Purificación de aceite de turbinas en centrales nucleares

Las turbinas de vapor de las centrales nucleares operan en condiciones mucho más exigentes que las de las centrales térmicas convencionales. El aceite que circula por los sistemas de lubricación, regulación y sellado del eje no es un consumible, sino un elemento estructural del equipo que debe conservar sus propiedades durante toda la vida útil de la turbina. Por ello, la purificación del aceite de turbinas en centrales nucleares es una necesidad operativa continua y no una tarea de mantenimiento periódica. La degradación del aceite provoca directamente fallos en los cojinetes, un funcionamiento inestable del regulador, paradas no programadas de la unidad y retrasos en la puesta en servicio tras los trabajos de mantenimiento.

El papel del aceite de turbinas en las turbinas de vapor de las centrales nucleares

Las turbinas de vapor utilizadas en las centrales nucleares funcionan bajo condiciones severas de temperatura elevada, alta presión y cargas mecánicas significativas. En estos sistemas, el aceite de turbina cumple tres funciones principales:

• Lubricación de las superficies de fricción, reduciendo el desgaste de los cojinetes y de los componentes móviles;
• Refrigeración de los pares de fricción, disipando el calor generado bajo altas cargas;
• Actuar como medio hidráulico en los sistemas de regulación y control de la turbina.

Para cumplir estas funciones de forma fiable, los aceites para turbinas deben poseer propiedades fisicoquímicas específicas. Deben presentar una elevada estabilidad frente a la oxidación en presencia de calor, catalizadores metálicos, agua, vapor y aire. También deben resistir la formación de emulsiones estables al entrar en contacto con el agua, mantener unas características adecuadas de viscosidad en función de la temperatura y proteger las superficies de trabajo contra el desgaste y la corrosión. Además, el aceite debe ser químicamente inerte respecto a los materiales de los sistemas de lubricación y control, estar libre de partículas abrasivas y compuestos agresivos, y ofrecer resistencia tanto a la formación de espuma como al fuego.

El grado de viscosidad del aceite es de importancia crítica. En los sistemas de lubricación y regulación de turbinas de vapor de centrales nucleares se utilizan aceites ISO VG 32 (viscosidad nominal de 32 cSt a 40 °C, rango permitido de 28,8 a 35,2 cSt) e ISO VG 46 (viscosidad nominal de 46 cSt a 40 °C, rango permitido de 41,4 a 50,6 cSt). La viscosidad determina la capacidad del aceite para formar y mantener una película lubricante continua entre las piezas móviles, suficientemente espesa para evitar el contacto metal con metal durante el funcionamiento.

Causas y consecuencias de la degradación del aceite de turbinas

La pérdida de las propiedades de servicio del aceite de turbina constituye un problema operativo importante. Los indicadores externos de degradación incluyen una formación excesiva de espuma, depósitos de barniz sobre las superficies internas del equipo y las rejillas del depósito de aceite, así como un funcionamiento inestable del accionamiento electrohidráulico del sistema de regulación de la turbina. Estos problemas pueden provocar fallos en los cojinetes, paradas forzadas y retrasos en la puesta en servicio de las unidades generadoras.

El deterioro de la calidad del aceite puede deberse a varias causas principales:

• Agotamiento de la vida útil: consumo de los paquetes de aditivos, suministro de aceite de calidad inferior, descomposición química con formación de productos ácidos, geles o lodos sólidos por hidrólisis o degradación térmica en zonas de alta temperatura por fricción;
• Errores de mantenimiento: utilización de pinturas, materiales de sellado o selladores incompatibles, introducción de objetos extraños en las cavidades del equipo o drenaje incompleto durante el cambio de aceite;
• Incompatibilidades de diseño: uso de enfriadores de aceite (por ejemplo, del tipo M-540) con insertos de madera y componentes de cobre que son destruidos por fluidos de éster fosfato, provocando contaminación y acelerando la degradación del fluido;
• Problemas operativos: temperatura excesiva del fluido, ingreso de agua y emulsificación del aceite.

En el caso de los aceites minerales para turbinas, la causa más frecuente para su descarte es superar el valor permitido del índice de acidez. Otro problema importante es la pérdida acelerada de las propiedades desemulsionantes, especialmente relevante debido a la frecuente contaminación por agua en los sistemas de aceite de las turbinas de vapor de las centrales nucleares.

Purificación del aceite de turbinas en centrales nucleares: tecnología CMM-T

Para mantener la calidad del aceite durante toda la vida útil de las turbinas de vapor de las centrales nucleares, la purificación del aceite se realiza directamente en las instalaciones mediante equipos móviles especializados. Estas unidades combinan en un solo sistema la purificación, la deshidratación, la desgasificación y la filtración, eliminando los principales contaminantes que deterioran el rendimiento del aceite.

La unidad de purificación de aceite de turbinas CMM-T, desarrollada por GlobeCore, ha sido diseñada específicamente para las condiciones operativas de las centrales eléctricas: espacio limitado, necesidad de movilidad entre diferentes áreas de trabajo y elevados requisitos de rendimiento. La máquina alcanza una capacidad de procesamiento de 4,5 m³/h con unas dimensiones compactas de 171 × 117 × 169 cm.

La CMM-T utiliza una arquitectura de dos bombas: una bomba de vacío y una bomba de descarga, lo que permite minimizar el tamaño del equipo sin reducir su rendimiento. La bomba de vacío genera presión negativa en el recipiente de vacío, aspirando el aceite a través de un filtro grueso y un calentador. Dentro del recipiente de vacío, elementos de relleno en forma de anillos aumentan la superficie efectiva de la película de aceite, favoreciendo una intensa evaporación de la humedad bajo vacío. El condensado se recoge y se separa, mientras que el aceite seco pasa por etapas de filtración fina antes de regresar al sistema.

Principales parámetros de rendimiento de la purificación del aceite de turbinas en centrales nucleares mediante la CMM-T:

• Reducción del contenido de humedad: de 50 ppm a 10 ppm;
• Contaminación por partículas mecánicas: reducida a ≤10 g/t;
• Capacidad de procesamiento: 4,5 m³/h.

La unidad está equipada con un sistema completo de instrumentación de seguridad: sensores de nivel que controlan el nivel de aceite en el recipiente de vacío y accionan válvulas solenoides; un sensor de espuma que activa su eliminación; un relé de flujo que impide la activación del calentador hasta confirmar la circulación del aceite; un sensor de temperatura RTD y un termostato para proteger contra el sobrecalentamiento. El panel de control incorpora un PLC con pantalla de estado y controles para el operador. La unidad está montada sobre ruedas para facilitar su desplazamiento dentro de la planta.

Prolongación de la vida útil del aceite y mejora de la fiabilidad de las turbinas

La purificación oportuna y sistemática del aceite de turbinas en centrales nucleares prolonga la vida útil del propio aceite y garantiza la fiabilidad de las turbinas de vapor durante todo su período de operación. Cuando la purificación se realiza regularmente conforme a las normas técnicas, las propiedades del aceite permanecen dentro de los límites permitidos, reduciendo la frecuencia de los cambios completos de aceite y los costes y riesgos asociados a las paradas de la unidad.

El análisis periódico del aceite combinado con la purificación in situ proporciona a los operadores de las centrales nucleares una estrategia rentable para mantener en condiciones óptimas los sistemas de lubricación de las turbinas durante todo el ciclo operativo de las unidades generadoras.