Los sistemas hidráulicos de las centrales nucleares funcionan en condiciones en las que la fiabilidad es fundamental. Los mecanismos hidráulicos de accionamiento de las barras de control, los actuadores de las válvulas de seguridad y los sistemas de parada de emergencia deben responder dentro de límites de tiempo estrictamente definidos. En aquellos sistemas que utilizan aceite hidráulico como fluido de trabajo, su estado influye directamente en la fiabilidad de los componentes. Por ello, la purificación de aceite hidráulico en centrales nucleares no es simplemente una operación rutinaria de mantenimiento, sino una actividad importante para mantener la fiabilidad de los equipos y cumplir los requisitos técnicos y reglamentarios aplicables.
A diferencia de muchas instalaciones industriales, donde el aceite contaminado provoca principalmente desgaste de los equipos y paradas no programadas, en una central nuclear las consecuencias pueden afectar a la disponibilidad de sistemas importantes para la operación segura de la instalación. Las partículas inferiores a 8 micras, invisibles a simple vista y que pueden atravesar determinados filtros convencionales, se acumulan con el tiempo en los orificios de las válvulas de precisión y en los componentes de los actuadores, aumentando los tiempos de respuesta y el riesgo de fallos de accionamiento. La humedad favorece la corrosión y, en determinadas condiciones, el crecimiento microbiológico. El aumento de la acidez del aceite acelera el deterioro de las superficies metálicas y de los elementos de sellado. Estos problemas se desarrollan gradualmente y pueden pasar inadvertidos, por lo que resulta esencial supervisar sistemáticamente el estado del aceite y aplicar los tratamientos adecuados.
Sistemas que dependen de un aceite hidráulico limpio
Existen tres categorías de equipos en las centrales nucleares cuya fiabilidad puede depender especialmente de la calidad del fluido hidráulico.
Los sistemas hidráulicos de accionamiento de las barras de control permiten regular la reacción nuclear en cadena mediante la inserción o extracción de las barras de control, en aquellos diseños de reactor que emplean este tipo de accionamiento. Cualquier retraso en la respuesta provocado por un aceite contaminado o por cambios en su viscosidad puede afectar al funcionamiento del mecanismo y, en determinadas configuraciones, a la ejecución de las funciones de parada de emergencia (SCRAM).
Los actuadores de los sistemas de seguridad pueden formar parte de los sistemas de refrigeración de emergencia del núcleo y de las válvulas de aislamiento de la contención. Estos componentes deben activarse dentro de los tiempos de respuesta especificados, de acuerdo con las condiciones de diseño y los requisitos de seguridad de la instalación. La degradación del fluido hidráulico puede contribuir a un accionamiento lento o incorrecto en los sistemas que utilizan este tipo de tecnología.
Los actuadores de válvulas de los circuitos primario y secundario requieren un posicionamiento preciso y una respuesta rápida. La acumulación de depósitos y lodos en los mecanismos de control, los orificios hidráulicos y los componentes de las válvulas puede provocar fugas, movimientos irregulares y una mayor frecuencia de mantenimiento.
Tipos de aceite hidráulico utilizados en centrales nucleares y compatibilidad de los equipos
No todos los fluidos hidráulicos utilizados en instalaciones nucleares tienen la misma composición. Esta diferencia es fundamental a la hora de seleccionar los equipos de purificación.
Las centrales nucleares utilizan diferentes categorías de fluidos hidráulicos según la aplicación y la clasificación de seguridad del sistema. Los aceites hidráulicos minerales, obtenidos mediante el refinado del petróleo, se emplean en numerosos circuitos hidráulicos de uso general, determinados mecanismos de accionamiento y actuadores de válvulas donde el riesgo de incendio se controla mediante otras medidas de protección.
Los fluidos hidráulicos sintéticos y resistentes al fuego, especialmente los formulados a base de ésteres fosfato, se utilizan en sistemas donde la proximidad a superficies de alta temperatura o fuentes de ignición hace que la inflamabilidad sea un factor importante. Algunos sistemas de control de turbinas y determinados actuadores pueden utilizar este tipo de fluidos. También existen aplicaciones específicas que emplean fluidos hidráulicos a base de agua y glicol.
Esta distinción es especialmente importante para la purificación de aceite hidráulico en centrales nucleares, ya que los equipos de tratamiento no son necesariamente compatibles con todos los tipos de fluidos. Los ésteres fosfato, por ejemplo, requieren equipos específicos con juntas, materiales filtrantes y componentes constructivos químicamente compatibles. Las unidades diseñadas para aceites minerales pueden sufrir daños al entrar en contacto con fluidos incompatibles. Además, la contaminación cruzada entre diferentes tipos de fluidos puede deteriorar sus propiedades y afectar a los componentes del sistema hidráulico.
Las unidades GlobeCore de las series CMM-LT y CMM-R están diseñadas para procesar aceites minerales con una viscosidad cinemática no superior a 70 cSt. Antes de instalar cualquier unidad de purificación GlobeCore en una central nuclear, es imprescindible confirmar el tipo de fluido utilizado mediante la documentación técnica del equipo o un análisis de laboratorio. También debe verificarse la compatibilidad del equipo con el sistema y los requisitos aplicables de la instalación. El uso de equipos diseñados para aceite mineral con fluidos incompatibles puede dañar la unidad de tratamiento, contaminar el circuito hidráulico y comprometer el funcionamiento de sus componentes.
En las centrales nucleares donde coexisten sistemas con aceite mineral y sistemas que utilizan fluidos resistentes al fuego, deben emplearse equipos de purificación independientes para cada tipo de fluido, debidamente identificados y sometidos a procedimientos de control que eviten su utilización incorrecta.
Equipos para la purificación de aceite hidráulico en centrales nucleares
Un tratamiento eficaz del aceite hidráulico puede combinar tres procesos complementarios, cada uno destinado a eliminar un tipo específico de contaminación.
Filtración de partículas sólidas. Este proceso elimina partículas metálicas procedentes del desgaste, óxidos y otros contaminantes sólidos mediante elementos filtrantes de varias etapas, con grados de filtración de 5, 3, 1 o 0,3 micras. Algunos sistemas hidráulicos de alta precisión requieren niveles de limpieza muy elevados, que pueden especificarse mediante el código ISO 4406. En aplicaciones particularmente exigentes pueden establecerse objetivos de limpieza próximos a la clase 12, según los requisitos del fabricante y del sistema. Los filtros convencionales con grados de filtración de 8 a 25 micras pueden resultar insuficientes para eliminar las partículas más pequeñas, por lo que puede ser necesario utilizar equipos de purificación adicionales.
Deshidratación al vacío. Este proceso permite eliminar el agua libre y disuelta en el aceite. El fluido calentado entra en una cámara de vacío donde, bajo presión reducida, se separan la humedad y los gases disueltos, que posteriormente son evacuados. La eliminación de agua y gases contribuye a reducir el riesgo de cavitación, el ruido de las bombas, las fluctuaciones de presión y la aceleración de los procesos de oxidación.
Regeneración mediante adsorción. Este tratamiento permite reducir la acidez del aceite. Durante el envejecimiento del fluido hidráulico, los procesos de oxidación generan compuestos ácidos que deterioran sus propiedades y pueden afectar a los componentes del sistema. Al hacer circular el aceite a través de columnas que contienen materiales adsorbentes, como la Tierra de Fuller, se retienen los productos ácidos de degradación y determinados compuestos responsables del oscurecimiento del aceite. Esto permite reducir el número de acidez total (TAN) y recuperar determinadas propiedades del fluido. Algunas unidades también permiten incorporar aditivos inhibidores después de la regeneración, cuando la formulación del aceite y las recomendaciones del fabricante lo permiten.
Serie CMM-LT: filtración, deshidratación y desgasificación del aceite hidráulico
Las unidades GlobeCore CMM-LT realizan procesos de purificación mecánica y física del aceite hidráulico mineral: eliminación de partículas sólidas, deshidratación y desgasificación. El aceite entra en la unidad a través de un prefiltro de 200 micras, pasa por una cámara de vacío con calentamiento y elementos internos especiales que favorecen la separación de la humedad y los gases, y posteriormente atraviesa elementos filtrantes con una finura de filtración de hasta 0,3 micras. Dependiendo de las condiciones iniciales del aceite y de la configuración del equipo, pueden alcanzarse niveles elevados de limpieza, correspondientes a códigos ISO 4406 del orden de 12-14.
Las unidades presentan un diseño compacto y están montadas sobre ruedas, lo que facilita su desplazamiento y utilización cerca de los equipos que requieren mantenimiento. El sistema de vacío de dos etapas, compuesto por una bomba de prevacío y una bomba de refuerzo, permite generar el nivel de vacío necesario para una deshidratación eficaz. Entre los dispositivos de protección se incluyen sensores de nivel en la cámara de vacío, un sistema de control de espuma para aceites muy contaminados, un sensor de detección de fugas en la bandeja de recogida y dos trampas de aceite destinadas a proteger el circuito de vacío frente al arrastre de fluido.
Importante: las unidades de la serie CMM-LT están diseñadas exclusivamente para aceites minerales con una viscosidad cinemática máxima de 70 cSt. No están destinadas al tratamiento de fluidos hidráulicos sintéticos, fluidos a base de ésteres ni fluidos resistentes al fuego.
Serie CMM-R: eliminación de acidez y regeneración del aceite hidráulico
Cuando la acidez del aceite supera los límites admisibles, las unidades de regeneración GlobeCore CMM-R permiten recuperar determinadas propiedades químicas del fluido mediante adsorción. El aceite circula a través de columnas que contienen un material adsorbente capaz de retener productos ácidos de degradación, compuestos polares y sustancias responsables del cambio de color. El adsorbente puede reactivarse térmicamente directamente en las columnas y reutilizarse entre 500 y 700 ciclos, según las condiciones de funcionamiento y las características del aceite tratado. Esto permite prolongar considerablemente su vida útil y reducir el consumo de material adsorbente nuevo.
La gama incluye unidades compactas de funcionamiento manual, como las CMM-6R Lite y CMM-10R Lite, así como modelos automáticos con secciones opcionales de desgasificación y funciones de supervisión remota, entre ellos las CMM-6R, CMM-12R y CMM-24R. La unidad CMM-24R permite trabajar de forma continua mediante un sistema de funcionamiento paralelo: doce columnas regeneran el aceite mientras otras doce pasan por el proceso de reactivación del adsorbente. Esta configuración permite evitar las interrupciones asociadas a los ciclos de regeneración y reactivación.
Importante: las unidades de la serie CMM-R están destinadas al tratamiento de aceites minerales con una viscosidad cinemática máxima de 70 cSt. Antes de utilizarlas, debe confirmarse su compatibilidad con la formulación específica del aceite hidráulico, especialmente cuando se trata de fluidos empleados en instalaciones nucleares. También deben verificarse los requisitos relativos a los aditivos, la limpieza y la calidad final del aceite regenerado.
Importancia de la purificación del aceite hidráulico para la seguridad y fiabilidad de una central nuclear
Diversas estimaciones del sector relacionan entre el 20 % y el 25 % de determinados incidentes en equipos energéticos con deficiencias en los sistemas de aceite. Aunque estas cifras pueden variar según el tipo de instalación y la metodología de evaluación, ponen de manifiesto la importancia de mantener los fluidos de trabajo en condiciones adecuadas. En una central nuclear, las consecuencias de la contaminación del aceite pueden ir mucho más allá de los costes de mantenimiento. Un fluido hidráulico contaminado en un sistema relacionado con la seguridad puede constituir una condición de degradación latente que solo se manifieste cuando el sistema deba actuar.
La purificación sistemática de aceite hidráulico en centrales nucleares, respaldada por un programa regular de toma de muestras, análisis y control de calidad del aceite, contribuye a reducir los riesgos asociados a la contaminación. Para los sistemas que utilizan aceites minerales compatibles, la combinación de filtración y deshidratación mediante unidades CMM-LT con la reducción de acidez mediante unidades CMM-R permite realizar un tratamiento integral del fluido. Este enfoque ayuda a mantener las propiedades del aceite dentro de los límites establecidos, prolongar su vida útil, reducir la frecuencia de sustitución y mejorar la fiabilidad de los componentes hidráulicos.
La selección y utilización de estos equipos en instalaciones nucleares debe realizarse de acuerdo con los procedimientos de mantenimiento aprobados, las especificaciones del fabricante y los requisitos de seguridad y calidad aplicables a cada sistema.
