

274 1.643

243 2.277

212 3.286

181 3.395

150 3.472

122 3.510

92 3.734

61 3.920

30 4.475

0 4.712

Tabla 1.2.1.2.b. Valores de la curva de caudales clasificados

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Días acumulados

Caud

al (m

^3/s

)

5

Figura 1.2.1.2.a. Curva de caudales clasificados

Cálculos 69

La curva de caudales clasificados proporciona información gráfica sobre

el volumen de agua existente, el volumen turbinado y el volumen vertido

por servidumbre, mínimo técnico o caudal ecológico. Se realizarán cálculos

para obtener el caudal de equipamiento (el nominal de la turbina) y el caudal

mínimo técnico que maximicen el volumen turbinado, que será el área que

quede encerrada por la curva de caudales clasificados, la recta

correspondiente al caudal de equipamiento y la correspondiente al mínimo

técnico.

El caudal mínimo técnico será el correspondiente para una turbina tipo

Francis, dado que, como se verá posteriormente, es la turbina más adecuada

para el embalse de Valmayor. Dicho caudal supone un 40% del caudal de

equipamiento, por debajo del cuál la máquina no puede operar.

De esta forma se obtienen las áreas de la tabla 1.2.1.2.c para diferentes

caudales de equipamiento:

Qe (m3/s) Qmt (m3/s) Área encerrada

1 0.4 4.4625

2 0.8 8.4375

3 1.2 11.025

3.5 1.4 12.0495

4 1.6 11.6175

Tabla 1.2.1.2.c. Áreas para distintos caudales de equipamiento

De la tabla se extrae que el caudal nominal adecuado es 3,5 m3/s, pues es

el que maximiza el área encerrada por las curvas citadas anteriormente y el

volumen turbinado por la máquina. El caudal mínimo técnico será de 1,4

m3/s.

Cálculos 70

1.2.1.3. Descripción de la central y su emplazamiento

La figura 1.2.1.3.a muestra un plano en planta de la presa de Valmayor

junto con los elementos hidráulicos que se encuentran en ella. El plano que se

muestra en este apartado se encuentra ampliado en los anexos.

Figura 1.2.1.3.a. Planta de la presa de Valmayor junto con sus elementos hidráulicos

En este plano se aprecian las tres formas que tiene el agua de abandonar

la presa:

- Aliviadero: Su función es desalojar el agua en caso de que ésta llegue

a la parte superior de la presa, de manera que evita el peligro de

desbordamiento por lugares no controlados de la misma. Sus

características fueron detalladas en la memoria descriptiva.

Figura 1.2.1.3.b. Aliviadero

Cálculos 71

- Desagüe de fondo: Mantiene el caudal ecológico del río Aulencia. Sus

capacidades también fueron descritas en la memoria descriptiva. Se

hablará en detalle de este elemento más adelante.

Figura 1.2.1.3.c. Desagüe de fondo

- Conducción destinada a la estación de tratamiento de agua potable:

Recoge y transporta el agua de abastecimiento hasta la estación

potabilizadora situada un kilómetro río abajo.

Asociados a este elemento están la torre de toma, que recoge el agua

del embalse y la canaliza, y al otro lado de la presa el cuenco

amortiguador, que se encarga de igualar la presión en ese tramo de la

conducción a la atmosférica, de forma que puede ser entregada de

forma suave al canal que discurre hasta la ETAP.

Cálculos 72

Figura 1.2.1.3.d. Conducción destinada a la estación de tratamiento de agua potable

El emplazamiento más adecuado para la central minihidroeléctrica es la

salida del desagüe de fondo, dado que es un lugar próximo al embalse y a la

altura más baja posible, carece de elementos que sería necesario sustituir

(como el cuenco amortiguador), existe una base de obra civil que se puede

aprovechar en parte y existe un caudal permanente asegurado, que es el

ecológico del río. Además se evitan posibles trastornos a la red de

abastecimiento de agua que pudieran ocasionar una posible avería en la

turbina.

El desagüe de fondo está compuesto por dos tuberías de 1,5 metros de

diámetro que discurren en paralelo por el interior de una bóveda que

atraviesa la presa. Dichas tuberías tienen una longitud de 330 metros. La

figura 1.2.1.3.e muestra en detalle la sección del desagüe de fondo.

Cálculos 73

Figura 1.2.1.3.e. Sección de la galería del desagüe de fondo

Se sustituirán ambas tuberías por dos nuevas de 0,8 metros de diámetro

y una longitud de 300 metros, después de los cuales se unificarán en una sola

a través de un pantalón. La segunda tubería tendrá un diámetro de 1,2

metros y cubrirá los 30 metros restantes hasta el lugar donde se llevaba a

cabo el desagüe, que será el que se aproveche para instalar la central.

Para casos de crecida que requieran desaguar agua de la presa más

rápido de lo que puede soportar la central minihidroeléctrica se recurrirá a la

derivación existente en el cuenco amortiguador situado antes del canal que

lleva el agua a la ETAP, y que vierte caudal al cauce del río.

Además de las conducciones que constituirán la tubería forzada, será

necesario instalar una rejilla en la captación de las mismas para evitar la

entrada de objetos que puedan dañar la turbina, unos codos angulares para

dirigir correctamente las conducciones y unas válvulas de compuerta.

Cálculos 74

El material empleado para todos estos elementos descritos será acero al

carbono laminado.

1.2.1.4. Determinación de la altura bruta

Como se puede ver en el plano de la figura 1.2.1.3.a o en la ampliación de

los anexos, la altura sobre el nivel del mar del lugar en el que se va a instalar

la central es de 790 metros.

La altura bruta es la existente entre el nivel del agua en el embalse y la

salida de la tubería forzada. Posteriormente el cálculo de perdidas permitirá

conocer la altura neta.

Se consultó al Canal de Isabel II para conocer el dato de la altura media a

la que llegó el nivel del agua en el año de referencia (1996-97), que resultó ser

de 820 metros sobre el nivel del mar. Este dato sumado al desnivel existente

entre el canal de desagüe y la base de la presa da como resultado una altura

bruta de 30 metros.

1.2.1.5. Pérdidas de carga en la tubería forzada

Se estudiarán estas pérdidas dividiendo la tubería en sus dos tramos. El

primero es el correspondiente a los 300 metros de tuberías en paralelo y el

segundo el correspondiente a los 30 metros restantes hasta la salida de la

tubería forzada.

Cálculos 75

1.2.1.5.1. Pérdidas de carga en el primer tramo de tubería forzada

1.2.1.5.1.1. Pérdidas primarias

Dado que son dos tuberías idénticas que transcurren en paralelo

partiendo del mismo punto y finalizando su recorrido también en el mismo

punto, bastará con calcular las pérdidas en una de ellas. El agua perderá la

misma altura en ambas, llegando al pantalón a la misma presión.

El caudal será el nominal calculado anteriormente, es decir, 3’5 m3/s.

Cada tubería de este tramo transportará la mitad del caudal, es decir, 1’75

m3/s.

El material es acero al carbono laminado. Como rugosidad se tomará la

correspondiente a este material oxidado. La tabla 1.2.1.5.1.1.a muestra

coeficientes de rugosidad para diferentes materiales.

Tabla 1.2.1.5.1.1.a. Rugosidad absoluta para diferentes tipos de tubería

Se tomará un valor de la rugosidad de 0,2 mm correspondiente a tuberías

de acero laminado oxidado.

La pérdida de carga primaria por rozamiento viscoso se calcula mediante

la siguiente ecuación:

Cálculos 76

fDL

gVHrp ⋅⋅=2

2

(I)

Donde V es la velocidad media del fluido en la tubería, L es la longitud,

D es el diámetro y f es un factor adimensional que se calcula mediante la

ecuación de Colebrook-White.

La velocidad del agua en la tubería considerada es la siguiente:

48,3

48,0

4_ 22 =

⋅=

⋅==

ππ DtuberíaÁreaV 75,1QQ m/s

La ecuación de Colebrook-White es una iteración para calcular el valor

del factor f en función de la rugosidad ε, el diámetro D, y el número de

Reynolds Re:

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

⋅+⋅−=

fD

f Re51,2

7,3log21

ε

(II)

El valor del número de Reynolds se calcula mediante la siguiente

ecuación:

ν=Re DV ⋅ (III)

Donde ν es la viscosidad cinemática del fluido, que para este caso se

considerará la correspondiente a 20 ºC, que resulta ser 1,01·10-6 m2/s. El valor

del número de Reynolds es de 2785213.86 > 2.300, por lo que se confirma que

el régimen es turbulento y se puede continuar con los cálculos, dado que no

serían válidos para régimen laminar.

Dada la no linealidad de la ecuación de Colebrook-White, para calcular el

factor f será necesario seguir un proceso iterativo que consistirá en suponer

un valor inicial del factor y resolver la ecuación (II) para obtener un nuevo

Cálculos 77

valor de f, que se volverá a introducir en la ecuación y se volverá a resolver

hasta conseguir variaciones lo suficientemente pequeñas.

Partiendo de un valor inicial de f de 0,01, se llega a un valor final de

0.0146.

Con el valor de f ya se puede resolver la ecuación (I) y obtener las

pérdidas primarias en el primer tramo de tubería, que resultan ser:

Hrp1 = 3,39 m

1.2.1.5.1.2. Comprobación de la sumergencia

Siempre debe haber una separación mínima entre la entrada a la tubería

forzada y el nivel del agua. A esta distancia se la conoce como sumergencia y

depende de parámetros que a su vez dependen del caudal que transporta la

tubería, que son la velocidad y el diámetro de la misma.

Se deben cumplir las dos desigualdades que se muestran a continuación:

5,0≤⋅DgV (I)

7,0>DS (II)

El resultado de la ecuación I es de 0,444, lo que verifica la desigualdad.

Para la ecuación II se empleará un valor de S de 5 metros. Al estar el

desagüe de fondo en la cota más baja del embalse, esta distancia entre la

tubería y el nivel del agua correspondería al embalse prácticamente vacío,

hecho que no podría darse al estar destinado al abastecimiento de agua

potable, pero que sirve para asegurar que se cumple la segunda condición.

Además con un nivel de agua tan bajo la turbina no dispondría de altura neta

suficiente para poder generar potencia.

Cálculos 78

El resultado de II es 6’25, que es mayor que 0’7, por lo que se puede

asegurar una sumergencia mínima.

1.2.1.5.1.3. Pérdidas secundarias

1.2.1.5.1.3.1. Pérdidas en la rejilla de limpieza

El agua al pasar por la rejilla de limpieza genera una turbulencia que crea

una pérdida de carga. Dicha pérdida es pequeña pero es necesario tenerla en

cuenta.

El valor de la pérdida de carga en la rejilla se calcula mediante la

ecuación de Kirchner:

θseng

VbtKh tt ⋅⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅=

2

203

4

Donde t es el espesor de la barra, b la separación entre barras, Vo la

velocidad del agua, θ el ángulo de la rejilla y Kt es un parámetro que depende

de la forma de la rejilla.

Se crea una pérdida de carga adicional si la rejilla no se instala

perpendicular a la corriente, que viene dada por la siguiente ecuación:

ββ seng

Vh ⋅=2

02

Se tomará un espesor de las barras de 10 mm, con una separación de 100

mm. El parámetro Kt corresponderá a una configuración de barras de bordes

rectos, de modo que su valor es 2.

La parte interna de la presa se encuentra inclinada, por lo que la rejilla

también lo estará. Se estimará un ángulo entre el flujo del agua y la rejilla de

45º (β = θ = 45º).

Cálculos 79

Mediante la estimación del ángulo, la expresión de las pérdidas ht se

simplifica:

βθ hseng

Vht ·092,02

092,0 0 =⋅⋅=2

Al ser un valor diez veces inferior al de hβ se puede despreciar la pérdida

de carga ht, quedando la pérdida de carga total en la rejilla como se muestra

a continuación:

msenh 44,0)º45(81,92

48,3=⋅

⋅=β

2

Hrejilla = 0,44 m

1.2.1.5.1.3.2. Salida del embalse a la tubería forzada

El agua al pasar del embalse a la tubería forzada genera una turbulencia

y su consecuente pérdida de carga, que será mayor cuanto más brusca sea

esa salida. Se diseñará una salida a la tubería forzada suave.

La ecuación para calcular la pérdida de carga es la siguiente:

salidasalida Kg

VH ⋅=2

02

La tabla 1.2.1.5.3.2.a muestra los diferentes valores que puede tomar

Ksalida en función del cociente entre D y r, que son magnitudes que responden

a la figura 1.2.1.5.3.2.a

Figura 1.2.1.5.1.3.2.a. Parámetros D y r

Cálculos 80

r/D 0 0,02 0,04 0,08 0,12 0,16 >0,2

Ksalida 0,5 0,37 0,26 0,15 0,09 0,06 >0,03

Tabla 1.2.1.5.1.3.2.a. Valores de Ksalida

Se tiene un valor de r de 1 metro y un diámetro D de 0,8 metros. Su

cociente resulta 1’25, por lo que se tomará un valor de Ksalida de 0,03.

El valor de Hsalida será el siguiente:

Hsalida = 03,081,92

48,3 2

⋅⋅

= 0,02 m

1.2.1.5.1.3.3. Pérdidas en el codo angular

Se produce una pérdida de carga cuando el agua atraviesa una curvatura

que cambia la dirección del flujo. Dicha pérdida de carga viene dada por la

ecuación siguiente:

bcodo Kg

VH ⋅=2

2

La figura 1.2.1.5.3.a muestra los valores que puede tomar Kb cuando el

giro es de 90º.

Cálculos 81

Figura 1.2.1.5.1.3.3.a. Valores de Kb

Se adaptará esta figura a un giro de 30º, que es el que tiene que hacer el

codo que se requiere para la tubería forzada del proyecto. Conocido de

apartados anteriores el valor de la rugosidad, el cociente e/d es de 0,00025, y

el radio de curvatura será ocho veces el diámetro de la tubería.

Por todo lo dicho anteriormente, el valor de Kb es de 0,034.

Aplicado a la ecuación planteada al principio del apartado, se obtiene el

valor de la pérdida de carga en el codo angular siguiente:

Hcodo1 = 034,048,3 2

⋅81,92 ⋅

= 0,02 m

1.2.1.5.1.3.4. Pérdidas en las válvulas de compuerta

Dado que se van a instalar dos válvulas de compuerta por tubería, la

ecuación para calcular las pérdidas de carga en dichas válvulas será la

siguiente:

Cálculos 82

compuertacompuerta Kg

VH ⋅⋅=2

22

El valor de Kcompuerta se extrae de la gráfica de la figura 1.2.1.5.3.4.a.

Figura 1.2.1.5.1.3.4.a. Valores del coeficiente Kcompuerta en función del parámetro S/D

Dado que para el funcionamiento normal de la turbina se tendrían las

válvulas completamente abiertas, S/D tendrá valor 1, de modo que el

coeficiente Kcompuerta tendrá un valor de 0,1.

El valor de las pérdidas de carga en las válvulas de compuerta será el

siguiente:

Hcompuerta = 1,081,92

48,3 2

⋅⋅

⋅2 = 0,12 m

1.2.1.5.1.3.5. Pérdidas en el pantalón

Cálculos 83

Se da el nombre de pantalón o té al elemento empleado para unir dos

conducciones en una sola, e igualmente cuando lo que se quiere es separar

una conducción en dos.

En el pantalón existen dos flujos que convergen en uno solo, uno recto y

otro lateral. Se emplea esa configuración de flujos porque constructivamente

resulta más sencillo que realizar dos uniones laterales.

Se calculan por separado las pérdidas correspondientes al caudal que

permanece recto (Qr) y las correspondientes al caudal que entra lateralmente

en el pantalón (Ql). Ambos caudales son iguales y de valor 1,75 m3/s.

El valor total de las pérdidas en el pantalón se calcula de la manera

siguiente:

gVKK

gVK

gVKHHH lrlrlrpantalón 2

)(22

⋅+=⋅+⋅=+=222

Donde Kr y Kl son los coeficientes de pérdidas correspondientes al flujo

recto y al flujo lateral. La figura 1.2.1.5.3.5.a muestra las gráficas que se

emplean para calcular ambos coeficientes:

Figura 1.2.1.5.1.3.5.a. Coeficientes Kr y Kl

Se tomarán las consideraciones siguientes:

Cálculos 84

- Ql/Q = 0,5 (circula la mitad del flujo por cada conducto entrante)

- α = 60º

Se obtiene un valor de Kr de 0,2 y un valor de Kl de 0,25.

Conocidos los valores de los coeficientes, se calcula el valor de las

pérdidas en el pantalón:

Hpantalón = 81,92

48,3)25,02,0(⋅

⋅+2

= 0,28 m

1.2.1.5.2. Pérdidas de carga en el segundo tramo de tubería forzada

1.2.1.5.2.1. Pérdidas primarias

La tubería en este tramo mide 30 metros, tiene un diámetro de 1,2

metros, está fabricada en acero al carbono laminado y su caudal es la unión

de los caudales que circulaban por las tuberías del primer tramo, es decir, 3’5

m3/s.

Las pérdidas primarias se calculan de la misma forma que en el caso

anterior.

La velocidad del agua en este tramo de tubería forzada es la siguiente:

smV /1,3

42,1 2 =

⋅=π

5,3

Para esta velocidad se tiene un número de Reynolds de 3713618.48 que

confirma nuevamente la existencia de régimen turbulento.

Para calcular el valor del factor f se empezará el proceso iterativo con un

valor inicial de 0,1, al igual que antes. Finalmente un valor aceptable del

mismo es 0,0132.

Cálculos 85

Al resolver la ecuación del cálculo de las pérdidas primarias planteada

en el apartado anterior se obtiene el siguiente resultado:

Hrp2 = 0,16 m

Se observa que es un valor sensiblemente inferior al obtenido en el

primer tramo por dos razones:

- La longitud es diez veces menor.

- Las pérdidas de carga son proporcionales al cuadrado de la

velocidad. Al ser menor ésta, las pérdidas disminuyen.

1.2.1.5.2.2. Pérdidas secundarias

1.2.1.5.2.2.1. Pérdidas en la unión de los dos tramos

Se explicó en la parte correspondiente al primer tramo la unión

utilizando un pantalón y se calculó la pérdida de carga correspondiente. El

resultado obtenido es válido únicamente cuando la sección final es la misma

que la de los dos tubos que convergen, por lo que es necesario que, después

del pantalón, se instale un ensanchamiento.

Dicho ensanchamiento puede hacerse de forma brusca o de forma suave,

empleando un difusor cónico de ángulo α. Se empleará la segunda opción

para evitar pérdidas de carga innecesarias.

La figura 1.2.1.5.2.2.1.a muestra la sección transversal que tendrá el

difusor cónico.

Cálculos 86

Figura 1.2.1.5.2.2.1.a. Difusor cónico

El cálculo de la pérdida de carga se lleva a cabo con la siguiente ecuación:

22

1

2

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−⋅=

DdmK

g

unión

uniónunión

21 ⋅= KVH

Donde V1 es la velocidad a la entrada del ensanchamiento.

El coeficiente m se toma de la tabla 1.2.1.5.2.2.1.a.

αº 2.5 5 7.5 10 15 20 25 30

m 0,18 0,13 0,14 0,16 0,27 0,43 0,62 0,81

Tabla 1.2.1.5.2.2.1.a. Coeficiente m

Se toma un ángulo del difusor de 5º, al que corresponde un valor de m de

0,13. Conocidos los diámetros de las tuberías, que son D = 1,2 m y d = 0,8 m,

se obtiene un valor de Kunión de 0,04.

El valor de las pérdidas de carga en la unión es el siguiente:

Hunión = 04,048,3 2

⋅81,92 ⋅

= 0,025 m

Cálculos 87

1.2.1.5.2.2.2. Pérdidas en el codo angular

Al igual que en el primer tramo de tubería, es necesario instalar un codo

de 30º para dirigir la conducción. Se calculará de la misma forma que para el

caso anterior.

El cociente e/d es 0,000167.

El radio de curvatura se toma nuevamente de ocho veces el diámetro de

la tubería.

Mediante la conversión de la lectura obtenida de la figura 1.2.1.5.1.3.3.a se

puede aproximar el valor de Kb a 0,03.

Se obtiene el siguiente valor de la pérdida de carga en el codo:

Hcodo2 = 03,081,92

095,3⋅

⋅

2

= 2 cm

1.2.1.5.2.2.3. Pérdidas en la válvula de mariposa

Las pérdidas en la válvula de mariposa vienen dadas por la siguiente

ecuación:

mariposamariposa Kg

VH ⋅=2

2

El valor de Kmariposa se obtiene de la figura 1.2.1.5.2.2.3.a que se muestra a

continuación:

Cálculos 88

Figura 1.2.1.5.2.2.3.a. Coeficiente Kmariposa en función de la apertura de la válvula

La válvula de mariposa estará completamente abierta durante el

funcionamiento normal de la turbina, por lo que el ángulo α será cero para

los cálculos de la pérdida de carga. Para este ángulo se tiene un valor del

coeficiente Kmariposa de 0,4.

Esta válvula se puede instalar en dos lugares distintos: antes o después

de la contracción que se requiere para pasar del diámetro de la tubería

forzada al diámetro de la brida de entrada a la turbina. Existiría otra opción,

que consiste en instalar el estrechamiento en la unión entre la tubería forzada

y la entrada a la cámara espiral, sin embargo, al ser un espacio tan reducido,

el ángulo del cono difusor sería demasiado grande y las pérdidas de carga

alcanzarían valores elevados.

El diámetro de la brida de entrada es de 864 mm por razones que se

verán más adelante en el apartado de semejanza.

La decisión de instalar la válvula de mariposa en un lugar u otro está

sujeta a dónde va a haber mayores pérdidas de carga. El coeficiente Kmariposa

Cálculos 89

se mantiene invariante, pues únicamente se considera su apertura máxima,

de modo que será la velocidad del agua el factor determinante.

Como las pérdidas son directamente proporcionales al cuadrado de la

velocidad, se optará por instalar la válvula de mariposa en el lugar donde la

velocidad sea menor, es decir, donde se tenga una sección de tubería más

ancha. La sección más ancha es la de la tubería forzada, por lo que finalmente

se instalará la válvula de mariposa antes de la contracción.

Dicho esto, las pérdidas en la válvula de mariposa son las siguientes:

Hmariposa = 4,081,92

095,3 2

⋅⋅

= 0,195 m

1.2.1.5.2.2.4. Pérdidas en la contracción anterior a la cámara espiral

Para calcular estas pérdidas se emplea la ecuación siguiente:

ncontraccióncontracció Kg

VH ⋅=2

22

Donde V2 es la velocidad del agua en el conducto de menor sección, es

decir, el que tiene el diámetro de la brida de entrada. De este modo, de

obtiene el valor de V2 que se muestra a continuación:

smÁreaQV /97,5

4864,05,3

22 =⋅

==π

El valor de Kcontracción se obtiene de la figura 1.2.1.5.2.2.4.a.

Cálculos 90

Figura 1.2.1.5.2.2.4.a. Valores de Kcontracción

La contracción tendrá un ángulo de 10º (estrechamiento suave).

D/d = 1,39.

Para estas dos condiciones de tiene un valor de Kcontracción de 0,05, que

dará el siguiente resultado de pérdidas en la contracción:

Hcontracción = 05,081,92

97,5 2

⋅⋅

= 0,09 m

1.2.1.6. Cálculo del salto neto

Se define el salto neto como la altura de columna de agua que queda al

restarle las pérdidas totales al salto bruto. Será el salto neto el aprovechado

por la turbina para generar potencia.

A continuación de hace un resumen de las pérdidas que se han calculado

a lo largo del apartado anterior:

- Primer tramo de tubería:

o Pérdidas primarias: Hrp1 = 3,3858 m

o Pérdidas secundarias:

Hrejilla = 0,44 m

Cálculos 91

Hsalida = 0,02 m

Hcodo1 = 0,02 m

Hcompuerta = 0,12 m

Hpantalón = 0,28 m

- Segundo tramo de tubería:

o Pérdidas primarias: Hrp2 = 0,16 m

o Pérdidas secundarias:

Hunión = 0,025 m

Hcodo2 = 0,0146 m

Hmariposa = 0,195 m

Hcontracción = 0,09 m

Todas estas pérdidas suman un total de 4,73 m.

Por lo tanto, la altura neta será Hneta = 30 – 4,73 = 25,27 m

Se realizarán los cálculos de dimensionamiento de la turbina para una

altura neta de 25 metros.

1.2.2. Características generales de la instalación

1.2.2.1. Potencia instalada y número de máquinas

Cálculos 92

Una vez conocido el salto neto se tienen todos los parámetros necesarios

para calcular la potencia que será capaz de entregar la central. Dicha potencia

se calcula mediante la siguiente ecuación:

η ρ ···· HgQP =

Donde:

- Q = 3,5 m3/s

- ρ = 1000 kg/m3

- g = 9,81 m/s2

- H = 25 m

- η = 90% (se aproximará a este valor de momento por ser un

valor típico de rendimiento alcanzable por las centrales

minihidráulicas).

Se deduce de lo anterior que la potencia nominal de la central será de 772

kW.

Una potencia tan reducida no justifica la instalación de más de una

máquina.

Instalar dos máquinas de menor potencia permitiría turbinar mayor

cantidad de agua, dado que para caudales bajos se podría utilizar una sola y

optimizar el rendimiento. El inconveniente en este caso son los costes, dado

que habría que realizar una compra mayor de material y la obra civil sería

más complicada, así como la obra hidráulica.

Como lo que se pretende en la presa de Valmayor es aprovechar todo lo

posible las construcciones existentes, se opta finalmente por una sola

máquina.

La relación altura-salto indica que la turbina más idónea es una Francis.

Cálculos 93

1.2.2.2. Disposición del grupo

Se opta por instalar la turbina con una configuración de eje horizontal.

Instalar la turbina de esta manera reduce costes de obra civil al estar todo

el conjunto en un mismo nivel y facilita el acceso a los diferentes órganos de

la máquina para realizar reparaciones o mantenimiento.

Las turbinas de eje vertical se instalan cuando tienen potencias mayores

por cuestiones de espacio, además el rendimiento se ve incrementado. Sin

embargo, en turbinas de baja potencia la mejora del rendimiento no produce

beneficios significativos.

1.2.3. Elementos mecánicos

1.2.3.1. Geometría de la turbina y rendimiento

Se aplicarán las leyes de semejanza para determinar las características de

la turbina que se instalará en la central de Valmayor a partir de un modelo

ensayado en el laboratorio, cuyas curvas de iso-rendimiento se muestran en

la figura 1.2.3.1.a.

Cálculos 94

Curvas de iso-rendimiento del modelo

0

1

2

3

4

5

6

7

8

3 8 13 18

Salto neto [m]

Cau

dal [

m^3

/s]

93.51%93.30%93%92%91%90%89%88%87%86%84%82%80%78%

Figura 1.2.3.1.a. Curvas de iso-rendimiento del modelo

Dicho modelo tiene un diámetro característico del rodete de 1085 mm y

fue ensayado a un régimen de giro de 242 rpm.

Tal y como se extrae de la gráfica, para el régimen de giro estudiado, el

punto de máximo rendimiento corresponde a un caudal de 4 m3/s y un salto

neto de 9,19 m. El rendimiento es del 93,51%.

Cálculos 95

La teoría de semejanza de modelos dice que si dos turbinas tienen el

mismo número específico de revoluciones en un punto de igual rendimiento,

entonces son geométricamente semejantes.

El número específico de revoluciones se define mediante la siguiente

ecuación:

43

2

h

QnNs⋅

=

1

Donde n es la velocidad de giro, Q es el caudal y h es la altura neta en el

punto considerado.

Se obtendrá el régimen de giro del prototipo que se quiere construir

igualando los números específicos de revoluciones en el punto de máximo

rendimiento para el caudal y el salto neto nominales de la central.

rpmn

n

h

Qn

h

Qn

p

p

m

mm

p

pp

54819,9

4242

25

5,3

43

21

43

21

43

2

43

2

=

⋅=

⋅

⋅=

⋅11

Se debe hacer coincidir el régimen de giro con una de las velocidades de

sincronismo que se pueden obtener variando el número de pares de polos

del alternador. La tabla 1.2.3.1.a muestra algunas posibilidades en función del

número de pares de polos.

Cálculos 96

Número de

pares de polos

Velocidad de

sincronismo (rpm)

1 3000

2 1500

3 1000

4 750

5 600

6 500

Tabla 1.2.3.1.a. Velocidades de sincronismo

La imposición de que la turbina gire a la velocidad de sincronismo obliga

a que en su punto nominal funcione con un rendimiento que no va a ser el

máximo de la turbina.

Se empleará la velocidad de 600 rpm, correspondiente a un alternador de

cinco pares de polos. Con seis pares de polos se optimizaría más el

funcionamiento al estar más próxima a 500 rpm el resultado que se ha

obtenido anteriormente, sin embargo, es un número excesivamente elevado

de pares de polos, de manera que el alternador resultaría más costoso y

crearía unas mayores dificultades de espacio. Además el reducido régimen

de giro generaría vibraciones mayores.

El diámetro característico del rodete se obtendrá de aplicar la primera ley

de semejanza, empleando la velocidad de giro del prototipo de 600 rpm:

m

p

p

m

m

p

hh

DD

nn

⋅=

Dp = 750 mm

Conocidos el diámetro característico y la velocidad de giro del prototipo,

se pueden trazar las curvas de iso-rendimiento del mismo a partir del

modelo empleando las leyes de semejanza siguientes:

Cálculos 97

m

p

m

pmp

m

p

m

p

m

p

m

p

m

pmp

m

p

p

m

m

p

hh

DD

QQhh

DD

QQ

DD

nn

hhhh

DD

nn

⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅=→⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅=→⋅=

22

2

De este modo se obtienen las curvas de la figura 1.2.3.1.b.

Curvas de iso-rendimiento del prototipo

0

1

2

3

4

5

6

12 22 32 42 52

Salto neto [m]

Cau

dal [

m^3

/s]

93.51%93.30%93%92%91%90%89%88%87%86%84%82%80%78%

Figura 1.2.3.1.b. Curvas de iso-rendimiento del prototipo

Se ha marcado el punto correspondiente al caudal y salto nominales

calculados anteriormente (25 metros y 3,5 m3/s). El rendimiento en este

punto, si bien no es el máximo, es de un 92,5%.

Cálculos 98

El rendimiento varía más ante variaciones de caudal que de salto. Por

ello, se evitará hacer funcionar la turbina con caudales cercanos al mínimo

técnico dado el escaso rendimiento que produce (en torno a un 60% si se

extrapolan las curvas).

1.2.3.2. Espesor de la tubería forzada

Se realizarán cálculos para determinar el espesor de la tubería forzada

teniendo en cuenta los dos factores de los que depende, que son la presión a

la que está sometida y el material del que está hecha. Al ser de acero, será

necesario añadir material para prever la pérdida de material por corrosión.

También será necesario determinar los efectos que tendría sobre la

tubería un posible golpe de ariete.

1.2.3.2.1. Espesor mínimo

Se va a determinar cuál es el espesor de la tubería forzada sin tener en

cuenta el golpe de ariete (se considerará más adelante). Los cálculos se

realizarán sobre el tramo que está sometido a más presión, que es el que está

más cerca de la turbina, al ser su cota la más baja, y se considerará el mismo

espesor para el primer tramo de tubería, que se encuentra dividida en dos de

menor sección.

La presión que se va a considerar es la correspondiente a la altura

máxima a la que puede llegar el agua en el embalse mayorada un 20% para

aplicar un coeficiente de seguridad. Dicha altura son 54 metros, que

mayorada suponen 64,8 metros de columna de agua.

Esta altura corresponde a la siguiente presión:

PaHgP 6356888,6481,91000maxmax =⋅⋅=⋅⋅ρ =

Cálculos 99

El espesor de la tubería forzada se calcula mediante la siguiente

expresión:

sff

ek

e +⋅⋅DP ⋅

=σ2

Donde:

- P es la presión que se acaba de calcular.

- D es el diámetro de la tubería forzada, es decir, 1’2 metros.

- σf es la resistencia a la tracción del material, 1400 kg/cm2 =

137200000 N/m2.

- kf es el coeficiente de eficiencia de uniones soldadas, cuyo

valor más desfavorable es 0,9.

- es es el sobreespesor que se va a añadir para tener en cuenta la

corrosión que va a tener lugar en el tubo. Se va a añadir 1 mm.

La ecuación proporciona el siguiente resultado:

e = 4,089 mm

Se aproximará a 5 mm.

1.2.3.2.2. Golpe de ariete

La mecánica del golpe de ariete fue descrita en la memoria descriptiva.

Cálculos 100

Se estudiará el posible golpe de ariete que se producirá ante un cierre

brusco de la válvula de salvaguarda, suponiendo un tiempo de cierre de 20

segundos, que es un valor típico para este movimiento.

La velocidad a la que viaja una onda de presión por el interior de un

conducto viene dada por la siguiente ecuación:

TEDKKc

⋅⋅

+

⋅=

1

10−3

Donde:

- K es el módulo de elasticidad del fluido, que en el caso del

agua vale 2,1·109 N/m2.

- D es el diámetro interior de la tubería.

- E es el módulo de elasticidad del material que compone la

tubería forzada, que en el caso del acero vale 206·109 N/m2.

- T es el espesor de la tubería forzada, el calculado como espesor

mínimo.

Con estos valores se obtiene que la velocidad de propagación de la onda

de presión siguiente:

c = 758.462 m/s

A continuación se calcula el tiempo crítico, que es el que tarda la onda de

presión en recorrer en ambos sentidos la longitud del tubo para volver al

punto de partida, es decir, la válvula de salvaguarda. La ecuación es la

siguiente:

cTcrit =

L2

Donde:

Cálculos 101

- L es la longitud de la tubería forzada, es decir, 330 metros.

- c es la velocidad de propagación de la onda calculada

anteriormente.

Se obtiene el siguiente valor del tiempo crítico:

Tcrit = 0,87 s

Se puede despreciar el efecto del golpe de ariete si el tiempo crítico es

diez veces menor que el tiempo de cierre de la válvula. Dado que el resultado

es menor que 2 segundos, se desprecia definitivamente, por lo que no será

necesario tener en cuenta la sobrepresión debida a este efecto ni habrá que

considerar instalar una chimenea de equilibrio.

El espesor de la tubería forzada será de 5 mm.

1.2.3.3. Espesor de cámara espiral

Se dimensionará el espesor de la cámara espiral en el caso más

desfavorable, que es con la presión correspondiente a la altura máxima

mayorada un 20% y caudal nulo.

La cámara espiral está formada por la unión de chapas cilíndricas

soldadas de diámetro decreciente, cuyo material es acero A 42 S 375. Se

realizarán los cálculos sobre la chapa sometida a las condiciones más

desfavorables, que es la que está más cerca de la brida de entrada, y será el

espesor que tengan las demás chapas.

El cálculo del espesor se hará a partir de la ecuación de la tensión a la que

está sometida cada tramo de chapa:

)cos()cos( ασασ

θθ ⋅

⋅=→

⋅⋅

= ee

RPRP

Cálculos 102

Donde:

- e es el espesor de la chapa

- P es la presión.

- R es el radio interno mayor del cono. Aplicando leyes de

semejanza al radio del modelo se obtiene que R = 404,1 mm.

- α es el ángulo del cono, que al ser de pequeño valor, se puede

suponer que cos(α) ~ 1.

- σθ es la tensión admisible del material con un factor de

seguridad de 4.

σθ = 600 kg/cm2 = 58800000 N/m2

Resulta un espesor de la cámara espiral de 4,369 mm, que se aproxima a

un espesor de 5 mm.

1.2.3.4. Esfuerzos en la obra civil

De cara a estos cálculos se ha considerado que el peso del rodete está

soportado por el eje transmisor de potencia.

1.2.3.4.1. Peso de la cámara espiral

Se va a calcular qué peso tiene la cámara espiral cuando la turbina está

operando, es decir, que se calculará el peso del acero que compone la cámara

y el del agua que está contenida en ella.

Para calcular el volumen de la cámara espiral se puede suponer que está

compuesta por tramos rectos de radios y longitudes conocidos de los que se

calculará el volumen, para posteriormente calcular el peso a través de la

densidad, que para el agua es de 1000 kg/m3 y para el acero, 7850 kg/m3.

Cálculos 103

Las ecuaciones para calcular el volumen son las siguientes:

leRV

leRRV

eagua

eeacero

⋅−⋅=

⋅−−⋅=2)(

)((

π

π 22

Donde:

- Re es el radio externo de cada chapa medido desde el centro del

rodete.

- e es el espesor de la chapa, que ha sido calculado en el

apartado anterior.

- l es la longitud del centro del cilindro que forma cada tramo de

chapa.

La cámara espiral está formada por 18 tramos más uno de volumen muy

reducido que ha sido excluido del cálculo al no tener datos suficientes sobre

él, y que, como se verá a partir de los resultados que se muestran en las

tablas 1.2.3.4.1.a y 1.2.3.4.1.b no supondría un incremento del peso

significativo.

Cálculos 104

Tramo Radio medio

(mm)

Radio tramo

(mm)

Longitud

(mm)

Radio interno

(mm)

Volumen acero

(m^3)

Volumen agua

(m^3)

1 1145 403 360 398 0.00453 0.1794

2 1135 392 356 387 0.00437 0.1681

3 1124 381 353 376 0.00420 0.1566

4 1113 369 350 364 0.00403 0.1459

5 1103 357 346 352 0.00386 0.1347

6 1091 345 343 340 0.00368 0.1241

7 1080 331 339 326 0.00350 0.1133

8 1067 318 335 313 0.00332 0.1030

9 1055 303 331 298 0.00313 0.0925

10 1042 288 327 283 0.00294 0.0825

11 1028 273 323 268 0.00274 0.0726

12 1014 256 319 251 0.00254 0.0630

13 999 238 314 233 0.00232 0.0535

14 983 218 309 213 0.00209 0.0441

15 966 196 303 191 0.00185 0.0349

16 947 172 298 167 0.00158 0.0260

17 927 142 291 137 0.00128 0.0171

18 904 139 284 134 0.00122 0.0161

Tabla 1.2.3.4.1.a. Volúmenes de acero y agua en la cámara espiral

Cálculos 105

Tramo Peso acero

(kg)

Peso agua

(kg)

1 35.567 179.354

2 34.280 168.127

3 32.945 156.649

4 31.643 145.861

5 30.266 134.689

6 28.911 124.128

7 27.478 113.256

8 26.063 102.997

9 24.562 92.478

10 23.066 82.521

11 21.511 72.638

12 19.911 63.029

13 18.226 53.521

14 16.435 44.139

15 14.509 34.916

16 12.424 26.006

17 10.009 17.135

18 9.572 16.058

Tabla 1.2.3.4.1.b. Pesos de acero y agua en la cámara espiral

De las tablas se obtiene un peso del acero de 417,38 kg, un peso del agua

de 1627,5 kg y un peso total de 2044,88 kg.

Cálculos 106

1.2.3.4.2. Esfuerzo en la brida de entrada

Para el cálculo del esfuerzo en la brida de entrada se va a considerar la

presión que crea la altura máxima de agua en el embalse mayorada un 20%,

igual que en apartados anteriores.

Por semejanza de modelos se sabe que la brida de entrada tiene un

diámetro de 864 mm.

Conocido el diámetro y su correspondiente área, el valor del esfuerzo (de

componente horizontal) que va a haber en la brida de entrada es el siguiente:

Fpresión = P · área = 372749,42 N = 37996,88 kg

1.2.3.4.3. Par de giro de la máquina

La obra civil también debe ser capaz de soportar el par torsor que se va a

generar cuando la máquina esté trabajando.

Este par se ha calculado a partir de la potencia nominal de la turbina, que

es la siguiente:

kWhgQPotencia 996,793925,02581,910005,3 =⋅= ⋅ρ ⋅ ⋅ =η ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

Potencia que proporciona el siguiente par de giro:

Par =

602600 π⋅

=w

794Potencia = 12636,9 Nm

Cálculos 107

1.2.3.5. Tubo de aspiración

En este apartado se estudiará la altura máxima a la que puede instalarse

la turbina respecto del nivel del canal de salida para que no se produzca

cavitación. Dicha altura será la longitud máxima del tubo de aspiración.

La altura máxima se calcula mediante la siguiente ecuación:

netotvapatm HHHH = − − ⋅σmax

Donde:

- Hatm es la presión atmosférica en metros de columna de agua,

10,19 m.

- Hvap es la presión de vapor del agua para la máxima

temperatura alcanzable, que se ha tomado como 25ºC,

expresada en metros de columna de agua, es decir, 0,267 m.

- σt viene definido para las turbinas Francis con la siguiente

expresión:

41,15−1054,7 st n⋅⋅=σ

Siendo 59,333)(

45 =

⋅=

neto

s

H

kWpotenciann

σt = 0,2723

Se obtiene el siguiente valor de la altura máxima:

Hmax = 3,12 m

Cálculos 108

1.2.3.6. Transmisión del distribuidor

1.2.3.6.1. Momento ejercido en el eje de los álabes directrices

Para realizar este cálculo se tomará nuevamente la situación más

desfavorable, teniendo en cuenta la altura máxima mayorada un 20% y el

distribuidor completamente cerrado. De esta forma se tendrá por un lado la

presión del agua y por el otro lado la presión atmosférica.

El agua ejercerá sobre los álabes unas fuerzas que se traducirán en un par

en el eje que será el que tenga que vencer todo el conjunto de la transmisión

del distribuidor cuando se quiera llevar a cabo su apertura.

Se hallarán las componentes vertical y horizontal de la fuerza que el agua

ejerce sobre el álabe y sus respectivos puntos de aplicación, que serán los

centros de presiones de las áreas proyectadas vertical y horizontal. Habrá

que descontar del cálculo las partes que no se encuentren en contacto con el

agua.

Una vez halladas las fuerzas y sus puntos de aplicación se podrá calcular

el par ejercido sobre el eje.

La figura 1.2.3.6.1.a muestra la sección de un álabe directriz junto con

detalles de los puntos de aplicación genéricos de las fuerzas.

Cálculos 109

Figura 1.2.3.6.1.a. Sección de álabe directriz

Donde:

- Av es la proyección sobre el plano vertical del área presionada

por el agua.

- Ah es la proyección sobre el plano horizontal del área

presionada por el agua.

- Fx es la componente horizontal de la fuerza que ejerce el agua

sobre el álabe.

- Fy es la componente vertical de la fuerza que ejerce el agua

sobre el álabe.

- ζx es la coordenada en el eje X del punto de aplicación de la

fuerza resultante.

Cálculos 110

- ζy es la coordenada en el eje Y del punto de aplicación de la

fuerza resultante.

Se obtienen los siguientes resultados de la geometría del álabe que se va

a instalar en la central:

- Av = 0.002322674 m2

- Ah = 0.026140764

Los puntos de aplicación de las fuerzas ejercidas sobre el álabe

corresponden a los puntos medios de las áreas proyectadas:

- ζx = 0.00702477m

- ζy = 0.000359447m

Las fuerzas horizontal y vertical serán el resultado de multiplicar la

presión por cada área proyectada:

- Fx = 16617.36977 N

- Fy = 1476.495723 N

Para hallar el momento se multiplicarán estas fuerzas por la distancia al

eje de los álabes. El resultado es el siguiente:

Málabe = 16,345 Nm

1.2.3.6.2. Diámetro del eje de los álabes directrices

Cálculos 111

Se realizará el cálculo de este diámetro bajo las condiciones más

desfavorables, que son las que se han descrito en el apartado anterior.

El eje de los álabes va a estar sometido a un par torsor, causante de

esfuerzos cortantes, y a momento flector, creado por las fuerzas que actúan

sobre el álabe, que crearán esfuerzo cortante y de tracción-compresión.

Dichas fuerzas tienen el siguiente módulo:

NFFF yxpresión 84,1668222 =+=

El esfuerzo cortante se debe a la acción de la fuerza de la presión del

agua sobre el álabe y la del momento torsor. Su valor en función del

diámetro del eje es el siguiente:

32

32

32

521,22168,33365

35,161684,166822

16

DD

DD

DM

Dálabepresión

total

⋅+

⋅

=⋅⋅

+⋅

⋅=

=⋅⋅

+⋅

=

ππ

ππ

ππτ

2 F⋅

El esfuerzo de tracción-compresión se debe únicamente a la fuerza de la

presión sobre el álabe. Su expresión en función del diámetro del eje es la

siguiente:

333

77,80111006,12084,1668244DDD

LFz ⋅

=3

⋅⋅⋅⋅

=⋅⋅⋅

=−

πππσ

El círculo de Mohr que responde a las condiciones a las que está

sometido el eje es el que se muestra en la figura 1.2.3.6.2.a.

Cálculos 112

Figura 1.2.3.6.2.a. Círculo de Mohr con las condiciones a las que está sometido el eje

Se hallan las tensiones principales y se impone como condición que la

máxima tensión no debe superar a la admisible del material con un factor de

seguridad de 4, es decir:

22 /63765000/2600 mNcmkgadm ==≤σ

44mayorσ

mDDDDD

DDDD

mayor

0433,0

637650005216,26168,3336577,801177,8011

5216,26168,3336577,801177,8011

2

32

2

33

32332,1

≥

≤⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⋅+

⋅+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

⋅+

⋅=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⋅+

⋅+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

⋅±

⋅−=

ππππσ

ππππσ

22

Se aproximará a un diámetro del eje de 5 cm.

1.2.3.6.3. Esfuerzos en los bulones de transmisión y servomotor

Cálculos 113

Se tienen dos bulones, uno en el anillo distribuidor y otro que une la

biela con la manivela, tal y como se muestra en la figura 1.2.3.6.3.a.

Biela

Manivela

Eje álabe

Anillo

regulador

r

R

Figura 1.2.3.6.3.a. Esquema de la transmisión

Donde:

- R es la distancia entre el centro del rodete y el anillo

distribuidor. R = 0,6995 m.

- r es la distancia entre el centro del rodete y el eje del álabe

distribuidor. r = 0,5426 m.

- El anillo regulador es el anillo giratorio mediante el cual se

transmite la fuerza del servomecanismo a la cadena cinemática.

La longitud de la biela es de 0,09677 m y la de la manivela es de 0,1493

m.

Se calcularán los esfuerzos para las mismas condiciones de presión y

apertura de álabes mencionadas en los apartados anteriores.

La fuerza que hace el anillo regulador sobre el bulón acoplado a él se

calcula con la siguiente ecuación:

Cálculos 114

( ) NrR

FrRFM álaberrálabe 17,104=

−=→−⋅=

M

NFLFM 46,111)83,10cos(

A continuación se calcula la fuerza ejercida sobre la biela. Su componente

seguirá la directriz de la pieza, dado que se encuentra articulada en ambos

extremos.

El ángulo entre la directriz de la biela y la perpendicular de la directriz

de la manivela, para la posición considerada de cierre, es de 10,83 º.

Se obtendrá la fuerza que soporta la biela con la siguiente ecuación:

bielamanivelabielaálabe ⋅ ⋅ → ==

FDRF

Por último, se calculará la fuerza que tiene que hacer el servomotor para

poder abrir el distribuidor en las condiciones descritas. De la igualación de

pares se obtiene la siguiente ecuación:

⋅ servor ⋅ = ⋅16

Donde D es la distancia desde el servomecanismo al centro del rodete,

que es de 0,93 m.

Se obtiene el siguiente valor de la fuerza que hace el servo:

Fservo = 1254,03 N

1.2.3.6.4. Dimensionado de los bulones de transmisión

Se calculará el diámetro que deben tener para resistir esfuerzos de

aplastamiento y cortadura.

La solicitud límite de aplastamiento viene dada por:

Fbiela = 2 · σu · A

Donde:

Cálculos 115

- σu es la resistencia del material que rodea al bulón con un

factor de seguridad 4: 63765000 N/m2.

- A es el área de contacto, cuyo diámetro considerado es el del

bulón que se quiere dimensionar.

A partir de la ecuación de la solicitud por aplastamiento y el área de

contacto se obtiene el siguiente resultado:

mF

Du

biela 001492,04

=⋅⋅

=σπ

El esfuerzo de cortadura viene dado por la siguiente ecuación:

Fbiela = 0,8 · σr · n · A

Donde:

- σr es la resistencia del bulón (la misma que antes).

- n es el número de secciones transversales que resisten

conjuntamente el cortante (se tomará n = 1).

- A es el área de la sección del agujero.

La ecuación del esfuerzo cortante queda de la siguiente forma:

Fbiela = 0,8 · σr · n · π · R2

D = 0,001667 m

Será necesario comprobar las condiciones de obstrucción al cierre antes

de poder dar un valor del diámetro de los bulones definitivo.

1.2.3.6.5. Pandeo en la biela

Cálculos 116

En caso de no poder cerrarse totalmente los álabes ante una obstrucción

en uno de ellos, si el bulón unido al anillo regulador no se rompiera, la biela

podría sufrir pandeo y romperse. Habrá que calcular qué esfuerzo máximo

puede soportar esta pieza para que el bulón rompa antes de llegar a él, dado

que es menos costoso sustituir un bulón que una biela.

La longitud de pandeo de una pieza sometida a compresión es la

longitud que tendría otra pieza ideal biarticulada y cargada en uno de sus

extremos, de manera que tuviera la misma carga crítica que la pieza real

considerada. En este caso, la longitud de pandeo sería la propia longitud de

la biela, es decir, 0,09677 m.

La esbeltez mecánica viene dada por la siguiente ecuación:

ipandeo=λ

L

Donde i es el radio de giro de la sección bruta de la pieza respecto del eje

de inercia considerado.

hhb

hb

AIi ⋅=

⋅

⋅⋅==

12112

1 3

h es la longitud de la biela, por lo que quedará un radio de giro de

0,02794 m.

Conocido el radio de giro, la esbeltez mecánica tiene un valor de 3,464,

que al ser menor que 100, se puede concluir que el pandeo es despreciable

frente a la solicitud por aplastamiento, cuyo máximo valor se va a calcular a

continuación.

La fuerza máxima soportable por la biela se calcula mediante la siguiente

ecuación:

Fbiela_max = σadm · Área

Cálculos 117

Siendo el área el producto de la longitud de la biela por su anchura (11,89

mm), queda el siguiente valor de la fuerza soportable por la biela:

Fbiela_max = 73401,74 N

1.2.3.6.6. Condiciones de obstrucción al cierre

Se estudiará el caso en el que un objeto impida el cierre completo de uno

de los álabes, de tamaño tan reducido que se toma la configuración de cierre

total para los cálculos.

El valor de la fuerza máxima soportable por el bulón que une la biela con

la manivela es el siguiente:

Fbulón_max = Fbiela_max · sen(10,83º) = 13791,87 N

El servomotor deberá hacer en este caso una fuerza suficiente como para

contrarrestar el efecto de la obstrucción producida en dos álabes, de manera

que la fuerza será la siguiente:

Fservo_obstrucción = 2 · Fbulón_max = 27583,73 N

Con lo que se deberá diseñar un servomotor que en condiciones

normales deberá hacer una fuerza de Fservo = 1254,03 N y en las condiciones

de obstrucción al cierre la fuerza deberá llegar a Fservo_obstrucción= 27583,73 N.

Se debe calcular el par al que se ven sometidos los álabes para estas

condiciones:

Málabe_obstrucción = Fbulón_max · cos(10,83) · Lmanivela = 10764,32 Nm

El eje de los álabes de diámetro 5 cm que se ha calculado anteriormente

soporta un par máximo que se va a calcular a continuación. Se supondrá para

este caso de condiciones de obstrucción al cierre que únicamente se

encuentra sometido a par torsor.

Cálculos 118

NmD

M

mN

ejeálabe 3130

16

/1275300002

3

maxmax_

2maxmax

=⋅

⋅=

==

πτ

στ

A consecuencia de este par se produce un esfuerzo en la biela antes del

cual debería romperse el bulón, con lo que:

Fbiela = manivela

álabe

L⋅)83,10cos(max_M

= 21343,8 N

Como se puede apreciar en el resultado, el máximo par que puede

soportar el eje de los álabes de 5 cm es inferior al que se produciría en una

obstrucción, por lo que se deberá diseñar un bulón que también rompa antes

de que lo haga este elemento, dado que es preferible que de romperse alguna

pieza sea ésta la que lo haga.

Se tomará un diámetro de 30 mm para el bulón y se comprobará qué

fuerza de aplastamiento puede soportar, de manera que si supera la

soportable por la biela, calculada anteriormente, se deberán practicar unas

entallas en el bulón para que rompa antes.

Flim_bulón = 0,8 · σr · n · Abulón = 36058,3 N

Dado que es superior a 21343,8 N, se practicarán entallas para que rompa

con este esfuerzo.

1.2.3.6.7. Entallas

Se diseñarán entallas para que rompan los bulones que unen las bielas

con las manivelas de la transmisión del distribuidor en caso de una

obstrucción que impida el cierre.

Para el cálculo se utilizarán las siguientes expresiones:

Cálculos 119

)( arRS + ⋅

)cos(

2

αfF

bMf

rozamientoMM

eRrM

SPe

r

r

=

=

+=

⋅−

=

⋅==

Donde:

- a es el ancho del álabe: 12cm.

- b es el brazo de la manivela: 14,93 cm.

- r es el radio de cierre de la cabeza del álabe: 10,08 cm.

- R es el radio de cierre a la cola del álabe: 10,8 cm.

- α es el ángulo de la manivela al cierre: 10,83º.

- S es la sección del álabe sometida a la presión del agua.

- P es la presión del agua.

- e es el esfuerzo producido por la presión.

- M es el momento del álabe sin rozamiento.

- Mr es el momento del álabe con rozamiento. Se tomará un

rozamiento del 35% de M.

- F es el esfuerzo resultante en la manivela.

Las ecuaciones anteriores dan los resultados siguientes:

- S = 0,0251 m2

- e = 15934,13 N

Cálculos 120

- M = 57,66 Nm

- Mr = 77,84 Nm

- f = 521,39 N

- F = 530,85 N

Se realizarán tanteos empleando las siguientes ecuaciones:

πtSD

RES

CFCE

r

mr

f

s

+=

=

⋅⋅=mínimoCC )(5,1

= +

Donde:

- C es el coeficiente de seguridad del bulón en rotura.

- Cs es el coeficiente de seguridad del servomotor: 3.

- Cf es un coeficiente de forma, que en secciones cilíndricas toma

el valor de 1,3.

- E es el esfuerzo de rotura en el bulón.

- Rm es la carga de rotura del material a cizalladura: 2430 kp/cm2

= 238383000 N/m2.

- Sr es la sección circular de rotura.

- D es el diámetro de la garganta de rotura.

- t es la sección del taladro central. Los bulones de esta turbina

no tienen taladros, por lo que t tendrá valor nulo.

Los resultados son los siguientes:

Cálculos 121

- C = 4,5

- E = 3177,12 N

- Sr = 1,333·10-5 m2

- D = 0.002059 m

En caso de que el diámetro de la garganta no fuera lo suficientemente

elevado se aumentaría el coeficiente de seguridad C y se haría un segundo

tanteo.

1.2.3.6.8. Servomotor

El servomotor debe poder realizar un recorrido de 133,41 mm.

En condiciones de apertura normales, deberá poder hacer una fuerza de

1254 N, mientras que en caso de una obstrucción al cierre, deberá ser capaz

de suministrar una fuerza de 27584 N.

1.2.3.7. Eje transmisor de potencia

Se dimensionará el eje que transmite la potencia desde la turbina hasta el

alternador, teniendo en cuenta que se encuentra sometido a dos

solicitaciones, que son el momento flector debido al peso del rodete el agua

que contiene (entre otros factores) y el momento torsor que crea el par

transmitido.

• Cálculo del esfuerzo cortante:

Cálculos 122

El esfuerzo cortante se debe al momento torsor al que estará sometido el

eje. Dicho momento se obtiene a partir de la potencia transmitida


602 π⋅⋅

=n

M tPotencia

Para dar mayor seguridad se mayorará el valor de la potencia

transmitida, dado que en ocasiones podrá suministrar más potencia de la

nominal. El cálculo del par se hará para una potencia máxima de 1 MW,

quedando el siguiente resultado:

Mt = 15375,4 Nm

El esfuerzo cortante, en función del eje, será el siguiente:

33

2,78301dd

t =16 M

⋅⋅

=π

τ

• Cálculo del esfuerzo a tracción-compresión:

Este esfuerzo se debe a la masa del acero que compone el rodete y a la

masa del agua contenida en él. Para hacer estos cálculos se empleará el

teorema de Guldin-Pappus, que proporciona el volumen de un cuerpo

de revolución conocidos el área media de la sección y la distancia entre el

centro de gravedad de la misma y el eje de revolución, según la siguiente

ecuación:

Volumen = 2 · π · área_sección · distancia_CDG

AutoCad proporciona el área de la sección del rodete, que resulta ser de

43914,7 mm2, y la distancia al centro de gravedad, 179,89 mm. Asimismo,

también proporciona el área de la sección del agua que está contenida en

el rodete, 98449,42 mm, y la distancia al centro de gravedad, 259,34 mm.

Cálculos 123

Aplicando el teorema, se resuelve que el volumen de acero del rodete es

de 0,0496 m3, lo que da una masa de 392,11 kg. Se sumará el 50% de este

resultado para tener en cuenta la masa de los álabes, resultando una

masa total del acero del rodete de 588,17 kg.

El volumen del agua, también aplicando el teorema, es de 0,1604 m3, que

resultan en una masa del agua de 160,42 kg.

La masa total del rodete en funcionamiento, teniendo en cuenta el agua y

el acero, es de 748,59 kg.

Para calcular el momento flector que este peso produce en el eje se

supondrá una separación entre el rodete y el alternador de 2 metros, de

manera que queda el siguiente valor del momento:

Mz = masa_total · g · distancia = 14687,4 Nm

Lo que da el siguiente valor del esfuerzo de tracción-compresión en

función del diámetro:

33

73,14960432dd

M zz =

⋅⋅

=π

σ

• Dimensionado del eje:

Se tiene el círculo de Mohr mostrado en la figura 1.2.3.7.a.

Cálculos 124

Figura 1.2.3.7.a. Círculo de Mohr

Las tensiones principales en este caso son las siguientes:

2

3

2

33

3332,1

2,7830173,14960473,149604

2,7830173,14960473,149604

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛±=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛±−=

ddd

ddd

mayorσ

σ22

Al igual que en el caso del eje de los álabes directrices, se debe asegurar

que la tensión mayor sea menor que la tensión admisible con un factor de

seguridad de 4. El resultado es el siguiente:

d = 0,1421 m

Se aproximará a un eje de diámetro 200 mm.

1.2.3.8. Unión eje-rodete

Se dimensionarán los pernos que unen el eje transmisor de potencia con

el rodete para que aseguren la transmisión de la potencia por rozamiento

estático entre las dos superficies que contactan. Estos pernos serán los

encargados de proporcionar el esfuerzo normal necesario para que no exista

deslizamiento.

Se dimensionarán de acuerdo con su resistencia a tracción, no a

cortadura.

1.2.3.8.1. Cálculo de la fuerza necesaria en la unión

Para la potencia considerada máxima y el régimen de giro de la turbina,

se tiene que el par transmitido por el eje es de 15374,37 Nm. Este par será el

Cálculos 125

que se transmita mediante el rozamiento, que en el caso de esta turbina, será

el existente entre dos coronas circulares concéntricas cuyos radios son los

siguientes:

- Primera corona:

o Radio menor: 75 mm

o Radio mayor: 154 mm

- Segunda corona:

o Radio menor: 194 mm

o Radio mayor: 214 mm

La fuerza de rozamiento necesaria para transmitir el par se define


Froz = σ · At

Donde:

- σ es la fuerza de rozamiento por unidad de superficie que se da

en el área de contacto.

- At es el área total de contacto: 0,083 m2.

Para calcular el valor de σ se empleará la expresión que permite calcular

el par por rozamiento:

dRRdS

dSRM roz

⋅⋅⋅=

⋅⋅= ∫ ∫π

σ

2

Tomando el par transmitido por el eje como Mroz y haciendo aplicación

numérica se puede despejar de la integral el valor de la fuerza de rozamiento

por unidad de superficie:

σ = 1272047.466 N/m2

Cálculos 126

De manera que la fuerza de rozamiento necesaria será:

Froz = 105602.1789 N

El radio medio equivalente del contacto es el siguiente:

Mroz = Froz · Rmedio_eqv Rmedio_eqv = 0,146 m

Se calculará el valor de la fuerza normal necesaria de la siguiente

manera:

23,0=⋅μ≤

μNFroz

La fuerza normal necesaria será:

N = 459139.9083 N= 46803.3 kg

1.2.3.8.2. Elección del número y tipo de pernos

Los pernos se designan según X.Y, siendo X la carga de rotura dividida

por diez en kg/mm2 e Y el tanto por ciento dividido por diez del límite

elástico respecto a la carga de rotura. Se considerarán dos tipos de pernos:

- Pernos 10.9: límite elástico 90 kg/mm2

- Pernos 8.8: límite elástico 64 kg/mm2

En cuanto al número de pernos a instalar, se considerarán tres

posibilidades: 8, 6 ó 4 pernos. El esfuerzo normal que deberán hacer se

reparte entre cada uno de ellos. La tabla 1.2.3.8.2.a muestra la fuerza normal

que deberá hacer cada perno en función del número que se instale en la

unión finalmente.

Cálculos 127

Nº de pernos 12 8 6 4

Fuerza normal

por perno (kg) 3900.27 5850.41 7800.54 11700.81

Tabla 1.2.3.8.2.a. Esfuerzo que tendrá que soportar cada perno

A continuación se muestran unas tablas que contemplan las diferentes

posibilidades que se pueden dar variando el número de pernos, el tipo de los

mismos y su tamaño.

D D1 A. resistente (mm^2)

Fuerza por perno (kg)

Lím. elástico (kg/mm^2)

Fuerza soportable (kg)

Factor de seguridad

10 7 38.48 5850.41 90 3463.2 0.592

12 8.5 56.75 5850.41 90 5107.5 0.873

14 10 78.54 5850.41 90 7068.6 1.208

16 12 113.1 5850.41 90 10179 1.740

18 13 132.73 5850.41 90 11945.7 2.042

20 15 176.71 5850.41 90 15903.9 2.718

22 17 226.98 5850.41 90 20428.2 3.492

24 18 254.47 5850.41 90 22902.3 3.915

27 21 346.36 5850.41 90 31172.4 5.328

30 23 415.48 5850.41 90 37393.2 6.392

33 26 530.93 5850.41 90 47783.7 8.168

Tabla 1.2.3.8.2.b. 8 pernos 10.9

Cálculos 128





Factor de seguridad

10 7 38.48 5850.41 64 2462.72 0.421

12 8.5 56.75 5850.41 64 3632 0.621

14 10 78.54 5850.41 64 5026.56 0.859

16 12 113.1 5850.41 64 7238.4 1.237

18 13 132.73 5850.41 64 8494.72 1.452

20 15 176.71 5850.41 64 11309.44 1.933

22 17 226.98 5850.41 64 14526.72 2.483

24 18 254.47 5850.41 64 16286.08 2.784

27 21 346.36 5850.41 64 22167.04 3.789

30 23 415.48 5850.41 64 26590.72 4.545

33 26 530.93 5850.41 64 33979.52 5.808

Tabla 1.2.3.8.2.c. 8 pernos 8.8





Factor de seguridad

10 7 38.48 7800.54 90 3463.2 0.444

12 8.5 56.75 7800.54 90 5107.5 0.655

14 10 78.54 7800.54 90 7068.6 0.906

16 12 113.1 7800.54 90 10179 1.305

18 13 132.73 7800.54 90 11945.7 1.531

20 15 176.71 7800.54 90 15903.9 2.039

22 17 226.98 7800.54 90 20428.2 2.619

24 18 254.47 7800.54 90 22902.3 2.936

27 21 346.36 7800.54 90 31172.4 3.996

30 23 415.48 7800.54 90 37393.2 4.794

33 26 530.93 7800.54 90 47783.7 6.126

Tabla 1.2.3.8.2.d. 6 pernos 10.9

Cálculos 129

D D1 A resistente (mm^2)




Factor de seguridad

10 7 38.48 7800.54 64 2462.72 0.316

12 8.5 56.75 7800.54 64 3632 0.466

14 10 78.54 7800.54 64 5026.56 0.644

16 12 113.1 7800.54 64 7238.4 0.928

18 13 132.73 7800.54 64 8494.72 1.089

20 15 176.71 7800.54 64 11309.44 1.450

22 17 226.98 7800.54 64 14526.72 1.862

24 18 254.47 7800.54 64 16286.08 2.088

27 21 346.36 7800.54 64 22167.04 2.842

30 23 415.48 7800.54 64 26590.72 3.409

33 26 530.93 7800.54 64 33979.52 4.356

Tabla 1.2.3.8.2.e. 6 pernos 8.8





Factor de seguridad

10 7 38.48 11700.81 90 3463.2 0.296

12 8.5 56.75 11700.81 90 5107.5 0.437

14 10 78.54 11700.81 90 7068.6 0.604

16 12 113.1 11700.81 90 10179 0.870

18 13 132.73 11700.81 90 11945.7 1.021

20 15 176.71 11700.81 90 15903.9 1.359

22 17 226.98 11700.81 90 20428.2 1.746

24 18 254.47 11700.81 90 22902.3 1.957

27 21 346.36 11700.81 90 31172.4 2.664

30 23 415.48 11700.81 90 37393.2 3.196

33 26 530.93 11700.81 90 47783.7 4.084

Tabla 1.2.3.8.2.f. 4 pernos 10.9

Cálculos 130





Factor de seguridad

10 7 38.48 11700.81 64 2462.72 0.210

12 8.5 56.75 11700.81 64 3632 0.310

14 10 78.54 11700.81 64 5026.56 0.430

16 12 113.1 11700.81 64 7238.4 0.619

18 13 132.73 11700.81 64 8494.72 0.726

20 15 176.71 11700.81 64 11309.44 0.967

22 17 226.98 11700.81 64 14526.72 1.242

24 18 254.47 11700.81 64 16286.08 1.392

27 21 346.36 11700.81 64 22167.04 1.894

30 23 415.48 11700.81 64 26590.72 2.273

33 26 530.93 11700.81 64 33979.52 2.904

Tabla 1.2.3.8.2.g. 4 pernos 8.8

La opción de instalar seis pernos tipo 10.9 cuyas dimensiones son D=33 y

D1 = 26 ofrece un factor de seguridad 6,13. Se elegirá esta opción y se

comprobará si es válida para las condiciones de frenado brusco que se

describen a continuación.

1.2.3.8.3. Condiciones de frenado brusco

1.2.3.8.3.1. Momento de inercia del rodete

Se estudiará si los pernos elegidos resisten un frenado brusco producido

por un gripado de la máquina.

Este estudio se realizará mediante la ecuación siguiente:

dtdwJM ⋅=

Donde J es el momento de inercia del rodete, que se calcula aproximando

este elemento a una serie de discos huecos con el mismo eje de revolución,

cuyos momentos de inercia se calculan mediante la ecuación:

Cálculos 131

)(2

22 brMJ d +⋅⋅=1

Siendo M la masa del disco (producto del volumen por la densidad), r el

radio exterior y b el radio interior.

La masa se calculará mediante la siguiente ecuación:

M = ρ · π · (r2 – b2) · h

Siendo h la altura del disco y ρ la densidad del acero inoxidable (7850

kg/m3).

La ecuación del cálculo del momento de inercia de un disco hueco queda

de la siguiente forma:

)()(2

2222 brbrhJ +⋅−⋅⋅⋅⋅= πρ1

Para la forma del rodete dada en la figura 1.2.3.8.3.1.a se tomará un

número suficientemente elevado de cilindros huecos que den un resultado

del momento de inercia del rodete suficientemente ajustado. Dichos

resultados se muestran en la tabla 1.2.3.8.3.1.a.

Figura 1.2.3.8.3.1.a. Forma del rodete

Radio externo r

(mm)

Radio interno b

(mm)

Altura h

(mm) J (kgm^2)

78.79 48.69 6.84 0.00278

80.33 48.69 6.84 0.00304

Cálculos 132

86.84 48.69 6.84 0.00432

91.13 48.69 6.84 0.00534

95.28 48.69 6.84 0.00648

99.64 48.69 6.84 0.00784

104.07 48.69 6.84 0.00942

108.63 52.13 6.84 0.01112

113.32 56.12 6.84 0.01307

118.08 60.11 6.84 0.01529

122.84 64.11 6.84 0.01778

127.61 68.10 6.84 0.02055

133.04 72.09 6.84 0.02414

138.20 76.09 6.84 0.02793

143.63 80.08 6.84 0.03242

149.20 84.08 6.84 0.03757

154.96 88.07 6.84 0.04355

160.99 92.06 6.84 0.05059

167.17 96.06 6.84 0.05867

173.47 100.11 6.84 0.06789

180.11 103.69 6.84 0.07899

187.15 103.69 6.84 0.09370

194.39 103.69 6.84 0.11067

201.97 103.69 6.84 0.13057

209.68 103.69 6.84 0.15326

217.59 103.69 6.84 0.17929

225.97 103.69 6.84 0.21015

234.96 103.69 6.84 0.24726

244.55 103.69 6.84 0.29185

254.81 103.69 6.84 0.34574

265.67 103.69 6.84 0.41035

280.15 103.69 6.84 0.50973

Cálculos 133

290.88 103.69 6.84 0.59399

305.50 103.69 6.84 0.72481

321.93 101.91 6.84 0.89667

341.37 97.48 6.84 1.13764

365.51 93.97 6.84 1.49863

227.98 89.96 6.84 0.22231

216.45 85.97 6.84 0.18050

214.30 81.99 6.84 0.17407

214.30 78.00 6.84 0.17475

214.30 74.02 6.84 0.17534

214.30 70.04 6.84 0.17585

214.30 66.05 6.84 0.17627

214.30 62.21 6.84 0.17661

214.30 62.21 6.84 0.17661

214.30 62.21 6.84 0.17661

214.30 62.21 6.84 0.17661

214.30 69.12 6.84 0.17595

214.30 69.12 6.84 0.17595

214.30 69.12 6.84 0.17595

214.30 73.97 6.84 0.17535

365.51 228.52 6.84 1.27523

400.04 253.26 6.84 1.81289

455.70 278.88 6.84 3.12658

455.70 304.29 6.84 2.91365

445.44 329.91 6.84 2.32111

402.32 394.01 6.84 0.17707

381.54 378.58 6.84 0.05470

404.40 394.01 6.84 0.22309

383.55 373.29 6.84 0.18758

404.40 394.01 6.84 0.22309

Cálculos 134

383.55 373.29 6.84 0.18757

404.40 394.01 6.84 0.22309

383.55 373.29 6.84 0.18757

Tabla 1.2.3.8.3.1.a. Momento de inercia de las superficies que componen el rodete

La suma de todos los momentos de inercia de las superficies cilíndricas

es el valor del momento de inercia del rodete: 23,68 kgm2

1.2.3.8.3.2. Comprobación de la validez de los pernos elegidos

Se comprobará el factor de seguridad de los pernos elegidos ante una

deceleración desde la velocidad de giro nominal hasta la parada total en un

tiempo de dos segundos. En estas condiciones soportarán un par máximo

que es la suma del par nominal transmitido más el par de frenado:

Mmáximo = Mnominal + Mfrenado

NmdtdwJM frenado 77,743

26068,23 =⋅=⋅=

2600 ⋅ π

Mmáximo = 16118,14 Nm

La fuerza de rozamiento necesaria para conseguir transmitir este par es

la siguiente:

kgNM

F máximo 5,11285110711 ===R eqvmedio

roz_

Que por cada perno supone kgroz 1881=F6

Dividido por el coeficiente de rozamiento da la fuerza normal que tiene

que hacer cada perno:

Cálculos 135

Nperno = 8177,9 kg

Los pernos elegidos soportaban 47783 kg, lo que da un nuevo factor de

seguridad de:

84,59,8177=

47783

Se comprueba que el tipo de perno elegido sigue siendo válido, dado que

el factor de seguridad tiene que ser de al menos 4.

1.2.4. Alternador

Se instalará un alternador trifásico sin escobillas, previsto para trabajar

hasta una altura de 1000 m sobre el nivel del mar. Sus características se

muestran en los anexos.

1.3 Estudio económico

1.3. Estudio económico. Índice general

Página


1.3.2. Índice de potencia 138

1.3.3. Índice de energía 139

1.3.4. Análisis de la rentabilidad de la central 140

1.3.4.1. Introducción al análisis de rentabilidad 140

1.3.4.2. Valor actual neto (VAN) 141

1.3.4.3. Tasa interna de retorno (TIR) 142

1.3.4.4. Estudio de viabilidad económica 142

1.3.4.4.1. Ingresos 142

1.3.4.4.2. Gastos 143

1.3.4.4.3. Resultados 143

Estudio económico 138


El estudio económico tiene como finalidad evaluar la viabilidad de un

proyecto, considerando, si las hubiera, las diferentes posibilidades

planteadas para averiguar cuál de ellas resulta más rentable.

Un proyecto de una central minihidroeléctrica requiere la realización de

pagos a lo largo de su periodo de vida, estimado en veinticinco o treinta años

típicamente. Entre los pagos se encuentra la inversión inicial, que difiere en

el tiempo gracias a la financiación externa, unas cantidades anuales fijas

(seguros e impuestos que gravan los ingresos) y unas cantidades anuales

variables (gastos de operación y mantenimiento).

Los ingresos de una central minihidroeléctrica proceden de la venta de

energía generada.

A diferencia de las centrales térmicas, las hidroeléctricas requieren en

general una inversión mayor. Por el contrario, los costes de explotación son

menores, principalmente debido a que no requiere combustible para su

funcionamiento.

1.3.2. Índice de potencia

Se define el índice de potencia como el cociente entre la inversión inicial

y la potencia instalada. Se emplea para comparar diferentes proyectos.

La potencia instalada de la central del proyecto es de 1 MW y la

inversión inicial, calculada en el presupuesto, es de 2.599.351,73 €. Con estos

datos se obtiene el índice de potencia siguiente:

35.25991000

73.2599351.. ==PI €/kW


1.3.3. Índice de energía

Se calculará la energía que produce la central a lo largo del año medio

representativo, que como se vio en el estudio hidrológico, fue el año 1996-97.

El caudal medio el cada mes del año considerado se puede ver en la tabla

1.3.3.a.

MES Caudal medio (m3/seg)

OCT 1.64

NOV 1.35

DIC 1.08

ENE 3.29

FEB 4.71

MAR 2.28

ABR 3.47

MAY 3.92

JUN 4.48

JUL 3.73

AGO 3.51

SEP 3.40

Tabla 1.3.3.a. Caudales medios durante el año considerado

La central sólo podrá funcionar durante los meses en los que el caudal

supere el mínimo técnico, es decir, 1,4 m3/s. Este caudal se supera durante

diez meses del año.

La tabla 1.3.3.b muestra la energía que podría producir la central a lo

largo del año medio, que será la considerada para llevar a cabo el estudio de

viabilidad.


MES Rendimiento Energía (kWh)

OCT 0.76 227810

ENE 0.933 559334

FEB 0.8 621300

MAR 0.85 353228

ABR 0.925 567141

MAY 0.885 633052

JUN 0.82 648005

JUL 0.915 623344

AGO 0.925 592347

SEP 0.93 557535

Total (kWh) 5383094

Tabla 1.3.3.b. Energía producida por la central durante el año medio

Se define el índice de energía como el cociente entre la inversión inicial y

la energía producida al año. Su valor es el siguiente:

483.05383094

.. ==EI 73.2599351 €/kWh

1.3.4. Análisis de la rentabilidad de la central

1.3.4.1. Introducción al análisis de rentabilidad

Para este estudio se van a considerar los siguientes aspectos:

− Inversión inicial: La suma de los pagos por la adquisición de los

distintos aparatos y la puesta en servicio de la central. El valor de la

inversión inicial es de 2.599.351 €.


− Pagos: Los realizados a lo largo del periodo de explotación por

operación y mantenimiento.

− Vida útil del proyecto: Se tomarán los primeros veinticinco años.

− Impuestos: Se tomará un IVA del 16%.

− Índice de precios al consumo: Se tomará un 2,5% de IPC.

1.3.4.2. Valor actual neto (VAN)

Se denomina VAN de una cantidad A a percibir durante n años con una

tasa de interés i a la cantidad que, en caso de tenerse hoy, generaría al cabo

de los n años antes mencionados la cantidad A.

niVAN

)1( +=

A

En este tipo de proyectos se desembolsa inicialmente el total de la

inversión, teniendo posteriormente cargas monetarias que estarán

compuestas de ingresos y gastos, generalmente variables. La expresión se

transforma en la siguiente:

∑= +

−+−=

tttt

iIVAN

1 )1(

n PC

Donde:

− I es la inversión inicial.

− Ct son los cobros del año.

− Pt son los gastos del año.

− i es la tasa de interés. Generalmente se toma entre un 8% y un 10%.

− n es el número de periodos, en este caso, 25.


El VAN debe ser positivo para poder aceptar una inversión, y entre dos

proyectos, se tomará el que tenga un VAN más alto. Un VAN positivo

implica que la diferencia entre los ingresos y los gastos más la inversión

inicial toman un valor positivo.

1.3.4.3. Tasa interna de retorno (TIR)

Tasa de interés que hace nulo el valor actual neto. En la expresión del

VAN se tendría lo siguiente:

∑= +

−+−=

tt

tt

TIRI

1 )1(0

n PC

El TIR se puede tomar como la tasa de interés que el proyecto es capaz de

proporcionar. Entre dos proyectos, será más rentable el que presente un TIR

más alto.

1.3.4.4. Estudio de viabilidad económica

1.3.4.4.1. Ingresos

Serán los producidos por la venta de energía eléctrica producida por la

central.

Para llevar a cabo los cálculos se realizará el supuesto de que la central se

acoge a la tarifa regulada, en la que, como se puede ver en la tabla 1.1.2.2.a de

la memoria descriptiva del proyecto, los ingresos serían de 8,0613 c€/kWh

para este tipo de central durante los primeros veinticinco años.

A partir de la energía producida durante el año medio de referencia se

puede calcular qué ingresos va a producir la central al año:

Ingresosaño = 5383094 kWh · 8,0613 c€/kWh = 433.947,36 €


Este valor de ingresos se actualizará anualmente con un IPC del 2,5%.

1.3.4.4.2. Gastos

Se calcularán los gastos de mantenimiento con la expresión:

)(.450 kWinstaladaPotntoMantenimie año ⋅= = 14.230,25 €/año

Incluyendo el IVA, el coste anual de mantenimiento asciende a 16.507,09

€. Se actualizará cada año con un IPC del 2,5%.

1.3.4.4.3. Resultados

AÑO INGRESOS GASTOS

OPERACIÓN

INGRESOS -

GASTOS VAN i = 5% VAN i = 7.5% VAN i = 12.5%

construcción 0 0 0 -2599351.73 -2599351.73 -2599351.73

1 433947.36 0 433947.36 -2186068.53 -2195679.77 -2213620.74

2 444796.04 16507.09 428288.95 -1797597.82 -1825067.37 -1875219.59

3 455915.95 16919.77 438996.18 -1418376.42 -1471692.75 -1566898.55

4 467313.84 17342.76 449971.08 -1048184.10 -1134754.17 -1285983.82

5 478996.69 17776.33 461220.36 -686805.88 -813487.15 -1030039.28

6 490971.61 18220.74 472750.87 -334031.90 -507162.78 -796845.38

7 503245.90 18676.26 484569.64 10342.70 -215086.05 -584379.81

8 515827.04 19143.16 496683.88 346517.90 63405.71 -390800.08

9 528722.72 19621.74 509100.98 674688.93 328944.37 -214427.44

10 541940.79 20112.29 521828.50 995046.36 582132.39 -53732.36

11 555489.31 20615.09 534874.22 1307776.24 823544.22 92678.71

12 569376.54 21130.47 548246.07 1613060.16 1053727.60 226075.46

13 583610.95 21658.73 561952.22 1911075.43 1273204.77 347614.73

14 598201.23 22200.20 576001.03 2201995.09 1482473.70 458350.50

15 613156.26 22755.21 590401.05 2485988.09 1682009.20 559243.10

16 628485.17 23324.09 605161.08 2763219.35 1872263.97 651167.46

17 644197.29 23907.19 620290.11 3033849.87 2053669.68 734920.77

18 660302.23 24504.87 635797.36 3298036.80 2226637.92 811229.34

19 676809.78 25117.49 651692.29 3555933.57 2391561.13 880754.92


20 693730.03 25745.43 667984.60 3807689.94 2548813.49 944100.46

21 711073.28 26389.06 684684.22 4053452.12 2698751.78 1001815.28

22 728850.11 27048.79 701801.32 4293362.81 2841716.20 1054399.89

23 747071.36 27725.01 719346.35 4527561.34 2978031.11 1102310.32

24 765748.15 28418.13 737330.01 4756183.72 3108005.80 1145962.04

25 784891.85 29128.59 755763.26 4979362.70 3231935.15 1185733.61

En la tabla se pueden ver los retornos de la inversión siguientes:

− Seis años para una tasa de interés del 5%.

− Siete años para una tasa de interés del 7,5%.

− Diez años para una tasa de interés del 12,5%.

Se trata de tasas de retorno que mejoran a las esperables en este tipo de

proyectos, por lo que la rentabilidad de la inversión está asegurada.

1.4 Impacto ambiental

1.4 Impacto ambiental. Índice general

Página


1.4.2. Tipos de impacto ambiental 148

1.4.3. Impactos en la fase de construcción 150

1.4.3.1. Construcción de un embalse 150

1.4.3.2. Obra civil adicional 151

1.4.4. Impactos en la fase de explotación 152

1.4.4.1. Impacto sónico 152

1.4.4.2. Impacto paisajístico 153

1.4.4.3. Impacto biológico 153

1.4.4.3.1. Impacto biológico en el embalse 153

1.4.4.3.2. Impacto biológico en el cauce del río 154

1.4.4.3.2.1. Caudal ecológico 154

1.4.4.3.2.2. Pasos ascendentes 156

1.4.4.3.2.3. Pasos descendentes 156

1.4.4.3.3. Impacto biológico sobre la fauna de tierra 157

1.4.4.3.4. Impacto biológico sobre las aves 157

1.4.4.4. Impacto sobre objetos culturales y arqueológicos 158

1.4.4.5. Impacto de la línea eléctrica sobre las personas 158

1.4.5. Conclusión del estudio ambiental 158

Impacto ambiental 147


El compromiso adoptado por la Unión Europea acerca de la reducción de

emisiones de CO2 es únicamente alcanzable si se alteran las políticas

energéticas en lo referente a las energías renovables y el incremento de las

eficiencias energéticas.

En lo referente al empleo de la energía hidráulica de carácter renovable,

el Plan de Energías Renovables, del que se ha hablado con anterioridad en

este proyecto, fija unos objetivos para el año 2010. Conseguir estos objetivos

tendría como consecuencia una disminución de los combustibles fósiles en

un 10% y dejar de emitir por ello 180 millones de toneladas de CO2 al año.

Los principales obstáculos que se encuentra la energía hidroeléctrica son

de tipo administrativo, dado que se trata de una tecnología sumamente

madura, y concretamente problemas de tipo medioambiental.

Para construir una central minihidráulica, si bien produce un impacto

mínimo en el medio ambiente, existen una serie de factores que deben ser

tenidos en cuenta, dado que normalmente se construyen en zonas muy

sensibles. Las diferentes causas de impacto ambiental deberán ser

identificadas y resueltas antes de la ejecución de una obra de estas

características.

Las medidas correctoras en muchas ocasiones presentan dificultades

porque están sujetas a interpretaciones muy subjetivas. La solución pasa por

mantener un diálogo continuado con las instituciones, al mismo tiempo que

se informa a la población de todo lo referente al proyecto.


1.4.2. Tipos de impacto ambiental

Los impactos derivados de la construcción de una central de este tipo

varían en función de la ubicación y de la tecnología que se emplee. No es lo

mismo construir una central en una llanura que en una montaña, ni tampoco

se crea el mismo impacto si se emplea un embalse regulador o si la central es

de agua fluyente.

Las tablas que se muestran a continuación contienen una relación

genérica de los impactos ambientales que se pueden dar a lo largo de las

diferentes fases de un proyecto de construcción de una instalación de

electrificación.

Causa de impacto Receptor Impacto Importancia

Construcción de caminos y

tráfico generado

Público general

Ruidos Baja

Accidentes Baja

Efectos de las emisiones en la salud Baja

Aire Emisiones de vehículos Baja

Cambio climático Emisiones de vehículos Baja

Animales salvajes Ruidos Baja

Accidentes Media

Bosque Acceso más sencillo Media

Pérdida de producción futura Baja

Accidentes Trabajadores

Heridas leves Media

Heridas graves Alta

Muertes Alta

Creación de empleo Público general Beneficios para la localidad Alta

Beneficios a nivel nacional Media

Tabla 1.4.2.a. Impactos en la construcción de instalaciones de generación de electricidad



Ruidos Trabajadores Sobre su salud Media

Habitantes Sobre su salud Media

Cambio en caudal del

río

Peces Pérdida de hábitat Alta

Plantas acuáticas Pérdida de hábitat Media

Aves Pérdida de hábitat Media

Fauna Pérdida de hábitat Media

Calidad del agua Contaminantes Baja

Público general

Estéticos Alta

Culturales y arqueológicos Alta

Pérdida de cascadas Alta

Por embalses y presas

Agricultura Pérdida de terreno Alta

Forestal Pérdida de producción

futura Alta

Ecosistema acuático Pérdida de hábitat Alta

Público general Clima local Insignificante

Calentamiento global No probado

Calidad del agua Eutrofización Baja

Objetos culturales y arqueológicos Pérdida de objetos Alta

Tabla 1.4.2.b. Impactos en la explotación de instalaciones de generación de electricidad


Accidentes Trabajadores

Accidentes leves Media

Accidentes graves Alta

Muertes Alta

Aumento de los ingresos locales Público general Empleo, efectos locales y nacionales Alta

Tabla 1.4.2.c. Impactos en la construcción de instalaciones de transmisión de electricidad



Presencia física

Forestal Pérdida de producción futura Media

Público general Intrusión visual Media

Aves Heridas y muertes Media

Campos electromagnéticos Público general Cáncer Inexistente

Accidentes Público general

Leves Insignificante

Graves Insignificante

Muertes Insignificante

Accidentes de mantenimiento Trabajadores

Leves Insignificante

Graves Insignificante

Muertes Insignificante

Tabla 1.4.2.d. Impactos en la explotación de instalaciones de transmisión de electricidad

1.4.3. Impactos en la fase de construcción

El menor impacto ambiental al construir este tipo de instalaciones se da

cuando se emplea un embalse ya construido, un canal de riego o una

instalación de agua potable. Esto se debe a que únicamente hay que construir

la casa de máquinas y el canal de descarga, cuyos impactos son mucho más

reducidos que los que genera la construcción de la presa o el canal.

Por otro lado, son las centrales minihidráulicas de agua fluyente las que

producen un mayor impacto ambiental.

1.4.3.1. Construcción de un embalse

En el presente proyecto no existirá impacto asociado a este hecho, pues

aprovecha el embalse de Valmayor y parte de sus conducciones.


Entre los impactos que crea la construcción de un embalse destacan la

pérdida del suelo por el terreno que queda inundado, la construcción de

nuevos caminos, plataformas de trabajo, movimiento de tierras o la

fabricación de hormigón, que requeriría una cantera de áridos.

La nueva presa crea una barrera cuyas consecuencias deberán ser

estudiadas antes de su construcción.

Todos los impactos ambientales descritos ya tienen una serie de medidas

diseñadas para mitigarlos. Serían similares a la construcción de una

infraestructura.

1.4.3.2. Obra civil adicional

El posible aumento de la turbidez de las aguas hace que sea

recomendable realizar las obras en épocas de escasez de lluvias. Esto supone

una ventaja, pues será entonces cuando menos posibilidades de explotar el

recurso haya.

Deberá hacerse una reforestación en el terreno tan pronto como sea

posible. Se realizará con especies autóctonas y su selección y adquisición

formará parte de las fases del proyecto.

La contratación de trabajadores supone un impacto positivo para el

entorno siempre que no se trate de un espacio natural protegido.

Los transportes producen ruidos y emisiones que pueden perturbar el

entorno de la central. Los desplazamientos deberán ser planificados de cara a

evitar recorridos innecesarios.


1.4.4. Impactos en la fase de explotación

Los impactos en la fase de explotación son los más críticos, dado que a

diferencia de los que se encuentran en la fase de construcción, estos perduran

en el tiempo.

1.4.4.1. Impacto sónico

La principal fuente de ruidos de una central minihidráulica viene de la

turbina y el reductor en caso de que exista.

Para mitigar los efectos del ruido se emplean tolerancias ajustadas para

los engranajes, mantas aislantes y la posibilidad de una refrigeración por

agua en lugar de por aire. El edificio se dotará de aislantes acústicos y

absorbentes en los aislamientos térmicos, de forma que se minimice el ruido

que sale al exterior.

Deberá optimizarse el funcionamiento de la turbina para evitar las

vibraciones que se producen, especialmente en las Francis cuando funcionan

a baja carga.

Si se refrigera por aire se pueden limitar su velocidad por los conductos,

construidos con materiales absorbentes, e instalar silenciadores en las

chimeneas.

Actualmente se tiende a aumentar los caudales de ventilación para

disminuir la cantidad de cobre empleada en los generadores y sustituir la

fundición por otros materiales menos absorbentes de vibración. Estos

procedimientos aumentan las emisiones de ruido y deberían ser evitados en

la medida de lo posible.


1.4.4.2. Impacto paisajístico

Se debe a un rechazo generalizado a cambios en el entorno,

especialmente acentuado en las zonas montañosas o las urbanas de carácter

histórico. Se trata de un impacto de vital importancia en la actualidad y gran

parte de los proyectos son abandonados por esta razón.

Se minimiza empleando pinturas no reflectantes o construyendo presas

con materiales que simulan rocas del entorno. Por otra parte, se debe evitar

que la casa de máquinas parezca un edificio industrial.

También se puede incluir la subestación en el edificio de máquinas y

emplear conductores enterrados.

En el caso de la central de Valmayor, el impacto paisajístico es poco

importante, dado que se va a construir al pie de la presa y aprovechando

parte de una construcción ya existente.

1.4.4.3. Impacto biológico

1.4.4.3.1. Impacto biológico en el embalse

Al construir un embalse se introduce en la zona un tipo de fauna que

compite con la ya existente. Se minimiza construyendo barreras para impedir

que dicha fauna remonte el cauce del río.

Turbinar el agua intermitentemente provoca en ocasiones fluctuaciones

del nivel del río aguas abajo. En el caso de Valmayor esto no se producirá,

pues cuando no funcione la central el agua seguirá fluyendo, dado que

aprovecha el caudal que se dirige a la estación de tratamiento de agua

potable y el caudal ecológico del río.


1.4.4.3.2. Impacto biológico en el cauce del río

En las centrales de agua fluyente existe un tramo del río que está

sometido a grandes variaciones de caudal dependiendo de si se está

turbinando o no. Este tramo es el comprendido entre la toma de agua y la

central hidroeléctrica. Si se turbinara la totalidad del río dicho tramo

quedaría completamente seco.

La fauna piscícola que vive a las orillas del río en el tramo considerado es

la principal perjudicada por este hecho.

La central de Valmayor no deberá afrontar este problema al estar

construida al pie de la presa y en una canalización ya existente.

1.4.4.3.2.1. Caudal ecológico

Existen dos métodos para determinar el caudal permanente que debe

fluir por un río:

• Métodos hidrológicos:

Se basan en el análisis de los históricos disponibles de los caudales o en

el empleo de porcentajes fijos, entre los que se encuentran los siguientes:

- Emplear un porcentaje sobre el caudal medio del río.

- Emplear la fórmula de Matthey basada en los caudales superados

durante la mayoría de un año.

- Emplear el método de Tennant, que propone el uso de porcentajes

que varían con la época del año.


• Métodos hidrobiológicos:

Análisis de datos de campo obtenidos para cada río que consideran

parámetros hidráulicos y bióticos.

- Método de análisis de hábitat.

- Método del perímetro mojado.

- Análisis incremental.

- Método de los microhábitats de Bovee y Milhous.

- Método de conservación de hábitats de Nehring.

- Métodos MDDDR y DBR.

- Método DGB.

- Método de anchura ponderada útil.

Los métodos hidrológicos son más simples, pero se encuentran faltos de

rigor científico y sus resultados pueden ser interpretados de forma arbitraria.

Los métodos de simulación requieren largos periodos de estudio que

únicamente valen para un río y además pueden resultar igualmente

arbitrarios.

El caudal mínimo ecológico en la Unión Europea se determina

normalmente por un porcentaje del caudal medio interanual.

La central del embalse de Valmayor respetará el caudal ecológico, dado

que turbina únicamente el caudal de salida de la presa.


1.4.4.3.2.2. Pasos ascendentes

Se deben tener en cuenta las migraciones de los peces río arriba, que se

verán interrumpidas cuando se construya un embalse o una central.

La solución más común es construir estanques sucesivos comunicados

entre si. De esta forma se minimiza el efecto que tiene la mano del hombre en

estos hábitats tan sensibles.

El tamaño y desnivel de los estanques dependerán de las especies

implicadas.

En desniveles de pequeño tamaño se emplean pasos con tabiques de tipo

vertical, mientras que si el desnivel es grande deberá recurrirse a dispositivos

de captura y transporte.

Unas rejas impedirán que los peces entren en el canal de salida de la

turbina.

1.4.4.3.2.3. Pasos descendentes

Los peces, en su migración de vuelta río abajo, pueden terminar por

introducirse en la tubería forzada. La mortalidad crece cuando la turbina se

encuentra a carga parcial.

Se instalarán rejillas adecuadas al tamaño de los peces existentes, y antes

de ellas, unas barreras físicas que impidan que se vean atrapados por la

fuerza del agua que va hacia la turbina. La orientación respecto del río no

debe tener un ángulo mayor de 45º.

Las barreras pueden ser fijas o móviles. Cuando la velocidad de entrada

del agua es elevada se recurre a tambores giratorios horizontales.


Otra forma de minimizar los daños es instalar la captación en la dirección

de la orilla, teniendo en cuenta que la velocidad de entrada del agua debe ser

moderada para evitar pérdidas de carga.

La siguiente solución que se puede adoptar son los llamados sistemas de

guía del comportamiento, que mediante burbujas, focos de luz o sistemas

acústicos consiguen que los peces desvíen su trayectoria y se alejen de la

captación.

Los métodos de recogida y liberación son similares a los descritos en el

apartado de pasos ascendentes. Capturan los peces antes de su llegada a la

captación y los devuelven en u punto más alejado aguas abajo.

1.4.4.3.3. Impacto biológico sobre la fauna de tierra

Los canales suponen un obstáculo para el movimiento de las diferentes

especies de tierra. Este impacto se minimiza cubriendo los canales.

1.4.4.3.4. Impacto biológico sobre las aves

Existe un riesgo de que las aves se electrocuten con los cables que salen

de la central hidráulica. Para minimizar este riesgo se recomienda que en las

zonas de especial importancia para las aves las líneas se sitúen en la base de

los riscos o próximas a las pantallas de los árboles, de forma que las aves se

vean obligadas a volar a una altura mayor.


1.4.4.4. Impacto sobre objetos culturales y arqueológicos

Al construir un embalse quedará anegada una amplia zona, por lo que es

importante tener en cuenta si existirán objetos culturales o arqueológicos que

vayan a desaparecer.

1.4.4.5. Impacto de la línea eléctrica sobre las personas

Tras múltiples estudios se ha llegado a la conclusión de que residir cerca

de una línea eléctrica no incrementa los riesgos de sufrir cáncer o leucemia

infantil.

Las tensiones empleadas en minihidráulica son siempre menores de 66

kV, dependiendo de la línea eléctrica existente más cercana, por lo que los

campos magnéticos generados son débiles.

1.4.5. Conclusión del estudio ambiental

Se ha comprobado que la central minihidráulica que se va a instalar en el

embalse de Valmayor crea un impacto ambiental muy reducido.

Al estar el embalse construido previamente, se eliminan los efectos

negativos que suponen una obra de estas características, y dado que la

central va a estar situada al pie de la presa no crea ningún impacto

paisajístico.

El impacto sónico es reducido al ser una central de poca potencia y estar

confinada en un edificio fabricado en materiales absorbentes, y el impacto

biológico se evita con la instalación de las rejillas adecuadas a la entrada del

tubo de aspiración y en el canal de salida.

Por todo lo dicho en este apartado de síntesis y en los anteriores de este

estudio se concluye que se trata de una instalación ecológicamente


sostenible, que ayudará a reducir las emisiones de CO2 derivadas del empleo

de otras fuentes de energía.

1.5 Anexos

1.5. Anexos. Índice general

Página

1.5.1. Datos hidrológicos del embalse de Valmayor 162

1.5.2. Vista en planta de la presa de Valmayor 165

1.5.3. Características del alternador 166

1.5.4. Bibliografía 168

Anexos 162

1.5.1. Datos hidrológicos del embalse de Valmayor

Anexos 163

Anexos 164

Anexos 165

1.5.2. Vista en planta de la presa de Valmayor

Anexos 166

1.5.3. Características del alternador

Anexos 167

Anexos 168

1.5.4. Bibliografía

[MATA75] Mataix, Claudio, “Turbomáquinas Hidráulicas”, ICAI, 1975.

[WHIT04] White, Frank M., “Mecánica de Fluidos”, McGraw Hill, 2004.

[IDAE05] Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía,

“Resumen del Plan de Energías Renovables 2005-2010”,

Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, 2005.

Páginas web consultadas:

− Confederación Hidrográfica del Tajo: www.chtajo.es

− Canal de Isabel II: www.cyii.es

− Ministerio de Medio Ambiente: www.mma.es

− Red Eléctrica de España: www.ree.es

− UNESA: www.unesa.es

− Boletín Oficial del Estado: www.boe.es

http://www.chtajo.es/

http://www.cyii.es/

http://www.mma.es/

http://www.ree.es/

http://www.unesa.es/

http://www.boe.es/

2 Planos

2.1

Lista de planos

2.1. Lista de planos

PLANO Nº 1. Rodete

PLANO Nº 2. Rodete (conjunto)

PLANO Nº 3. Distribuidor Fink

PLANO Nº 4. Álabe directriz

PLANO Nº 5. Cámara espiral

PLANO Nº 6. Tubo de aspiración

PLANO Nº 7. Codo del tubo de aspiración

PLANO Nº 8. Plano general de la central

2.2 Planos

3 Pliego de condiciones

DOCUMENTO Nº 3: PLIEGO DE CONDICIONES

ÍNDICE GENERAL

Páginas

3.1. PLIEGO DE CONDICIONES GENERALES Y ECONÓMICAS

3-28

3.2. PLIEGO DE CONDICIONES TÉCNICAS Y PARTICULARES

29-116

3.1 Pliego de condiciones generales y económicas

3.1. Pliego de condiciones generales y económicas. Índice general

Página


3.1.1.1. Objeto 6

3.1.1.2. Campo de aplicación 6

3.1.1.3. Disposición general 6

3.1.1.3.1. Condiciones facultativas legales 7

3.1.1.3.2. Seguridad en el trabajo 7

3.1.1.3.3. Seguridad pública 8

3.1.1.3.4. Expediente de contratación 8

3.1.2. Disposiciones generales 10

3.1.2.1. Adjudicación de proyectos 10

3.1.2.2. Gastos del contrato 11

3.1.2.3. Traspasos y subcontratos 11

3.1.2.4. Fianza y retención de garantía 11

3.1.3. Organización 12

3.1.3.1. Representaciones 12

3.1.3.2. Reclutamiento del personal 13

3.1.3.3. Obligaciones de carácter social 14

3.1.3.4. Medidas de seguridad 14

3.1.3.5. Propiedad industrial y comercial 14

3.1.4. Pago a los trabajadores 15

3.1.4.1. Base de liquidación 15

3.1.4.2. Precios 15

3.1.4.3. Descomposición de los precios 16

3.1.4.4. Liquidación de trabajos no previstos 16

3.1.4.5. Aumento del volumen total de los trabajos 16

3.1.4.6. Disminución del volumen total de los trabajos 17

3.1.4.7. Revisión de precios en función de las variaciones

de las condiciones económicas 17

3.1.4.8. Establecimiento y liquidación de las certificaciones

mensuales provisionales 19

3.1.4.9. Establecimiento y liquidación de las certificaciones definitivas 19

3.1.4.10. Disposiciones generales aplicables a todas las certificaciones 20

3.1.4.11. Trabajos defectuosos pero aceptables 20

3.1.4.12. Intereses de demora 21

3.1.5 Ejecución de trabajos y cumplimiento de los plazos 21

3.1.5.1 Plazo de ejecución. Programa de trabajo 21

3.1.5.2 Cese o aplazamiento de los trabajos 22

3.1.5.3 Quiebra o suspensión de pagos del Adjudicatario 23

3.1.5.4 Medidas coactivas 23

3.1.5.5 Penalidades y primas relacionadas con los trabajos de ejecución 24

3.1.5.6 Recepción provisional 25

3.1.5.7 Verificación 25

3.1.5.8 Recepción definitiva 26

3.1.6 Garantías 26

3.1.6.1 Garantías de buena ejecución 26

3.1.6.2 Plazo de garantía 26

3.1.6.3 Retención de garantía 27

3.1.7 Jurisdicción 28

3.1.7.1 Cláusula compromisario 28

Pliego de condiciones generales y económicas 6


3.1.1.1. Objeto

El pliego de Condiciones Generales y Económicas determina los

requisitos a los que se tiene que ceñir la ejecución del proyecto cuyas

características han sido especificadas.

3.1.1.2. Campo de aplicación

Este pliego de condiciones determina la construcción, venta, recepción y

verificación de la minicentral hidroeléctrica que se situará en el embalse de

Valmayor.

Los pliegos de condiciones particulares podrán modificar las presentes

prescripciones.

3.1.1.3. Disposición general

El contratista estará obligado al cumplimiento de la Reglamentación del

Trabajo correspondiente, la contratación del Seguro Obligatorio, Subsidio

Familiar por Vejez, Seguro de Enfermedad y todas aquellas reglamentaciones

sociales actualmente vigentes o que se puedan dictar en el futuro. En

particular tendrá que cumplir lo dispuesto en la norma UNE 24042 siempre

que no sea alterado por el presente pliego de condiciones.

El encargado de realizar el proyecto deberá estar clasificado según Orden

del Ministerio de Hacienda de 28 de mayo de 1968 en el Grupo, Subgrupo y

Categoría correspondiente al proyecto y que se fijará en el Pliego de

Condiciones Particulares.


3.1.1.3.1. Condiciones facultativas legales

Estas condiciones se regirán por lo especificado en:

Reglamentación General de Contratación según el Decreto 3410175 del 25

de noviembre.

Articulo 1588 y siguientes del Código Civil en los casos que su aplicación

fuera necesaria al contrato.

Ordenanza General de Seguridad e Higiene en el Trabajo, aprobada por

Orden del 9/3/1971 del Ministerio del Trabajo. Si no se oponen a la

Ordenanza General anteriormente mencionada, las siguientes disposiciones:

Orden del 20 de mayo de 1952, aprobado el Reglamento de Higiene del

Trabajo en la construcción y obras públicas y Órdenes complementarias del

19 de diciembre de 1953 y 23 de septiembre de 1966.

Orden del 2 de febrero de 1961 sobre prohibiciones de carga manual que

excedan los ochenta kilos.

Cuantos preceptos sobre higiene y seguridad en el trabajo contengan las

Ordenanzas Laborales, Reglamentos de Trabajo, Convenios colectivos y

Reglamentos del Régimen interior en vigor.

3.1.1.3.2. Seguridad en el trabajo

El contratista está obligado a cumplir las condiciones que se indican en la

Ordenanza General de Seguridad e higiene en el Trabajo y cuantas en esa

materia fueran de aplicación.

Así mismo, deberá suministrar todo lo necesario para el mantenimiento

de la maquinaria, herramientas, útiles de trabajo, materiales, en condiciones

de seguridad adecuadas.

3.1.1.3.3. Seguridad pública

El contratista deberá tomar todas las medidas necesarias para garantizar

la protección de personas, animales u objetos de todos los posibles peligros


que el trabajo del proyecto pudiese ocasionar. Deberá asumir las

responsabilidades que se derivasen de accidentes por el trabajo.

El contratista mantendrá una póliza de seguros que protegerá

adecuadamente a sus obreros y a si mismo frente a las responsabilidades

civiles que se pudiesen producir hacia el contratista o hacia terceras

personas, por la realización de los trabajos.

3.1.1.3.4. Expediente de contratación

Según lo especificado en la Ley 13/95 del 18 de mayo:

Se inicia de oficio por el órgano de contratación y debe incluir como

mínimo:

Justificación de necesidad del gasto.

Presupuesto o Proyecto aprobado técnicamente previo informe de

Oficina de supervisión (preceptivo si el presupuesto es mayor de 300.000

euros).

Acta de replanteo en obras y certificado de disponibilidad de los

terrenos.

Pliego de cláusulas administrativas particulares cuando sea necesario y

así lo informen los Servicios Jurídicos.

Retención de Crédito.

Procediéndose tras ello a la licitación, que se puede haces mediante tres

tipos de procedimiento:

Abierto: el empresario interesado podrá presentar oferta.

Restringido: sólo los seleccionados pueden, si antes han pedido poder

participar.

Negociado: después de consultar y negociar con uno o más empresarios.

La adjudicación puede ser mediante subasta o concurso. La primera

opción se basa en escoger la oferta más barata y que sea inferior al


presupuesto. La adjudicación por concurso consiste en tomar la oferta más

ventajosa en conjunto.

Los contratos catalogados como menores (obras hasta 30000 euros y

asistencias técnicas y suministros hasta 12000 euros) requieren:

Presupuesto, que se define como el importe en el que el servicio valora

su prestación. Para obras se añadirá a la ejecución material el 23% de contrata

y el IVA. Para las asistencias técnicas será el 19%, mientras que en el caso de

suministros se añade únicamente el IVA al importe de los bienes adquiridos.

Aprobación del gasto.

Factura.

En estos proyectos es conveniente reunir un número mínimo de ofertas,

que se puede establecer en tres. La documentación a incluir conjuntamente

con la propuesta económica es:

Acreditación jurídica y su representación en caso de ser necesario. Se

considera

Acreditación jurídica a la escritura de constitución de la sociedad o al

DNI de las personas físicas.

Declaración de no incursión para contratar.

Acreditación del cumplimiento de normas medioambientales aplicables.

Resguardo de garantía provisional.

Acreditación de estar al corriente de obligaciones tributarias, entre ellas

figuran:

Impuesto de Actividades Económicas, IRPF, declaración del IVA e IGTE,

así como presentación de ingresos y pagos.


3.1.2. Disposiciones generales

3.1.2.1. Adjudicación de proyectos

Los proyectos se realizarán por el sistema de contrata adjudicada en

licitación, esto se podrá hacer de forma directa o bien a través de concurso

restringido entre las empresas invitadas al mismo, siguiendo las normas

impuestas en la documentación que formará parte de la invitación al

concurso.

Las empresas devolverán en el plazo señalado en sus invitaciones los

documentos que constituirán la base del contrato con las indicaciones

precisas. El envío por parte de las empresas de los documentos firmados

implicará la obligación de mantener su propuesta en el plazo que

especificaran las invitaciones que se les fueron enviadas previamente.

Si expira el plazo antes mencionado sin que la Propiedad haya

formalizado un contrato, la empresa invitada queda exenta de cualquier

compromiso relacionado con el concurso, pues el plazo ha expirado.

La Propiedad siempre tendrá las opciones de:

Declarar desierto el concurso.

Elegir el ganador del mismo (denominado Adjudicatario en adelante)

según el método que estime conveniente.

Convocar un nuevo concurso que anule al primero. Podrá tener normas

diferentes e invitados que pueden diferir de los del primer concurso.

La resolución del concurso a un Adjudicatario presupondrá la

adquisición definitiva del proyecto por el mismo.


3.1.2.2. Gastos del contrato

El Adjudicatario deberá correr con los gastos fiscales que pudieran

originarse de la formalización del contrato, entre estos gastos pueden figurar

derechos reales, provinciales o municipales, así como impuestos estatales.

La parte del contrato que realice peticiones que den lugar a gastos

adicionales deberá correr con los mismos.

3.1.2.3. Traspasos y subcontratos

El Adjudicatario de un proyecto no tendrá la posibilidad de ceder o

traspasar las obligaciones contenidas en el contrato a una tercera parte.

Tampoco tendrá la posibilidad de utilizar durante la ejecución del proyecto a

otra sociedad sin previo consentimiento por escrito de la Propiedad.

En cualquier caso que pudiera darse el Adjudicatario será totalmente

responsable del contrato acordado ante la Propiedad, el personal y terceras

personas.

3.1.2.4. Fianza y retención de garantía

En el contrato de Adjudicación se determinará el importe y la forma de

establecer la fianza inicial y las retenciones de garantía que serán

desconectadas de las certificaciones mensuales.

La fianza inicial y las retenciones de garantía acumuladas responderán al

cumplimiento de las obligaciones del Adjudicatario y quedarán en beneficio

de la propiedad en caso de producirse un abandono del trabajo o una

rescisión del contrato existente por causa del Adjudicatario.

Al finalizar el contrato se devolverán al Adjudicatario tanto la fianza

como la retención de garantía. Será necesario descontar a la suma anterior las

penalizaciones que pudiesen corresponder, así como cualquier saldo en favor

de la Propiedad que resultase en la liquidación final de las obras.

Los medios auxiliares, elementos y materiales del Adjudicatario no

podrán ser retirados de la zona de trabajo que ocupen sin la autorización


expresa de la propiedad, para que puedan responder al cumplimiento de sus

obligaciones en caso necesario.

3.1.3. Organización

3.1.3.1. Representaciones

La Propiedad comunicará al Adjudicatario su domicilio de cara a la

realización del contrato y su representante a continuación de la notificación

del contrato.

El Adjudicatario deberá nombrar un representante suyo a pie de obra y

comunicar por escrito su identidad a la Propiedad antes de comenzar el

trabajo contenido en el contrato. Deberá especificar también los poderes de

este, que deberán ser lo suficientemente adecuados como para pode recibir y

resolver las comunicaciones y órdenes que se pudieran dar por parte de la

representación de la Propiedad. El adjudicatario no podrá emplear la

ausencia de su representante como excusa para la no realización de lo que se

le requiera.

La Propiedad deberá estar conforme con la designación del representante

del adjudicatario, así como el personal facultativo que llevará a cabo el

proyecto contratado. En caso de existir un motivo fundado, la Propiedad

podrá exigir al adjudicatario la renovación de sus representantes y de

cualquier otro facultativo responsable.

3.1.3.2. Reclutamiento del personal

El Adjudicatario deberá hacerse cargo de la selección y reclutamiento de

la totalidad de la mano de obra que sea necesaria para la realización de los

trabajos contenidos en el contrato de acuerdo con las condiciones


establecidas en el mismo y con la reglamentación laboral vigente en el

momento en que esto se realice.

El Adjudicatario tendrá la responsabilidad de que esto se realice de

forma correcta y deberá tener el máximo cuidado en la selección del personal

que vaya a emplear.

La Propiedad se reservará el derecho a la expulsión del personal incapaz,

que desobedezca las normas de seguridad o cometa actos de insubordinación

respecto a sus jefes o a los representables de la Propiedad.

El Adjudicatario deberá hacer frente a los fraudes o robos cometidos por

su personal en el suministro o empleo de los materiales que se empleen.

El número de trabajadores de cada tipo que el Adjudicatario emplee

deberá ser adecuado a la cantidad de trabajo que haya que realizar en los

plazos fijados.

3.1.3.3. Obligaciones de carácter social

El Adjudicatario se comprometerá a cumplir con todas las obligaciones

inherentes a su condición de patrono respecto a normativa de tipo laboral

vigente en la actualidad o que pudiese aparecer durante la ejecución del

contrato.

También deberá abonar los gastos en que incurran las atenciones sociales

que apareciesen durante la ejecución del proyecto.

Por estos motivos, la Propiedad podrá exigir cuando considere oportuno

al adjudicatario que justifique que se encuentra conforme a la ley respecto a

la seguridad social de los trabajadores empleados por él en el proyecto.


3.1.3.4. Medidas de seguridad

El Adjudicatario es responsable pleno de la seguridad de los trabajos que

tenga que realizar. Correrán por su cuenta los gastos que pudiesen

producirse para poder aplicar las disposiciones legales vigentes sobre esta

materia (o aquellas que pudiesen aparecer durante la ejecución del proyecto),

así como las disposiciones dictadas por la Inspección del Trabajo, así como

cualquier otro organismo competente en la materia. Lo mismo ocurrirá con

las normas de seguridad propias del tipo de proyecto para el que haya sido

contratado.

Todos los gastos anteriormente referidos se considerarán incluidos en el

contrato, por lo que el Adjudicatario será quien se haga cargo de los mismos.

3.1.3.5. Propiedad industrial y comercial

El Adjudicatario se hará responsable ante la Propiedad al suscribir el

contrato contra cualquier clase de reivindicación referida a materiales,

suministros, procedimientos y medios empleados en las obras que procedan

de titulares de patente, así como licencias, planos, modelos, y marcas de

fábrica o comercio.

Si fuese necesario, será el Adjudicatario quien deba obtener las licencias

o autorizaciones que sean necesarias, así como afrontar los gastos debidos a

derechos e indemnizaciones que correspondiesen.

3.1.4. Pago a los trabajadores

3.1.4.1. Base de liquidación

El trabajo contratado se pagará generalmente aplicando precios unitarios

a las unidades de obra que resulten de este. No se procederá así en caso de

indicaciones contrarias por parte del contrato de adjudicación. Se podrá

liquidar en su totalidad o en parte, mediante partidas alzadas.

Las medidas serán los datos recogidos de forma cualitativa o cuantitativa

que caracterizan los trabajos efectuados, acopios realizados o los suministros


efectuados. Constituyen comprobaciones del estado de los hechos y serán

realizadas por el adjudicatario, quien se las presentará a la Propiedad.

En caso de medidas en los trabajos, prestaciones y suministros que no

son susceptibles de comprobación posterior, el Adjudicatario estará obligado

a solicitar la presencia de la Propiedad para la toma contradictoria de

medidas.

En caso de no realizarse esto, salvo pruebas contrarias que correrán por

cuenta del Adjudicatario, prevalecerán las decisiones de la Propiedad.

3.1.4.2. Precios

Todos los precios unitarios no incluirán el beneficio del Adjudicatario, ni

los gastos y cargas debidas a la ejecución de los trabajos que corresponden a

cada uno de ellos, comprendidos los que resultan de las obligaciones que le

son impuestas al Adjudicatario por el contrato y el presente Pliego de

Condiciones Administrativas.

Los precios incluirán únicamente los debidos a la adquisición de los

materiales.

3.1.4.3. Descomposición de los precios

La Propiedad recibirá del Adjudicatario, junto a la oferta del mismo, la

descomposición de los precios, detallando los que figuren explícitamente en

la oferta. Estas descomposiciones no forman un documento de tipo

contractual, pero obligan al Adjudicatario de cara a la aplicación de las

disposiciones relativas a la preparación de precios contradictorios.

3.1.4.4. Liquidación de trabajos no previstos

Si es necesario realizar trabajos no previstos inicialmente o modificar los

materiales indicados en el contrato, se procederá a la realización de nuevos

precios antes de la realización de estos trabajos. Para estos nuevos precios, se

tendrá en cuenta el contrato existente o se realizarán por semejanza a los de


trabajos similares. Estos precios se realizarán en las mismas condiciones

económicas que los precios del contrato.

En caso de que esto no se realizase de mutuo acuerdo, se liquidará al

Adjudicatario en base a los precios que fije la Propiedad hasta que se

solucione la discrepancia.

3.1.4.5. Aumento del volumen total de los trabajos

En caso de producirse un aumento de los trabajos realizados por el

Adjudicatario la liquidación de los mismos será realizada en las condiciones

que especifica el contrato, siempre que el aumento considerado no supere la

cuarta parte del valor inicial del contrato.

Si el aumento supera lo anteriormente considerado, el Adjudicatario y la

Propiedad examinarán de común acuerdo los aumentos o disminuciones que

convenga en los precios necesarios. La parte interesada en la revisión estará

obligada a facilitar cuantas justificaciones sean necesarias a la otra en un

plazo no superior a un mes, contando este a partir de que se comprobase la

existencia del aumento.

Si expira este plazo de un mes sin que se presentase ninguna justificación

por una u otra parte, la liquidación de los trabajos se realizaría en las

condiciones iniciales contenidas en el contrato.

3.1.4.6. Disminución del volumen total de los trabajos

En caso de producirse una disminución del volumen total de los trabajos

que exceda la cuarta parte del valor del contrato (en precios de origen), el

Adjudicatario podrá presentar una petición de indemnización a la Propiedad

basada en el perjuicio que le ocasionan las previsiones del proyecto.

Dicha petición debe dirigirse a la Propiedad en un plazo no superior a un

mes desde la comprobación de la disminución del volumen total de los


trabajos. En caso de no producirse la petición en el plazo anteriormente

citado, la petición no será aceptada por la Propiedad.

3.1.4.7. Revisión de precios en función de las variaciones de las

condiciones económicas

Las modificaciones que se hubieran acordado en los precios o en las

fórmulas de revisión y que cumplan las condiciones anteriores se podrán

aplicar a partir de las certificaciones que hayan provocado la petición.

En caso de que la duración de los trabajos superase el plazo de ejecución

contemplado en el contrato, se presentarán nuevos precios a la Propiedad.

Esto se realizará tomando un tiempo para calcular los nuevos precios igual a

los retrasos reconocidos y aceptados por la Propiedad en caso de que estos

retrasos no sean imputables al Adjudicatario.

Los precios también podrán ser revisados en caso de variación de las

condiciones económicas durante la ejecución del contrato en el caso de que el

contrato de adjudicación no especifique lo contrario.

El contrato de adjudicación definirá los índices que se emplearán en las

fórmulas de revisión utilizadas y las normas complementarias de aplicación

de las mismas.

Si los precios del valor del conjunto de trabajos sufren un aumento o una

disminución de más de un cincuenta por ciento con relación a sus precios en

origen, una de las dos partes podrá solicitar nuevos precios y nuevas

fórmulas de revisión en caso de que el importe a precios de origen de los

trabajos que quedan por realizar sea como mínimo igual al cinco por ciento

de la totalidad del importe del contrato.

Cualquier petición de aplicación de esta disposición se deberá realizar

por la parte interesada a través de carta certificada y se considerará a partir

del día en que esta sea recibida por la otra parte.


3.1.4.8. Establecimiento y liquidación de las certificaciones mensuales

provisionales

A menos que el contrato de adjudicación especifique lo contrario, los

pagos se realizarán a partir de certificaciones mensuales de obra ejecutadas.

El Adjudicatario será el encargado de redactar y remitir a la Propiedad

una certificación provisional de los trabajos realizados en el mes anterior al

final de cada mes, para que esta pueda servir de base una vez aprobada. Esta

certificación provisional estará de acuerdo con las mediciones realizadas y

aprobadas tanto por el Adjudicatario como por la Propiedad, deduciendo la

certificación provisional correspondiente al mes anterior.

La cláusula de revisión de precio estipulada en el contrato se tendrá en

cuenta, y se aplicarán los precios del contrato o los aprobados por la

Propiedad según la cláusula de revisión.

Si el precio aún no hubiera sido aprobado por la propiedad, se aplicará el

precio que anteriormente estuviese en vigor. Los precios que hayan sido

revisados se aplicarán a los trabajos ejecutados a partir de la entrada en vigor

de los nuevos precios.

El abono correspondiente a una certificación provisional se efectuará

siempre pendiente de la certificación definitiva, que se producirá durante los

dos meses que sigan al envío de la certificación provisional a la Propiedad.

Habrá una reducción del importe que se establece como garantía y se

considerarán los abonos y deducciones que se pudiesen deducir de las

cláusulas del contrato de adjudicación.

Si la Propiedad acepta las certificaciones, se obliga al Adjudicatario en lo

referido a la naturaleza y cantidad del trabajo ejecutado cuya medición se

haya podido comprobar, así como a los precios que se hayan aplicado a

reserva de las revisiones contractuales que hayan podido resultar de la

aplicación de índices oficiales publicados con retraso.


3.1.4.9. Establecimiento y liquidación de las certificaciones definitivas

La Propiedad tendrá el derecho de hacerse cargo de ciertas partes del

trabajo enteramente acabadas antes de su conclusión. En caso de producirse

esto, se procederá antes a una recepción provisional, por lo que se realizará

una certificación parcial definitiva.

El abono de la suma que se deba al Adjudicatario se efectuará al término

de los dos meses siguientes a aquel en que se haya producido el acuerdo

entre las partes acerca del importe de certificación, deduciéndose la retención

de garantía y aquellas otras que resulten de la aplicación del contrato de

adjudicación.

A esta suma se le deducirán los pagos parciales ya realizados y se

abonará sólo tras el establecimiento y la aceptación de la certificación

definitiva por ambas partes.

3.1.4.10. Disposiciones generales aplicables a todas las certificaciones

Tanto en las certificaciones definitivas como en las provisionales

mensuales deberán aparecer de forma separada la cuantía acumulada desde

el origen tanto de los trabajos liquidados por la administración como el

importe global de los trabajos.

Deberán también resaltar tanto los precios en origen como la incidencia

de revisión en los precios.

En todos los casos se efectuará según estime la Propiedad, ya sea por

cheque, transferencia bancaria, o el método de pago que estime conveniente.

3.1.4.11. Trabajos defectuosos pero aceptables

En caso de que el Adjudicatario realizase una unidad de trabajo que no

cumpliese las condiciones estipuladas en los pliegos aplicables al citado

trabajo a juicio de la Propiedad, el Adjudicatario deberá conformarse con la


rebaja económica que estime la Propiedad sin posibilidad de ningún tipo de

reclamación.

El Adjudicatario tendrá derecho a rehacer la unidad de trabajo

defectuosa a su costa respetando las condiciones existentes dentro del plazo

contractual establecido.

3.1.4.12. Intereses de demora

En caso de no producirse el pago en la forma que estima conveniente la

Propiedad dentro de un plazo que exceda en un mes lo especificado en

artículos anteriores, se abonaría al Adjudicatario la cuantía correspondiente

al interés de demora, en caso de que hubiera petición escrita por parte del

mismo.

Estos intereses se devengarán en el período comprendido entre la

recepción de la petición escrita anteriormente mencionada y la fecha de pago

definitiva. El tipo de interés que se aplicará será superior en un dos por

ciento a los aplicables en el curso del período por parte del Banco de España

con motivo de descuento comercial.

3.1.5 Ejecución de trabajos y cumplimiento de los plazos

3.1.5.1 Plazo de ejecución. Programa de trabajo


Se tomará que los plazos contemplados en el contrato comienzan al día

siguiente de la firma del acta o del hecho que sirve de punto de partida a

dicho acto.

Un plazo fijado en días terminará al final del último día de la duración

prevista, no se harán distinciones entre días laborables y festivos.

Para un plazo fijado en meses, el tiempo se contará de fecha en fecha. En

caso de no existir la fecha que corresponda en el mes que termina el plazo, se

tomará que este finaliza en el último día del citado mes.

El Adjudicatario está obligado a ejecutar los trabajos en los plazos fijados

en el Contrato de Adjudicación.

El Adjudicatario deberá presentar a la Propiedad un programa detallado

de la ejecución de los trabajos contemplados en el proyecto en un plazo

inferior al mes.

Una vez comenzado el contrato, se revisará al menos mensualmente la

progresión real de los trabajos contratados y los programas parciales a

realizar en el periodo siguiente por parte de los representantes tanto de la

Propiedad como del Adjudicatario.

Estas revisiones del programa no reducen la responsabilidad del

Adjudicatario respecto de los planes estipulados en el contrato.

3.1.5.2 Cese o aplazamiento de los trabajos


En caso de que la Propiedad pida el cese absoluto de los trabajos, se

considerará el contrato como totalmente rescindido. En caso de que lo

solicitado sea el aplazamiento por más de un año, tanto antes como después

del comienzo de los trabajos, el Adjudicatario tendrá derecho a la rescisión

del contrato, siempre que esto sea solicitado por escrito. Esto será sin

perjuicio de las indemnizaciones que le pudiesen corresponder en cualquier

caso si hubiese derecho a ello.

El plazo máximo para que el Adjudicatario presente la solicitud de

rescisión del contrato será de cuatro meses a partir de la fecha de notificación

del aplazamiento o cese de los trabajos del contrato.

Si el aplazamiento de los trabajos solicitados por la Propiedad es inferior

a un año, el Adjudicatario no tendrá derecho a la rescisión, pero sí a una

indemnización en caso de producirse prejuicios que puedan ser debidamente

comprobados. En el caso de que hubieran comenzado los trabajos, el

Adjudicatario puede requerir se proceda a la recepción definitiva una vez

cumplido el plazo de garantía.

3.1.5.3 Quiebra o suspensión de pagos del Adjudicatario

Esta posibilidad implica la rescisión automática del contrato, para esto

bastará que la Propiedad lo notifique en forma fehaciente en el plazo de dos

meses a partir de que se produzca la publicación legal de la declaración de

quiebra o de la suspensión de pagos por parte del Adjudicatario.

En todo momento las medidas de conservación o de seguridad cuya

urgencia sea evidente, serán tomadas por la Propiedad con cargo al

Adjudicatario.

3.1.5.4 Medidas coactivas


En caso de que el Adjudicatario no dé cumplimiento a las obligaciones,

disposiciones del contrato o a las órdenes de servicio que sean dadas por la

Propiedad, ésta le podrá obligar a cumplirlas en un plazo oportuno.

Pasado este plazo, si el Adjudicatario no ha ejecutado las disposiciones

solicitadas por la Propiedad, esta podrá ordenar a título provisional, el

establecimiento de un régimen de intervención general o parcial por cuenta

del Adjudicatario.

Se procederá a continuación, y en presencia del Adjudicatario, a la

comprobación de los trabajos ejecutados por este, de los materiales

almacenados, así como el inventario descriptivo del material.

La Propiedad tendrá el derecho a convocar un nuevo concurso, rescindir

el contrato existente o finalizar la intervención si así lo considerase oportuno.

En caso de comprobarse la capacidad del Adjudicatario para hacerse cargo

de los trabajos adecuadamente, esto pondrá fin a la intervención.

3.1.5.5 Penalidades y primas relacionadas con los trabajos de ejecución

El incumplimiento tanto del plazo global o de los parciales que

estuviesen contenidos en el contrato por parte del Adjudicatario podrán dar

lugar a la aplicación de una penalización que dependerá del retraso

comprobado existente y que se basará en un porcentaje del importe de los

trabajos que correspondan. Esta penalización tendrá en cuenta las

certificaciones parciales o definitivas de las obras que sea correspondiente

estimar.

El Adjudicatario carecerá de responsabilidad por incumplimiento de los

plazos contenidos en el contrato, solamente por causas de fuerza mayor o

caso fortuito. Se entienden estos casos como hechos o actos de carácter

extraordinario ajeno al Adjudicatario que no se hayan podido prever o no


hayan podido ser evitados. No se considerarán incluidos en estas

excepciones los retrasos originados por sus subcontratistas o proveedores.

Para que los plazos establecidos sufran una suspensión o prorroga

debido a los casos anteriormente mencionados, el Adjudicatario notificará

por escrito a la Propiedad en un plazo máximo de 15 días respecto al

momento en que se produjeran 10 hechos de fuerza mayor o caso fortuito.

La prórroga que se aplique a los plazos no será superior a la duración del

hecho que la ha justificado. La penalización como porcentaje vendrá dada

por:

PRónPenalizaci ⋅

=20%

En la fórmula anterior tanto P como R están expresados en las mismas

unidades temporales, siendo P el plazo, incluyendo en él los retrasos no

imputables al Adjudicatario. El porcentaje de penalización no podrá superar

el diez por ciento.

Las penalizaciones serán aplicadas bajo la simple confrontación de la

fecha del término del plazo contractual y de la fecha de recepción

provisional. Se descontarán a partir del primer pago que se efectúa tras la

determinación.

No se concederán primas al Adjudicatario por parte de la Propiedad por

el cumplimiento de los plazos de ejecución contenidos en el contrato o por un

adelanto sobre estos mismos plazos. Tales primas podrán ser instituidas en el

contrato o durante el curso de los trabajos si estuviese justificado por las

circunstancias que se dieran.

3.1.5.6 Recepción provisional


Cuando el Adjudicatario haya finalizado el contrato para el que ha sido

contratado, procederá a avisar a la Propiedad, que procederá a la recepción

provisional del proyecto, habiendo convocado previamente al Adjudicatario

por escrito.

En caso de ausencia del Adjudicatario en la convocatoria anteriormente

mencionada, se hará mención a este aspecto en el Acta de Recepción. Se

podrá proceder de la misma forma en la recepción provisional parcial de los

trabajos cuando estén terminados si lo solicita e1 Adjudicatario. La

Propiedad no procederá a esta recepción parcial más que cuando lo juzgue

conveniente.

3.1.5.7 Verificación

En este apartado se exponen una serie de criterios de control que se

deben cumplir. Estos criterios son:

Verificaciones geométricas: sirven para evitar que los errores

geométricos, superen los valores admisibles, garantizando en la instalación

un grado de precisión suficiente. Los valores definidos para cada elemento se

indican figurando el número de serie del mismo, demás datos identificativos

y firma del responsable del control del elemento.

Pruebas prácticas: buscan asegurar el funcionamiento y un

comportamiento adecuado por parte de las máquinas mediante su

funcionamiento durante un cierto tiempo con piezas de chatarra lo

suficientemente representativas, para obtener resultados concluyentes.

3.1.5.8 Recepción definitiva


Una vez concluido el plazo de garantía se realizará la recepción

definitiva del conjunto de trabajos recibidos provisionalmente de la misma

forma que la precisada en apartados anteriores.

3.1.6 Garantías

3.1.6.1 Garantías de buena ejecución

El Adjudicatario garantizará a la Propiedad la buena ejecución de las

obras según lo definido en el proyecto y el resto de documentos

contractuales, comprometiéndose a reponer los materiales defectuosos, así

como a reponer a su cargo todos los trabajos que por derecho de material,

mano de obra, proyecto o mala concepción de los trabajos, se valoren como

defectuosos durante el período de garantía, o que no superen los requisitos

en las pruebas a las que sean sometidos.

3.1.6.2 Plazo de garantía

Este será fijado en el contrato de adjudicación y no podrá superar la

duración de un año a partir de la fecha de recepción provisional. Durante

este plazo, el Adjudicatario es el responsable de la conservación del trabajo

sin prejuicio de las acciones de garantía que pudieran resultar .del contrato o

de la aplicación del derecho común en provecho de la Propiedad. Esto se

realizará a su costa.

Los deterioros que no tengan su origen en la mala calidad de los

materiales, en la mala ejecución de los trabajos, o en falta alguna por parte

del Adjudicatario, serán reparados por este a petición escrita y a cargo de la

Propiedad.

Una vez realizada la recepción definitiva el Adjudicatario quedará

sometido a las obligaciones del derecho común.

3.1.6.3 Retención de garantía


Para asegurar la garantía del Adjudicatario, se efectuará sobre cada pago

una retención como garantía que podrá alcanzar un valor máximo del cinco

por ciento importe de la certificación.

En caso de considerarse que la retención del cinco por ciento excede la

proporción necesaria para la garantía del contrato, el contrato de

adjudicación podrá señalar la aplicación de un porcentaje de retención

menor, o bien podrá señalar un máximo de garantía a partir del cual y en

caso de que no disminuya, no se efectuarán más retenciones en concepto de

garantía.

En caso de aceptarlo la Propiedad, la retención de garantía podrá ser

reemplazada por un aval proporcionado por un banco que sea aceptado por

la Propiedad. En este caso el Adjudicatario y la Propiedad determinarán de

común acuerdo las condiciones y modalidades que pudiesen derivarse de

esta sustitución.

Si durante el transcurso del plazo, el Adjudicatario no atendiese sus

obligaciones de reponer o rehacer los trabajos contenidos en el contrato

según lo descrito en los apartados referidos a la garantía de buena ejecución

y al plazo de garantía, produciéndose un claro perjuicio para la Propiedad,

ésta podrá arremeter definitivamente o ejecutar la garantía, sin que esto

elimine o reduzca la responsabilidad del Adjudicatario y de las acciones

legales que pudiesen producirse contra él.

3.1.7 Jurisdicción

3.1.7.1 Cláusula compromisario

La resolución de todas las divergencias, controversias o discrepancias a

que pudieran derivarse de la interpretación y la ejecución del contrato, serán

sometidas a juicio arbitral de derecho privado de común acuerdo entre la

Propiedad y el Adjudicatario del contrato.

Los árbitros resolverán sobre los puntos concretos que se sometan a su

decisión en la correspondiente escritura notarial de formalización del


compromiso, y dentro del plazo que en la misma se señale. La escritura de

formalización del compromiso se otorgará ante un notario.

Los honorarios de los árbitros serán sufragados a partes iguales entre el

Adjudicatario y la Propiedad.

Contra el laudo emitido por los árbitros, con arreglo a su leal saber y

entender, únicamente cabrá recurso de nulidad ante la Sala del Tribunal

Supremo.

3.2

Pliego de condiciones técnicas y particulares

3.2. Pliego de condiciones técnicas y particulares. Índice general

Página

3.2.1. Objeto 35

3.2.2. Partes implicadas 35

3.2.3. Especificaciones técnicas generales de recepción 36

3.2.3.1. Disposiciones generales 36

3.2.3.1.1. Introducción 36

3.2.3.1.2. Compras 37

3.2.3.1.2.1. Generalidades 37

3.2.3.1.2.2. Evaluación de subcontratistas 37

3.2.3.1.2.3. Datos necesarios en las compras 38

3.2.3.1.2.4. Identificación y especificaciones del producto 39

3.2.3.1.2.5. Verificación en origen de los productos comprados 39

3.2.3.1.3. Inspección y ensayos 39

3.2.3.1.3.1. Generalidades 39

3.2.3.1.3.2. Inspección y ensayos en la recepción 40

3.2.3.1.3.3. Registros de inspección y ensayo 40

3.2.3.1.3.4. Control de los equipos de inspección, medida y ensayo 41

3.2.3.1.3.4.1. Generalidades 41

3.2.3.1.3.4.2. Procedimientos de control 41

3.2.3.1.3.5 Estado de inspección y ensayos 43

3.2.3.1.4 Control de productos no conformes 43

3.2.3.1.4.1 Generalidades 43

3.2.3.1.4.2 Examen y tratamiento de los productos no conformes 44

3.2.3.2 Especificaciones de calidad 45

3.2.3.2.1 Fabricación del acero 46

3.2.3.2.1.1 Refinado del hierro 46

3.2.3.2.1.2 Producción del acero 48

3.2.3.2.1.2.1 Proceso de crisol abierto 48

3.2.3.2.1.2.2 Proceso básico de oxígeno 49

3.2.3.2.1.2.3 Horno de arco eléctrico 49

3.2.3.2.1.3 Procesos de acabado 50

3.2.3.2.1.4 Clasificación de los aceros 51

3.2.3.3 Tratamientos térmicos 52

3.2.3.3.1 Tratamiento térmico de calidad 52

3.2.3.3.2 Tratamiento térmico de reducción de tensiones 52

3.2.3.3.3 Registro de los tratamientos térmicos 52

3.2.3.4 Pinturas 53

3.2.3.4.1 Pinturas al agua 54

3.2.3.4.1.1 Pinturas al temple 54

3.2.3.4.1.2 Pinturas al cemento 54

3.2.3.4.1.3 Pinturas a la cal 55

3.2.3.4.1.4 Pinturas al silicato 55

3.2.3.4.1.5 Pintura plástica 56

3.2.3.4.2 Pinturas al óleo 56

3.2.3.4.2.1 Pinturas al aceite 56

3.2.3.4.2.2 Esmalte graso 56

3.2.3.4.2.3 Esmalte sintético 57

3.2.3.4.3 Pinturas de resinas 57

3.2.3.4.3.1 Pinturas al clorocaucho 57

3.2.3.4.3.2 Resina epoxi 58

3.2.3.4.3.3 Pintura de poliuretano 58

3.2.3.4.4 Pintura ignífuga e intumescente 59

3.2.3.4.5 Pintura nitrocelulósica 59

3.2.3.4.6 Pintura bituminosa 59

3.2.3.4.7 Siliconas 60

3.2.3.4.8 Pintura de aluminio 60

3.2.3.4.9 Martelé 60

3.2.3.4.10 Pinturas elegidas para la central de Valmayor 61

3.2.3.5 Eliminación de defectos 62

3.2.3.5.1. Consideraciones generales 62

3.2.3.5.2 Defectos detectados en la fundición 63

3.2.3.5.3 Defectos detectados en los talleres del constructor 64

3.2.3.5.4 Defectos detectados en las instalaciones del cliente 64

3.2.3.6 Garantía 65

3.2.4 Verificaciones a efectuar 66

3.2.4.1 Verificación de la composición química de la colada 66

3.2.4.2 Verificación de las características mecánicas 67

3.2.4.2.1 Características a controlar en los ensayos 67

3.2.4.2.2 Extracción de las probetas 67

3.2.4.2.3 Cantidad, posición y dimensiones de los apéndices 68

3.2.4.2.4 Instrumentación 68

3.2.4.3 Exámenes no destructivos 69

3.2.4.3.1 Control de aspecto de las piezas 69

3.2.4.3.2 Control de sanidad 71

3.2.4.3.3 Control de la estanqueidad bajo presión 72

3.2.4.4 Controles dimensionales 72

3.2.4.4.1 En la fase de entrega por el suministrador 72

3.2.4.4.2 En la fase de entrega por el constructor 72

3.2.4.5 Especificación técnica de control por líquidos penetrantes 73

3.2.4.5.1 Objeto y campo de aplicación 73

3.2.4.5.2 Preparación de las superficies 74

3.2.4.5.3 Condiciones realización del ensayo 74

3.2.4.5.3.1 Temperatura 74

3.2.4.5.3.2 Iluminación 75

3.2.4.5.3.3 Materiales de trabajo 75

3.2.4.5.4 Procedimiento 76

3.2.4.5.5 Interpretación de los resultados obtenidos 78

3.2.4.5.6 Criterios de aceptación 79

3.2.4.5.7 Informe del control 81

3.2.4.6 Especificación técnica de control mediante

partículas magnéticas 81


3.2.4.6.2 Preparación de las superficies 82

3.2.4.6.3 Creación del campo magnético 82

3.2.4.6.3.1 Procedimiento de magnetización 82

3.2.4.6.3.2 Intensidad de campo magnético 83

3.2.4.6.4 Producción de la imagen magnética. 84

3.2.4.6.5 Modo de operar 85

3.2.4.6.6 Interpretación de los resultados 86



3.2.4.7 Especificación técnica de control por ultrasonidos 89


3.2.4.7.2 Observaciones preliminares 90

3.2.4.7.3 Condiciones de operación 91

3.2.4.7.4 Modo de operación 93



3.2.4.8 Especificación técnica de control por radiografía 102


3.2.4.8.2 Preparación de la superficie 102

3.2.4.8.3 Fuentes de radiación 102

3.2.4.8.4 Películas radiográficas 102

3.2.4.8.5 Identificación de las radiografías 104

3.2.4.8.6 Distancia foco-película 104

3.2.4.8.7 Calidad de las radiografías 105

3.2.4.8.8 Interpretación de las películas 107


3.2.5 Tratamientos de protección contra la corrosión 108

3.2.5.1 Procedimiento 108

3.2.5.2 Normas, aparatos y pinturas a utilizar 109

3.2.5.2.1 Superficies en contacto con agua 110

3.2.5.2.2 Superficies en contacto con aceite 110

3.2.5.2.3 Superficies en contacto con el ambiente 111

3.2.5.2.4 Superficies mecanizadas 112

3.2.5.2.5 Superficies en contacto con hormigón E 112

3.2.6 Controles a realizar en cada pieza 112

3.2.6.1 Controles en la cámara en espiral 112

3.2.6.2 Controles en el rodete 114

3.2.6.3 Controles en el eje 115

Pliego de condiciones técnicas y particulares 35

3.2.1. Objeto

Este documento tiene como objetivo definir inequívocamente las

condiciones técnicas y particulares en la adquisición de cualquier pieza

fabricada en acero que forme parte de la maquinaria hidráulica y las

condiciones que ha de reunir para estar dentro de los requerimientos

exigibles en el presente proyecto.

Para conseguir esto, se deben definir los métodos de control, los

procedimientos, la interpretación de resultados, los criterios de aceptación y

los documentos, informes y registros necesarios para los controles de

recepción o los realizados durante la fabricación en los talleres del

suministrador o del constructor.

3.2.2. Partes implicadas

Se empleará la siguiente terminología para referirse a las diferentes

partes implicadas en el desarrollo del presente proyecto:

Suministrador es el que se ocupa de la fabricación y entrega de las

piezas conformadas por moldeo, mecanizado, o cualquier otro método de

fabricación.

Estas piezas son las subcontratadas por el constructor como elementos a

partir de los que desarrollará sus propios productos.

Constructor es el poseedor del contrato (o el representante del mismo).

Es el encargado del diseño, fabricación e instalación de la maquinaria y

equipamiento hidráulico.

Cliente es el comprador de la máquina hidráulica y el resto del

equipamiento para ser puesto en servicio en sus instalaciones (o el

representante del mismo).

En cuanto a los medios de control, su puesta en ejecución, o los

resultados obtenidos, la opinión dada por el constructor será preponderante.


3.2.3. Especificaciones técnicas generales de recepción

3.2.3.1. Disposiciones generales

3.2.3.1.1. Introducción

Las actividades relacionadas con la compra y recepción del producto

seguirán las condiciones que establece la norma ISO 9001 con la condición

de que exista alguna certificación realizada por un organismo acreditado por

ENAC (Entidad Nacional de Acreditación). En caso de no existir esta

certificación, el cumplimiento de las condiciones establecidas por la norma

en cuanto a las actividades señaladas no será obligatorio, aunque sí

recomendable. Por esta razón, se incluirán como parte integrante del Pliego

de Condiciones un extracto de los puntos más interesantes de la norma en lo

relativo a compras y recepción de productos, al ser la aplicación de estos

muy aconsejable.

Téngase en cuenta que el cumplimiento de los puntos establecidos en el

Pliego de Condiciones no garantiza la conformidad del producto adquirido

con los requisitos definidos en la norma ISO 9001, a menos que el producto

(ya sea una empresa, un proceso, un producto o un determinado servicio del

suministrador) esté certificado por una entidad de certificación acreditada.

3.2.3.1.2. Compras

3.2.3.1.2.1. Generalidades

Se establecerán y se conservarán procedimientos documentados para

asegurar que los materiales comprados satisfacen los requerimientos

especificados.


3.2.3.1.2.2. Evaluación de subcontratistas

Por un lado, se procederá a la evaluación y selección de los posibles

subcontratistas teniendo en cuenta su sistema de calidad y los requisitos

aplicables a cada uno de ellos.

Se deberán definir los tipos de subcontratistas y los controles a efectuar

sobre los mismos, asimismo, se establecerán y mantendrán registros de los

subcontratistas que resulten aceptables.

Para aquellas compras de tipo repetitivo, puede ser útil elaborar una

lista de proveedores y subcontratistas aprobados, el departamento de

compras se ceñirá a ella a la hora de realizar las compras anteriormente

mencionadas. Deberá estar claramente definida la responsabilidad interna

para la aprobación de esta lista, así como los criterios a seguir para la

incorporación de un proveedor a la lista y para su mantenimiento o

exclusión de la misma, esto es, la evaluación y el seguimiento del mismo.

El suministrador deberá demostrar de forma fehaciente su aptitud para

el desempeño de todas las actividades concretadas en las especificaciones de

calidad que adjunte a la oferta que realice al constructor. Debe tener la

capacidad técnica y de aseguramiento de la calidad de los suministros

adecuadas.

La capacidad técnica deberá mostrarse con aprobación de prototipos o

primeras piezas, mientras que la capacidad de aseguramiento de la calidad

vendrá dada por auditorias de calidad, certificaciones externas ostentadas

por éste, experiencia histórica u otras formas que se consideren adecuadas.

En las especificaciones de calidad podrán incluirse el diseño de los

productos, su fabricación, instalación, el servicio posventa que se preste, así


como la inspección y el ensayo de los mismos antes de que ser

suministrados.

En general, el suministrador deberá poseer las instalaciones técnicas

necesarias y otras capacidades que serán detalladas en las especificaciones

de calidad. Entre estas figuran habitualmente por ser comunes en la

fundición de piezas de acero para máquinas hidráulicas, las siguientes:

Conocimiento adecuado de la metalurgia de su acero.

Conocimiento adecuado de los procesos de conformado que se

realizarán en sus instalaciones, entre ellas figuran el moldeo, forjado,

mecanizado, y las que se consideren necesarias para la fabricación de piezas

pertenecientes a maquinaria hidráulica.

Conocimiento adecuado de los tratamientos térmicos que pudieran ser

necesarios y de los electrodos que pudieran necesitarse.

Soldadores de cualificación suficiente para el trabajo a realizar

Medios y personal adecuados para la realización de ensayos no

destructivos a las piezas que se vayan a suministrar.

3.2.3.1.2.3. Datos necesarios en las compras

Para conseguir garantizar en todo momento la correcta identificación de

los productos comprados será necesario contar por lo menos con:

Identificación, incluyendo tipo, clase, grado y aquello que se considere

necesario.

Especificación, plano, etc… indicando la revisión a la que pertenezca.

Sistema de calidad empleado, como ISO 9001, ISO 9002, ISO 9003, etc...

en el caso de que esto sea necesario.

3.2.3.1.2.4. Identificación y especificaciones del producto

Si procede, se establecerá y mantendrá un procedimiento que permita

identificar el producto a partir de las especificaciones que deba cumplir,

durante la totalidad de las etapas de la fabricación de este y su entrega. Las


características mínimas de los productos serán establecidas por la empresa

en función de sus criterios y las exigencias indicadas en las especificaciones

de calidad.

3.2.3.1.2.5. Verificación en origen de los productos comprados

La verificación en origen de los productos comprados podrá ser

realizada de dos maneras diferentes:

Puede ser llevada a cabo por el proveedor, esto es, el suministrador

cuando provee al constructor y este último cuando provee al cliente.

Puede ser llevada a cabo por el cliente, o sea, aquel que realiza la

compra. En los casos antes mencionados, implicará que la inspección será

llevada cabo por el constructor o el cliente.

3.2.3.1.3. Inspección y ensayos

3.2.3.1.3.1. Generalidades

Se establecerán y mantendrán procedimientos documentados para las

inspecciones y ensayos que se requieran para comprobar que los productos

cumplen las especificaciones de calidad referidas a ellos.

3.2.3.1.3.2. Inspección y ensayos en la recepción


En la recepción de suministros habrán de seguirse una serie de

indicaciones genéricas, entre las que figuran el no emplear productos que no

se hayan sometido a las inspecciones y ensayos previstos en las

especificaciones de calidad para los mismos.

Para determinar la cantidad y tipo de inspección y ensayo debe tenerse

en cuenta el control ejercido en origen y la evidencia que exista de ello.

Si por necesidades de fabricación es imprescindible el empleo de

materiales sin inspeccionar, debe identificarse por si es necesario repescarlo.

Los ensayos de recepción en la Fundición están definidos por la

"Especificación de Calidad". Entre lo que se puede incluir figura la

verificación de la composición química, de las características mecánicas, así

como los ensayos no destructivos que fuesen necesarios. Estos ensayos serán

efectuados por el suministrador en presencia del constructor o cliente (o

ambos) si así ha sido requerido previamente en el pedido realizado. En el

caso de que el suministrador deba cumplir el requisito anterior, deberá

avisar por escrito al constructor con un plazo mínimo de una semana antes

de la fecha en que los ensayos vayan a ser realizados. El constructor deberá

confirmar al suministrador la fecha de su llegada y la de su cliente (o la de

ambos si así fuera) a los talleres del suministrador.

3.2.3.1.3.3. Registros de inspección y ensayo

Se deben definir y conservar los registros que prueben que los productos

han sido inspeccionados y ensayados. En estos deberá figurar

obligatoriamente el hecho de que los productos hayan superado o no los

criterios de aceptación que se hubiesen establecido.

3.2.3.1.3.4. Control de los equipos de inspección, medida y ensayo

3.2.3.1.3.4.1. Generalidades


Se deberán establecer y mantener procedimientos documentados para

controlar, calibrar y mantener los equipos de inspección, medición y ensayo

que se empleen para demostrar la conformidad del producto según las

especificaciones que deba cumplir el mismo. La incertidumbre de estos

equipos debe ser conocida y adecuada con las necesidades de medida que

deba realizar.

3.2.3.1.3.4.2. Procedimientos de control

Para controlar las especificaciones de los productos se procederá en

primer lugar a determinar las medidas a tomar y la incertidumbre requerida

en las mismas. Se identificarán y calibrarán los equipos periódicamente o al

menos antes de su uso, utilizando patrones que sigan los estándares

internacionales.

Los diversos equipos de inspección, medida y ensayo deberán ser

calibrados según un procedimiento escrito, además, llevarán un indicador

del estado de calibración de los mismos y se mantendrán los registros de

calibración.

Si se detecta que un instrumento no está bien calibrado, se investigarán

las medidas realizadas anteriormente por el mismo. Se asegurará que las

condiciones ambientales son adecuadas para la calibración o la realización

de medidas por el mismo. La manipulación, preservación y almacenaje de

los equipos será la adecuada para los mismos y se protegerán los mandos de

ajuste de estos.

Si no se está totalmente seguro de que las indicaciones de los aparatos

de medida son correctas se podrían provocar problemas importantes, por lo

que no se deberán tomar decisiones basadas en estas medidas realizadas sin

seguridad. Por esto se establecerá un sistema de confirmación meteorológica

que confirme el estado de calibración de los instrumentos utilizados y que

permitirán que las medidas tengan una calidad adecuada.

El fabricante del equipo recomienda un intervalo en los manuales y los

laboratorios de calibración pueden recomendar en base a' su experiencia. Sin


embargo, la responsabilidad para fijar el intervalo entre calibraciones recae

sobre la empresa, quien la fija en base a las recomendaciones anteriores, el

uso previsto y el histórico de calibraciones anteriores.

No es preciso tener calibrados aquellos equipos pasa los que no se

prevea su utilización en un futuro ya que el período de validez de la

calibración los superaría de forma improductiva. Pero estos equipos deberán

estar identificados para impedir su uso por error.

Cuando se cuente con un conjunto de dos o más equipos iguales o

similares, puede ser útil la adquisición de patrones de transferencia y

realizar las calibraciones internamente.

Naturalmente, este patrón será preciso enviarlo periódicamente a un

laboratorio externo a calibrar. No es preciso que los laboratorios de

calibración externos tengan un reconocimiento oficial (en España RELE

calibración, antes Sistema de Calibración Industrial). En caso de que el

laboratorio externo no poseyera un reconocimiento oficial, será necesario

comprobar que sus patrones son compatibles con los estándares

internacionales y que sus procedimientos de calibración son adecuados. El

método de cálculo de la incertidumbre de la medida responde a la buena

práctica, el laboratorio cuenta con medios y condiciones adecuadas, y su

personal cuenta con la formación necesaria.

3.2.3.1.3.5 Estado de inspección y ensayos


Es preciso señalar de manera precisa el estado de inspección y ensayos

en el que se encuentren los distintos productos, podrán ser aceptados,

rechazados y pendientes.

Esto se debe a que si esto no fuera posible no tendrá sentido la

realización de muchas de las medidas que se han expuesto. La señalización

del estado de inspección de los productos se puede efectuar mediante

distintos procedimientos, como:

Marcas.

Estampillas autorizadas.

Etiquetas.

Hojas de ruta.

Registros de inspección de las zonas señalizadas.

También se podrá utilizar cualquier medio que se juzgue adecuado para

indicar la conformidad (o no) de los productos respecto a las

especificaciones que se esperan de ellos.

3.2.3.1.4 Control de productos no conformes

3.2.3.1.4.1 Generalidades

Estos productos que no satisfacen los requerimientos indicados en la

"Especificación de Calidad" no deben ser utilizados por error, para

conseguir esto se establecerán y mantendrán procedimientos documentados

adecuados. Para ello, se incluirán su identificación, documentación,

evaluación, separación y las áreas afectadas de estos productos.


3.2.3.1.4.2 Examen y tratamiento de los productos no conformes

Se deberá fijar previamente la responsabilidad de la revisión de estos

productos y la autoridad para elegir el tratamiento que se les dará, que

podrá ser:

Reprocesarlos hasta alcanzar los requerimientos especificados para los

mismos.

Repararlos.

Aceptarlos en su estado no conforme.

Destinarlos para otros usos en los que sean adecuados.

Eliminarlos.

Una vez que se ha detectado un material no conforme es preciso

proceder a su identificación, separación y tomar una decisión sobre lo que se

vaya a hacer con el mismo.

En esto último, será necesario que esté claramente especificado quién es

el encargado en la organización de tomar esta decisión. Cuando la no

conformidad afecte además de a los requisitos internos, a los requisitos

contractuales, se deberá informar al cliente y solicitar su aprobación formal

respecto a la decisión que se tome. La concesión es una autorización escrita

para utilizar o entregar el producto no conforme con los requisitos

especificados para el mismo, pudiéndose emplear para otros usos en los que

sea adecuado.

El suministrador es responsable respecto al constructor y este para con

el cliente de comunicar a tiempo todas las no conformidades respecto al

Pliego de Condiciones y al pedido.

3.2.3.2 Especificaciones de calidad

La "Especificación de Calidad" es un documento donde se establecen

todos los requerimientos que han de cumplir los productos, procesos,

condiciones de ensayos, y aquello que se considere también necesario. La


"Especificación de calidad" no establece cuáles han de ser las inspecciones o

ensayos a realizar en los productos.

Los criterios de aceptación podrán servir de orientación para la elección

de las exigencias industrialmente razonables. La selección de las

inspecciones o ensayos es competencia y responsabilidad de la empresa y de

acuerdo con lo establecido por los reglamentos aplicables, los cuales pueden

exigir unas inspecciones o ensayos encaminados a la "demostración de la

calidad".

La "Especificación de calidad" sí establece las condiciones que tienen que

cumplir esas inspecciones o ensayos para que sean fiables y otros

requerimientos generales o relacionados con las operaciones de fabricación y

control de los productos. Entre ellas figuran:

El o los organismos encargados de la recepción.

Las prescripciones encaminadas a la verificación de propiedades

químicas y mecánicas de los productos.

La preparación de las superficies a inspeccionar y cuales serán estas.

Cómo se extrapolan los resultados de un control parcial a toda la zona

prescrita.

Dónde se realizarán las inspecciones, así como el personal y la

instrumentación necesarios para tal fin.

Los criterios de aceptación a emplear, así como posibles desviaciones. Se

define a estas como autorizaciones escritas para desviarse de los requisitos

especificados.

Formas de actuación en caso de litigio.

Derogaciones, esto es, autorizaciones escritas para utilizar o entregar

productos no conformes con los requisitos que se hayan especificado para

los mismos.

Condiciones particulares de garantía.


Las especificaciones de calidad se deberán adjuntar con la oferta del

constructor al cliente, con las peticiones de oferta del constructor al

suministrador y con el pedido del constructor al suministrador. Estas

especificaciones de calidad prevalecerán sobre el resto de documentos.

3.2.3.2.1 Fabricación del acero

El acero es el material que se va a emplear mayoritariamente en la

construcción de la central minihidráulica de este proyecto.

3.2.3.2.1.1 Refinado del hierro

La producción moderna del acero emplea altos hornos, que son modelos

perfeccionados de los usados antiguamente. Se introducen en ellos los

materiales básicos del acero, que son mineral de hierro, coque y caliza.

El coque arde para dar calor en el horno, y al hacerlo produce monóxido

de carbono, que se combinará con los óxidos de hierro del mineral y

reducirá hierro metálico.

La caliza se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y

como sustancia fundente. Se combina con el sílice presente en el mineral de

hierro para formar silicato de calcio. Esta combinación es la que impide que

se forme silicato de hierro, con lo que se perdería el hierro metálico que se

quiere conseguir.

Posteriormente, el silicato de calcio y otras impurezas forman una

escoria que flota sobre el metal fundido, de manera que se puede retirar

fácilmente.

El arrabio que se produce en los hornos es en un porcentaje mayor del

90% hierro fundido, un 3-4% de carbono, un 0,5-3% de silicio, un 0,5-2,5% de

manganeso, un 0,04-2% de fósforo y partículas de azufre.

Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero

forrada con material no metálico, normalmente cerámico, que resiste el


calor. El material cerámico puede ser asbesto o ladrillos refractarios. El

diámetro de la cápsula tiene su máximo a aproximadamente una cuarta

parte de su altura total, disminuyendo hacia arriba y hacia abajo.

Tiene varias aberturas tubulares llamadas toberas, por la que se fuerza el

paso del aire. En su parte inferior hay un orificio que permite retirar el

contenido del alto horno, y sobre éste, bajo las toberas, otro orificio por el

que se retira la escoria.

Deberá haber unos respiraderos en la parte superior para retirar los

gases de escape.

Los altos hornos funcionan de forma continua. Se cargan de materia

prima periódicamente y también la escoria es retirada en intervalos

regulares. El hierro es sangrado cinco veces al día y llevado a la fábrica

siderúrgica.

La presurización de los hornos a 1,7 atmósferas o más permiten una

mejor combustión del coque y mejoran la producción. Dicha producción

también se ve mejorada si se enriquece el aire con oxígeno.

Aunque casi todo el acero del mundo es fabricado en altos hornos,

existen otros métodos de refinado que no han tenido demasiado éxito, como

el denominado método directo para producir el hierro a partir del mineral,

sin producir arrabio. Se emplea un horno de calcinación rotatorio a una

temperatura de 950ºC, en el que el coque desprende monóxido de carbono

que reduce los óxidos metálicos de una pureza mucho mayor que la

obtenida en los altos hornos.

3.2.3.2.1.2 Producción del acero

3.2.3.2.1.2.1 Proceso de crisol abierto

Una de las dificultades principales en la producción del acero es su

elevado punto de fusión, que ronda los 1.400 ºC, que impide el empleo de

combustibles y hornos convencionales. Para ello de desarrollaron los hornos


de crisol abierto, que consiguen altas temperaturas gracias al precalentado

regenerativo del aire y del combustible gaseoso empleados para la

combustión.

El precalentado regenerativo consiste en hacer pasar los gases de escape

del horno por una serie de cámaras de ladrillos a las que ceden gran parte de

su calor. Después se invierte el sentido del flujo y el combustible y los gases

pasan a través de estas cámaras. Gracias a este método se consiguen

alcanzar temperaturas de 1.600 ºC.

Los hornos se cargan con una mezcla de arrabio, chatarra y mineral de

hierro, junto con caliza y fluorita para hacer que la escoria sea más fluida.

Químicamente, el proceso consiste en la reducción del contenido de

carbono de la carga y la eliminación de impurezas como fósforo, manganeso

y azufre, que se combinan y forman las escorias. Se mantiene el horno a

1.500 ó 1.600 ºC durante el tiempo necesario hasta que el contenido en

carbono es el correcto, momento en el que se sangra el horno a través de un

orificio.

El acero fundido fluye por un canal corto hasta una gran cuchara situada

a ras del suelo. Desde la cuchara se vierte en moldes de hierro colado para

formar lingotes, que constituyen la materia prima para todas las formas de

fabricación con acero, y cuyo peso es de tres toneladas.

3.2.3.2.1.2.2 Proceso básico de oxígeno

El proceso Bessemer es el método más antiguo para fabricar grandes

cantidades de acero.

Se empleaba un horno de gran altura que podía bascular para realizar la

carga del metal y su vertido posterior. Se hacían pasar grandes cantidades

de aire a través del metal fundido, de forma que el oxígeno se combinaba

con las impurezas y las eliminaba.


El proceso básico de oxígeno constituye la mejora del proceso anterior,

dado que emplea oxígeno casi puro a alta presión, introducido mediante

una lanza que desciende en el horno sobre el metal fundido, colocándose a

una profundidad de unos 2 m e inyectando oxígeno a velocidades

supersónicas.

Las impurezas del arrabio se queman con rapidez y se transforma en

acero.

3.2.3.2.1.2.3 Horno de arco eléctrico

Se emplean este tipo de hornos cuando se requiere acero de mayor

pureza, como aceros inoxidables y aleados.

El refinado se produce en una cámara hermética, donde todas las

condiciones son controladas de forma rigurosa mediante dispositivos

automáticos.

Una vez cargado el horno se hacen descender unos electrodos hasta la

superficie del metal, formándose un arco eléctrico desde el electrodo hasta el

metal. La resistencia del metal produce calor, que es el responsable de hacer

que se lleve a cabo la fusión con rapidez.

En las primeras fases de este refinado se inyecta oxígeno de alta pureza

a través de una lanza, lo que aumenta la temperatura del horno y disminuye

el tiempo necesario para producir el acero. La cantidad de oxígeno también

es controlada.

El acero para la central de Valmayor será fabricado preferentemente en

hornos de tipo eléctrico, si bien cualquier otro procedimiento del que se

obtenga un acero con propiedades equivalentes podrá ser utilizado con el

consentimiento del constructor.


3.2.3.2.1.3 Procesos de acabado

Para conseguir la gran variedad de formas en las que se vende el acero,

las industrias siderúrgicas emplean una serie de métodos que permiten

transformar los lingotes, además de darles unas mejores estructuras

cristalinas y en general una mejor resistencia.

El método más utilizado es el laminado en caliente, que consiste en

hacer pasar el acero a través de una serie de rodillos cada vez más próximos

entre si, hasta que se consigue el espesor deseado.

El primer par de rodillos es el conocido como el tren de desbaste o de

eliminación de impurezas. Después se hace pasar por los trenes de laminado

en bruto y de acabado, que le dan la sección transversal correcta. Se pueden

conseguir gran cantidad de perfiles, desde raíles de ferrocarril hasta perfiles

de vigas.

Los rodillos de bordes se encargan de mantener la anchura de la lámina.

Son unos rodillos verticales situados en los laterales del tren de laminación.

Los aparatos de decapado eliminan mecánicamente la costra que se

forma en la superficie de la lámina.

Para fabricar tubos, la opción más económica es doblar una tira de chapa

y soldar sus bordes.

3.2.3.2.1.4 Clasificación de los aceros

• Aceros al carbono:

Diversas cantidades de carbono, menos del 1,65% de manganeso, el 0,6%

de silicio y el 0,6% de cobre.

Se construyen con acero al carbono máquinas, carrocerías de automóvil,

estructuras de construcción, buques, etc.

• Aceros aleados:


Contienen una cierta cantidad de molibdeno, vanadio y otros elementos,

además de mayores cantidades de manganeso, silicio y cobre que en los

aceros al carbono.

Se emplean para fabricar engranajes, ejes de motores, patines o cuchillos

de corte.

• Aceros de baja aleación ultra resistentes:

De porcentajes de aleantes menores, se emplean para usos que requieren

mayores resistencias que las que proporcionarían los aceros al carbono.

• Aceros inoxidables:

Contienen cromo, níquel y otros elementos que les hace resistentes a la

corrosión. Tienen elevadas durezas y resistencias, en función de sus

aleantes.

Se emplean con fines decorativos dada su superficie brillante. También

en conductos de refinerías o plantas químicas, fuselajes de aviones,

industria alimenticia, etc.

• Aceros para herramientas:

Empleados para condiciones en las que se requieren una resistencia muy

elevada, como herramientas, cabezales de corte, etc. Contienen

molibdeno y volframio, junto con otros elementos de aleación.

3.2.3.3 Tratamientos térmicos

3.2.3.3.1 Tratamiento térmico de calidad

La elección del tratamiento térmico de calidad corresponde al

suministrador.


3.2.3.3.2 Tratamiento térmico de reducción de tensiones

Después de la soldadura debe efectuarse un tratamiento térmico de

reducción de tensiones en el horno. El modo en el que se realice este

tratamiento podrá ser objeto de un acuerdo entre el suministrador y el

constructor.

3.2.3.3.3 Registro de los tratamientos térmicos

Los ciclos de tratamiento térmico aplicados al acero han de estar

registrados y los gráficos correspondientes a ellos, disponibles en los talleres

del suministrador.

3.2.3.4 Pinturas

Las pinturas se definen como mezclas más o menos viscosas aplicadas

por inmersión, proyección o extensión en capas sobre una superficie. Al

secarse da una película elástica y adherente que protege y colorea la

superficie sobre la que se aplica.

Una buena pintura debe presentar una buena resistencia a los agentes

agresivos a los que esté expuesta, una buena adherencia y no debe

reaccionar con su soporte. También debe ser estable frente al calor.

Las pinturas están formadas por cinco componentes principales:

- Aglutinante:

Elemento que le da a la pintura resistencia y durabilidad. Puede ser

sólido o líquido. Forma la película que se adhiere a la base y la

protege.

Su origen puede ser mineral (yeso o cemento) u orgánico (ceras y

parafinas).


- Disolvente:

Parte volátil del compuesto que posibilita la dispersión o disolución

del aglutinante. Entre los disolventes empleados se encuentra el

agua, aguarrás, alcohol, acetona y benceno.

- Secantes:

Añadidos a la pintura favorecen la oxidación. Litargirio y óxidos de

manganeso, cobalto y cobre.

- Pigmentos:

Encargados de otorgar tonalidades a la pintura, de origen natural o

artificial.

- Estabilizadores:

Aumentan el volumen o la viscosidad y son neutros frente a los

demás componentes. Carbonato cálcico, caolín, mica y polvos de

talco.

A continuación se muestra una relación de los diferentes tipos de

pintura existentes en el mercado.

3.2.3.4.1 Pinturas al agua

3.2.3.4.1.1 Pinturas al temple

Emplean como aglutinante colas celulósicas o amiláceas y como

pigmentos el yeso y el carbonato cálcico.

Pintura barata, porosa y de aspecto mate. Resiste muy poco al agua y a

los lavados y al repintarse es necesario eliminar las capas anteriores.


Se aplica en interiores sobre yeso o cemento, aplicando brocha, rodillo

de lana o proyectando con pistola.

3.2.3.4.1.2 Pinturas al cemento

El aglutinante es cemento blanco y los pigmentos resisten la alcalinidad.

Se vende como polvo coloreado que hay que mezclar con agua.

Es una pintura absorbente y resistente a la intemperie, por lo que se

emplea en exteriores sobre cemento o ladrillo, materiales que deben ser

ásperos para permitir la adherencia.

Se aplica con brocha, rodillo o pulverizada.

3.2.3.4.1.3 Pinturas a la cal

Se emplea cal apagada como ligante y pigmento blanco, presentando un

acabado mate.

Se endurece con el tiempo, por lo que la humedad favorece la

carbonatación, y presenta una buena adherencia sobre superficies ásperas,

mientras que no se debe aplicar sobre metales o madera. En caso de tener

que repintar las capas deberán ser muy gruesas, lo que puede llevar a

problemas de cuarteamiento.

El material es barato pero se necesita mano de obra especializada. La

aplicación se realiza mediante brocha, rodillo o pulverización.

3.2.3.4.1.4 Pinturas al silicato

Emplean como ligante una disolución acuosa de silicato de potasa o sosa

y como pigmentos, el blanco de zinc y otros elementos minerales que

resisten la alcalinidad.

Se trata de una pintura muy resistente a la intemperie y a la alcalinidad

del cemento, con propiedades absorbentes y de acabado mate.


Es una pintura barata y de aplicación que requiere mano de obra

especializada, al igual que la pintura a la cal. El pigmento y el aglutinante

deben transportarse por separado.

Resulta muy adherente en el vidrio y el metal galvanizado, por lo que al

aplicarla estas superficies deben estar bien tapadas. Además deberán

protegerse los ojos y la piel dada su elevada alcalinidad.

Se emplea en exteriores sobre cemento, hormigón, cal, piedra, ladrillo y

vidrio mediante brocha, rodillo o pulverización. No debe aplicarse sobre

yeso.

3.2.3.4.1.5 Pintura plástica

El aglutinante es una resina plástica y el pigmento puede ser cualquiera

que resista la alcalinidad. Presenta una buena adherencia y resiste los

lavados. El secado es rápido.

Se emplea en exteriores e interiores sobre yeso o cemento. Previa

imprimación, también se puede aplicar sobre madera y metales.

Se aplica mediante brocha, rodillo de lana o pistola sobre acabados lisos.

En acabados rugosos, rodillos de esponja y máquina de gotas para gotelé.

3.2.3.4.2 Pinturas al óleo

3.2.3.4.2.1 Pinturas al aceite

El aglutinante es un aceite vegetal secante, habitualmente de linaza. El

disolvente es aguarrás. Los pigmentos pueden ser de cualquier tipo

exceptuando a los que sean resinas duras.

Se emplea en soportes porosos como la madera y proporciona acabados

de cualquier clase. Presentan una buena adherencia y resistencia al lavado.

Estas pinturas resultan de muy baja calidad y actualmente están

prácticamente en desuso.


3.2.3.4.2.2 Esmalte graso

Aceites grasos mezclados con resinas duras naturales o sintéticas. Como

disolventes se puede emplear aguarrás.

El brillo que presentan se deteriora en el exterior. Su extensibilidad es

buena y el secado es lento, especialmente a bajas temperaturas. Tampoco

resiste la alcalinidad.

Se obtienen buenos barnices transparentes empleados como vehículo

para esmaltes de acabados interiores.

Se aplica con brocha o rodillo de esmaltar.

3.2.3.4.2.3 Esmalte sintético

Combinación química de aceites secantes y resinas duras acrílicas. El

disolvente, nuevamente aguarrás.

Presenta un buen brillo, seca con rapidez y resiste la acción de agentes

químicos suaves.

Se emplean en atmósferas industriales, como protección de madera y

metal en interiores y exteriores, como elemento decorativo y tratamientos

contra la corrosión, para lo que es preciso preparar el metal previamente.

Aplicado con brocha, rodillo, pistola e inmersión.

3.2.3.4.3 Pinturas de resinas

3.2.3.4.3.1 Pinturas al clorocaucho

Formulada a base de un derivado clorado del caucho. Sus disolventes

son aromáticos y no deben mezclarse con aguarrás, al no ser lo

suficientemente fuertes.

Resisten el agua, los agentes químicos y los atmosféricos, son

impermeables y secan rápidamente. Tienen un brillo satinado y una buena


adherencia incluso en superficies alcalinas. Se reblandecen con grasas y

aceites y no deben ser empleados en lugares donde la temperatura supere

los 70 ºC.

Empleadas sobre superficies de cemento y acero para marcas viales,

piscinas y suelos de cemento.

Su aplicación se realiza mediante brocha, rodillo o pistola.

3.2.3.4.3.2 Resina epoxi

Este tipo de pintura se presenta en dos envases, uno con la resina epoxi

y el otro con un catalizador o endurecedor. Los pigmentos pueden ir en

cualquiera de los dos envases y los disolventes deben tener una gran fuerza.

La resina epoxi tiene una gran resistencia frente a agentes químicos,

gran adherencia y dureza, y admite la mezcla con alquitranes para conseguir

una mayor impermeabilidad. Además tiene la propiedad de

descontaminación radioactiva.

Se emplea en suelos comerciales e industriales y en zonas de riesgo

radioactivo, como hospitales o laboratorios. El método de aplicación es

mediante brocha, rodillo o pistola aerográfica.

3.2.3.4.3.3 Pintura de poliuretano

En el primer tipo de pinturas de poliuretano, ésta posee un solo

componente y se cataliza con la humedad. En el segundo tipo hay dos

componentes: una resina de poliéster y un endurecedor o catalizador, que a

su vez puede ser aromático o alifático. Los disolventes empleados deberán

ser los recomendados por el fabricante.

Presentan una gran dureza, buen brillo, resistencia a los agentes

químicos y atmosféricos y si se emplean catalizadores alifáticos, que no

amarillean, resultan decorativas.


El curado se produce a cualquier temperatura superior a 0 ºC. Una vez

mezclados los componentes endurece con rapidez.

Se emplea en barnices para parquet o muebles. Para su empleo sobre

metales, éstos necesitarán una imprimación previa.

Su aplicación se realiza mediante brocha, rodillo, pistola, y en talleres,

con máquina de cortina.

3.2.3.4.4 Pintura ignífuga e intumescente

Esta pintura resulta apropiada como protección frente a incendios, dado

que no arde con la aplicación de una llama. El término “intumescencia”

significa que se produce un esponjamiento celular provocado por el calor,

que forma una capa que detiene el frente de llama.

3.2.3.4.5 Pintura nitrocelulósica

Pintura formada por nitrocelulosa que confiere propiedades de

elasticidad. Como disolvente se emplea la acetona.

Resisten roces y no se deterioran en el exterior. El secado por

evaporación es rápido y el brillo se puede recuperar realizando un pulido.

Se utiliza para barnizar madera y como revestimiento de superficies

metálicas. Su aplicación se realiza mediante pistola aerográfica.

3.2.3.4.6 Pintura bituminosa

Disolución de alquitranes y brea. Pueden añadirse emulsiones acuosas e

incluso resinas epoxi. Su color es negro.

Su uso más habitual es en hormigones y metales. Son impermeables y

resisten la acción de agentes químicos. En exteriores sufren por la acción del

sol, por lo que sólo se recomienda su uso en interiores.


Se emplean para proteger de la humedad aceros y hormigones,

protección de metales enterrados y juntas de todo tipo. Cualquier método es

adecuado para su aplicación.

3.2.3.4.7 Siliconas

Son pinturas sintéticas que se forman con un elemento químico silíceo y

átomos de oxígeno, hidrógeno y radicales orgánicos. Se emplean para dar

efecto de martelé con propiedades hidrofugantes sobre materiales porosos.

Por ello se suelen llamar barnices hidrófugos.

Hacen que el agua resbale y no penetre en los poros, de forma que el

color se mantiene intacto frente a la humedad.

3.2.3.4.8 Pintura de aluminio

Está compuesta por una pasta de aluminio molido llamado purpurina y

un barniz graso, dando un aspecto metálico, que dificulta la entrada de la

humedad y los rayos ultravioleta. También refleja los rayos infrarrojos, por

lo que es adecuada para recubrir barriles y evitar que se calienten.

3.2.3.4.9 Martelé

A diferencia de la pintura anterior, ésta también se basa en el aluminio

pero no produce escamas. Por la acción de la silicona tiene un efecto

característico llamado martelé, denominado así por el dibujo que deja

similar a una chapa de cobre martilleada.

El disolvente tiene que ser de evaporación rápida para evitar que las

gotas resbalen por la superficie.

Se emplea con fines decorativos o de protección de armarios metálicos

de agua, luz e instalaciones.

Su aplicación se realiza mediante pistola aerográfica y en ocasiones con

brocha.


3.2.3.4.10 Pinturas elegidas para la central de Valmayor

• Superficies en contacto con agua

− 1ª y 2ª capa: SIGMA UNIVERSAL PRIMER (7417). Imprimación

epoxi de dos componentes, curada con poliamidas.

− 3ª y 4ª capa: SIGMACOVER TCP GLASSFLAKE (7447).

Revestimiento epoxi de dos componentes, curado con poliaminas,

capa gruesa, reforzado con fibra de vidrio.

• Superficies en contacto con aceite

− 1ª capa: SIGMA UNIVERSAL PRIMER (7417).

− 2ª capa: SIGMAGUARD EHB (7433). Revestimiento epoxi de dos

componentes, capa gruesa, con alto contenido en sólidos y curado

con poliamina.

• Superficies en contacto con ambiente

− 1ª y 2ª capa: SIGMA UNIVERSAL PRIMER (7417).

− 3ª capa: SIGMADUR HB FINISH (7524). Esmalte de poliuretano

alifático semibrillante de capa gruesa.

• Superficies mecanizadas

− Superficies de asiento estático: barniz pelable temporal marca

REINVIN 6V2.

− Superficies de deslizamiento incluidas roscas y componentes

bañados en aceite: Protección en base aceite que aporta una

película lubricante marca VCI-369.

• Tuberías


− Tuberías de agua de refrigeración: Si son de acero inoxidable, sin

protección. Las de acero al carbono se someterán a un

galvanizado en aceite, y para uniones de soldadura galvanizado

en frío.

− Tuberías de aceite: Decapado interior y por el exterior limpieza

manual y pintura de acabado (esmalte sintético).

3.2.3.5 Eliminación de defectos

3.2.3.5.1. Consideraciones generales

Generalmente, tanto el suministrador como el constructor toman a su

cargo la reparación de defectos que les incumban, siempre que éstos no

superen los criterios de aceptación establecidos en la Especificación de

Calidad y que hayan cumplido el Pliego de Condiciones Técnicas y

Particulares. Podrán ser detectados estos defectos por uno cualquiera de los

métodos indicados en la misma o mediante un simple examen visual.

El suministrador deberá hacerse cargo de aquellos defectos cuyo origen

es de tipo metalúrgico o que se deban a la forma en que se realizó la

fundición.

Por el contrario, el constructor deberá hacerse cargo de aquellos defectos

cuyo origen se deba a una incorrecta concepción, dimensionamiento de la

pieza o a una realización en los talleres inadecuada.

Por último, las reparaciones que incumben al cliente son aquellas que se

deban a un funcionamiento fuera de las condiciones de servicio

garantizadas por el constructor, así como las que resulten de un desgaste

por abrasión del material relacionado con la naturaleza del agua explotada.

Antes de su reparación por soldadura, los defectos deberán ser

eliminados hasta que desaparezca cualquier indicación fuera de criterios que

se deban cumplir.


Salvo convención particular en el pedido, las reparaciones serán

sometidas a los mismos exámenes que los inicialmente previstos en la zona

considerada. El constructor podrá siempre aceptar bajo su responsabilidad

que ciertas cavidades de saneado no sean recargadas, en tanto no subsistan

en las mismas defectos fuera del criterio que se haya establecido y que esta

circunstancia no perjudique el buen funcionamiento de la pieza.

3.2.3.5.2 Defectos detectados en la fundición

Los defectos detectados durante el curso de la fabricación en los talleres

del suministrador serán saneados y reparados mediante el procedimiento de

soldadura. Las dimensiones y posiciones de las cavidades de saneado que

superen los límites que se hayan definido en la Especificación de Calidad,

serán anotadas y facilitadas al constructor. Las reparaciones

correspondientes se denominan "importantes".

Si la Especificación de Calidad lo requiere, se someterán a la aprobación

del constructor para que exprese su conformidad antes de iniciar los

trabajos:

El procedimiento de soldadura.

Los procedimientos de cualificación de soldadores y operadores.

No se deberá rehacer cualquier cualificación certificada y existente que

responda los criterios que se hayan definidos. Después de la soldadura

deberá hacerse un tratamiento térmico de reducción de tensiones que no

podrá ser suprimido salvo que se produzca un acuerdo con el constructor.

3.2.3.5.3 Defectos detectados en los talleres del constructor

Si el constructor ha de realizar soldaduras mediante el procedimiento de

soldadura debido a la aparición de defectos durante el mecanizado del


producto, el modo en el que se realicen estas reparaciones dependerá de las

características de la zona a reparar.

Para reparaciones en zonas poco solicitadas en las que no sea necesario

un tratamiento térmico de reducción de tensiones, estas podrán ser hechas

por el constructor según un procedimiento fijado o aceptado por el

suministrador. Para reparaciones importantes, que afectan a zonas

solicitadas en las que se exige un tratamiento de distensionamiento, será

necesario un tratamiento térmico de reducción de tensiones. Excepto en

casos particulares, estas reparaciones serán efectuadas por el suministrador,

debiéndose registrar las mismas de forma adecuada.

Será muy recomendable establecer de común acuerdo y con

anterioridad a que se tengan que realizar las reparaciones, la repartición del

coste adicional que suponen estas. Si esto no se ha hecho, la repartición

deberá ser realizada de un acuerdo entre el suministrador y el constructor

antes de comenzar los trabajos de reparación. Lo anterior se puede hacer

sobre varios criterios, como controles de la superficie, características de las

cavidades de saneado o el precio de la pieza a reparar.

3.2.3.5.4 Defectos detectados en las instalaciones del cliente

Durante el período de garantía la reparación debe ser efectuada por el

suministrador o el constructor.

Fuera del período de garantía, la reparación es efectuada por el cliente o

por el constructor o suministrador, sin garantía por parte del constructor ni

del suministrador, esto es, el cliente sufraga los costes de la reparación por

haber expirado la garantía.

3.2.3.6 Garantía

La garantía cubre todas las anomalías susceptibles de perturbar el

funcionamiento del producto considerado o de alterar efectivamente la

seguridad del conjunto del que forma Por esta garantía, el constructor y el

suministrador se comprometen a efectuar las reparaciones necesarias en un


plazo breve y conforme a las reglas que sean necesarias, de forma que se

devuelva la pieza conforme a las prescripciones de origen o, en su defecto,

conforme con los usos de la profesión.

Las condiciones de garantía del suministrador están estrechamente

ligadas a las que el constructor debe asegurar a su cliente para los conjuntos

suministrados. El constructor debe, por lo tanto, informar al suministrador

antes del pedido, de sus propios compromisos a este respecto y no podrá

imponer condiciones más severas que las que él mismo ha aceptado.

En los contratos a los cuales se aplica el presente Pliego de Condiciones,

la similitud de intereses es evidente. Por ello es indispensable que se

establezca un estrecho espíritu de cooperación ente el suministrador y el

constructor, para asegurar la garantía requerida.

El periodo de garantía del suministrador corresponde al del constructor.

El propio uso de los órganos de máquinas hidráulicas implica que la

garantía cubra un intervalo de tiempo de explotación a contar a partir de la

recepción provisional del conjunto que podrá ser expresado en millares de

horas o meses, con un límite razonable en el tiempo a contar desde una

fecha de partida estipulada en el Pliego de Condiciones constructor/cliente.

La diversidad de casos y formas de explotación justifica que la duración

de la garantía sea cada vez objeto de negociaciones comerciales entre cliente

y constructor. Toda petición de puesta en práctica de la garantía debe ser

comunicada por el medio más rápido a partir de la detección de la anomalía

y confirmada por escrito. En este caso, se comunicará a la parte interesada

todo tipo de información que pueda resultar útil, como puede ser el modo

de detección de la anomalía, la localización de la misma y sus dimensiones

geométricas (incluyendo si fuera posible un croquis acotado y fotografías de

la misma).

La parte receptora de una petición de puesta en práctica de su garantía,

debe en el más breve plazo posible, hacer todo lo que sea necesario para

proponer las reparaciones a efectuar, realizarlas y, llegado el caso,


suministrar las piezas necesarias, quedando entendido que le está siempre

permitido solicitar la constatación de las anomalías por sí mismo.

No se emprenderá ninguna reparación sin el acuerdo de la parte

supuestamente responsable de la misma, ni será ejecutada sin estar

conforme con las instrucciones que pudiera dar la misma. Cualquier

infracción a esta regla comporta la anulación de toda responsabilidad para la

otra parte. La garantía dejará de tener validez en caso de que no se respeten

las prescripciones de explotación que el constructor haya especificado y

previamente haya aceptado el cliente.

3.2.4 Verificaciones a efectuar

3.2.4.1 Verificación de la composición química de la colada

El suministrador deberá revisar la composición química de la colada, sin

embargo, el constructor podrá hacer efectuar un análisis de comprobación

sobre la pieza a condición de que esto y las condiciones de extracción,

figuren explícitamente en la petición de oferta y en el pedido que hayan sido

dirigidos al suministrador.

El tipo de acero debe estar claramente definido en la demanda de oferta

dirigida al suministrador. Este debe precisar la composición química de su

material en la oferta y el constructor deberá obligatoriamente hacer mención

de la misma en el pedido.

En lo que concierne a los contenidos de azufre y fósforo, se aplicarán por

lo general las disposiciones siguientes:

Para los aceros no aleados: 0,040% S, 0,040% P.

Para los aceros aleados: 0,030% S, 0,030% P.


3.2.4.2 Verificación de las características mecánicas

3.2.4.2.1 Características a controlar en los ensayos

Las características a controlar en los ensayos más importantes son:

Resistencia a la tracción expresada en MPa.

Límite de elasticidad: Re en MPa

Alargamiento (1=5d) y estricción A, Z en tanto por ciento.

Resistencia a la temperatura indicada en la Especificación de Calidad

Las formas, dimensiones y cantidad de probetas empleadas en los

ensayos deben fijarse en la Especificación de Calidad.

La cantidad de probetas prescritas se entenderá siempre por pieza y no

por colada.

En el caso de series de piezas obtenidas de la misma colada, el

constructor prescribirá la cantidad de ensayos sobre el lote.

3.2.4.2.2 Extracción de las probetas

Las probetas sobre las que se realizarán los ensayos serán extraídas de

apéndices fundidos solidarios a la pieza fabricada. Deberán permanecer

adheridos estos apéndices hasta terminado el tratamiento térmico de calidad

que se aplique a la pieza.

Si se da el caso de que estos apéndices fundidos solidarios de la pieza

deben ser extraídos de la misma por razones técnicas, éstos deberán

desprenderse y después adherirse de nuevo a la pieza en presencia y con el


acuerdo expreso del constructor o del cliente, esto último antes de aplicarse

el tratamiento térmico de calidad.

Los apéndices serán extraídos de la pieza fundida después del

tratamiento térmico de calidad y eventualmente antes del desbaste, en

presencia o con el acuerdo del constructor o del cliente.

En el caso de que el constructor pidiera la existencia de apéndices de

ensayos solidarios de la pieza en el curso del tratamiento térmico de

reducción de tensiones de la misma, estos apéndices, que habrán sido

desprendidos y sellados por el constructor o el cliente antes del desbaste

serán de nuevo adheridos a la pieza por el suministrador.

Si por razones técnicas los apéndices no pueden ser fundidos solidarios

de la pieza, previo acuerdo con el constructor, podrán fundirse por separado

los lingotes de muestra.

3.2.4.2.3 Cantidad, posición y dimensiones de los apéndices

La cantidad, posición y dimensiones de los apéndices para ensayos

serán fijadas por el constructor en la Especificación de Calidad, de acuerdo

con el suministrador.

Por su parte, el suministrador decidirá adicionalmente los apéndices

complementarios que considere necesarios para la realización de sus propios

ensayos.

3.2.4.2.4 Instrumentación

Todas las verificaciones necesarias serán efectuadas con aparatos de

ensayo y por operadores del servicio de control del suministrador. Los

aparatos deberán calibrarse periódicamente y los certificados

correspondientes a estas calibraciones y a su trazabilidad deberán estar a

disposición del constructor o del cliente.


3.2.4.3 Exámenes no destructivos

La Especificación de Calidad definirá las zonas en las que se aplicarán

los ensayos no destructivos, así como los diferentes tipos de estos que será

necesario utilizar.

Esta información se incluirá en la oferta y en el pedido dirigidos al

suministrador.

Estas condiciones deberán figurar claramente en lo anteriormente citado

para evitar posibles conflictos o malentendidos en la recepción de las piezas,

y para permitir al suministrador establecer correctamente el coste de estos

controles y los riesgos para la fabricación de los productos que estos ensayos

no destructivos implican.

3.2.4.3.1 Control de aspecto de las piezas

Antes de llevarse a cabo los ensayos no destructivos que sean necesarios,

se realizará un control de aspecto a las piezas. Este control comprenderá el

examen visual de la totalidad de la pieza con los criterios, examinándose

tanto la conformidad con los documentos del pedido (en esto se incluye una

identificación del material y de los certificados existentes), como el estado de

la superficie.

La superficie deberá estar limpia, sin cascarillas, escoria, resto de arena u

otros materiales similares que pudieran dificultar la búsqueda defectos. Si

no se cumpliera lo anterior, se realizará una limpieza mediante

procedimientos mecánicos o químicos, esto último dependerá de las

características de la materia a eliminar en la limpieza. En cuanto a la

rugosidad de las superficies mecanizadas o amoladas finamente es

recomendable utilizar las designaciones del documento ISO 2632 adoptado

en numerosas normas. El examen podrá ser efectuado haciendo referencia a

normas tales como la Recomendación Técnica 341 del "Bureau de

Normalisation des Industrias de la Founderie" para estados de superficie o

cualquier otra especificación indicada en la Especificación de Calidad. El


aspecto dimensional será examinado según las indicaciones del apartado

relativo a controles dimensionales.

Los defectos visibles a ojo son los defectos superficiales más llamativos,

aquellos que pueden ser detectados con una simple inspección visual. Este

es un procedimiento que permite encontrar solamente los defectos más

grandes ya que, por un lado, es un tanto subjetivo y, por otro, se da cierto

cansancio visual en la persona que realiza el examen. Por este último

motivo, el examen no puede ser excesivamente prolongado en el tiempo. El

cansancio visual produce confusión en el inspector de forma que, cuando se

produce, se detectan defectos donde no los hay o se pasan por alto. Como

registro documental se aportarán fotografías de las zonas sometidas a

inspección visual. Estas instantáneas se encontrarán perfectamente

identificadas para, en su caso, proceder a la comprobación de los resultados.

Si aparecen defectos lo suficientemente grandes, se retirará la pieza

dejándola en espera de las decisiones que se tomen sobre su procesamiento

posterior. En caso de resultar la inspección negativa, la pieza debe ser

rechazada rápidamente evitando realizarle más ensayos u operaciones de

fabricación. Si la inspección visual es positiva la pieza será examinada por

otros procedimientos más precisos y capaces de detectar otros defectos

menores y no visibles. Se sellará la pieza y firmará la hoja de ruta,

permitiendo continuar su proceso. Esto se debe a que si la inspección visual

encuentra a la pieza no conforme, los defectos en esta son lo suficientemente

graves como para no tener sentido el continuar el proceso, por el contrario,

la inspección visual es incapaz de hallar gran cantidad de fallos, por lo que

el haber superado esta prueba no implica que la pieza tenga la calidad

requerida.

Como límites de aceptación se tomarán los recomendados por la norma

MSSSP55, que contempla una amplia variedad de situaciones y casos y

facilita la identificación de los defectos no admisibles, salvo que en la

Especificación de Calidad se determine cualquier otro criterio.


3.2.4.3.2 Control de sanidad

Para realizar los controles de calidad será necesario seguir unas pautas y

modos establecidos previamente y que vienen definidos en:

Especificación técnica de control por líquidos penetrantes.

Especificación técnica de control por partículas magnéticas.

Especificación técnica de control por ultrasonidos.

Especificación técnica de control por radiografía.

La elección de los controles empleados y los niveles de aceptación a

utilizar deberán hacerse teniendo en cuenta la afectación de la pieza, su

concepción hidráulica, así como las exigencias en servicio que vaya a tener

que soportar, como acciones erosivas, el riesgo de cavitación, la fatiga por

choque, la existencia de solicitaciones alternativas, la tensión de trabajo de

las zonas consideradas, etc.

Las personas encargadas de efectuar los exámenes no destructivos así

como de interpretar sus resultados y de sacar conclusiones a partir de estos,

deberán estar calificadas según un procedimiento escrito. Estas personas

deberán poseer una experiencia en relación con la importancia de las

decisiones que deban tomar.

3.2.4.3.3 Control de la estanqueidad bajo presión

Este tipo de ensayo es raramente realizable en la fundición en

condiciones adecuadas, por lo cual a menudo se renuncia a su realización.

Por el contrario, las piezas expuestas a la presión, una vez que han sido

terminadas, son sometidas a un ensayo bajo presión en los talleres del

constructor o en la obra. El constructor debe precisar en el plano de estas

piezas las condiciones de realización de este ensayo, como la naturaleza del

fluido que transmite la presión, o la duración de la misma, lo que permite al


suministrador realizar la pieza de forma que esta pueda soportar

adecuadamente aquellos esfuerzos para los que se ha diseñado.

3.2.4.4 Controles dimensionales

3.2.4.4.1 En la fase de entrega por el suministrador

Los controles dimensionales y las tolerancias que deben tener las piezas

a realizar por el suministrador serán precisados por el constructor desde el

momento de la petición de ofertas. La complejidad de las tolerancias

dimensionales existentes en las formas hidráulicas hace complicada la

elaboración de normas generales.

En su respuesta a la oferta, el suministrador aceptará o discutirá las

tolerancias.

Téngase en cuenta que estas tolerancias tienen una incidencia directa

sobre el precio, cuanto más reducidas sean, más compleja será la fabricación.

3.2.4.4.2 En la fase de entrega por el constructor

El constructor es la única parte adecuada para decidir tolerar eventuales

diferencias en lo referido a perfiles y dimensiones hidráulicas y valorar las

consecuencias desde el punto de vista de las garantías de funcionamiento

que él previamente hubiese acordado.

La excepción a lo anterior son los casos sometidos a las recomendaciones

de la Comisión Electrotécnica Internacional (Modificación No 1 de

Septiembre de 1977 de la publicación 193, capitulo 4, párrafos 2.2, 2.3 y 2.4

para las turbinas hidráulicas y la publicación 497 primera edición, capítulo 4,

párrafos 15.2, 15.3 Y 15.4 para las bombas de acumulación).


3.2.4.5 Especificación técnica de control por líquidos penetrantes

3.2.4.5.1 Objeto y campo de aplicación

Los líquidos penetrantes se emplean para detectar defectos abiertos en la

superficie de las piezas que se inspeccionan, de esto se deduce que sólo se

podrán detectar con este ensayo no destructivo defectos en la superficie de

la pieza o defectos considerados como internos pero que afloren en la

superficie.

Por lo general, este control está indicado para piezas terminadas. Sin

embargo, puede utilizarse en fases intermedias de fabricación, en particular

para el control de las cavidades de saneado, siempre que en las hojas de

fabricación o prescripciones de calidad figure dicha operación.

La persona que realice el ensayo y evalúe posteriormente los resultados

del mismo deberá estar cualificada con el nivel 11 establecido en los

requisitos SN- TC- 1 A o según las Recomendaciones para la Cualificación y

Certificación del Personal de ensayos No Destructivos de la Asociación

Española para el Control de la Calidad (AECC).

3.2.4.5.2 Preparación de las superficies

La preparación de las superficies en el ensayo de líquidos penetrantes

tiene por objeto conseguir que las condiciones superficiales de la pieza sean

tales que se pueda garantizar la correcta interpretación de los resultados que

se obtengan en el ensayo.

Las superficies a examinar deberán estar limpias y secas por lo que hay

que eliminar totalmente todos los posibles restos en la misma de sustancias

como óxido, taladrina, escorias de soldadura, grasa, aceite, agua, polvo, etc.

Si la rugosidad de la pieza es excesiva, puede alterar la interpretación de

los resultados, por lo que el valor de la rugosidad máxima Re se limitará a


valores adecuados, 12 pm (N10) realizándose alguna operación previa de

mecanizado o amolado si fuera necesario. En aquellas superficies donde se

hayan efectuado tratamientos mecánicos superficiales que puedan impedir

la penetración del líquido, las superficies a examinar deberán ser amoladas

previamente a la realización del ensayo.

En el caso de que se realice un examen por partículas magnéticas por vía

húmeda, es recomendable efectuar previamente el control por líquidos

penetrantes para poder contrastar los resultados de estos dos ensayos.

3.2.4.5.3 Condiciones realización del ensayo

3.2.4.5.3.1 Temperatura

Los líquidos empleados para la realización de este ensayo tienen unas

propiedades características, como su poder humectante, ser químicamente

inertes, no ser tóxicos (para que su manipulación sea segura), etc. Debido a

esto, las temperaturas de los líquidos y de la superficie a examinar, deben

estar comprendidas dentro de un campo comprendido entre 15 y 60 ºC

aproximadamente, para que se vean favorecidos los fenómenos en que se

basa el ensayo de líquidos penetrantes. Fuera de estos límites térmicos, la

eficacia de los productos y del procedimiento deberá demostrarse a la

temperatura prevista de utilización.

El líquido penetrante es un derivado del petróleo por lo que el límite

superior de temperatura no debe ser superado por el riesgo de inflamación

que provocaría esa circunstancia. En cuanto al límite inferior de temperatura

de trabajo, se da con el fin de que el líquido penetrante tenga un poder


humectante suficiente como para permitir la penetración en los defectos,

fenómeno que se ve dificultado si la temperatura no es suficientemente alta.

En cualquier caso, las temperaturas antes mencionadas son solamente

orientativas, por lo que se deberán seguir las indicaciones y

recomendaciones establecidas por el fabricante del producto que se emplee.

3.2.4.5.3.2 Iluminación

Para la correcta apreciación de los resultados, la iluminación del lugar

en el que se realice el ensayo debe ser suficiente, para esto, el examen podrá

realizarse a la luz del día o con luz artificial producida por un tubo

fluorescente de 80 W colocado a 1 m de distancia. También se podrá emplear

una iluminación equivalente a las anteriormente mencionadas.

3.2.4.5.3.3 Materiales de trabajo

Para realizar los ensayos mediante líquidos penetrantes se utilizará un

kit formado por los siguientes productos:

1) Penetrante ARDROX 966P (aerosol)

2) Eliminador ARDROX 966 PR 551 (aerosol o granel)

3) Revelador ARDROX 966 (aerosol)

Del lote empleado en los ensayos se adjuntará sus certificados de

Garantía de Calidad según DIN 50.04913.1 .b. o equivalente a esta.

3.2.4.5.4 Procedimiento

El ensayo por líquidos penetrantes se basa en los fenómenos de

capilaridad y de exudación que se producen entre el líquido y la superficie

en que se aplica este. El método más común consiste en utilizar un líquido

penetrante coloreado eliminable mediante agua, con el que se impregna la


superficie a examinar. Esta superficie es posteriormente limpiada para

eliminar el exceso de líquido penetrante aplicado. La lectura se hace por

aplicación de una capa de un producto denominado revelador.

En caso de haber un acuerdo previo, se podrá utilizarse cualquier otro

método.

Para realizar un ensayo de líquidos penetrantes los pasos más habituales

son los siguientes:

Preparación de la superficie a examinar, este aspecto ya fue tratado en

un apartado anterior, se basa en que la superficie ha de estar limpia y seca.

Para eliminar los restos de oxido, escorias de soldadura u otros materiales

que dificulten el ensayo se podrán emplear cepillos metálicos, muelas o los

instrumentos adecuados para tal fin. En el apartado anterior referido a los

materiales de trabajo viene especificado el disolvente que se empleará,

aunque se puede emplear también otro que sea similar al citado

anteriormente.

Aplicación del líquido penetrante, esta podrá hacerse mediante

inmersión, con pincel o mediante pulverización, esta última se hará

haciendo que la distancia entre el aerosol y la superficie a examinar esté

comprendida entre 40 y 60 centímetros. El líquido penetrante debe aplicarse

de forma homogénea por toda la superficie que se vaya a examinar y deberá

dejarse en esta al menos durante diez minutos, este tiempo mínimo se

incrementa en el caso de superficies pulidas, defectos estrechos o

temperaturas bajas debido a que el líquido penetrante trabaja en condiciones

más desfavorables. Es habitual que se deje al líquido un tiempo entre diez y

veinte minutos, posibilitando así que penetre completamente en los defectos

que se quieren detectar. Durante el tiempo de aplicación la superficie debe

permanecer húmeda.

Eliminación del exceso de penetrante, para esto se emplea un trapo

húmedo, se enjuaga o se pulveriza agua a temperatura moderada (inferior

siempre a 50°C) y presión media (la máxima presión utilizable es 3.5 bares).


La eliminación del exceso de líquido penetrante siempre debe hacerse una

vez superado el tiempo de aplicación del mismo, para que este haya podido

penetrar en los defectos.

Limpieza de la superficie a examinar, una vez que se haya eliminado el

exceso de líquido penetrante se debe limpiar y secar la superficie empleando

trapos que no se deshilachen (para no ensuciar a la misma) o papel

absorbente.

Aplicación del producto revelador, este suele ir en forma de suspensión

en un líquido (vía húmeda). Debido a que es una suspensión, es muy

recomendable de cara a conseguir una homogeneidad adecuada que la

aplicación del producto revelador se produzca en cuanto se haya terminado

de agitar a la suspensión. El revelador puede aplicarse de cualquier forma

que permita que la capa que forme el mismo sea fina, homogénea y que no

perturbe al líquido penetrante que se encuentra en el interior de los defectos.

El líquido penetrante se difunde rápidamente en el revelador, por lo que

el examen de la pieza debe hacerse según se vaya aplicando el revelador a la

misma.

Una vez obtenidas las indicaciones, se compararán estas con los criterios

de aceptación, esto debe hacerse en un período de tiempo que

habitualmente está comprendido entre diez y veinte minutos.

3.2.4.5.5 Interpretación de los resultados obtenidos

Indicación es cualquier mancha de exudación obtenida tras haber

aplicado el líquido revelador. Existe una terminología muy concreta


referente a los tipos de indicaciones que se pueden encontrar una vez

realizado el ensayo:

Indicaciones "verdaderas" son las que resultan de discontinuidades

mecánicas.

Indicaciones "circulares" son las que presentan una forma más o menos

elíptica, siendo su longitud inferior a tres veces su anchura media.

Indicaciones "lineales" son aquellas cuya mayor longitud es superior a

tres veces su anchura media.

Indicaciones “alineadas1” son aquellas que siendo tres o más, están una

a continuación de la otra y siendo la distancia entre ellas inferior a dos

milímetros de borde a borde de las mismas.

Las irregularidades superficiales como los surcos de herramienta

empleada u otras similares a estas, son susceptibles de generar también

indicaciones. Cualquier indicación que se revele ambigua, deberá ser

considerada como defecto y se repetirá el ensayo para verificar si

verdaderamente se trata de un defecto o no, en caso necesario, se hará un

retoque previo de la superficie.

Salvo acuerdo con el constructor, las grandes zonas pigmentadas serán

declaradas no aceptables. Las indicaciones aisladas de longitud inferior a 1,5

mm no se tomarán en consideración.

La zona examinada mediante líquidos penetrantes será evaluada y

clasificada por comparación con los criterios aquí indicados que definen

cinco clases de calidad numeradas del 1 al 5 y cuyo orden de calidad es

decreciente. La superficie de referencia será de 1 dm2 y podrá ser de forma

cuadrada o rectangular, si bien su longitud máxima estará limitada a 250

rpm. La forma de la zona de referencia vendrá dada por la morfología y las

dimensiones de la zona examinada o según la repartición más desfavorable

de las indicaciones encontradas en la misma.


En el caso de indicaciones especiales, o indicaciones lineales

manifiestamente no asimilables a cualquiera de las clases previstas, éstas

deberán ser objeto de una decisión adecuada a cada caso particular.

3.2.4.5.6 Criterios de aceptación


Para los distintos criterios de aceptación se utilizará una imagen patrón.

La zona examinada en el ensayo será evaluada por comparación con la

imagen patrón en cada clase, la cual representa una superficie de 1 dm2.

Como ya se dijo antes, podrá ser de forma cuadrada o rectangular y su

longitud máxima está limitada a 250 mm.

La superficie de comparación se colocará de forma que se tome la

repartición más desfavorable de indicaciones en la zona a considerar.

Clase 1

> Ninguna indicación circular de dimensión superior a 3 mm.

> Ninguna indicación lineal.

> Ninguna indicación alineada.

> Superficie total de las indicaciones no superior a 10 mm2/dm2.

Clase 2

> Ninguna indicación circular de dimensión superior a 4 mm.

> Ninguna indicación lineal.

> Ninguna indicación alineada.

> Superficie total de las indicaciones no superior a 20 mm2/dm2.

Clase 3

>Ninguna indicación circular de dimensión superior a 5 mm.

>Ninguna indicación lineal.

>Ninguna indicación alineada.

>Superficie total de las indicaciones no superior a 50 mm2/dm2.

Clase 4

>Ninguna indicación circular de dimensión superior a 6 mm.

>Ninguna indicación lineal.


>Ninguna indicación alineada de una longitud superior a 10 m.

>Superficie total de las indicaciones no superior a 125 mm/dm2.

Clase 5

Ninguna indicación circular de dimensión superior a.8 mm.

>Ninguna indicación lineal de longitud superior a 7 m.

>Ninguna indicación alineada que constituya una longitud superior a 16

mm.

>Superficie total de las indicaciones no superior a 250 mm2/drn2.

3.2.4.5.7 Informe del control

Este deberá incluir como mínimo la información relativa al lugar, fecha

del examen, designación e identificación de la pieza y números de pedido y

de colada de la misma.

También deberá incluir el tipo de acero fundido, fase de fabricación,

zonas controladas, referencia a esta especificación, designación de los

productos utilizados en el ensayo y el resultado del ensayo, que podrá ser de

conformidad o no con la especificación de calidad que se debiese cumplir.

El informe deberá contener el nombre y la firma del inspector encargado

del ensayo, así como las observaciones adicionales que se considerasen

necesarias.

3.2.4.6 Especificación técnica de control mediante partículas

magnéticas



El objeto del ensayo no destructivo mediante partículas magnéticas es

detectar eventuales defectos próximos a la superficie, hayan aflorado o no en

la misma, este ensayo permite detectar defectos superficiales y

subsuperficiales, las piezas a las que se vayan a someter a este ensayo

deberán presentar un ferromagnetismo suficiente.

Este examen se hace generalmente sobre superficies brutas o

desbastadas, si bien puede aplicarse sobre superficies terminadas,

adoptando las precauciones necesarias.

3.2.4.6.2 Preparación de las superficies

Las superficies en las que se vaya a realizar el ensayo deben estar

limpias, exentas de aceite grasa, arena o cualquier otra anomalía que

pudiera dificultar la buena interpretación de las indicaciones magnéticas

que produce el ensayo.

De todas formas, el estado de la superficie será definido en la

Especificación de Calidad que se aplique.

Para las partes desbastadas o amoladas, en principio se especificará una

rugosidad Re no superior a 12,5 pm (N10). Para las partes que deban quedar

brutas, se seguirá la norma GE 70-2, concretamente, su apartado 3.1. Ha de

tenerse en cuenta que un granallado demasiado activo puede dificultar la

detección de los defectos menos visibles e incluso enmascararlos, debido a

esto, se recomienda limitar esta operación a lo estrictamente necesario.

3.2.4.6.3 Creación del campo magnético

3.2.4.6.3.1 Procedimiento de magnetización


Hay varios métodos para conseguir la creación del campo magnético,

este será creado mediante paso de corriente alterna o rectificada de una o

dos alternancias a través de la pieza.

El uso de comente alterna consigue una mayor sensibilidad para la

detección de defectos abiertos en la superficie, mientras que la corriente

rectificada facilita la detección de defectos subsuperficiales.

Previo acuerdo con el constructor, puede utilizarse cualquier otro

procedimiento que se considere adecuado. En caso de emplearse un

electroimán, éste debe ser obligatoriamente alimentado con corriente

alterna.

Si el examen es en superficies ya terminadas, para tratar de limitar el

efecto de arcos que eventualmente se produzcan, es necesario acoplar a los

electrodos "almohadillas" en metal fusible, también puede emplearse un

electroimán.

La Especificación de Calidad podrá precisar el método de magnetización

y el tipo de corriente a utilizar para conseguir esta.

3.2.4.6.3.2 Intensidad de campo magnético

La intensidad de corriente, la separación entre electrodos y el

recubrimiento existentes en las sucesivas zonas a controlar deben permitir

que en cada zona examinada haya un campo tangencia1 (que se define como

el valor medio entre comente rectificada y valor eficaz en comente alterna)

igual o superior a 2000 A/m (es decir 25 Oe), sin que se sobrepase el valor

que provoca la aparición de indicaciones por la saturación del material

ferromagnético. La excepción a esto último será la zona adyacente a los

electrodos por motivos obvios. Si no se dispone de un equipo de medida del


campo magnético, se aceptará que la condición precedente se cumple para

una intensidad eficaz de comente de 50 A por cada centímetro de separación

entre los electrodos que producen la magnetización.

Para los aceros inoxidables ferromagnéticos, la intensidad que se emplee

en la magnetización deberá ser mayor, pueden ser necesarios valores de

hasta 7000 Alm.

Si el equipo está graduado en intensidad de cresta, ésta se convertirá en

intensidades eficaces (que son medias cuadráticas). Para el caso de corriente

rectificada de un semi-período se realiza mediante:

crestaef II ⋅= 51,0

Si la comente es rectificada de dos semi-período y alterna se realiza la

conversión con:

crestaef II ⋅= 71,0

Hay que asegurar que los indicadores den una respuesta positiva,

aunque los campos magnéticos sean débiles.

3.2.4.6.4 Producción de la imagen magnética.

La imagen magnética se puede obtener mediante métodos diversos,

entre los que se incluyendo polvo magnético seco, polvo magnético en

suspensión en un líquido apropiado y polvo magnético fluorescente en

suspensión en un líquido apropiado.

Cualquiera de estos productos debe aplicarse sobre la superficie a

examinar. En el caso de que se utilice polvo magnético fluorescente, la

observación se realizará mediante luz ultravioleta.

La Especificación de Calidad podrá precisar el producto a utilizar en los

distintos casos que se puedan presentar. El método empleado para aplicar el

producto debe asegurar una repartición regular de las partículas magnéticas

sobre toda la superficie a controlar para que las lecturas de resultados sean


correctas. El recipiente que contenga el revelador liquido debe ser agitado

frecuentemente para facilitar también esto último. Los productos utilizados

en los ensayos deben tener una granulometría, un color y una concentración

adecuados para asegurar una sensibilidad y un contraste convenientes, para

conseguir esto, se tendrán que tener presentes las condiciones en las que se

vaya a realizar el ensayo de partículas magnéticas.

En el procedimiento con polvo fluorescente, la lámpara ultravioleta

deberá tener la potencia suficiente y la luz ambiental deberá atenuarse en

caso de que dificulte la lectura de resultados.

La eficacia del producto empleado en el ensayo se verificará por medio

de un indicador dispuesto sobre la pieza durante el transcurso del control

(por ejemplo al Berthoid, Am\JOR o ASTM).

3.2.4.6.5 Modo de operar


Cada superficie elemental será controlada sucesivamente según dos

direcciones perpendiculares, esto se debe a que el ensayo de partículas

magnéticas detecta bien defectos cuya orientación sea perpendicular a la de

las líneas de campo magnético de la zona a inspeccionar, pero detecta mal

aquellos defectos cuya orientación sea paralela a las líneas de campo

magnético.

Para facilitar el sondeo, las zonas a controlar pueden ser previamente

cuadriculadas con tiza o cualquier otro medio adecuado salvo en el caso de

superficies de pequeña dimensión. Los electrodos podrán disponerse

paralelamente a los lados o a las diagonales del cuadriculado anteriormente

mencionado.

Si los electrodos se disponen paralelamente a los lados de la cuadrícula,

para una separación de cuadrícula de entre 150 y 200 milímetros, la

separación entre los electrodos estará comprendida entre 190 y 240

milímetros. En este caso la intensidad mínima eficaz tomará un valor entre

950 y 1200 A.

Si los electrodos se disponen según las diagonales de la cuadrícula, para

una separación cuadrícula de entre 150 a 200 milímetros, los electrodos

deberán estar separados por una distancia de entre 250 y 300 milímetros. La

intensidad eficaz mínima será de entre 1250 y 1500 amperios.

En las zonas elementales consideradas, el revelador se aplicará durante

3 segundos a la vez que se produce la circulación de la comente, la cual se

mantendrá durante un segundo más que la aplicación del revelador de cara

a facilitar la estabilización de las indicaciones. El examen se hará

visualmente sin esperar una vez hecho lo anteriormente mencionado.

Sí estará permitido realizar el examen después de haber tratado varias

de estas zonas elementales, siempre que se cumpla que las sucesivas

aplicaciones del producto revelador no borran las indicaciones que

previamente se hubiesen formado. Si el ensayo debe realizarse en una zona

con gran inclinación y con polvo seco, podría suceder que al finalizar el paso


de la corriente las indicaciones ya no fueran visibles, al haber caído el polvo

por efecto de la gravedad. En este caso el examen debe efectuarse durante el

paso de corriente, para evitar el problema antes mencionado.

3.2.4.6.6 Interpretación de los resultados

El ensayo por partículas magnéticas se basa en que pone en evidencia

las discontinuidades que deforman el campo magnético en la superficie que

se está inspeccionando, por concentración local de las partículas alrededor

de las citadas discontinuidades. Estas concentraciones son más o menos

definidas en función de la profundidad, naturaleza y magnitud de las

discontinuidades que existan en el material.

Las indicaciones se pueden producir por multitud de causas, como

grietas, fisuras, pliegues, rechupes, soportes de macho, poros, inclusiones y

otros defectos, que podrán ser más o menos volumétricos.

Sin embargo, las indicaciones pueden deberse a diferencias en la

estructura del metal, sobre todo en las zonas adyacentes a las reparaciones

hechas por soldadura en determinados tipos de acero, estas indicaciones no

indicarán por lo tanto la presencia de discontinuidades en el material.

Asimismo, las singularidades presentes en la superficie, como las curvas

de enlace de radio pequeño, así como surcos de mecanización o amolado, o

incluso la magnetización local remanente debida a un cable eléctrico pueden

disminuir o aumentar la concentración de partículas en esa zona.

La conclusión de lo anterior es que el ensayo mediante partículas

magnéticas permite detectar una gran cantidad de defectos, pero en

ocasiones pueden surgir indicaciones erróneas, que indiquen la existencia de

un defecto cuando en realidad este no existe.



Las indicaciones que se tendrán en cuenta son aquellas que previamente

se haya acordado que se deben a una particularidad de la superficie o a una

discontinuidad de la estructura, esto ya fue tratado en el apartado

concerniente a la interpretación de los resultados de ensayos mediante

partículas magnéticas.

En caso de desacuerdo, se podrá repetir el ensayo, realizar un ligero

amolado local y provocar una mejora de las condiciones de magnetización

de la zona estudiada. Si la duda respecto a la indicación persistiese, se

efectuarían ensayos mediante líquidos penetrantes en la zona considerada.

Los criterios de aceptación para cada clase figuran en la tabla siguiente:

Siendo las anotaciones contenidas en la tabla anterior las siguientes:

S: Clase excepcional (zonas críticas altamente solicitadas). Si se presenta

una concentración numerosa de indicaciones pequeñas, aunque estas sean


puntuales, la superficie implicada deberá amolarse para seguir la evolución

de las mismas; si éstas tienen tendencia a alargarse y a acercarse, se

procederá a reparar.

(3) L es la longitud de la indicación más larga.

(4) En caso de desacuerdo y si la naturaleza del defecto no puede ser

demostrada, será asimilada a una discontinuidad lineal. Téngase en cuenta

también que las indicaciones de tamaño en tomo a un milímetro no se toman

en consideración. La especificación de calidad definirá la clase a utilizar en

cada zona que se deba controlar. Para las paredes de las cavidades de

saneado, el Constructor podrá especificar una clase de calidad distinta de la

prevista para la superficie.


El informe de control debe indicar como mínimo:

Lugar y fecha del examen.

Designación e identificación de la pieza.

Números de pedido y de colada.

Tipo de acero fundido.

Fase de fabricación y zonas controladas por el ensayo.

Referencia a esta especificación.

Equipo utilizado, tipo de corriente de magnetización, y naturaleza de las

partículas magnéticas.

Conformidad, o no, de la pieza respecto a la especificación de calidad

establecida para la misma.

Observaciones que se consideren adecuadas.

Nombre y firma del inspector.

3.2.4.7 Especificación técnica de control por ultrasonidos



El ensayo no destructivo basado en ultrasonidos tiene como objetivos

encontrar defectos internos en las piezas examinadas, así como estimar su

importancia (naturaleza, dimensiones y posición) si esto es posible.

El examen mediante ultrasonidos puede aplicarse a todas las piezas

realizadas en acero fundido ferrítico o martensítico. No obstante, hay

factores como la forma de las piezas o el tamaño del grano de estas que

pueden limitar su empleo y hacer muy difícil o imposible la interpretación

de los resultados obtenidos.

El método descrito en la presente especificación está basado en la

utilización de un palpador normal de ondas longitudinales. Si la

especificación de calidad requiere el empleo de otro tipo de palpadores de

ultrasonidos, particularmente para la detección y caracterización de defectos

muy próximos a la superficie o en las zonas en espera de soldadura,

entonces la especificación de calidad deberá indicar la especificación que se

deberá aplicar en esos casos.

3.2.4.7.2 Observaciones preliminares

El método utilizado, denominado impulsos de emisión, consiste en

interpretar sobre la pantalla los ecos recibidos por un palpador después del

regreso del impulso de ultrasonidos que el mismo ha creado anteriormente.

Se deberá tener en cuenta la evolución de las amplitudes o posiciones que

presentasen estos ecos según vaya cambiando la posición del palpador.

La amplitud de un eco está ligada a la existencia de superficies en las

que rebotan los ultrasonidos a una distancia dada, y depende también de las

características de reflexión de los ultrasonidos que estas superficies posean

en la dirección considerada.

Esto explica la complejidad que entraña deducir la naturaleza y

dimensiones de aquellos que provoca los ecos de ultrasonidos detectados y,


por consiguiente, el carácter convencional de los límites de aceptación

propuestos en la presente especificación.

Debido a esto, el examen mediante ultrasonidos no es completamente

concluyente, por lo que se requieren análisis adicionales para poder

asegurar totalmente la conformidad de la pieza analizada respecto de las

especificaciones que debe cumplir.

La eficacia del ensayo por ultrasonidos y el coste asociado a este

depende en buena medida de la meticulosidad con que se realice, esto

incluye el tiempo necesario para el ensayo y la accesibilidad de las zonas a

controlar.

El Constructor deberá, pues, adaptar sus exigencias relativas a la

preparación de superficies, modo de sondeo, clases de aceptación, etc., al

problema específico que presenta cada parte de la pieza para la cual se ha

prescrito el examen por ultrasonidos.

3.2.4.7.3 Condiciones de operación


El examen por ultrasonidos será siempre efectuado después del

tratamiento térmico de calidad al que se someta a la pieza. La Especificación

de Calidad precisará los estados de superficie a respetar para poder llevar a

cabo el control, esto tendrá en cuenta también los criterios de aceptación que

afecten a la pieza.

Una rugosidad correspondiente al patrón N10 (12,5 pm) generalmente

es aceptable, al permitir realizar correctamente el ensayo. En todos los casos,

las superficies en contacto con el palpador serán regulares y sin asperezas u

ondulaciones que dificulten la transmisión de las ondas de ultrasonidos y el

desplazamiento del palpador. La calamina resultante de la eliminación de

las mazarotas o del tratamiento térmico así como cualquier resto de

cascarilla, óxido, escorias de soldadura, etc serán eliminados antes de

realizar el ensayo.

Si esto es posible, se deben eliminar entallas, rebordes o elevaciones que

pudiera presentar el material con el fin de asegurar un buen contacto entre

el material y el palpador en un espacio suficiente para que el ensayo se haga

de forma correcta.

Se utilizará un producto de acoplamiento que permita una adecuada

transmisión de los ultrasonidos, entre los que se pueden utilizar figuran la

pasta de celulosa y el aceite.

Se utilizará el mismo producto de acoplamiento para el calibrado y para

los exámenes, el aparato empleado será del tipo clásico y, como mínimo,

será capaz de utilizar un campo de frecuencias comprendido entre 1 a 5

MHz. Recuérdese que a mayor frecuencia de los ultrasonidos, menores

serán los defectos que se puedan llegar a detectar.

El aparato de ultrasonidos estará provisto de un dispositivo para el

reglaje de la amplificación graduado en decibelios, cuya precisión será de 2

dB dentro de los campos utilizados. La escala vertical será lineal con una

tolerancia de +5% como mínimo hasta el 75% de su altura máxima. La base

de tiempos del aparato será regulable de forma continua y su diferencia de


linealidad debe ser inferior al 2% del valor de la medida para garantizar una

buena precisión.

Las tolerancias anteriormente indicadas son indicativas. Si estos valores

fueran superados, podría ser necesario tenerlo en cuenta para casos límite

que se pudiesen presentar.

Los palpadores utilizados son palpadores normales de ondas

longitudinales.

Salvo imposibilidad, debido a la forma o la permeabilidad, su diámetro

estará comprendido entre 19 Y 26 mm y su frecuencia entre 2 y 2,5 MHz.

Generalmente estos palpadores están provistos de una suela protectora

blanda que dificulta su desgaste con el uso.

Antes de su utilización, se verificará la resolución y sensibilidad del

conjunto formado por el palpador y el aparato por medio de una pieza de

calibración internacional.

Resolución: en la ranura de 2 mm, empleando palpadores normales de

frecuencia igual a 2 MHz o más, deberán obtenerse tres ecos.

Sensibilidad: para una frecuencia de 2 a 2,5 MHz, el número de ecos

obtenidos sobre la suela de plexiglás serán como mínimo tres, esto podría

hacer necesario aumentar la amplificación al máximo, para investigaciones

complementarias que se hayan previsto, pueden utilizarse otros tipos de

palpadores de ultrasonidos, como los palpadores angulares de ondas

transversales (recuérdese que hasta ahora eran todos de ondas

longitudinales). Los ángulos de refracción más habituales en estos

palpadores son de 45º, 60º y 70º con respecto a la normal de la superficie en

que se apoya el palpador angular.

Otro tipo de palpadores de ultrasonidos son los denominados SE, que

poseen cristales emisor y receptor diferenciados y que sirven sobre todo

para buscar defectos superficiales en la pieza inspeccionadas. Estos

palpadores generalmente no están provistos de una suela flexible lo que


hace necesario una adecuada preparación de la superficie hasta que sea lo

suficientemente lisa y plana.

3.2.4.7.4 Modo de operación

El impuso de emisión que produce el equipo de ultrasonidos empleado

puede permitir a veces el ajuste del mismo, en este caso, se empleará un

impulso de emisión con la potencia mínima compatible con las distintas

necesidades del ensayo. Las características del impulso de emisión no se

modificarán durante el ensayo.

Para la calibración del palpador y la evaluación de las indicaciones

obtenidas en el ensayo, el mando que regula la amplificación deberá estar en

la posición 0. La base de tiempos deberá estar reglada de forma que se

maximice la separación el impulso de emisión y los ecos más alejados que se

pudieran producir, esto se debe a que así se medirá de forma más precisa.

Las consideraciones anteriores se efectuarán, lógicamente, teniendo en

cuenta de las posibilidades de reglaje del equipo que se vaya a utilizar. Para

el calibrado se emplean únicamente las distancias entre dos o más ecos de

distancia previamente conocida. La distancia entre la impulsión de emisión

y el primer eco no puede emplearse por el efecto denominado de "campo

cercano", que hace que la precisión en la zona próxima a la emisión no sea lo

suficientemente alta como para calibrar con ella. La posición de un eco

respecto a una referencia en la pantalla permite determinar la profundidad a

la que se encuentra el elemento que produce el citado eco, que puede ser

tanto un defecto como características propias de la pieza como el espesor de

la misma.

Para el reglaje de la amplitud de los ecos se pueden utilizar piezas

patrón de espesores conocidos. Estas piezas existen tanto con un espesor fijo


como escalonadas. Estas piezas pueden tener taladros cuyas indicaciones

figuran en la especificación de calidad:

Con taladros de fondo plano de diámetro 6 mm, cuya tolerancia de -0 y

+0.4 y cuyos ejes serán perpendiculares a la superficie examinada.

Con taladros cilíndricos del mismo diámetro, pero cuyos ejes serán

paralelos a la superficie examinada.

Las piezas patrón estarán preferiblemente fabricadas de acero y es

deseable que sus características relativas a la propagación de los

ultrasonidos en ellas sean lo más similares posibles a las de la pieza que se

va a someter al ensayo.

(1) La anchura de las piezas patrón será superior a 50 mm y a:

DdL ⋅

=λ

En la expresión anterior h es la longitud de las ondas de ultrasonidos en

la pieza, d es la distancia y D es el diámetro del cristal que genera los

ultrasonidos.

Para obtener las curvas de referencia, poner sucesivamente el palpador

sobre cada uno de los taladros útiles de la pieza patrón empleada, se

deberán conocer los espesores en los que se va a calibrar (mínimo 3

espesores). En la posición del eco máximo se reglará la amplificación para

que la altura de este oscile entre el 75% y la totalidad de la altura de la

pantalla.

Se marcarán en la pantalla los picos de los ecos correspondientes a cada

taladro que se obtuvieron anteriormente. Si se diera el caso de que la altura

de algún eco resulta inferior al 20% de la altura total de la pantalla, se

aumentaría la amplificación de 6 a 12 dB en estos puntos, anotándose

también la ganancia suplementaria que se acaba de introducir.

Trazar una línea que pase por los distintos puntos y prolongada hacia la

izquierda horizontalmente. Se obtiene así la curva de referencia de

amplificación correspondiente AO.


Para tener en cuenta los distintos estados de superficie y de absorción de

los ultrasonidos en el espacio comprendido entre la pieza a examinar y la

pieza patrón, se modificará la amplificación procediendo como en el caso de

los generadores de ecos artificiales, se trazará una línea que pase por los

picos de los ecos de fondo correspondientes a los distintos espesores de los

taladros de las piezas patrón, de amplificación correspondiente Al. A

continuación se pondrá el palpador sobre una zona sana de la pieza cuyas

paredes sean paralelas y cuyo estado de superficie sea equivalente al de la

zona que se desea examinar, reglándose la amplificación de aparato hasta

que se haya elevado el eco de fondo sobre la línea trazada sobre la pantalla.

Denominaremos A2 a la amplificación obtenida. En el momento de

realizarse el examen mediante ultrasonidos, la amplificación deberá tomar el

valor AO-(A2-Al).

También podría ser necesario modular esta corrección en función de la

profundidad existente, por ejemplo, repitiendo la operación precedente para

distintos espesores e interpelando si fuera necesario.

Una forma de no tener que realizar todo lo anterior es mediante la

utilización de diagramas de referencia ya existentes. Si existe un acuerdo

previo entre las partes, la curva de referencia podrá igualmente ser

establecida utilizando los diagramas facilitados por distintos fabricantes de

palpadores, en los cuales se incluyen para un tipo determinado de palpador

las curvas correspondientes al eco de fondo, además de los ecos de taladros

de fondo plano de diámetros diferentes.

En este último caso, sería necesario verificar previamente, mediante el

uso de piezas patrón provistas de taladros con fondo plano, como mínimo

dos puntos del diagrama que se fuese a emplear. Hay diversas formas de

examen, la especificación de calidad precisará para cada zona que se

considere, la modalidad de ensayo que se debe efectuar:

Examen al cien por cien, esto se indicará con una X en la casilla que

corresponda a la zona en la especificación de calidad. En este caso el


palpador se desplaza según líneas paralelas con recubrimiento hasta haber

examinado la totalidad de la zona.

Examen por sondeo. Se puede denominar QL, QP o SL, que a su vez se

caracterizan por: QL seguido por unas cifras significa que el palpador se

desplaza a lo largo de las líneas de una red cuadriculada. Las cifras antes

mencionadas indican el paso en milímetros de la red.

QP seguido por unas cifras significa que el palpador se aplica

únicamente en los puntos de intersección de una red como la definida en el

caso anterior.

SL implica que el palpador se desplazará según líneas que habrán de ser

definidas en cada caso.

Los exámenes por sondeo deben seguir al menos una serie mínima de

reglas, entre las que se incluyen:

Para evitar la aplicación de la cláusula mencionada el constructor deberá

precisar claramente y rápido (como muy tarde, en el propio pedido) la

localización de los cruces de la red que se vaya a emplear.

Si se detecta una anomalía se investigará su contorno examinando las

zonas que sean adyacentes a la citada anomalía.

La garantía obtenida sobre la conformidad de la clase especificada en

toda la zona que se haya considerado dependerá del paso de la red

empleada y de la clase de aceptación, ya que cambios en estos parámetros

afectan a la exactitud del examen y a la dificultan que existe para superarlo.

Para la detección de las indicaciones, se aumenta la amplificación lo

necesario para que la altura mínima de los ecos a anotar, para la clase

especificada, sea al menos igual a una quinta parte de la altura total de la

pantalla del aparato empleado. Las indicaciones a detectar en el ensayo

mediante ultrasonidos serán tanto ecos intermedios como atenuaciones del

eco de fondo que no se deban a la geometría que presenta la pieza en esa

zona.


Ciertas indicaciones no podrán ser interpretadas con la exactitud

deseable, por lo que pueden interpretarse como defectos. Estas indicaciones

serán indicaciones a confirmar y son particularmente importantes en

aquellas zonas que hayan sufrido reparaciones considerables.


Se denominará D a la altura del eco máximo producido por el defecto,

después de haber ajustado la amplificación de calibrado, R será la altura de

la curva de referencia a la misma profundidad, y F será la altura del eco de

fondo en la zona examinada de paredes paralelas.

Fo se tomará como la altura del eco de fondo en una zona sana de

paredes paralelas del mismo espesor de la zona a examinar. Se definirá:

ΔF = F0 - F

S se definirá como la superficie formada por las zonas elementales

obtenidas por una agrupación de puntos de indicaciones a anotar por el

método que se haya definido previamente. Las indicaciones a anotar son

aquellas para las que se cumple:

2,0

5,0

0

≥Δ

>

FF

RRD

Se podrán emplear también otros límites, que podrán depender de la

clase de calidad o de aquello que se considere adecuado. Se tomarán como

indicaciones puntuales aisladas a aquellas en las cuales su superficie es

inferior a la del palpador empleado para realizar el ensayo.

Es necesario calcular la superficie de las zonas con anomalías que

presente la pieza, para ello se marcarán sobre la pieza las posiciones


correspondientes al centro del palpador para las cuales se ha encontrado

alguna indicación a anotar. Estos puntos se agruparán en zonas elementales

de superficie S.

Se considerarán como zonas elementales distintas aquellas para las

cuales las distancias a toda zona vecina son mayores que la dimensión

máxima de las dos zonas que se estén considerando. Si los puntos marcados

anteriormente no se agrupan en zonas elementales, entonces se les

considerarán indicaciones puntuales aisladas.

Hay que tener en cuenta que si la superficie inspeccionada no es plana,

la determinación de la superficie real de la zona con anomalía puede

necesitar un croquis.

Los criterios de aceptación de este ensayo se pueden basar en múltiples

parámetros, entre los que figuran:

Altura del eco producido por el defecto.

Atenuación del eco de fondo.

Superficie de cada zona elemental.

Superficie total acumulada debida a las zonas elementales.

Si las indicaciones superan los criterios de aceptación que finalmente se

especifiquen, el constructor deberá decidir si la pieza se repara o si deben

confirmarse los resultados obtenidos.

Los niveles de aceptación pueden variar con la profundidad de la zona

que se esté inspeccionando, si es así, habrá que definir a las distintas clases

de calidad que haya.

Los criterios antes mencionados también pueden variar para el caso de

zonas puntuales aisladas, si es así, será necesario definir los criterios que

deberán aplicarse en ese caso.

No se deben establecer criterios de aceptación de carácter general por la

gran cantidad de casos que pueden darse, habrá que tener en cuenta las


solicitaciones, la dificultad existente para realizar el control, el grado de

nocividad de las anomalías que se detecten, etc.

P. modo de ejemplo, se pueden especificar las clases como las contenidas

en la siguiente tabla, que podrá ser cambiada en función de la información

de la que se disponga.

(1): Para las clases 2 a 5, las indicaciones puntuales aisladas que superen

los límites de aceptación tolerados para las anteriores clases podrán ser

aceptadas con la condición de que su cantidad no supere ninguno de estos

dos valores: tres por dn2 o treinta por m2.

(2): Se refiere a la superficie máxima de cada zona elemental.

(3): Se refiere a la suma de las superficies elementales en tanto por ciento

de la superficie a examinar que definiese la especificación de calidad.

Aquellas indicaciones que se considere que han de ser confirmadas

requerirán el uso de otros medios, como palpadores distintos a los

empleados. El análisis posterior al ya realizado buscará confirmar (o negar)

la existencia de un defecto, y en caso de existir este, buscará conocer sus

dimensiones y el tipo al que pertenece.

El constructor será quien tome la decisión en función de la solicitación a

la que esté sometida el área estudiada y las posibilidades de crecimiento que

tenga el defecto por el tipo de trabajo que soporte la zona. Si lo considerase


necesario, podrá solicitar que le sea enviado un informe detallado con

croquis incluido.

Entre lo que podrá solicitar figura una radiografía siempre que los

criterios para la realización de la misma se hubiesen definido en la

especificación de calidad.

Según la presente especificación, estos criterios no se aplican salvo que

se esté ante indicaciones a confirmar.


El informe del control realizado debe contar como mínimo con los

siguientes datos:

Lugar y fecha del examen.

Designación e identificación de la pieza examinada.

Número de la colada y del pedido.

Tipo de acero.

Fase de fabricación y zonas controladas.

Referencia a esta especificación.

Marca, tipo y palpador empleado en el ensayo.

Frecuencia y tipo del cristal generador de ultrasonidos empleados.

Conformidad (o no) con la especificación de calidad.

Observaciones que se consideren necesarias.


3.2.4.8 Especificación técnica de control por radiografía



El ensayo no destructivo basado en radiografías tiene por objetivo

detectar defectos internos en piezas fundidas, así como precisar la

naturaleza y dimensiones de los defectos que se hubiesen detectado

previamente mediante otros ensayos, como por ejemplo, el ensayo mediante

ultrasonidos.

Este ensayo no destructivo es aplicable a cualquier pieza de acero

fundido, si bien el espesor, la forma y la accesibilidad de las mismas pueden

provocar que no siempre sea utilizable.

3.2.4.8.2 Preparación de la superficie

El ensayo de radiografía debe utilizarse después de haberse aplicado el

tratamiento térmico de calidad, asimismo, debe realizarse en superficies que

no presenten irregularidades que pudiesen dar lugar a interpretaciones

erróneas de las radiografías que se obtengan.

3.2.4.8.3 Fuentes de radiación

Será necesario conocer tanto el espesor de la zona que se debe

radiografiar como el metal que forma la pieza. Se podrán emplear

radiaciones X o gamma, se utilizarán aquellas que permitan realizar el

ensayo de forma correcta.

3.2.4.8.4 Películas radiográficas


La película que se emplee para ser impresionada por la radiación,

dependerá de la radiación empleada, así como del espesor de la pieza en la

zona a examinar. De ASTM E 94-68 (1974) se pueden obtener estas

indicaciones:

El constructor debe dar su aprobación si se desea utilizar películas

radiográficas de tipo 4. Como guía para elegir adecuadamente la película a

emplear se puede utilizar la siguiente tabla:


Estas indicaciones se han incluido al representar el nivel habitual de

calidad, las tensiones representan las energías operativas en esos casos.

3.2.4.8.5 Identificación de las radiografías

En las radiografías que se tomen se deberá prever que cada una de las

mismas tenga al menos dos referencias visibles en la misma. Si es posible,

las referencias estarán del lado de la fuente.

La posición de las referencias que se empleen se deberá marcar sobre la

pieza para posibilitar repetir la radiografía exactamente en la misma

posición si esto fuera necesario. Como referencias se pueden utilizar

características propias de la pieza, como puede ser una punta de arista, si

estas permiten posicionar correctamente la radiografía. Cada película

empleada será marcada de forma que sea posible su identificación en

concordancia con el plano de posicionado.

Los indicadores de calidad de imagen (I.Q.I. del tipo AFNOR, DIN o

ASTM), que también se pueden denominar penetrámetros, se dispondrán

perpendicularmente al haz de radiación sobre la superficie de la pieza del

lado de la fuente (salvo en casos excepcionales). Estos deben ofrecer las

mejores posibilidades de interpretación aun en el caso de espesores

distintos.

3.2.4.8.6 Distancia foco-película

La distancia fuente-película deberá ser la suficiente para tener una

penumbra geométrica adecuada. Para el acelerador lineal, la distancia

fuente-película debe ser superior o igual a 1500 mm. Estos aspectos serán

modificables en caso de que exista un acuerdo que así lo especifique.

3.2.4.8.7 Calidad de las radiografías

Los valores de los distintos parámetros pueden ser acordados para cada

caso particular por las partes. La calidad de imagen será evaluada mediante


la identificación del agujero o hilo más pequeño visible en función del

espesor radiografiado del indicador de calidad de imagen. El último taladro

o hilo visible de este será el definido en la tabla que se presenta a

continuación, con referencia a las normas indicadas.

La densidad en las lecturas en simple o doble película deberá estar

comprendida entre dos y cuatro. Esta será verificada con ayuda de un

densitómetro o por comparación con películas patrón.

(1) Valores intermedios entre I.Q.I. No 20 Y 50 de 5 posibles

(2) Valores intermedios entre I.Q.I. No 50 Y 100 de 10 posibles

(3) (Valores intermedios a partir del I.Q.I. No 120 de 20 posibles


La borrosidad geométrica (Bg) viene determinada por la expresión:

eDedBg−⋅

=

Siendo:

e: Espesor de la pieza a radiografiar.

D: Distancia fuente-película.

d: La dimensión más pequeña de la fuente.

Las distancias anteriores son todas en milímetros. La borrosidad

geométrica dependerá del espesor que se vaya a radiografiar:

3.2.4.8.8 Interpretación de las películas

La interpretación será efectuada en simple o doble película según la

densidad que exista. La interpretación deberá basarse en la última edición

de las normas ASTA4 E466, E148 Y E280, según el espesor de las piezas

radiografiadas. Los criterios de aceptación (tipo de defecto y clases) serán

definidos en la especificación de calidad para cada zona a radiografiar.



El informe del control radiográfico que se vaya a realizar deberá incluir

al menos los siguientes puntos:

Lugar y fecha de examen.

Designación e identificación de la pieza.

Número del pedido y de la colada.

Tipo de acero fundido.

Fase de fabricación y zonas que se han controlado.

Referencia a la presente especificación.

Características de la fuente de radiación utilizada.

Distancia entre la fuente y la película, así como los espesores

radiografiados.

Marca y tipo de la película empleada, tipo del indicador de calidad de

imagen utilizado.

Identificación de las radiografías.

Plano indicando la disposición de las radiografías y de las marcas

realizadas sobre la pieza.

Resultado de interpretar las radiografías obtenidas, se deberá indicar

para cada defecto su tipo y clase.

Conformidad (o no) de la pieza respecto de la especificación de calidad.



3.2.5 Tratamientos de protección contra la corrosión

3.2.5.1 Procedimiento

La protección frente a la corrosión se aplicará a todos los elementos

fabricados en acero al carbono de las turbinas durante su fabricación o en

reparación. Esta prescripción será aplicada siempre que no existan otros

acuerdos con el cliente que modifiquen lo aquí establecido.

Las superficies antes de proceder a chorrearlas deben estar limpias de

posibles restos de aceite o grasa. Las rebabas, las aristas vivas, las capas

gruesas de óxido y los posibles restos de escorias de soldaduras se

eliminarán por medio de cincel, cepillo de alambre o por otro sistema que se

considere adecuado antes de realizar el chorreado, este podrá efectuarse con

arena o con granalla. Se chorreará hasta un grado de acabado indicado en la

norma SIS 055900.

Para el caso de chorreado por el exterior del equipo, los agujeros se

taparán adecuadamente con contra bridas (si las conexiones son mediante

bridas), o en otro caso, mediante tapas adecuadas para tal fin. Las

conexiones roscadas se taparán mediante tapones también roscados. Se

busca evitar con esto la entrada de arena o granalla en el interior del equipo.

En todo caso, se protegerán las superficies mecanizadas y las roscas

utilizando para ello Tesaband u otro medio adecuado. En el caso de

soldaduras de obra, se dejará una banda de 60 mm sin pintar a ambos lados

de la soldadura, para evitar que el calor que posibilita la soldadura dañe a la

pintura.

El chorreado se efectuará dentro del taller previsto al efecto evitándose

condiciones indeseables para esta operación, entre las que figuran una

humedad relativa superior al 80%, condensaciones, humedad sobre la

superficie apreciable a simple vista o un abrasivo húmedo Una vez

concluida la operación de chorreado, se eliminará cuidadosamente toda la

arena o granalla que haya podido quedar sobre el equipo, así como el polvo

que se produzca mediante aire comprimido limpio y seco, aspirador de


polvo o un cepillo limpio. La pintura se aplicará sobre las superficies a

pintar según las especificaciones técnicas que facilite su fabricante.

Para poder pintar, se tendrán que verificar necesariamente los siguientes

puntos:

Preparación de la superficie.

Control del grado de acabado.

Pintura utilizada de imprimación.

Pintura utilizada en la terminación.

Espesor y adherencia del pintado de acabado.

Verificación visual del resultado.

3.2.5.2 Normas, aparatos y pinturas a utilizar

El tipo de pintura a utilizar se elegirá según las características de la

superficie a pintar. Las normas que se deberán seguir para los distintos

aspectos son:

Rugosidad: s/SIS 055900.

Adherencia: s/ASYM D 3359-83.

Espesores: según el tipo de pintura empleado.

3.2.5.2.1 Superficies en contacto con agua


Para estas superficies, su preparación deberá ser de grado 2 y habrá

cuatro capas de protección. Cada una de estas capas es detallada a

continuación:

Primera capa: se empleará pintura Epoxi rica en Zinc de dos

componentes 221, su espesor oscilará entre 80 y 90 mm y su color será gris

metálico.

Segunda capa: la pintura será Epoxi-Poliamida Óxido de Hierro Micáceo

2x6, su espesor será de 80 pm y de color gris claro. Se deberá aplicar en las

48 horas siguientes a la capa de imprimación.

Tercera y cuarta capa: estas capas tendrán pintura Alquitrán-Epoxi 5x4 y

espesor 100 pm (en cada capa). Serán de color negro.

En la cámara espiral y el tubo de aspiración, se dejarán libres de pintura

sesenta milímetros en el borde de todas las uniones soldadas a realizar en

obra, para proteger la pintura del calentamiento que se genera al soldar.

Para limpiar la soldadura por el interior se esmerilará hasta metal blanco

y se pintará según lo anteriormente prescrito. En el caso de que se tenga que

soldar por el exterior anclajes u otros accesorios para ayudar al montaje se

comprobará que por el interior no se ha dañado a la pintura. Si sucediera

esto último, habrá que reparar la zona dañada.

3.2.5.2.2 Superficies en contacto con aceite


Estas superficies serán preparadas para que presenten una preparación

de superficie de grado 2 %, y tendrán tres capas de protección, cuyas capas

de protección serán como sigue:

Primera capa: utilizará pintura Epoxi rica en Zinc de dos componentes

221, su espesor oscilará entre 80 y 90 p. Su color será gris metálico.

Segunda capa: su pintura será Epoxi-Poliamida Óxido de Hierro

Micáceo 2x6, con espesor igual a 80 pm y color gris claro. Se deberá aplicar

esta capa en las 48 horas siguientes a la de imprimación.

Tercera capa: su pintura será Esmalte Poliuretano Alifático de dos

componentes 5W, con espesor comprendido entre 40 y 50 pm. Su color será

el blanco.

3.2.5.2.3 Superficies en contacto con el ambiente


En este apartado se distinguirá entre dos casos, que serán las superficies

en contacto con el ambiente y las correspondientes a la turbina montada.

Para el caso de las superficies en contacto con el ambiente, con excepción

de las de la tubería montada, se prepararán con grado 2, y tendrán dos capas

de protección. Estas últimas serán como sigue:

Primera capa: usará pintura Epoxi rica en zinc de dos componentes 221,

espesor comprendido entre 80 y 90 pm y color gris metálico.

Segunda capa: su pintura será del tipo Epoxi-Poliamida Óxido de Hierro

Micáceo 2x6, con un espesor de 80 pm y color gris claro. Esta capa deberá

aplicarse en las 48 horas posteriores a la capa de imprimación.

Para el caso de las superficies de turbina montada se prepararán las

superficies con grado 2 y tendrán cuatro capas de protección. Las

características de estas serán las siguientes:

Primera capa: pintura Epoxi rica en zinc de dos componentes, con

espesor entre

80 y 90 p. Su color será el gris metálico.

Segunda capa: empleará pintura Epoxi-Poliamida Óxido de Hierro

Micáceo 2x6, con espesor igual a 80 pm y color gris claro. Se deberá aplicar

en las 48 horas siguientes a la capa de imprimación.

Tercera y cuarta capa: emplearán pintura Esmalte Poliuretano de dos

componentes 5P9, con espesores comprendidos entre 35 y 40 pm en cada

una de las capas. El color será azul RAL 5015

3.2.5.2.4 Superficies mecanizadas

Este tipo de superficies llevarán una sola capa de protección, con pintura

del tipo Barniz Pelable, con un espesor de al menos 80 pm y color amarillo.

3.2.5.2.5 Superficies en contacto con hormigón E


El transporte por carretera se hará con protección sin recubrimiento,

mientras que el transporte marítimo se hará con una preparación de

superficie de grado Sa 2%. Se aplicará una capa de protección.

Esta capa empleará pintura de tipo Shop-F'rimer Epoxi de dos

componentes, su espesor deberá oscilar entre 20 y 25 pm y su color será rojo

óxido.

3.2.6 Controles a realizar en cada pieza

3.2.6.1 Controles en la cámara en espiral

En esta pieza se realizarán un total de cuatro controles: inspección

visual, examen por líquidos penetrantes, certificados de materiales, control

dimensional.

Se explican a continuación cada uno de ellos:

Inspección visual. Este control se deberá realizar tanto a la totalidad de

la cámara en espiral una vez finalizada su construcción y a cada una de las

chapas que la forman durante su fabricación. Se busca con esto detectar los

defectos de cualquier tipo o las faltas de soldadura apreciables a simple

vista.

Las chapas que no se consideren aptas se apartarán y marcarán para

realizar con ellas la opción que se considere más adecuada entre desecharlas

o emplearlas en algo en lo que sean válidas. Si existiesen mordeduras,

salpicaduras o grietas (tanto de cráter, como longitudinales o transversales)

en alguna soldadura, se procederá a su levantado y volverán a depositarse.

Si existiesen defectos como descolgaduras, falta de penetración o rechupes

(defectos en la raíz), serán levantadas estas soldaduras para ser depositadas

de nuevo si fuera posible.

Líquidos penetrantes. Este examen se realiza con la cámara ya finalizada

en las zonas en las que se produzcan cruces entre cordones de soldadura

distintos. Se busca poder detectar defectos superficiales cuyo tamaño no


permita apreciarlos a simple vista, debido a que pueden disminuir

peligrosamente la resistencia del cordón de soldadura en los citados cruces.

En caso de encontrarse estos fallos, se levantarán los cordones

correspondientes y su repetición.

Certificados de materiales. Se pedirán para su comprobación los

certificadas de los materiales que conforman la cámara en espiral, de cara

sobre todo a garantizar que su tensión máxima mínima tiene el valor

especificado en la norma UNE-EN 10253-1: 2000 y que dicho valor se

encuentra dentro de tolerancias que se hayan especificado. En caso de que

no fuese así, existiría un riesgo para la integridad de la cámara en espiral

cuando esta se llenase de agua y alcanzase altas presiones.

Control dimensional. Se realizará en todas las chapas que conforman a

la cámara en espiral y en las tapas del predistribuidor antes de proceder a su

soldadura, si no se realizase así, se correría el riesgo de tener que desmontar

la cámara entera y volverla a hacer. Una vez que la cámara en espiral esté

construida, se realizará el control dimensional de las cotas que no se

hubiesen medido en el paso anterior.

3.2.6.2 Controles en el rodete

En el rodete se realizarán de nuevo los mismos cuatro controles que se

aplicaron a la cámara en espiral: inspección visual, examen por líquidos

penetrantes, certificados de materiales y control dimensional.

Se explican a continuación cada uno de ellos:

Inspección visual. Se debe hacer una vez sacada la pieza de la fundición

para poder encontrar en el rodete las grietas superficiales que pudiesen

producirse por el enfriamiento del molde, al ser el acero empleado en su

fabricación autotemplable, en el que las tensiones internas por cambio de

fases pueden crear las citadas grietas. También se buscarán rechupes o faltas

de llenado que se produzcan en el molde por falta de material frente a lo

necesario por la contracción del acero. Las faltas de llenado se dan como

consecuencia de que el metal líquido que entra en el molde solidifica antes


de lo necesario, impidiendo la entrada del resto del metal líquido. Si

existiesen grietas de temple, se deberá corregir el proceso de enfriamiento y

ralentizar a este en lo posible, si estas grietas se produjesen por faltas de

relleno o rechupes, deberá rediseñarse el molde. En todos los casos en que se

presenten alguno de los defectos anteriormente citados, el rodete deberá

volverse a fundir para ser sometido a continuación al mismo examen visual.

Líquidos penetrantes. Este control debe realizarse tras las fases de

mecanizado a las que se vea sometido el rodete de cara a encontrar grietas y

otros defectos superficiales que se hubiesen podido generar. La existencia de

poros en el rodete puede dar lugar a fenómenos de cavitación si estos se

encuentran en la zona de los alabes y en contacto con el agua.

Certificado de materiales. Serán pedidos y comprobados para garantizar

que el acero que se haya empleado en el rodete tiene una composición que

respeta las tolerancias dadas en la norma UNE-EN 10088-1: 1996. Esto se

debe a que en el rodete es particularmente importante, por motivos obvios,

que el acero inoxidable tenga la calidad y la resistencia a la corrosión que se

espera en él.

También se realiza esto porque se debe emplear un acero con una buena

característica de dureza, ya que va a estar sometido a abrasión por los

materiales en suspensión que pudiese llevar el agua turbinada y por las

posibles cavitaciones que pudiesen ocurrir.

Control dimensional. Se realizará después de cada una de las etapas de

mecanizado, en los planos del rodete se suministran también los límites

admisibles en las tolerancias dimensionales, geométricas y de rugosidad.

Una de las zonas más delicadas es la de los laberintos, ya que presentan

secciones de paso muy reducidas y con tolerancias pequeñas. Esto es así

debido a que su función es minimizar la cantidad de agua no turbinada, y

esto se consigue dificultando en lo posible la circulación de esta, gracias a

estos dispositivos aumenta el rendimiento de la turbina. La zona de los

alabes en contacto con el agua en movimiento será inspeccionada mediante

un rugosímetro debido a que esto es necesario para garantizar un buen


rendimiento en la turbina hidráulica, ya que las pérdidas en esta

disminuyen si lo hace también la rugosidad en las zonas citadas, además,

también disminuirá el riesgo de cavitación, ya que este se favorece si la

rugosidad no es reducida. Esto último implicará que el esmerilado de los

alabes se deberá hacer con cuidado y deberá ser comprobado de forma

adecuada.

3.2.6.3 Controles en el eje

En esta pieza se realizarán un total de cinco controles: inspección visual,

líquidos penetrantes, ultrasonidos, certificado de materiales y control

dimensional.

Se expone cada uno de ellos a continuación:

Inspección visual. Se deberá realizar una vez realizado el forjado, para

buscar pliegues superficiales grandes y apreciables a simple vista. Este tipo

de defectos hacen que la pieza sea inutilizable, al haber perdido resistencia

en su periferia, lo cual es particularmente grave porque el eje trabaja a

flexión y a torsión. El eje deberá ser templado, una vez realizada esta

operación, también se comprobará visualmente la existencia de grietas

apreciables a simple vista.

Líquidos penetrantes. Se encargarán de buscar defectos superficiales de

pequeño tamaño, como grietas debidas al proceso de temple o pequeños

pliegues provocados por el forjado que no se hubiesen detectado con

anterioridad.

Ultrasonidos. Se realizará con ellos una inspección completa del eje para

encontrar los defectos internos que no pudiesen ser detectados mediante los

procedimientos antes empleados.

Certificado de materiales. De nuevo se pedirán los certificados y se

revisarán, las proporciones entre los elementos del acero empleado han de

estar dentro de los límites previstos por la norma UNE-EN 10083-2: 1997. Se

deben resultar tanto los resultados físicos como los químicos, el valor

mínimo de la resistencia máxima debe ser también como lo dicta la norma


anteriormente mencionada de cara a garantizar un funcionamiento

adecuado del eje. Control dimensional. Se realizará sobre las cotas que

figuren en el plano que corresponda.

Las tolerancias referentes a circularidad y a la perpendicularidad

respecto de la cara en contacto con el rodete son especialmente importantes,

ya que si no toman valores adecuados, se pueden generar desequilibrios

importantes.

4 Presupuesto

DOCUMENTO Nº 4: PRESUPUESTO

ÍNDICE GENERAL

Páginas

4.1. MEDICIONES 3 - 5

4.2. PRECIOS UNITARIOS 6 - 8

4.3. SUMAS PARCIALES 9 - 11

4.4. PRESUPUESTO GENERAL 12 - 13

4.1

Mediciones

Mediciones 4

4.1. Mediciones

Concepto Cantidad Unidad

Rodete

1

Acero X 6 Cr13 UNE-EN 10088 589 kg

Mecanizado 20 h

Modelo 1

Cámara espiral

1

Calderería 418 kg

Mecanizado 54 h

Distribuidor

1

Tapa anterior 1

Calderería 106 kg

Mecanizado

20 h

Tapa posterior 1

Calderería 106 kg

Mecanizado

20 h

Álabes 16

Acero X 6 Cr13 UNE-EN 10088 15 kg

Mecanizado

2.1 h

Timonería

Calderería 40 kg

Mecanizado

16 h

Servomotor 1

Eje de la turbina

1

Acero C 55 UNE-EN 10083 1774 kg

Mecanizado 20.5 h

Tubo de aspiración 1

Mediciones 5

Calderería 812 kg

Mecanizado 12 h

Válvula de mariposa 1

Control digital 1

Generador 1

Tubería forzada 67658 kg

Tornillería

Transporte

Sistema eléctrico

Ingeniería 730 h

Delineación 220 h

Montaje 640 h

Control de calidad 350 h

Puesta en servicio 45 h

4.2 Precios unitarios

Precios unitarios 7

4.2. Precios unitarios

Concepto Precios unitarios

Rodete

Acero X 6 Cr13 UNE-EN 10088 11 €/kg

Mecanizado 82 €/h

Modelo 12600 €

Cámara espiral

Calderería 6 €/kg

Mecanizado 47 €/h

Distribuidor

Tapa anterior


Mecanizado

47 €/h

Tapa posterior


Mecanizado

47 €/h

Álabes

Acero X 6 Cr13 UNE-EN 10088 11 €/kg

Mecanizado

82 €/h

Timonería


Mecanizado

47 €/h

Servomotor 3150 €

Eje de la turbina

Precios unitarios 8

Acero C 55 UNE-EN 10083 8 €/kg

Mecanizado 63 €/h

Tubo de aspiración


Mecanizado 47 €/h

Válvula de mariposa 47250 €

Control digital 26250 €

Generador 210000 €

Tubería forzada 6 €/kg

Tornillería

Transporte

Sistema eléctrico

Ingeniería 54 €/h

Delineación 28 €/h

Montaje 79 €/h

Control de calidad 55 €/h

Puesta en servicio 126 €/h

4.3

Sumas parciales

Sumas parciales 10

4.3. Sumas parciales

Concepto Suma parcial

Rodete

Acero X 6 Cr13 UNE-EN 10088 6679 €

Mecanizado 1638 €

Modelo 12600 €

Cámara espiral

Calderería 2370 €

Mecanizado 2552 €

Distribuidor

Tapa anterior

1546 €

Calderería 601 €

Mecanizado

945 €

Tapa posterior

1546 €

Calderería 601 €

Mecanizado

945 €

Álabes

5473 €

Acero X 6 Cr13 UNE-EN 10088 170 €

Mecanizado

172 €

Timonería

983 €

Calderería 227 €

Mecanizado

756 €

Servomotor 3150 €

Eje de la turbina

Sumas parciales 11

Acero C 55 UNE-EN 10083 13411 €

Mecanizado 1292 €

Tubo de aspiración

Calderería 4604 €

Mecanizado 567 €

Válvula de mariposa 47250 €

Control digital 26250 €

Generador 210000 €

Tubería forzada 383621 €

Tornillería

Transporte

Sistema eléctrico

Ingeniería 39092 €

Delineación 6237 €

Montaje 50400 €

Control de calidad 19110 €

Puesta en servicio 5670 €

4.4

Presupuesto general

Presupuesto general 13

4.4. Presupuesto general

Concepto Importe €

Rodete 20917

Cámara espiral 4922

Distribuidor 12698

Eje de la turbina 14703

Tubo de aspiración 5171

Válvula de mariposa 47250

Control digital 26250

Generador 210000

Tubería forzada 383621

Tornillería 13650

Transporte 10000

Sistema eléctrico 236250

Ingeniería 39092

Delineación 6237

Montaje 50400

Control de calidad 19110

Puesta en servicio 5670

Total equipamiento 1105941

Obra civil 1134880

Importe total sin IVA 2240820

Importe total + IVA (16%) 2599352

diseÑo hidrÁulico y mecÁnico de la central ... · dimensionó el espesor de la tubería forzada...

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