Mejorando la eficiencia de una bomba e incrementando la capacidad de generación

A medida que la demanda mundial de energía crece, las compañías eléctricas están trabajando para implementar nuevas tecnologías que les permitan producir más energía en las estaciones de generación existentes.  En el ejemplo siguiente se muestra cómo la estación internacional Power´s Hazelwood de Australia mejoró la eficiencia de sus bombas de alimentación de motor de la caldera para producir un mayor rendimiento en megavatios sin la quema adicional de combustibles fósiles.

La creciente demanda de energía

Construida entre 1964 y 1971, la central eléctrica de Hazelwood en Latrobe Valley de Victoria se planificó originalmente para tener seis unidades de producción de 200 MW cada una.  Sin embargo, la creciente demanda de electricidad en finales de los 60 llevó a la aprobación de una propuesta de añadir dos unidades de la estación para aumentar la capacidad de generación.  La central de ocho unidades estaba produciendo 1.600 MW a principios de los 70, cada unidad genera 200 MW de potencia.  En los últimos años, esta central ha adoptado medidas para mejorar su producción a través de una mayor eficiencia térmica y el aumento de la capacidad de cada unidad en 20 MW.

Modificaciones de ingeniería para mejorar la eficacia de la bomba

Después de haber modificado las turbinas para utilizar menos energía, la planta necesitaba actualizar la sección de anillo de 11 etapas pues las bombas de alimentación de la caldera para cumplir con los requisitos de rendimiento elevado recientemente. 

Aunque las curvas de las bombas originales implicaban que la bomba tendría suficiente altura y caudal para manejar unas condiciones de servicio mayor, varios factores fueron descubiertos durante la inspección que determinan el curso de acción.  Debido a las vibraciones al pasar las de paletas, las paletas del difusor se mecanizaron para corregir un problema de paso de la paleta de la bomba que se experimentaba desde el principio en su vida.  Como resultado, el funcionamiento hidráulico del difusor se vio comprometido, y la bomba no se acoplaba al diseño original del fabricante.  El tamaño del motor también se limita por el uso de energía.

Como mínimo, IPRH requiere que la bomba vuelva a las obligaciones de diseño original.  Teniendo esto en cuenta, el centro de servicio postventa propuso varias modificaciones en la bomba que aseguraría que no sólo cumplen con los requisitos de rendimiento, sino también demuestran una mayor eficiencia y ahorro de energía.

Una vez que la planta aprobó las modificaciones y mejoras propuestas, el centro de servicio evaluó el impulsor y los datos de diseño hidráulico del difusor.  Debido a una inclinación en la paleta gruesa de salida del impulsor, el área de salida de la turbina se podría aumentar.  Los cálculos de falta de material fueron verificados, utilizando un programa para confirmar el aumento del flujo que se pretende realizar a través de la bomba.  El cambio de material en el impulsor alteraría la curva de la bomba para alcanzar el nuevo punto de trabajo.

El centro de servicio reduce los desequilibrios en A-Gap y se corrigió la superposición para mejorar el flujo a través de la bomba y reducir la recirculación.  Sin embargo, para realizar la modificación A-gap, los impulsores necesarios deben ser completamente re-soldado, liberado el estrés y mecanizados de nuevo.  Después de que la soldadura y mecanizado se terminó, todos los cursos de agua sobre los difusores e impulsores fueron pulidos para reducir la fricción y aumentar la eficiencia tantos puntos como sea posible.

El centro de servicios realizó la centralización del rotor, lo que implica la centralización de los componentes rotatorios hidráulicos (turbinas) dentro de los componentes hidráulicos estacionarios (en este caso, los difusores) para optimizar la eficiencia de la bomba. La eficiencia de la bomba se ha mejorado debido a un rotor que se alinea con componentes hidráulicos que tienen menos probabilidades de experimentar aumento de la turbulencia y el calor en el líquido que sale de la turbina y entra en el difusor.  Esto también ayuda en la reducción de la vibración general.  El centro de servicio realizó un análisis dimensional detallado, utilizando un sistema informatizado de medición de coordenadas de la máquina, para tener en numerosas dimensiones de cada componente hidráulico en todas las etapas y asegurar la compatibilidad central.

La sustitución de los componentes metálicos fijos con materiales compuestos también proporcionó una oportunidad de reducir significativamente la holgura, lo que mejora aún más la eficiencia.  Usando compuestos de polímeros o de grafito, las holguras de funcionamiento normalmente se pueden reducir en un 50 por ciento.  Puede alcanzarse un flujo igual o menor con menos caballos de fuerza.  Utilizando menos energía se reducen los costes de operación y se quema menos combustible.  Teniendo un conocimiento profundo de los beneficios de la utilización de materiales compuestos, se cambió el material del anillo de desgaste de hierro fundido austenítico con una constante de carbono-fibra de plástico compuesto.

Montaje, Instalación y Prueba de la bomba Reconstruida

Debido a la reducción significativa en la holgura, se requiere mucho cuidado en el montaje de la bomba.  Todos los ajustes se hicieron con mecanizados más estrictos y caros para garantizar la exactitud. Se tomaron mediciones paso a paso durante el proceso de construcción para asegurar que las alineaciones eran correctas. 

Lecciones aprendidas

Si bien los gobiernos y la industria de generación de energía se enfrentan al reto actual de suministro de energía suficiente para una población mundial en auge, una de las lecciones más importantes que podemos aprender de este ejemplo es que una central puede reducir la cantidad de energía utilizada por sus sistemas de bombeo.  De acuerdo con el estudio LCC realizado por el Instituto de Hidráulica y Europump, los sistemas de bombeo consumen alrededor de 20 por ciento de la energía del mundo y de 20 – 50 % de la energía en algunas plantas industriales. En este caso, una bomba con más de 40 años fue capaz de ser rediseñada en un importante ahorro de costes y una mayor capacidad de generación.

Bibliografía: Improving pump efficiency to save energy and increase generating capacity. Pumps & Systems. August 2009