Equilibrado de turbinas: misión crítica para la generación de energía

Introducción: la magnitud del problema

Los rotores de turbinas (de vapor, gas e hidráulicas), turbocompresores y turbodiesel — así como los rotores de generadores en centrales eléctricas — operan en condiciones extremas:

• Velocidades muy elevadas: 3.000–30.000 rpm
• Masa enorme: el rotor de una turbina de cogeneración pesa 20–100 toneladas
• Temperaturas extremas: hasta 500–600 °C
• Alta presión: hasta 300 atmósferas

Las consecuencias del desequilibrio:

• Vibración transmitida a los cimientos del edificio de la central eléctrica
• Desgaste acelerado de rodamientos (un solo rodamiento de turbina puede costar 60.000–172.500 €)
• El riesgo de fallo catastrófico del rotor
• Pérdida de generación eléctrica (pérdidas de cientos de miles de euros por hora)

Tipos de turbina

1. Turbinas de vapor

Aplicación: centrales de cogeneración, centrales nucleares, grandes instalaciones industriales

Potencia: de 5 MW a 1.200 MW

Velocidad: 3.000 rpm (sincrónica con la red de 50 Hz)

Masa del rotor: 20–100 toneladas

2. Turbinas de gas

Aplicación: unidades de turbina de gas, estaciones compresoras de gasoductos

Velocidad: 10.000–15.000 rpm

Temperatura: hasta 1.200 °C en la zona de combustión

3. Turbinas hidráulicas

Aplicación: centrales hidroeléctricas

Velocidad: 75–1.000 rpm (según el salto hidráulico)

Masa: hasta 200 toneladas en grandes centrales hidroeléctricas

Grado de equilibrado: G6,3 — la norma ISO 1940-1 clasifica las turbinas hidráulicas por separado de las turbinas de gas y vapor (G2,5).

Límites de vibración: los grupos hidráulicos tienen criterios propios en la norma ISO 10816-5: el límite A/B es de 1,6 mm/s para grupos horizontales sobre cimentaciones rígidas y para grupos verticales arriostrados contra la cimentación, y de 2,5 mm/s cuando los alojamientos de los rodamientos están arriostrados contra la carcasa de la máquina — notablemente más estricto que los límites generales.

Atención a la banda de medición: a 75 rpm, la frecuencia de rotación es de apenas 1,25 Hz, muy por debajo del límite inferior predeterminado de la banda RMS (10 Hz). Reduzca ese límite en los ajustes antes de evaluar el nivel de vibración de un grupo hidráulico de giro lento.

4. Turbocompresores

Aplicación: metalurgia, industria química, refinerías de petróleo

Velocidad: 15.000–30.000 rpm

Grado de equilibrado: G2,5 (muy estricto)

Equilibrado de turbinas: el proceso

Cuándo se requiere el equilibrado

• Tras una revisión mayor de la turbina
• Tras sustituir o reparar los álabes
• Cuando la vibración supera el límite A/B de esa máquina (4,5 mm/s para unidades de turbina de gas según la ISO 10816-4; 3,8 mm/s para turbinas de vapor superiores a 50 MW a 3.000 rpm según la ISO 10816-2)
• De forma planificada — cada 2–4 años (según las horas de funcionamiento)

El proceso de equilibrado del rotor de la turbina

1. Desmontaje: parada de la turbina, enfriamiento, apertura de la carcasa y extracción del rotor (puede llevar 3–7 días)
2. Inspección: comprobación de la geometría, examen de los álabes y discos
3. Equilibrado: en un rotor flexible de central eléctrica — en una máquina especializada en varias etapas
4. Equilibrado a baja velocidad: 500–1.000 rpm
5. Equilibrado a alta velocidad: hasta la velocidad de operación
6. Remontaje y reinstalación

La economía del equilibrado de turbinas

Coste del trabajo

El coste de NO equilibrar

Ejemplo: una central de cogeneración con una turbina de 200 MW

Si NO se equilibra:

• Parada de emergencia por vibración: 200 MW × 24 horas × 150 €/MWh = 720.000 € en pérdidas
• Fallo de rodamiento: 230.000 € de sustitución + tiempo de parada
• El riesgo de destrucción total del rotor: daños en cientos de millones

Si se equilibra:

• Parada planificada: 3–5 días
• Equilibrado: 138.000 €
• Operación fiable durante los próximos 3–5 años

Retorno de la inversión: ¡evitar un solo fallo amortiza la inversión 5–10 veces!