¿Cómo puedes evitar el desgaste de maquinaria en turbinas de gas aeroderivadas con Atten2?

Una turbina de gas es un motor térmico rotativo de combustión interna, en el que a partir de la energía aportada por un combustible se produce energía mecánica y se genera una importante cantidad de calor en forma de gases calientes. El proceso de combustión de la materia primaria es a su vez aprovechado para producir energía eléctrica. A esta capacidad de obtener simultáneamente dos fuentes de energía, eléctrica y térmica, se la denomina cogeneración, un sistema de alta eficiencia energética que tiene multitud de aplicaciones.

Existen diversos tipos de turbinas de gas, pero en términos generales se diferencian en dos modelos, en función de su tamaño y empleo: las turbinas de gas para ciclo combinado, de grandes dimensiones y destinadas a la generación masiva de energía, y las turbinas de gas aeroderivadas, en las que se enfoca el presente artículo.

Estas turbinas, de menor tamaño, han adaptado su diseño original destinado a usos aeronáuticos para, además de aportar calor a los procesos de producción, aprovechar el procedente de los gases de escape para el suministro de energía eléctrica en las plantas industriales. Al ser subsidiarias de los procesos industriales y a su vez proveedoras de energía, deben de estar totalmente disponibles el mayor tiempo posible.

Sin embargo, y a pesar de ser mecánicamente simples, no están exentas de la posibilidad de sufrir fallos que acarrean importantes costes, tanto para su reparación como derivados de su tiempo de indisponibilidad. Además, a diferencia de otros componentes industriales, sus paradas planificadas también plantean numerosos retos para realizarlas en términos óptimos y de la manera menos lesiva para la maquinaria.

Los sensores ópticos de Atten2, al monitorizar el comportamiento de los componentes más críticos presentes en estos motores, son un excelente aliado para minimizar el riesgo de que sufran averías, así como para adoptar decisiones informadas sobre su mantenimiento.

1. Cojinetes de turbina y generador eléctrico

Las turbinas cuentan con un diseño mecánico muy optimizado. En ellas, los cojinetes se distribuyen de forma muy precisa, con una disposición en la que apenas existe holgura, por lo que la lubricación de estos sistemas es muy delicada. Un fallo de lubricación puede ser muy crítico, ya sea porque la película del aceite es muy fina o porque las exigencias sobre esa lubricación son muy extremas. No en vano, se utilizan para ello los aceites más avanzados, aquellos que soportan las mayores temperaturas de funcionamiento.

En este punto tan sensible, en el que cualquier problema en la lubricación representa potenciales riesgos de fallo, puede aplicarse todo el potencial de los sensores ópticos de Atten2. Estos sistemas de monitorización avanzada aportan información valiosa en tiempo real sobre la presencia de un potencial problema y permiten, además conocer su origen.

Los cojinetes asociados al generador eléctrico también presentan una situación crítica: Como elementos de soporte de un generador eléctrico asociado a una turbina en funcionamiento se encuentran en un régimen de trabajo donde cualquier parada imprevista puede comprometer el estado de estos cojinetes. Ciertas situaciones eléctricas llevan a deformaciones mecánicas del eje con un impacto claro sobre el estado del cojinete.

Con los sensores de Atten2, los indicadores de que se está desarrollando una situación anómala se obtienen a través del recuento de partículas presentes en el aceite lubricante. La existencia de un alto número de partículas en suspensión es sintomática de un desgaste acelerado y la identificación de su forma – otra de las funcionalidades de los sensores de Atten2- facilita conocer el origen de este desgaste. Esta información permite conocer la existencia y origen de un potencial fallo en estadios muy incipientes y actuar sobre ellos antes de que se produzca una avería.

En el caso de los cojinetes presentes en las turbinas, los sensores de Atten2 aportan otro valor añadido: conocer su estado sin necesidad de abrir el sistema. Y es que los cojinetes de estos dispositivos no están a la vista, sino que, por su peligrosidad, están encapsulados en un sistema cerrado con CO2. La tecnología de Atten2 permite disponer de información precisa sobre su estado en todo momento sin depender de las paradas programadas de mantenimiento y minimizar, en consecuencia, el riesgo de sufrir averías en estos elementos críticos.

Los sistemas de Atten2 son capaces también de detectar burbujas de aire, un elemento potencialmente lesivo para los cojinetes, ya que su presencia implica que la película de aceite no está completa. 

2. Sistema de arranque hidráulico

Como ya se ha comentado con anterioridad, la tasa de operación de las turbinas de gas aeroderivadas es muy alta y son sistemas que están diseñados para estar en constante funcionamiento. Precisamente, debido a su actividad prolongada, las paradas en estos dispositivos son particularmente traumáticas. No en vano, los arranques y paradas en estas máquinas se cuantifican en horas de trabajo equivalente. Así, una parada por mantenimiento puede garantizar horas de operación, pero a ese cómputo hay que restarle las horas derivadas del proceso de parada, es decir, el tiempo hasta que la turbina recobra un funcionamiento estable.

Las paradas y arranques impactan severamente sobre todo el dispositivo, particularmente sobre sus cojinetes. Tradicionalmente, es el fabricante de la máquina el que aporta una estimación sobre cuánto afecta este proceso en términos de mantenimiento. Por el contrario, la tecnología de Atten2 ofrece, a través del recuento de partículas, información detallada de cuánto desgaste real ha supuesto el proceso para los cojinetes y, por lo tanto, cuál es el verdadero estado de estos.

3. La reductora

En turbinas menores a 50 MW, la velocidad de rotación del eje suele ser superior a la necesaria para accionar el alternador o el compresor.  Por este motivo, es necesaria la presencia de una reductora, para adaptar el número de revoluciones de la turbina a la necesaria para la generación de energía eléctrica. La reductora es otro elemento crítico de estos dispositivos, porque si bien podrían seguir produciendo calor, un fallo en este componente implica la pérdida de todo el potencial de generación eléctrica.

En la reductora, los sistemas de monitorización on-line de Atten2 ofrecen datos de alto valor añadido que aportan visibilidad a potenciales fallos invisibles para otras tecnologías de mantenimiento.

A través del recuento de partículas y su capacidad para identificar su naturaleza y formas, el sistema es capaz de detectar de manera incipiente el desgaste de los dientes de los engranajes, el origen de ese deterioro acelerado y la presencia de contaminantes, todos ellos factores que inciden negativamente sobre las capacidades de la reductora y que pueden derivar en averías de consideración.