Revisando las técnicas de mantenimiento de turbinas eólicas

Cuando se produce una avería en la turbina muchos ingenieros de mantenimiento miran en las cajas de engranajes, la instalación eléctrica o las palas giratorias, pero con frecuencia la avería puede haberla causado uno de los componentes más baratos del sistema, uno cuya sustitución debería ser fácil: la escobilla de carbón que está dentro del generador. Una pieza pequeña que forma parte de cualquier turbina eólica, de grados de escobillas cuidadosamente  seleccionadas, que junto con anillos colectores, soportes inteligentes de escobilla y resortes de escobilla protegen a la turbina de las condiciones meteorológicas adversas y evita las corrientes parasitarias en los rodamientos. La escobilla, fabricada en material de grafito de carbón (con aditivos de cobre), facilita el contacto eléctrico deslizante dentro de la turbina y puede además encontrarse en otros dispositivos como lavadoras, aspiradoras y herramientas eléctricas. El material utilizado en la fabricación de estas escobillas debe tener una buena conductividad térmica y eléctrica y un bajo coeficiente de fricción para proporcionar un bajo costo de operación  a los propietarios de los parques eólicos. Aparte de que el material utilizado para fabricar las escobillas de carbón asegura una solución duradera y fiable, hay una serie de factores externos que pueden disminuir la eficiencia de las mismas con el tiempo provocando averías, fallos y, en algunos casos, incluso incendios creados por chispas dentro de la misma turbina, conocidos como "chisporroteos" y que pueden añadir costes elevados a la reparación junto con el tiempo de paro que afecta a la producción de energía de la turbina en cuestión.

Falla de la escobilla de carbón: un asunto turbulento

Antes de explorar las mejores prácticas de mantenimiento en turbinas eólicas es importante entender cómo se producen los desgastes y como pueden ocurrir las fallas. La vida media de una escobilla de carbón es difícil de calcular, aunque se acepta que una buena escobilla de carbón  proporcionan al menos 12 meses de funcionamiento constante en turbinas eólicas.

Teniendo en cuenta los intervalos normales de mantenimiento y la dificultad asociada a la ascensión a la turbina para sustituir las escobillas, no se acepta una vida corta. Si embargo, la vida de la escobilla depende mucho del uso concreto que tenga y hay que tener en cuenta una serie de factores externos como la atmósfera y el clima del entorno de funcionamiento. Por ejemplo, si una turbina está situada en una montaña fría, la escobilla casi nunca funcionará a su capacidad óptima. Del mismo modo, si la turbina está situada en un parque eólico donde son frecuentes las rachas de viento, generará mucha más energía y en consecuencia la escobilla de carbón estará sometida a mayor esfuerzo, soportando un desgaste mayor por uso y aumentando la probabilidad de fallas.

 

Las escobillas de carbón funcionan con frecuencia en condiciones muy difíciles, especialmente cuando un parque eólico es muy activo, y con el tiempo esto puede provocar una fuerte acumulación de polvo y daños en los anillos colectores causados por las vibraciones del rozamiento, la inestabilidad de las escobillas, los materiales (el grado) no adecuados de las escobillas y la poca fuerza del resorte. También es importante recordar que las turbinas eólicas son todas distintas, de múltiples fabricantes que ofrecen tipos variados de turbinas. Aunque la mayoría están cubiertas por la garantía inicial, no es extraño que surjan problemas con la escobilla de carbón una vez que se termine la garantía, sobre todo en el caso de que el diseño OEM de un periodo de tiempo presente problemas. Una vez que la garantía haya terminado, el coste del mantenimiento y la limpieza de la escobilla, a pesar de ser un componente económico, sumado a los inconvenientes de tener que realizar los trabajos en altura, pasa a ser responsabilidad del propietario o propietario del parque eólico. Si se tienen en cuenta las repercusiones financieras de tener paradas turbinas debido a la falla por escobillas  de carbón, se ve por qué muchos operadores desean sacar el máximo provecho a los activos.

 

No exprima sus activos

Cuando se produce una falla, la solución más sencilla es sustituir la escobilla de carbón. Sin embargo, los ingenieros de mantenimiento tienen que garantizar la elección del tipo correcto de escobilla ya que la instalación de un componente equivocado puede tener un efecto todavía más dañino. Si se utiliza un grado de escobilla no adecuada para el funcionamiento de la turbina, o si no se cambian las escobillas gastadas durante mucho tiempo, puede generarse un desgaste adicional en el anillo colector que provocará un desgaste o deformación del mismo con el tiempo.

 

Por este motivo, Morgan Advanced Materials trabaja en estrecha colaboración con los proveedores del mercado de repuestos para diseñar soluciones de ingeniería que añadan mejoras adicionales al diseño OEM, principalmente mediante la creación de soluciones inmediatas que puedan ahorrarles dinero a los operadores en comparación con los repuestos tradicionales. Mientras las escobillas de repuesto de carbón típicas tienen una contaminación que puede producir chisporroteos con el tiempo, Morgan ha trabajado en estrecha colaboración con los operadores de turbinas para desarrollar una solución que no tienen variación en la alineación del alojamiento de la escobilla, elimina la inestabilidad de la misma, facilita la instalación rápida y sencilla y dobla la vida útil de la escobilla de carbón.

 

Aunque estas soluciones sencillas e inmediatas serán necesarias cuando  una escobilla de carbón eventualmente falle, se aconseja a los operadores que realicen tareas de mantenimiento preventivo periódicas en sus turbinas en vez de exprimir sus activos. Cuando una escobilla de carbón falla el efecto es similar al de una bombilla que se va apagando y desencadena una serie de fallas de otros componentes dentro de la turbina. Los síntomas indicativos de que una escobilla va a fallar son un rendimiento global pobre de la turbina, ruidos de golpeteos dentro de la turbina y olor a humo o formación de chispas. No obstante, cuando se detecten estos síntomas puede que sea demasiado tarde para salvar otros componentes dentro de la turbina que puedan estar dañados como consecuencia de una escobilla dañada de carbón, como por ejemplo el anillo rozante. El coste de reparación de un anillo rozante puede ser hasta diez veces superior al costo de la sustitución de un juego completo de escobillas de carbón. Además, si se tienen en cuenta los gastos de mano de obra y el tiempo de paro del parque eólico por culpa de una turbina inactiva, la suma puede elevarse mucho más. Morgan aconseja a los operadores de parques eólicos sustituir las escobillas de carbón a intervalos regulares para garantizar la máxima eficiencia, y dado que la sustitución puede ser difícil, se recomienda cambiar al mismo tiempo el juego completo de escobillas de una turbina para una mayor tranquilidad y un ahorro de tiempo adicional dedicado a realizar la sustitución de otras piezas.

 

Debe prestarse especial atención también a los resortes de las escobillas ya que pueden alargar de manera importante la vida de la escobilla si se realiza el mantenimiento frecuente de los mismos. Es muy fácil pasar por alto los muelles de las escobillas especialmente si se tiene en cuenta que es muy difícil identificar cuándo está gastado un resorte. El desgaste de los muelles puede provocar fugas, causar la descolocación de la escobilla de carbón y destruir la instalación eléctrica dentro del anillo colector. Para evitarlo, lo mejor es sustituir todos los resortes a la vez a intervalos regulares, ya que si se sustituye solo un resorte se genera una fuerza no homogénea en los resortes que puede reducir la eficiencia y la vida útil de la escobilla de carbón.

 

Apenas hay duda acerca de la eficiencia y creciente popularidad de la tecnología del sector eólico en un mundo que desea ser más ecológico y tener métodos sustentables para la generación de energía, aunque si los parques eólicos tienen que ser más rentables, los operarios tienen que garantizar que están realizando las tareas de mantenimiento proactivo en vez de invertir tiempo y dinero en la sustitución de componentes que es una forma errónea de ahorro. Con la sustitución periódica de las escobillas de carbón y los resortes, los operarios pueden alargar la vida de los anillos rozantes y reducir los tiempos de paro y el tiempo empleado en el ascenso y descenso a las turbinas, y las cuestiones prácticas asociadas con los trabajos en altura. Además, la selección de los componentes adecuados y el mantenimiento frecuente pueden aumentar el tiempo de funcionamiento generando energía, y contribuir a crear las condiciones que permitan la máxima eficiencia operativa de los parques eólicos.

 

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