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Los diferentes tipos de arranques los podemos clasificar según la temperatura de la carcasa y del rotor en el momento de iniciarlos. Aunque los fabricantes de turbinas hablan de 3 tipos de arranques (fríos, templados y calientes), en realidad hay dos situaciones adicionales: los arranques superfríos, y los rearranques. La diferencia fundamental es la rampa de subida de carga, ya que cuanto más frío sea el arranque será necesario una subida progresiva más suave, para conseguir un calentamiento uniforme que minimice las tensiones térmicas en el metal. 

Tipos de arranque


 

Los fabricantes de las turbinas los suelen dividir en tres grupos: 

  • Arranque  frío, que es aquel que se produce cuando la turbina ha estado más de 72 horas parada
  • Arranque templado, entre las 24 y 72 horas.
  • Arranque caliente, se produce en menos de 24 horas de que se haya producido la parada

Adicionalmente, existen dos tipos más de arranques:

  • Arranque superfrío. Después de una parada programada, sin virador. El virador es una máquina encargada de hacer girar el rotor a muy bajas revoluciones para que se enfríe de forma homogénea y con ello evitar que se deforme. En el arranque superfrío el metal de la turbina está a temperatura ambiente, y posiblemente el rotor se encuentre ligeramente curvado, por lo que será necesario que la turbina funcione en modo virador entre 6 y 24 horas
  • Rearranque, inmediatamente después de un disparo, se produce después de un disparo porque algún sensor ha dado un aviso y se ha corregido rápidamente o ha sido una falsa alarma, o se están haciendo prueba. Curiosamente, el número de arranques fallidos (arranques que no llegan a completarse) en rearranques es mas elevado que en el resto de los tipos de arranque.

La diferencia fundamental está en la temperatura de la carcasa y del rotor en el momento de inicio del arranque. Debido a que la carcasa y el  rotor se calientan a diferente ritmo por tener masas diferentes (la carcasa es más pesada que el rotor), lo que obliga a una subida controlada en carga. El estrés térmico y la dilatación diferencial entre la carcasa y el rotor marcan la velocidad de esa subida de potencia. Las diferencias en tiempo son menos acusadas que en la turbinas de vapor, por ejemplo. Un arranque frío con subida de carga hasta la plena potencia puede completarse entre 30 y 45 minutos, mientras que para un arranque caliente pueden ser necesarios menos de 15. 

Fases de un arranque


 

Las 5 fases en que puede dividirse el arranque de una turbina de gas son las siguientes:

2.1   Funcionamiento en virador

Para  asegurar el reparto de pesos a lo largo del eje de rotación en caso de parada prolongada es necesario que la turbina gire en virador durante unas horas, evitando así deformaciones producidas al enfriarse de forma no homogénea. Si tras la parada ha estado funcionando en virador, está fase ya está realizada.


2.2   Preparación para el arranque

  • Debe haber presión de gas, se debe ir metiendo gas poco a poco.
  • El sistema de alta tensión debe estar operativo, ya que nos alimentara al generador que en este caso actuara de motor para arrancar la turbina.
  • El sistema de refrigeración debe estar operativo, para ir evacuando el calor conforme lo vayamos generando y no tener que sacar mucho de golpe.
  • Niveles de caldera correctos, si tiene sistema de recuperación de gases, se debe revisar el sistema para ver que todo esta correcto y no nos de problemas cuando pongamos a plena carga la turbina.
  • Bomba auxiliar de lubricación en marcha, temperatura correcta, para que todo este bien lubricado y evitar posibles daños.
  • Ausencia de alarmas de cualquier tipo, ver que no hay ninguna alarma que nos avise de posibles fallos, no vaya a ser que exista un problema no nos demos cuenta y a la hora de poner a plena carga el sistema nos de un fallo y tengamos que parar.

 

2.3 Inicio y subida hasta velocidad de barrido de gases

  • El motor de arranque, que suele ser el propio generador, hace girar la turbina, empezando nosotros a meter gas y aire.
  • El variador controla la velocidad del motor de arranque para ir subiendo de forma adecuada intentando evitar lo más rápido posible las zonas peligrosas de vibración.
  • Sube lentamente la velocidad, hasta una velocidad de giro lento, no superior a 500 rpm. Se busca realizar un barrido de gases que pudiera haber en la turbina, para evitar explosiones. También se pretende que la distribución de pesos a lo largo del eje de rotación sea perfecta y se eviten problemas de vibración al atravesar las velocidades críticas. 

 

2.4 Aceleración hasta velocidad de sincronismo. Paso por velocidades críticas

  • Se ordena desde el control subir hasta velocidades de sincronismo.
  • Interesa pasar por las velocidades críticas lo más rápido posible.
  • La supervisión de las vibraciones durante la aceleración es fundamental, ya que nos pueden indicar posibles problemas.
  • El sistema también supervisa la aceleración, para asegurar que se pasa rápidamente por las velocidades críticas.
  • A una velocidad determinada, se activa el ignitor, y se enciende la llama piloto.
  • La llama piloto enciende a su vez las cámaras de combustión o quemadores (FLAME ON).
  • A partir de ese momento la fuerza de los gases de combustión empieza a impulsar la turbina.
  • Poco a poco, la fuerza que ejerce el motor va siendo menor, y la de los gases mayores.
  • A una velocidad determinada, el motor de arranque se desconecta. Si es el generador, deja de actuar como motor y se prepara para actuar como generador.
  • Se alcanza la velocidad de sincronismo, empezamos a producir energía eléctrica, en esta fase es donde más disparos  se producen.

 

2.5 Sincronización y  Subida de carga hasta la potencia seleccionada

  • El cierre del interruptor de máquina una vez alcanzada la velocidad de sincronismo suele ser muy rápido, unos minutos como mucho
  • El sincronizador varía ligeramente la velocidad de la turbina.
  • La subida de carga debe ser lenta, de acuerdo al tipo de arranque. 

 

Problemas habituales durante los arranques


 

  • Vibraciones al atravesar las velocidades críticas.
  • Fallo de llama (Flame Off), se nos apaga la llama.
  • Aceleración insuficiente.
  • Desplazamiento axial excesivo al subir carga.
  • Temperatura excesiva de cojinetes, esta fallando la lubricación o estamos hiendo muy rápido.
  • Vibraciones al subir carga. 

 

Consejos útiles en los arranques de turbinas de gas


 

  1. Si se ha producido un disparo durante un arranque, no hay que arrancar de nuevo hasta no tener claro qué ha provocado el disparo y haberlo solucionado.
  2. Las averías no se arreglan solas, de forma mágica. Aunque es cierto que a veces son problemas “irreales” relacionados con la instrumentación, la mayoría de las veces no es así.
  3. Las turbinas de gas no son caprichosas: cuando tienen un problema no intentan llamar la atención, tienen un problema de verdad.
  4. Puentear sensores, anular detectores o elevar valores de consigna en el control para facilitar un arranque es una mala decisión. Las averías más graves en una turbina siempre están relacionadas con una negligencia de este tipo.
 

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