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Número 4, Septiembre de 2008 Número 4, Septiembre de 2008

Generación de Contaminantes en Motores de Encendido por Compresión (Continuación) En consecuencia, y por las características de formación, los principales de los MEP son los CO, HC y NOx en función de los dosados empleados, y los de los MEC son los NOx y las partículas (Fig. 1)

En lo que respecta a la reducción de los NOx tiende a orientarse a la reducción de temperaturas locales de combustión, reduciendo puntos calientes de la cámara, reduciendo el avance del encendido y en determinados casos reduciendo la relación de compresión.

Generación de Nox en Función del Dosado en MEC 1400 NOx (PPM)

1200 1000 800 600 400 200 0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

DOSADO (Mcomb/Maire)

Partículas (g/m3)

0.12

Generación de Partículas en Función del Dosado en MEC

0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0

0

0.2

0.4

0.6

vez generados, en uno y otro sentido, las acciones a realizar dependen del tipo de contaminante y del tipo de combustión donde se produce.

0.8

DOSADO (Mcomb/Maire)

Otra solución, la más empleada, es la utilización de una válvula EGR de recirculación de gases de escape (Exhaust Gas Recirculation), mediante la cual se envía un porcentaje de gases de escape al colector de admisión. Y en paralelo sistemas de inyección orientados a la reducción de la fase de premezcla. Estos sistemas de inyección consisten en controlar la inyección y variar su comportamiento angularmente, por ejemplo con inyectores mecánicos de 2 muelles, e el primero se impone una tasa de ingreso de combustible en cámara mucho menor que el segundo, o sistemas de inyección electrónica que permite la inyección no continuada. Aún así la generación de NOx es excesiva en determinados motores, lo que esta motivando la inclusión de catalizadores de reducción que operan inyectando urea como agente reductor de flujo de gases de escape. En lo que respecta a las partículas, su reducción se consigue con equipos de inyección de mayor presión y menor tamaño de gota, ero esencialmente reduciendo el dosado, lo que compromete la potencia específica del motor, que queda limitada por la consecución de objetivos de reducción de emisión de partículas. Como elemento para e tratamientote partículas, únicamente existen filtros que se emplean en flotas cautivas y alguna solución de filtro activo que consigue provocar su combustión.

Por lo que respecta a le emisión de azufre y especialmente de plomo, la reducción de su presencia en los combustibles, en especial este último con la retirada del mercado de las gasolinas con plomo, ha provocado su drástica reducción.

Por Ing. Jorge R. Rodriguez Gauna.

Turbologías es una publicación de Power Engineering Services and Solutions, SA de CV. Abel Salazar ~ Editor Francisco Lule ~ Director de Diseño Monica Grajeda ~ Directora de Circulación

Obteniendo Más de una Turbina de Gas, Rediseñando sus Partes

Av. Garza Sada 427 Int. 38-5, Monterrey, NL. México, 64849 Suscripciones +52 (81) 8358.5599 www.turbologias.com Prohibida la reproducción parcial o total del contenido editorial o gráfico sin el previo consentimiento por escrito del editor.

Generación de Contaminantes en Motores de Encendido por Compresión

Efectos del Combustible Sobre los Intervalos de Mantenimiento de las Turbinas de Gas Durante la operación de las turbinas de gas o turbinas de combustión, así como de cualquier equipo rotativo, debe realizarse un programa de inspecciones periódicas (CI, HGP, MI, Inspección Boroscópica, etc.), junto con los requerimientos necesarios de partes y consumibles a ser utilizados durante dichas inspecciones; asegurando de esta manera la mayor disponibilidad y fiabilidad de la unidad. Los intervalos de inspección vienen definidos normalmente por el fabricante de las unidades basados en criterios de ingeniería y experiencia obtenida en otras unidades, pero la mejor manera de definir estos intervalos es basándose en las experiencia propia del operador o usuario, observaciones en inspecciones previas (Reportes de Inspección), boroscopias, condiciones ambientales, frecuencias de arranques, ciclo de carga de la unidad y tipo de combustible utilizado.

5.00

3.75

2.50

1.25

Antes de la realización de cualquiera de las inspecciones programadas es recomendable la realización de una limpieza del área de compresor, siguiendo las recomendaciones establecidas por el fabricante para este tipo de operación. Otra recomendación importante es la toma de datos de operación, se debe incluir vibraciones, temperaturas y los parámetros de operación que se consideren necesarios para el tipo de mantenimiento a ser realizado. Los registros de las inspecciones realizadas serán la mejor herramienta para establecer un buen programa de mantenimiento para la unidad(es) de gas. Se estima que los mantenimientos empiecen con trabajos menores y aumente con el paso del tiempo hasta llegar a una rehabilitación completa de la unidad o la inspección mayor.

Combustible

Sistemas de Reducción de contaminantes El Empleo de sistemas de reducción de contaminantes se orienta en 2 sentidos: En la disminución de la generación y su eliminación una

Efectos del Combustible Sobre los Intervalos de Mantenimiento de las Turbinas de Gas

El efecto del tipo de combustible sobre la vida de los componentes, esta relacionada con la energía radiada en el proceso de combustión y con la viabilidad de pulverización de los diferentes combustibles líquidos. Es por eso que el gas natural que no necesita pulverización y posee el menor nivel de energía radiada, producirá la mayor duración o tiempo de vida de los componentes de la unidad.

0 Residual

Crudo

Diesel

Gas Natural

Efecto del combustible, Solo Referencial – Tipo de combustible Vs. Factor de Mantenimiento Ejemplo: Piezas de combustión ciclo de vida 12K con Gas Natural, si opera a combustible diesel el factor de mantenimiento aplicado seria de 1.5 por lo que el ciclo de vida se reduciría a 12K/1.5=8K

Los contaminantes que puedan estar presentes en el combustible también presentan una factor importante en el rendimiento de la vida de las partes, un combustible sucio genera problemas en los inyectores y puede crear puntos calientes en las piezas de combustión, es importante mantener el sistema de filtrado de combustible en optimas condiciones a través de un programa de mantenimiento preventivo adaptado a sus necesidades en este sistema.

El gas natural es el combustible tradicional de las turbinas, pero las limitaciones de suministro y costos de este han llevado a la industria a la utilización de combustibles líquidos, siendo el combustible destilado o diesel el que proporciona el tiempo de vida más prolongado de las partes, el crudo y los residuales tienen mayor radiación de energía y mayores dificultades de pulverización, por lo que acortan los tiempos de vida de los componentes. Inyectores operados, 95% Gas Natural 5 % combustible liquido

Por Ing. Jesús Carrasquero ~ Lead Field Engineer


Número 4, Septiembre de 2008

Generación de Contaminantes en Motores de Encendido por Compresión

Obteniendo Más de una Turbina de Gas, Rediseñando sus Partes En un entorno económico complicado, los altos precios de los combustibles han forzado a las empresas generadoras de electricidad a enfocarse en reducir sus costos de mantenimiento. Especificamente para operadores de turbina de gas 501F, precios bajos en conjunto con durabilidad extendida de los alabes y toberas de turbina, piezas de transición y otras piezas capitales de alto costo, pueden mejorar significativamente la rentabilidad de su operación. Además, un aumento en la longevidad de dichas piezas también extenderá los intervalos de inspección, mejorando asi la disponibilidad de la planta. Durante los últimos siete años, una firma de ingeniería y proveedor de piezas de paso caliente y del sistema de combustión para turbinas de gas de clase F, ha mantenido una estrecha alianza con varios operadores de turbinas 501F. Esta colaboración ayudó a tener un conocimiento profundo de diversos problemas que dichos operadores enfrentan, haciendo posible la incorporación y validación de rediseños de las piezas mencionadas, que mejoran la durabilidad de las piezas a la vez que aseguran una operación optima del equipo. Por ejemplo, las piezas de transición rediseñadas han alcanzado 24,000 horas de fuego sin reemplazo o restauración, en comparación con las 8,000 a 12,000 que las piezas estándar soportan.

Identificando los Retos Mantenimientos no-programados pueden ocurrir como resultado de fallas en las piezas en el flujo de la turbina. Como consecuencia de fallas crónicas en las Piezas de Transición en una cantidad importante de turbinas 501F, se realizó un Estudio de Causa Raiz mismo que reveló los factores que provocaban la falla en dichas piezas. Factores tales como la forma actual de la pieza de transición asi como los métodos de fabricación, el material, caractetisticas de enfriamiento y hasta el diseño de montaje de la pieza con el anillo de soporte de la tobera de primera etapa.

Control uniforme de fugas en los sellos de las Piezas de transición hacia la 1a etapa (vista de la descarga).

Emisiones contaminantes TP Instalada Modelo de TP

Rediseñando la Pieza Una vez con los resultados del Análisis de Causa Raíz, se buscó rediseñar las piezas para eliminar las fallas mencionadas. Por ejemplo, la nueva Pieza de Transición (TP por sus siglas en inglés) tiene un cuerpo redondeado que balancea la transferencia de calor y elimina las preocupaciones por frecuencias resonantes. Igualmente se rediseñaron los materiales y recubrimientos. Los sellos que entran en la tobera de primera etapa cambiaron al igual que el diseño del montaje de los mismos para prevenir que estos se atoren con los segmentos de tobera. Esto ha sido un problema con el diseño original y permite un mejor control de fugas. Equipada con recubrimiento térmico, acoplamientos resistentes al desgaste y un sistema de enfriamiento innovador, la pieza fue rediseñada para soportar 24,000 horas-fuego equivalentes de operación. Los resultados operativos de las piezas 501F rediseñadas han sido excelentes. La experiencia demuestra que dichas piezas exceden el desempeño de las piezas originales. Las fisuras en los paneles de las TPs, características del diseño original, han sido eliminadas con el rediseño. En cuanto a los costos de restauración, el nuevo sello elimina el costoso reemplazo del marco de la TP que el desgaste con el sello original provocaba. Al igual que las TPs, los alabes y toberas de turbina fueron redi-señados. Las mejoras más resaltantes en la tobera de primera etapa con respecto al diseño original se encuentran en el sistema de enfriamiento que elimina la común erosión en la plataforma, permitiendo un aumento en la operación de la pieza hasta en tres veces con respecto a aquellas con diseño original. Tanto los alabes como las toberas presentan las condiciones para alcanzar las 24,000 horas de operación sin reparación alguna. Mejoras en otros componentes en el flujo de gases calientes se continúan realizando para eliminar los problemas de fisuras, erosion y oxidación que presenta el diseño original. Como parte del compromiso por resolver los problemas de la flota de turbinas 501F y con la colaboración de los operadores de dichas turbinas se ha demostrado que las piezas mejoradas cumplen con los requerimientos de durabilidad de la industria, incrementando el desempeño y reduciendo significativamente los costos de restauración. Las piezas rediseñadas son, mas que una promesa, una realidad demostrada con un desempeño superior.

En la actualidad y desde no hace mucho años junto con las prestaciones del motor se ha incorporado a la valoración de los motores alternativos el impacto ambiental. Este impacto ambiental, en especial el referente a la emisiones de gases contaminantes ha determinado la evolución de los motores, en especial los de automoción, en la última década, de modo que no existen motores que no incorporen sistemas anticontaminación o de reducción de contaminantes. A continuación se detallan los gases considerados como contaminantes, sus efectos y, posteriormente se enunciarán los sistemas auxiliares empleados en la actualidad para su eliminación o reducción.

Generación de contaminantes Las emisiones contaminantes de los motores alternativos se producen por el poco tiempo disponible que tiene el proceso de combustión para poder realizarse y completarse junto con la problemático de la combustión endosados no estequiométricos, homogeneizaciones precarias y la interacción del proceso con las paredes, más frías, del recinto de combustión. La legislación depende tanto del tipo de motor como su utilización, siendo más restrictiva las legislaciones referentes motores para automoción que las correspondientes a motores estacionarios. De todas las sustancias que se consideran en la actualidad, se diferencia el CO2, inherente a todo proceso de combustión de un hidrocarburo, del resto : CO, HC, NOx, partículas, S02 y emisiones de plomo, que provienen de: combustiones incompletas o de la inclusión en el combustible de sustancias nocivas que interaccionan con el proceso de combustión. El estudio de la generación de estos contaminantes es muy complejo, ya que intervienen infinidad de reacciones intermedias que dependen tanto de las temperaturas locales conseguidas, de las especies químicas afectadas en el proceso como del tiempo disponible, de modo que aquí se expondrá un primer nivel de análisis en los que respecta a su generación. La generación de CO2 es inherente al proceso de combustión que se caracteriza por la oxidación del hidrocarburo (HC) con O2 procedente del aire (21% O2 y 79% N2) que origina CO2 y H2O. Por consiguiente, las actuales tendencias de legislación respecto a la emisión de este gas se corresponden, en realidad, a la limitación de la cantidad de combustible empleado en el motor, lo que conlleva a la disminución del tamaño y potencia de los motores que se utilizan en automoción.

La emisión de CO tiende a producirse porque por algún motivo no existe suficiente oxígeno para completar la reacción que conlleva la generación de CO2,. El mecanismo de formación de éste a partir del C del hidrocarburo se realiza a un paso intermedio, de modo que primero tiende a generarse todo el CO y posteriormente, con el oxígeno disponible, se genera el CO2, lo que conlleva la emisión de CO si no hay presencia de oxígeno o no está disponible localmente para su reacción. La emisión de HC tiene a producirse por motivos análogos a los anteriores, en el que la ausencia de O2 provoca que éste se convierta en el reactivo limitante de la reacción, y además porque aparezcan condiciones en las que hidrocarburo no pueda ser quemado. La situación más habitual se produce en los motores de combustión heterogénea, por el llamado efecto pared, en el que el frente de llama, a medida que se aproxima a la paredes del recinto tiende a transferir calor a las mismas, se enfría y no es capaz de iniciar la combustión de las fracciones de masa más próximas a la pared o que han quedado en los intersticios de los segmentos u otros recovecos de la cámara. Ambos contaminantes, HC y CO, tienden a generarse, en consecuencia, en los motores tipo MEP (motores de encendido provocado) que trabajen con dosado(relación entre combustible y aire, F = Mcombustible/ Maire) ricos, ya que no existe suficiente oxígeno para completar la reacción. La generación de los NOx es claramente distinta, ya que se corresponde a una reacción que aparece independiente del proceso de combustión, y consiste, debido a las elevadas presiones y temperaturas locales a una activación de la reacción del nitrógeno del aire con el oxígeno, que en lugar de emplearse para la reacción de combustión se emplea para generar este contaminante. En la generación de NOx el aspecto crucial es la presencia de elevadas temperaturas, y se ve fácilmente favorecido por la excesiva presencia de oxígeno característica de los dosados pobres. Por lo tanto el NOx, además de favorecerse en motores MEP trabajando a cargas pobres, está claramente presente en la combustión de los motores MEC (motores de encendido por compresión), en especial se genera prioritariamente durante la fase de premezcla, debido a las elevadas presiones y temperaturas y los dosados muy pobres con los que se trabaja operando con este tipo de combustión. Las partículas se producen por problemas físicos de formación de la mezcla, y están asociadas a las inyecciones en cámara, especialmente las de motores de tipo MEC. Están producidas por la deficiente vaporización de la totalidad de gota del combustible inyectada en el recinto, de modo que se carboniza el núcleo de la misma al arder el exterior que sí ha podido vaporizarse. Continúa

Piezas de transición después de 23,659 horas de operación y 368 arranques.

Por Jeff Benoit ~ Combustion Engineer


Número 4, Septiembre de 2008

Generación de Contaminantes en Motores de Encendido por Compresión

Obteniendo Más de una Turbina de Gas, Rediseñando sus Partes En un entorno económico complicado, los altos precios de los combustibles han forzado a las empresas generadoras de electricidad a enfocarse en reducir sus costos de mantenimiento. Especificamente para operadores de turbina de gas 501F, precios bajos en conjunto con durabilidad extendida de los alabes y toberas de turbina, piezas de transición y otras piezas capitales de alto costo, pueden mejorar significativamente la rentabilidad de su operación. Además, un aumento en la longevidad de dichas piezas también extenderá los intervalos de inspección, mejorando asi la disponibilidad de la planta. Durante los últimos siete años, una firma de ingeniería y proveedor de piezas de paso caliente y del sistema de combustión para turbinas de gas de clase F, ha mantenido una estrecha alianza con varios operadores de turbinas 501F. Esta colaboración ayudó a tener un conocimiento profundo de diversos problemas que dichos operadores enfrentan, haciendo posible la incorporación y validación de rediseños de las piezas mencionadas, que mejoran la durabilidad de las piezas a la vez que aseguran una operación optima del equipo. Por ejemplo, las piezas de transición rediseñadas han alcanzado 24,000 horas de fuego sin reemplazo o restauración, en comparación con las 8,000 a 12,000 que las piezas estándar soportan.

Identificando los Retos Mantenimientos no-programados pueden ocurrir como resultado de fallas en las piezas en el flujo de la turbina. Como consecuencia de fallas crónicas en las Piezas de Transición en una cantidad importante de turbinas 501F, se realizó un Estudio de Causa Raiz mismo que reveló los factores que provocaban la falla en dichas piezas. Factores tales como la forma actual de la pieza de transición asi como los métodos de fabricación, el material, caractetisticas de enfriamiento y hasta el diseño de montaje de la pieza con el anillo de soporte de la tobera de primera etapa.

Control uniforme de fugas en los sellos de las Piezas de transición hacia la 1a etapa (vista de la descarga).

Emisiones contaminantes TP Instalada Modelo de TP

Rediseñando la Pieza Una vez con los resultados del Análisis de Causa Raíz, se buscó rediseñar las piezas para eliminar las fallas mencionadas. Por ejemplo, la nueva Pieza de Transición (TP por sus siglas en inglés) tiene un cuerpo redondeado que balancea la transferencia de calor y elimina las preocupaciones por frecuencias resonantes. Igualmente se rediseñaron los materiales y recubrimientos. Los sellos que entran en la tobera de primera etapa cambiaron al igual que el diseño del montaje de los mismos para prevenir que estos se atoren con los segmentos de tobera. Esto ha sido un problema con el diseño original y permite un mejor control de fugas. Equipada con recubrimiento térmico, acoplamientos resistentes al desgaste y un sistema de enfriamiento innovador, la pieza fue rediseñada para soportar 24,000 horas-fuego equivalentes de operación. Los resultados operativos de las piezas 501F rediseñadas han sido excelentes. La experiencia demuestra que dichas piezas exceden el desempeño de las piezas originales. Las fisuras en los paneles de las TPs, características del diseño original, han sido eliminadas con el rediseño. En cuanto a los costos de restauración, el nuevo sello elimina el costoso reemplazo del marco de la TP que el desgaste con el sello original provocaba. Al igual que las TPs, los alabes y toberas de turbina fueron redi-señados. Las mejoras más resaltantes en la tobera de primera etapa con respecto al diseño original se encuentran en el sistema de enfriamiento que elimina la común erosión en la plataforma, permitiendo un aumento en la operación de la pieza hasta en tres veces con respecto a aquellas con diseño original. Tanto los alabes como las toberas presentan las condiciones para alcanzar las 24,000 horas de operación sin reparación alguna. Mejoras en otros componentes en el flujo de gases calientes se continúan realizando para eliminar los problemas de fisuras, erosion y oxidación que presenta el diseño original. Como parte del compromiso por resolver los problemas de la flota de turbinas 501F y con la colaboración de los operadores de dichas turbinas se ha demostrado que las piezas mejoradas cumplen con los requerimientos de durabilidad de la industria, incrementando el desempeño y reduciendo significativamente los costos de restauración. Las piezas rediseñadas son, mas que una promesa, una realidad demostrada con un desempeño superior.

En la actualidad y desde no hace mucho años junto con las prestaciones del motor se ha incorporado a la valoración de los motores alternativos el impacto ambiental. Este impacto ambiental, en especial el referente a la emisiones de gases contaminantes ha determinado la evolución de los motores, en especial los de automoción, en la última década, de modo que no existen motores que no incorporen sistemas anticontaminación o de reducción de contaminantes. A continuación se detallan los gases considerados como contaminantes, sus efectos y, posteriormente se enunciarán los sistemas auxiliares empleados en la actualidad para su eliminación o reducción.

Generación de contaminantes Las emisiones contaminantes de los motores alternativos se producen por el poco tiempo disponible que tiene el proceso de combustión para poder realizarse y completarse junto con la problemático de la combustión endosados no estequiométricos, homogeneizaciones precarias y la interacción del proceso con las paredes, más frías, del recinto de combustión. La legislación depende tanto del tipo de motor como su utilización, siendo más restrictiva las legislaciones referentes motores para automoción que las correspondientes a motores estacionarios. De todas las sustancias que se consideran en la actualidad, se diferencia el CO2, inherente a todo proceso de combustión de un hidrocarburo, del resto : CO, HC, NOx, partículas, S02 y emisiones de plomo, que provienen de: combustiones incompletas o de la inclusión en el combustible de sustancias nocivas que interaccionan con el proceso de combustión. El estudio de la generación de estos contaminantes es muy complejo, ya que intervienen infinidad de reacciones intermedias que dependen tanto de las temperaturas locales conseguidas, de las especies químicas afectadas en el proceso como del tiempo disponible, de modo que aquí se expondrá un primer nivel de análisis en los que respecta a su generación. La generación de CO2 es inherente al proceso de combustión que se caracteriza por la oxidación del hidrocarburo (HC) con O2 procedente del aire (21% O2 y 79% N2) que origina CO2 y H2O. Por consiguiente, las actuales tendencias de legislación respecto a la emisión de este gas se corresponden, en realidad, a la limitación de la cantidad de combustible empleado en el motor, lo que conlleva a la disminución del tamaño y potencia de los motores que se utilizan en automoción.

La emisión de CO tiende a producirse porque por algún motivo no existe suficiente oxígeno para completar la reacción que conlleva la generación de CO2,. El mecanismo de formación de éste a partir del C del hidrocarburo se realiza a un paso intermedio, de modo que primero tiende a generarse todo el CO y posteriormente, con el oxígeno disponible, se genera el CO2, lo que conlleva la emisión de CO si no hay presencia de oxígeno o no está disponible localmente para su reacción. La emisión de HC tiene a producirse por motivos análogos a los anteriores, en el que la ausencia de O2 provoca que éste se convierta en el reactivo limitante de la reacción, y además porque aparezcan condiciones en las que hidrocarburo no pueda ser quemado. La situación más habitual se produce en los motores de combustión heterogénea, por el llamado efecto pared, en el que el frente de llama, a medida que se aproxima a la paredes del recinto tiende a transferir calor a las mismas, se enfría y no es capaz de iniciar la combustión de las fracciones de masa más próximas a la pared o que han quedado en los intersticios de los segmentos u otros recovecos de la cámara. Ambos contaminantes, HC y CO, tienden a generarse, en consecuencia, en los motores tipo MEP (motores de encendido provocado) que trabajen con dosado(relación entre combustible y aire, F = Mcombustible/ Maire) ricos, ya que no existe suficiente oxígeno para completar la reacción. La generación de los NOx es claramente distinta, ya que se corresponde a una reacción que aparece independiente del proceso de combustión, y consiste, debido a las elevadas presiones y temperaturas locales a una activación de la reacción del nitrógeno del aire con el oxígeno, que en lugar de emplearse para la reacción de combustión se emplea para generar este contaminante. En la generación de NOx el aspecto crucial es la presencia de elevadas temperaturas, y se ve fácilmente favorecido por la excesiva presencia de oxígeno característica de los dosados pobres. Por lo tanto el NOx, además de favorecerse en motores MEP trabajando a cargas pobres, está claramente presente en la combustión de los motores MEC (motores de encendido por compresión), en especial se genera prioritariamente durante la fase de premezcla, debido a las elevadas presiones y temperaturas y los dosados muy pobres con los que se trabaja operando con este tipo de combustión. Las partículas se producen por problemas físicos de formación de la mezcla, y están asociadas a las inyecciones en cámara, especialmente las de motores de tipo MEC. Están producidas por la deficiente vaporización de la totalidad de gota del combustible inyectada en el recinto, de modo que se carboniza el núcleo de la misma al arder el exterior que sí ha podido vaporizarse. Continúa

Piezas de transición después de 23,659 horas de operación y 368 arranques.

Por Jeff Benoit ~ Combustion Engineer


41

Número 4, Septiembre de 2008 Número 4, Septiembre de 2008

Generación de Contaminantes en Motores de Encendido por Compresión (Continuación) En consecuencia, y por las características de formación, los principales de los MEP son los CO, HC y NOx en función de los dosados empleados, y los de los MEC son los NOx y las partículas (Fig. 1)

En lo que respecta a la reducción de los NOx tiende a orientarse a la reducción de temperaturas locales de combustión, reduciendo puntos calientes de la cámara, reduciendo el avance del encendido y en determinados casos reduciendo la relación de compresión.

Generación de Nox en Función del Dosado en MEC 1400 NOx (PPM)

1200 1000 800 600 400 200 0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

DOSADO (Mcomb/Maire)

Partículas (g/m3)

0.12

Generación de Partículas en Función del Dosado en MEC

0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0

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vez generados, en uno y otro sentido, las acciones a realizar dependen del tipo de contaminante y del tipo de combustión donde se produce.

0.8

DOSADO (Mcomb/Maire)

Otra solución, la más empleada, es la utilización de una válvula EGR de recirculación de gases de escape (Exhaust Gas Recirculation), mediante la cual se envía un porcentaje de gases de escape al colector de admisión. Y en paralelo sistemas de inyección orientados a la reducción de la fase de premezcla. Estos sistemas de inyección consisten en controlar la inyección y variar su comportamiento angularmente, por ejemplo con inyectores mecánicos de 2 muelles, e el primero se impone una tasa de ingreso de combustible en cámara mucho menor que el segundo, o sistemas de inyección electrónica que permite la inyección no continuada. Aún así la generación de NOx es excesiva en determinados motores, lo que esta motivando la inclusión de catalizadores de reducción que operan inyectando urea como agente reductor de flujo de gases de escape. En lo que respecta a las partículas, su reducción se consigue con equipos de inyección de mayor presión y menor tamaño de gota, ero esencialmente reduciendo el dosado, lo que compromete la potencia específica del motor, que queda limitada por la consecución de objetivos de reducción de emisión de partículas. Como elemento para e tratamientote partículas, únicamente existen filtros que se emplean en flotas cautivas y alguna solución de filtro activo que consigue provocar su combustión.

Por lo que respecta a le emisión de azufre y especialmente de plomo, la reducción de su presencia en los combustibles, en especial este último con la retirada del mercado de las gasolinas con plomo, ha provocado su drástica reducción.

Por Ing. Jorge R. Rodriguez Gauna.

Turbologías es una publicación de Power Engineering Services and Solutions, SA de CV. Abel Salazar ~ Editor Francisco Lule ~ Director de Diseño Monica Grajeda ~ Directora de Circulación

Obteniendo Más de una Turbina de Gas, Rediseñando sus Partes

Av. Garza Sada 427 Int. 38-5, Monterrey, NL. México, 64849 Suscripciones +52 (81) 8358.5599 www.turbologias.com Prohibida la reproducción parcial o total del contenido editorial o gráfico sin el previo consentimiento por escrito del editor.

Generación de Contaminantes en Motores de Encendido por Compresión

Efectos del Combustible Sobre los Intervalos de Mantenimiento de las Turbinas de Gas Durante la operación de las turbinas de gas o turbinas de combustión, así como de cualquier equipo rotativo, debe realizarse un programa de inspecciones periódicas (CI, HGP, MI, Inspección Boroscópica, etc.), junto con los requerimientos necesarios de partes y consumibles a ser utilizados durante dichas inspecciones; asegurando de esta manera la mayor disponibilidad y fiabilidad de la unidad. Los intervalos de inspección vienen definidos normalmente por el fabricante de las unidades basados en criterios de ingeniería y experiencia obtenida en otras unidades, pero la mejor manera de definir estos intervalos es basándose en las experiencia propia del operador o usuario, observaciones en inspecciones previas (Reportes de Inspección), boroscopias, condiciones ambientales, frecuencias de arranques, ciclo de carga de la unidad y tipo de combustible utilizado.

5.00

3.75

2.50

1.25

Antes de la realización de cualquiera de las inspecciones programadas es recomendable la realización de una limpieza del área de compresor, siguiendo las recomendaciones establecidas por el fabricante para este tipo de operación. Otra recomendación importante es la toma de datos de operación, se debe incluir vibraciones, temperaturas y los parámetros de operación que se consideren necesarios para el tipo de mantenimiento a ser realizado. Los registros de las inspecciones realizadas serán la mejor herramienta para establecer un buen programa de mantenimiento para la unidad(es) de gas. Se estima que los mantenimientos empiecen con trabajos menores y aumente con el paso del tiempo hasta llegar a una rehabilitación completa de la unidad o la inspección mayor.

Combustible

Sistemas de Reducción de contaminantes El Empleo de sistemas de reducción de contaminantes se orienta en 2 sentidos: En la disminución de la generación y su eliminación una

Efectos del Combustible Sobre los Intervalos de Mantenimiento de las Turbinas de Gas

El efecto del tipo de combustible sobre la vida de los componentes, esta relacionada con la energía radiada en el proceso de combustión y con la viabilidad de pulverización de los diferentes combustibles líquidos. Es por eso que el gas natural que no necesita pulverización y posee el menor nivel de energía radiada, producirá la mayor duración o tiempo de vida de los componentes de la unidad.

0 Residual

Crudo

Diesel

Gas Natural

Efecto del combustible, Solo Referencial – Tipo de combustible Vs. Factor de Mantenimiento Ejemplo: Piezas de combustión ciclo de vida 12K con Gas Natural, si opera a combustible diesel el factor de mantenimiento aplicado seria de 1.5 por lo que el ciclo de vida se reduciría a 12K/1.5=8K

Los contaminantes que puedan estar presentes en el combustible también presentan una factor importante en el rendimiento de la vida de las partes, un combustible sucio genera problemas en los inyectores y puede crear puntos calientes en las piezas de combustión, es importante mantener el sistema de filtrado de combustible en optimas condiciones a través de un programa de mantenimiento preventivo adaptado a sus necesidades en este sistema.

El gas natural es el combustible tradicional de las turbinas, pero las limitaciones de suministro y costos de este han llevado a la industria a la utilización de combustibles líquidos, siendo el combustible destilado o diesel el que proporciona el tiempo de vida más prolongado de las partes, el crudo y los residuales tienen mayor radiación de energía y mayores dificultades de pulverización, por lo que acortan los tiempos de vida de los componentes. Inyectores operados, 95% Gas Natural 5 % combustible liquido

Por Ing. Jesús Carrasquero ~ Lead Field Engineer


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