Microfiltrado y purificación en sistemas de generación de energía

Artículo gentileza de SOLTEX, representante en Chile de Pall Corporation (USA). Mayor información solicitar a Pablo Silva, División Equipos de Proceso, al e-mail proceso@soltex.cl

La energía constituye un elemento vital para el desarrollo económico y social del país. En Chile, este sector ha cobrado especial relevancia en los últimos años dada la variabilidad y sostenida alza de los combustibles que importamos, judicialización de los proyectos, surgimiento de nuevas tecnologías y una gran preocupación por los aspectos ambientales de cada tecnología de generación en particular. De todas formas, la eficiencia y productividad a bajo costo son clave para las sustentabilidad económica de cada proyecto o iniciativa.

Diagrama de aplicaciones de microfiltrado y purificación en una planta de generación térmica. Actualmente, los sistemas de generación más abundantes en nuestro país corresponden a centrales tanto del tipo termoeléctrico como hidroeléctrico. Ambas tecnologías -así como la gran mayoría de los métodos de generación de energía- poseen un factor en común, que representa el corazón de las plantas generadoras y que corresponde a las turbinas de generación. Estos equipos son elementos altamente tecnificados que requieren extremo cuidado y protección; en ese sentido, el uso de aceites lubricantes es esencial para mantener su integridad y vida útil. Estos lubricantes del tipo sintético, son diseñados específicamente para operaciones hidráulicas, incluyendo resistencia al fuego (por ejemplo en turbinas largas de vapor), por lo tanto, se trata de fluidos muy especiales y costosos, que se suministran y conducen mediante equipos complementarios tales como bombas y/o servo-válvulas. Tanto la turbina misma como sus equipos complementarios, al estar en permanente movimiento, pueden generar desgaste y, por ende, incorporar micropartículas metálicas en el sistema que deben ser erradicadas en forma oportuna mediante el uso de técnicas y elementos de microfiltrado. Por otra parte, técnicas y elementos de purificación son también necesarios en caso de que el sistema, por ejemplo, se encontrara contaminado por la presencia de agua u otros elementos ajenos al proceso. Aplicaciones de purificación y microfiltrado dentro de una planta térmica Las aplicaciones de micro­filtrado y purificación tienen lugar en diversos procesos de una planta térmica, por ejemplo, en la protección del sistema de combustión o caldera se purifica el combustible mediante el uso de coalescedores y filtros de microparticulas. De la misma manera, el agua ultra pura que ingresa a la caldera debe tener una calidad tal que no interfiera en la transferencia de calor y no genere entorpecimiento del flujo de alimentación por presencia de incrustaciones en el sistema. Finalmente, una de las aplicaciones más criticas, como se mencionó anteriormente, radica en la proteccion de la turbina, ya sea de sus sellos mecánicos y/o sistemas de suministro y manejo del aceite de lubricación. Tecnologías de purificación (agua en aceite) Un volumen dado de aceite puede disolver una cantidad finita de agua/gas a una determinada presión y temperatura. Por arriba de ese volumen, la solución está saturada, y el agua/gas queda emulsificado o en dos fases (gotas o burbujas). El agua en aceites de lubricación genera condiciones indeseadas para el buen funcionamiento de un sistema de turbinas, tales como: • Corrosión de superficies por aumento de acidez. • Degradación del aceite. • Precipitación de aditivos. • Deterioro de las propiedades lubricantes. • Congelamiento a bajas temperaturas. Los motivos pueden ser diversos. Por ejemplo, venteos, enfriadores e intercambiadores de calor, precipitación por bajas temperaturas, adición de fluidos contaminados, filtraciones de lluvia en tanques al aire libre o fallas en sellos, entre otros.   Curva saturación agua en aceite. Deshidratación por vacío Los aceites y gases actúan de forma diferente cuando están sometidos al vacío, ya que los gases se expanden, disminuyendo su humedad relativa. Por otro lado, los aceites liberan humedad al aire por transferencia de masa. Es importante tener claro que un aceite reacondicionado no debe ser confundido con aceite purificado, ya que el primero es tratado después de que se ha degradado, debido a una severa oxidación y fuerte contaminación, mientras que el segundo se encuentra en estado íntegro luego de la remoción del agua. A raíz del problema que presenta el agua en el aceite, existe una tecnología que permite remover el 100% del agua libre presente en el aceite sin emulsificar y hasta un 80% del agua en el aceite emulsificado. La principal ventaja de esta tecnología es que no requiere elevar la temperatura del aceite para extraer la fase acuosa, sino que se basa en el manejo de parámetros y mecanismos tales como la presión y transferencia de masa. Además, permite realizar un microfiltrado para la remoción de micropartículas. Tecnologías de Microfiltración: Erradicación de Macropartículas en aceite Estas micropartículas poseen un tamaño de un orden de magnitud menor a lo que es capaz de observar el ojo humano (= 40 µm). La presencia de micropartículas en aceites es altamente desfavorable en sistemas de servo-válvulas, afectando de diversas maneras: • Respuestas lentas e inestables. • Erosión superficial. • Falla en los sistemas de seguridad: potencialmente catastrófico. El uso y el desgaste pueden afectar significativamente las dimensiones mecánicas y por ende derivar en abrasión, erosión y corrosión. Las servo-válvulas, tienen la función de regular el flujo de alimentación de aceite a la turbina. Son extremadamente sensibles a las microparticulas contaminantes debido a las muy pequeñas holguras que presentan, por ello son requeridas para un control preciso. Conclusiones El buen funcionamiento de equipos críticos como turbinas y elementos complementarios es esencial para garantizar la fiabilidad y disponibilidad de las centrales de generación. La tolerancia de micropartículas en sistemas de inyección es extremadamente baja y muy ajustada, por ende, mantener la pureza del lubricante es fundamental para la efectividad de los sistemas de servo-válvulas, entre otros componentes. Mantener la integridad y calidad del fluido en sí mismo representa un gran reto, dado que factores como la corrosión y desgaste, derivados de la contaminación o presencia de partículas no deseadas, pueden provocar grandes problemas operativos, trayendo consigo altos costos de mantenimiento. La adopción de tecnologías de microfiltrado y purificación son fundamentales para mantener los sistemas operando en plenitud. El desarrollo de nuevas técnicas permiten maximizar sus beneficios; en este sentido, empresas con experiencia y equipos de calidad son determinantes.