Comprender el impacto de una mala filtración de aire en el rendimiento de las turbinas de gas

Antecedentes

La suciedad, la corrosión y la erosión de los compresores de las turbinas de gas están relacionados con la calidad del aire. El ensuciamiento del compresor puede estar causado por la materia vegetal natural o por las partículas sólidas que se encuentran en el aire. También puede deberse a riesgos de contaminación atmosférica provocados por el hombre, como los humos de carbono o hidrocarburos, que crean una sustancia pegajosa cuando se depositan en las lamas de la turbina.

Las piezas giratorias de las turbinas de gas modernas tienen un diseño y una estructura complejos y un perfil crítico para conseguir la máxima eficacia de trabajo. Las lamas/boquillas de alta presión tienen a veces pequeños orificios de ventilación para suministrar aire de enfriamiento, ya que las temperaturas de trabajo se acercan o superan el límite del material. Las lamas del compresor están fabricadas con una aleación muy sofisticada de metales para proporcionar resistencia y durabilidad, y están recubiertas con una capa protectora para una mayor durabilidad. La eficacia de la filtración eficaz es un factor importante para la vida útil a largo plazo de la turbina de gas.

Entonces, ¿qué importancia tiene la filtración de las turbinas de gas y cuáles son los impactos de una mala filtración de la entrada de aire? En este artículo exploramos los impactos y explicamos la causa raíz.

Erosión

Las partículas, que tienen una masa suficiente para desgastar de forma irreversible los componentes giratorios internos, suelen identificarse con un diámetro superior a 10 µm. Su dureza, velocidad y concentración en la corriente de aire pueden causar erosión en función del tiempo. Estas partículas pueden eliminarse mediante filtros inerciales o prefiltros con consumada facilidad. Una partícula de 10 µm de diámetro se considera que es muy grande, pero cabe señalar que el ojo humano solo puede ver partículas de más de 40 µm de diámetro. La erosión provoca daños irreversibles en una turbina de gas, pero puede evitarse fácilmente con una filtración de aire adecuada.

Suciedad

Los contaminantes que tienen un diámetro inferior a 5 µm no tienen suficiente masa para causar desgaste, pero pueden incidir en la superficie de los componentes giratorios y estáticos y, en un corto período de tiempo, cambiar el perfil de la hoja de su forma ideal. Esto se conoce comúnmente como ensuciamiento de la turbina de gas y sigue siendo un problema muy común. Sin embargo, el impacto de la suciedad puede resultar muy significativo y, aunque el lavado del motor con detergentes y cantidades abundantes de agua dulce puede restablecer la eficiencia, sigue produciéndose un deterioro lento y estable de la eficiencia y la potencia del motor. Cabe asimismo señalar que las mismas pequeñas partículas que provocan el ensuciamiento del compresor también pueden tapar los orificios del aire de enfriamiento situados en las lamas, lo que aumentará la temperatura de funcionamiento de los componentes y reducirá la vida útil del motor.

Corrosión

Puede producirse corrosión en las piezas de baja presión (LP) y alta presión (HP) de una turbina de gas cuando las sales transportadas por el aire pasan a través del sistema de filtración. Se trata de un proceso químico que no depende del tamaño de las partículas, sino de la presencia de humedad y de una reacción electrolítica entre sales y metales de distintos tipos. La presencia de sal y agua en el aire provoca corrosión a baja temperatura, mientras que la combinación de sal (NaCl) con azufre en el aire o en el combustible da lugar a una sulfuración/oxidación a alta temperatura o corrosión por ‘gas caliente’ en la sección de la turbina de gas.

Corrosión por gas caliente

La corrosión por gas caliente es especialmente preocupante en lugares costeros y en alta mar donde NaCl es frecuente tanto como partícula seca como en solución en agua. Cuando se mezcla con combustible agrio (sulfuroso), provoca una degradación acelerada de los componentes clave de la sección caliente de la turbina de gas. Esta es una causa común de fallo del motor en un entorno de alta mar, a menudo mucho antes de la vida útil prevista de una turbina de gas.

Efecto combinado de la erosión y la corrosión a baja temperatura

Una combinación de estos efectos puede provocar el fallo de las lamas. La erosión debida a una filtración deficiente puede dar lugar a la eliminación del revestimiento protector de la lama, lo que la expondrá a la posibilidad de sufrir corrosión a baja temperatura por una combinación de sal y agua. En caso de que se desarrolle corrosión cerca de la base de la lama, esto podría provocar un fallo catastrófico por desprendimiento de la lama debido a las cargas excesivas en una base debilitada.

Conclusión

El impacto de una filtración de aire deficiente en el rendimiento de la turbina de gas está totalmente vinculado a la calidad del aire y, por tanto, a la ubicación individual de una instalación de turbina de gas. Es el entorno circundante el que determinará la gravedad del problema de la calidad del aire y el impacto potencial de una filtración deficiente.
Los operadores no pueden confiar simplemente en que los filtros de las turbinas de gas proporcionados por el OEM sean los adecuados. Para proteger la maquinaria rotativa del impacto de la suciedad, la erosión, la corrosión y la corrosión por gas caliente, los fabricantes de turbinas de gas (OEM) establecen requisitos obligatorios de calidad del aire para los proveedores de filtración. En general, el nivel de estos requisitos no es especialmente estricto, pero tiene en cuenta que también será necesario realizar lavados regulares con agua y tareas de mantenimiento de la turbina de gas. En el caso del suministro de equipos originales, esto permite al OEM seguir siendo comercialmente viable en un mercado competitivo, al tiempo que se equilibra el rendimiento, la salud y la vida útil de la turbomaquinaria.
El operador debe considerar los beneficios comerciales y medioambientales de una mejor filtración del aire, en particular el valor de la actualización a la filtración EPA. AAF puede trabajar con usted para cuantificar estos beneficios y proporcionar detalles del coste global de propiedad para que pueda compensar cualquier aumento en los precios de los filtros con los beneficios comerciales que se lograrán. El mayor dilema en este escenario es que, incluso en los desafíos más duros de la calidad del aire, las partículas que causan el mayor daño siguen siendo invisibles a simple vista, por lo que es fácil entender por qué no está clara la gravedad del problema. Una filtración de aire optimizada puede proteger cualquier turbina de gas, independientemente de la ubicación y el entorno, y AAF trabajará con usted para encontrar la solución adecuada para una turbina de gas individual. Con una gama de soluciones específicas, AAF puede ayudarle con productos líderes en el mercado que eliminarán los riesgos de daños en las turbinas de gas y mantendrán la eficiencia y la potencia de las mismas.