AVERÍAS HABITUALES EN PLANTAS DE COGENERACIÓN

Aunque los fallos típicos de cada planta dependen de los modelos específicos de cada uno de los equipos que componen la planta, es posible generalizar una serie de fallos que pueden considerarse habituales en las plantas de cogeneración. Sin pretender realizar un estudio profundo y detallado de estos fallos, se exponen en este capítulo los síntomas, causas y consecuencias de cada uno de ellos, tratando en algunos casos de exponer cómo corregirlos o evitarlos. 

Debido a su especial importancia, y aunque su mantenimiento es realizado principalmente por los técnicos del fabricante, se presentan más detalladamente las principales averías que ocurren en motores de gas. Esto no debe hacer pensar que las averías en las instalaciones de recuperación de calor o en los sistemas auxiliares deben preocupar menos al técnico de la planta, ya que a pesar de que su gravedad es inferior, son mucho más frecuentes que las que afectan al motor.

FALLOS EN MOTORES DE GAS 

La mayor parte de los fallos en motores de gas tienen cuatro orígenes principales: 

a.- Fallos de diseño. 

b.- La cogeneración comercial entre fabricantes, que lleva a que éstos garanticen prestaciones que no se corresponden con el desarrollo de la técnica. 

c.- Las duras condiciones de uso de algunos de los equipos, obligados a producir al 100% de su capacidad (en muchos casos, realmente por encima de ese 100% real). d.- Negligencias graves de operación.

Gripado 

Se entiende en general por gripado la avería que se produce cuando dos piezas que actúan conjuntamente mediante rozamiento, una fija y otra móvil, se agarrotan o sueldan entre sí. En el caso del motor, este efecto se produce entre pistón y cilindro o entre los casquillos y el cigüeñal. 

El gripado pistón-camisa aparece normalmente por cuatro causas: un fallo en la lubricación, un fallo en la refrigeración, desequilibrio de biela que produce un desgaste diferencial en el cilindro y defectos en uno de los segmentos, el llamado aro de compresión o aro de fuego. El gripado suele producirse en la parte alta del cilindro, donde las condiciones son más extremas. 

Por su alto coste y por la gravedad de esta avería, los motores están equipados con una serie de instrumentos capaces de detectar con antelación un problema que pueda conducir al gripado del motor. Aún así, resulta curioso que el gripado del motor no sea una avería rara e infrecuente. En un buen número de ocasiones detrás de un gripado hay una negligencia grave de operación o de mantenimiento del motor: arranques sucesivos en condiciones de fallo, desconexión de los sistemas de protección, alarmas repetidas a las que no se hace caso, etc. 

El gripado del cigüeñal consiste en el bloqueo de uno de los cojinetes del cigüeñal, y que impide o dificulta su movimiento. El cigüeñal tiene dos tipos de cojinetes: los que unen éste al bloque motor y los que lo unen con cada una de las bielas. Cualquiera de ellos es susceptible de sufrir un gripado.

Sobrepresión en el cárter 

Cuando el aceite entra en contacto con una superficie que se encuentra a una temperatura elevada puede producirse la vaporización parcial de éste. Estos vapores crearán una presión adicional en el cárter, que se suele detectar por medios ópticos (que detectan una niebla) o a través de sensores de presión. 

La presencia de vapores de aceite no es perjudicial en sí misma, sino que detecta la presencia de un posible problema grave en otra parte. Es la parte caliente que está en contacto con el aceite lo que es importante descubrir.

Detonaciones 

La detonación o knocking aparece cuando la mezcla gas-aire se inflama bruscamente antes de que salte la chispa en la bujía, cuando el pistón no ha alcanzado aún el momento preciso. Se provoca, por tanto, una fuerza que se opone al movimiento normal del cigüeñal. 

Los factores que intervienen en el knocking son los siguientes: 

- La instrumentación del sistema anti-knocking: esta instrumentación, como cualquier otra puede fallar e indicarnos que está habiendo un problema que en realidad no existe. 

- Fallo en el detector inductivo (pick-up) que indica la posición del volante de inercia. 

- El estado del aceite de lubricación. 

- La composición del gas: el gas con un número de metano bajo tiene una capacidad detonante mayor que un gas natural con un número de metano mayor, ya que produce los radicales libres necesarios para el inicio de la reacción a una temperatura inferior. 

- El estado de las camisas: si éstas han perdido el bruñido, es decir, la superficie rugosa que retiene el aceite, parte de éste puede pasar a la cámara de combustión y provocar puntos calientes. 

- Las bujías: la combustión detonante puede conducir a una elevación anormal de la temperatura de los electrodos de la bujía, con el consiguiente pre-encendidio superficial. El pre-encendido producido por la detonación puede realimentar e intensificar ésta, pudiendo llegarse a producir un pre-encendido de avance creciente extremo y errático. Este fenómeno se conoce como wild pind.

Las principales consecuencias del fenómeno de detonación son: degradación acelerada de pistón, camisa y válvulas; disparo del motor al activarse el sistema de protección anti-knocking; pérdida de rendimiento y de potencia, al tener que bajar la temperatura de cámaras de combustión para evitarlo.

Alta temperatura del agua de refrigeración 

Cuando el motor recibe el agua o fluido con el que tiene que refrigerarse a una temperatura excesiva, es evidente que éste no será capaz de evacuar con eficacia el calor generado en el cilindro. Por esta razón, para prevenir un fallo mayor, el motor suele dar una alarma, y si el problema persiste, terminará parando.

Baja presión de aceite del circuito de lubricación 

Este fallo, que por supuesto hace parar el motor, puede deberse a falta de nivel de aceite, a una obstrucción en tuberías o un fallo en la bomba de aceite. Por la criticidad de este fallo, la bomba de lubricación suele y debe ser una bomba mecánica acoplada al eje de giro, de forma que siempre que esté en marcha el motor la bomba esté dando presión, sin depender del suministro eléctrico o del sistema de control. Determinado motores están equipados además con una bomba de emergencia

Alta temperatura de aceite de lubricación 

Si el intercambiador aceite-agua que se encarga de la refrigeración del aceite está sucio, el caudal del agua de refrigeración no es el específico o su temperatura es más alta de lo debido, puede aparecer en el motor una alarma de "alta temperatura del aceite de lubricación", que puede provocar un disparo del motor si alcanza ciertos valores. 

Altas vibraciones en cigüeñal

Si se detectan altas vibraciones en el cigüeñal, puede ser debido a causas externas al motor, como el estado del acoplamiento con el alternador, a la desalineación del conjunto motor-reductor o a vibraciones que provengan del propio reductor.

Si se descartan esas causas, un alto nivel de vibraciones puede ser debido a: mal estado de los sensores de vibración o de las tarjetas acondicionadoras de señal (falsa señal), desequilibrio del cigüeñal (por un deficiente contrapesado de éste), mal estado de cojinetes de bancada o de biela, gripado de algún cilindro, mal estado de alguna biela.

Altas vibraciones en turbocompresor 

El turbocompresor es el otro elemento de motor en el que se mide el nivel de vibraciones. En caso de detectase un alto nivel de vibraciones, las causas suelen ser las siguientes: - Error en el elemento sensor o en el transmisor. Como siempre, puede tratarse de una señal falsa. - Desequilibrio en el elemento rotor, por incrustaciones o por roturas en los álabes de turbina o compresor. - Mal estado de cojinetes o rodamientos del eje.

Fallo en el encendido 

Las bujías en los motores de gas han sido tradicionalmente uno de los puntos débiles de estos motores que han traído de cabeza tanto a los ingenieros de los diversos fabricantes, a los servicios de asistencia técnica y a los propios técnicos de mantenimiento de las plantas. La reparación suele ser sencilla: una vez detectado que hay un fallo en una bujía, se para el motor, se sustituye y se vuelve a arrancar. Cualquier operador de planta mínimamente entrenado es capaz de realizar esta sencilla operación. No es la reparación, pues, lo que complica esta avería, sino su alta frecuencia y el alto coste de la bujía. 

Además de las bujías, las cajas de encendido que regulan el salto de la chispa y los sistemas de detección de la posición del volante de inercia suelen presentar fallos habituales.

Bajo rendimiento (mayor consumo de combustible) 

Actualmente y debido a los altos precios del gas combustible, uno de los mayores problemas que puede tener un motor es que su consumo sea mayor que el estipulado. Esto irá en contra del plan de negocio y de las garantías que el fabricante del motor o el contratista de operación y mantenimiento ofrecen al promotor de la planta.

Las causas de una posible pérdida de rendimiento podrían ser las siguientes: 

• Fallo en el turbocompresor, de forma que la presión y caudal de aire o mezcla que es capaz de proporcionar es menor a la de diseño. 
• Detonaciones, que obligan a reducir las presiones y temperaturas de la cámara de combustión. 
• Fallos es bujías. 
• Mal estado de las válvulas de admisión o escape. 
• Mal estado del aro de compresión del pistón. 
• Composición inadecuada del gas. 
• Aumento de la temperatura de la nave donde se aloja el motor y de la que éste forma el aire para la combustión.

Alta temperatura en cámaras de combustión 

Cuando el motor detecta una temperatura anormalmente alta en alguna de las cámaras de combustión indica en primer lugar una alarma. Si sobrepasa un valor establecido, realiza una parada del motor para evitar averías mayores. Las causas pueden ser las siguientes:

• Termopar en mal estado.
• Fallo en el turbocompresor, que estaría alimentando de mezcla combustible o de aire a una presión más alta de lo debido. 
• Composición anormal del gas combustible. 
• Temperatura excesiva del aire de admisión. 
• Fallo en la refrigeración de la camisa.

Fallos en la alimentación a equipos de control 

Los equipos de control del motor deben estar alimentados por una tensión constante, ajena a las oscilaciones que puede tener la red o incluso a la interrupción del suministro. Por ello, los sistemas de control suelen tener una alimentación segura, a partir de un sistema de alimentación ininterrumpida, SAI. Este sistema debe proporcionar una tensión segura, de un valor más o menos preciso, y un muy bajo nivel de variación o rizado. 

Los fallos en este sistema pueden provocar el borrado de los dispositivos programables que llevan las tarjetas electrónicas que componen los sistemas de control.

FALLOS EN CALDERA

Los fallos más habituales en caldera suelen ser los siguientes: 

• Fugas en válvulas. Las más propensas son las que soportan unas condiciones de trabajo más difíciles, esto es, las válvulas de control de la zona de alta presión, en caso de que la turbina tenga varios niveles de presión. Las fugas en las válvulas de seguridad y en las de drenaje son también habituales. 
• Fallos en la instrumentación (lazos de control de nivel de agua en los calderines, lazos de presión, lazos de caudal y lazos de temperatura). 
• Fugas de vapor y de agua por tuberías externas. 
• Roturas internas en haces tubulares (pinchazos) y colectores. Estas roturas suelen tener su origen en corrosiones, fatiga del material, defectos de construcción y defectos de diseño. 
• Obstrucción de filtros. 
• Fallos en los motores y en las bombas de agua de alimentación 
• Desprendimiento y deterioro del material aislante (calorifugado), que hace que los humos, con energía térmica aprovechable, salgan al exterior por sitios inapropiados.

FALLOS EN EL CICLO AGUA- VAPOR 

Los fallos habituales relacionados con el ciclo agua-vapor son los siguientes: 

• Fugas en tuberías. 
• Fallos de válvulas motorizadas. 
• Fallos en válvulas manuales. 
• Mal funcionamiento de las válvulas de derivación (by-pass). 
• Obstrucción de válvulas de atemperación.
• Fallos en válvulas de purga. 
• Suciedad en el condensador. 

FALLOS EN EL SISTEMA DE AGUA DE REFRIGERACIÓN 

En las plantas con un sistema de refrigeración semiabierto (con torre de refrigeración), los principales fallos que pueden ocurrir son los siguientes: 

• Fallos en las bombas de agua de reposición a la torre. 
• Roturas y obstrucciones en el circuito de reposición y en el de purga de la torre, y en válvulas de dichos circuitos. 
• Fallos en válvulas en el circuito de reposición y en el de purga de la torre. 
• Fallos en bombas de impulsión al condensador. 
• Roturas y obstrucciones en el circuito de impulsión al condensador, y en las válvulas de dicho circuito. 
• Desequilibrio en las aspas de ventiladores. 
• Fallos en el sistema de transmisión de movimiento desde el motor al ventilador. 
• Fallos en las variadores electrónicos que controlan los ventiladores. 
• Fallos en el control de nivel de la torre. 
• Corrosiones e incrustaciones en el circuito. 

En las plantas con sistema de refrigeración basado en aerocondensadores los fallos más habituales son: 

• Desequilibrio en las aspas de los ventiladores. 
• Fallos en el sistema de transmisión de movimiento desde el motor al ventilador. 
• Fallos en los variadores que controlan los ventiladores. 
• Fallos en la instrumentación de control de temperatura. 
• Roturas en tuberías de los haces tubulares. 
• Incrustaciones en el interior de tuberías del aerocondensador. 
• Fallos en válvulas del aerocondensador.

FALLOS EN LA ESTACIÓN DE GAS (ERM) 

Los fallos más comunes en la ERM son los siguientes: - Válvulas que no funcionan correctamente. - Fallos en el sistema de calentamiento de gas. - Fugas de gas por soldaduras de tubos o por válvulas. El fallo más importante que puede ocurrir es la fuga de gas con incendio de éste.

FALLOS EN EL ALTERNADOR 

Los fallos que suelen presentarse en los alternadores de las plantas de cogeneración suelen ser: - Fallo en el ventilador que refrigera el equipo. - Vibraciones en el rotor. - Alta temperatura en cojinetes. - Bloqueo del eje rotor, como caso extremo del fallo anterior. - Fallos en el sistema de excitación. - Cortocircuito en bobinadas, por defectos o deterioro del aislamiento.

FALLOS EN EQUIPOS DE ABSORCIÓN 

Los fallos típicos de estos equipos son los siguientes: - Cristalización de la disolución de bromuro de litio. - Perforación de alguno de los haces tubulares de los intercambiadores. - Fallo en la bomba de vacío.

FALLOS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS 

A continuación se exponen las averías más típicas a que están sometidos los sistemas eléctricos, tanto de alta tensión como de baja, de una planta de cogeneración: 

• Fallos en las protecciones del transformador principal, de servicio o auxiliares. 
• Alta temperatura en los transformadores principales, por fallo en la ventilación. 
• Fallo en el cambiador de carga de transformadores. 
• Fallo mecánico en el interruptor principal o en los seccionadores. 
• Fallo en la medida de energía importada/exportada. 
• Fallo en las protecciones de la línea. 
• Rotura o derivación de la línea de alta tensión desde el interruptor principal hasta la subestación de la red eléctrica.

FALLOS EN EL SISTEMA DE CONTROL 

El sistema de control de la planta suele ser un elemento robusto y fiable. No obstante, pueden producirse algunos fallos achacables a este sistema: 

• Fallo en la alimentación eléctrica de los sistemas de control. 
• Fallos provocados por unas condiciones ambientales de la sala de control inadecuadas, como son temperatura, humedad, suciedad, vibración. 
• Bloqueo del sistema de control por causas informáticas. 
• Deficiente calibración de lazos de control