Operación y mantenimiento: Turbina-Generador

“El equipo de mayor relevancia en una central hidráulica es la turbina. Su operación y mantenimiento debe cuidarse al detalle para identificar potenciales fallos y tomar las medidas necesarias en el mantenimiento preventivo para conseguir aumentar su fiabilidad, disponibilidad y vida útil.”

La liberalización del mercado eléctrico ha provocado que las empresas de generación hayan iniciado una política drástica de reducción de costes de personal y mantenimiento y explotación, que permita mantener sus cotizaciones en los mercados. Esta política a corto plazo implica la maximización de la eficiencia y disponibilidad de las plantas de producción.

En la práctica esta estrategia se traduce en reducir desde 100 hasta 60 unidades para costes de mantenimiento, es decir un 40% menos; con la peculiaridad de que, debido a las rotaciones de personal, esta aplicación de gasto es ejecutada por menor número de profesionales y con menor experiencia.

Además de las futuras consecuencias derivadas de la reducción de presupuesto para el mantenimiento, en lo que a acortamiento de vida útil de las plantas se refiere, a corto plazo, la experiencia de la exitosa política de reducción de costes a medio plazo está evidenciando que, en aquellos casos donde esta filosofía se está aplicando sin criterios técnicos, se están produciendo altos niveles de indisponibilidad.

Desde 2009, la demanda eléctrica ha seguido una tendencia descendente, causada principalmente por la situación de recesión económica existente en el país. A lo largo de esos años, ha ido creciendo el porcentaje de demanda eléctrica, que se ha cubierto mediante energías renovables, pasando de 68.045 GWh en 2008 a 102.152 GWh en 2012. Esto implica que la promoción de estas está dando resultados.

Por otra parte, a la hora de cubrir la demanda instantánea en su punto máximo, (generalmente, en enero entre las 19:00 y las 21:00 horas ya no hay sol y puede que tampoco viento; en esos momentos es cuando se le exige máxima disponibilidad y eficiencia a la hidráulica que durante estos picos alcanzados entre 2008 y 2012 tiene un porcentaje de cobertura de entre el 15 y el 20%) estos niveles de eficiencia y disponibilidad, en instalaciones con una antigüedad media de 20 años, son incompatibles en tanto no se apliquen metodologías técnicas fiables con criterios puramente económicos.

El mantenimiento predictivo, basado en la condición y monitorización en continuo de los parámetros críticos de la planta, ampliamente implantados en todo el sector industrial desde la década de los ochenta, han visto reforzado su papel como las únicas herramientas técnicas que permiten, siempre y cuando se implanten eficazmente, asegurar las exigentes demandas de fiabilidad y disponibilidad de los grupos, a la vez que se incrementa la seguridad en su explotación con un coste económico menor.

Mantenimiento

Equipos principales. Turbina-generador

El equipo de mayor relevancia en una central hidráulica es la turbina. Su operación y mantenimiento debe cuidarse al detalle para identificar potenciales fallos y tomar las medidas necesarias en el mantenimiento preventivo para conseguir aumentar su fiabilidad, disponibilidad y vida útil.

También resulta crucial que las tareas de mantenimiento de este tipo de equipos se efectúen con rapidez para minimizar las pérdidas de producción asociadas a los trabajos de mantenimiento.

El mantenimiento de una central hidroeléctrica supone un coste comprendido en un intervalo de entre un 15 y 40% de los costes totales de explotación de las centrales de generación típicas.

Como consecuencia, es muy importante conocer los mecanismos de deterioro que sufren los equipos de la central para tomar medidas correctivas que detengan el proceso, con el fin de evitar daños que impliquen paradas no programadas para dar mantenimiento que, finalmente, reducen la eficiencia y afectan la disponibilidad de energía.

En esta unidad se discuten algunos mecanismos de deterioro que se han producido en el estator y el rotor de generadores por el proceso natural de envejecimiento o por operación anormal.

Rendimiento de una turbina

El rendimiento o eficiencia de una turbina se define como el cociente entre la energía producida por la misma y la energía producida con las condiciones de caudal y presión disponibles.

Para calcularlo, se toma la medida de los diferentes parámetros que definen el rendimiento de una turbina: caudal, potencia en el eje y salto neto.

De estos, el más importante en cuantificar es el caudal, que puede determinarse utilizando diferentes métodos, entre los que se pueden mencionar los absolutos del diagrama de tiempo-presión (método de Gibson) y de ultrasonido, y el relativo de Winter-Kennedy. La elección del método de medida dependerá de las características de la instalación, de las conducciones hidráulicas de la turbina, del salto...

La realización de ensayos de rendimiento dependerá de las condiciones específicas de la máquina, de las características de la instalación y del tipo de explotación.

Es aconsejable que los ensayos de rendimiento los realice una compañía independiente que garantice los resultados obtenidos, acabando así con la práctica de que sea el propio fabricante de la turbina el que lo realice. El personal que realice tanto los ensayos como el informe final debe tener una preparación y experiencia suficiente.

El equilibrado es de aplicación tanto en turbinas de acción como de reacción, así como en turbinas-bombas y bombas acopladas a un generador o motor eléctrico.

Plan de mantenimiento

El plan de mantenimiento se propone para conocer el estado actual y la evolución futura de los equipos principales de la central, obteniendo la máxima información de cómo el funcionamiento afecta a la vida de la turbina, del generador y del transformador, con el objetivo de detectar cualquier anomalía antes de que origine una avería mayor y una parada no programada. Este plan de mantenimiento, complementado con el ordinario, se ha convertido en una herramienta fundamental para asegurar la disponibilidad de los grupos.

Básicamente consiste en la aplicación de las técnicas siguientes:

Vibraciones y pulsaciones. Durante el funcionamiento de una central eléctrica, el grupo turbina-generador está sometido a la acción de diferentes fuerzas perturbadoras.

Identificar y evaluar las vibraciones y pulsaciones presentes en la unidad, separando aquellas que son propias del funcionamiento de esta de aquellas otras que tienen su origen en el funcionamiento anómalo de alguno de sus elementos, se realiza mediante el estudio y el análisis de las citadas vibraciones y pulsaciones.

El proceso de seguimiento y diagnóstico se realiza en las fases siguientes:

• Documentación: punto de partida para determinar la aparición de problemas en el grupo. Está formado por planos e informes con los datos más significativos de la unidad.
• Conocimiento de la máquina: características constructivas y de funcionamiento que determinan el tipo de posibles defectos y la vibración resultante de los mismos. Es necesario conocer la máquina, sus condiciones de funcionamiento y de los fenómenos asociados al mismo.
• Criterios de valoración: una vez que un defecto ha sido localizado e identificado, se determina su grado de importancia; considerando su importancia y las características de este. El criterio para la evaluación se basa en la existencia de una base de datos representativa, así como en las medidas históricas de la unidad.
• Análisis de aceites: el análisis del aceite lubricante o del aceite de regulación complementa el diagnóstico mecánico del estado de la unidad; los análisis que se realizan sobre la muestra del aceite incluyen las determinaciones de viscosidad, oxidación, acidez, contenido en agua, aditivos y contenido en metales de desgaste y de contaminación.

El análisis de los resultados obtenidos de los ensayos realizados sobre una muestra del aceite, tomada según un procedimiento adecuado sobre la base de la experiencia, conduce al diagnóstico del estado de este, detectando la existencia, o no, de un defecto, identificando el mismo y evaluando su importancia.

Descripción del funcionamiento

La operación y control de una turbina se realiza por medio de un control electrónico que se divide en las siguientes partes:

• Abastecimiento de energía (protecciones de sobrecarga y distribución).
• Controles y señales de supervisión de la bomba de aceite, botones de modo operacional, controles de apagado de emergencia y válvulas de seguridad.
• Controles manuales y conexiones de seguridad para la válvula esférica y válvulas principales, así como para freno de emergencia y apagado del generador.
• Comandos y señales del generador de las bombas de aceite.

Desde el panel, se realiza toda la operación, desde el control de las bombas de aceite indispensables para el correcto funcionamiento de la turbina hasta las bombas auxiliares, mientras el modo operacional se encuentre en supervisión remota.

En este caso, la bomba auxiliar se encuentra conectada a un medidor de presión de respuesta; el modo operacional en que se encuentre todo el sistema se puede determinar al seleccionar mediante un interruptor una de las tres posiciones: manual, local o supervisión remota.

La posición manual se puede operar desde la sala de control de la turbina operando los siguientes interruptores:

• Control de bombas de aceite I y II.
• Válvulas de paso.
• Válvula esférica.
• Sistema de frenado y generador.

En modo operacional local, todos los circuitos mencionados reciben las órdenes de un ordenador; mientras que, en modo remoto, los comandos solo se aceptan desde un terminal remoto.

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