Mantenimiento de la pureza del hidrógeno en turbogeneradores

La importancia de medir el punto de rocío para garantizar la eficiencia y la seguridad

El hidrógeno tiene una amplia gama de propiedades que lo convierten en un gas ideal para muchas aplicaciones. En particular, tiene una baja densidad -unas 14 veces inferior a la del aire atmosférico-, una alta conductancia térmica y un excelente coeficiente de transferencia de calor. Estos factores han propiciado el uso del hidrógeno como mecanismo de refrigeración eficaz para grandes turbinas generadoras de energía.

En términos sencillos, el uso del hidrógeno como gas refrigerante ayuda a reducir las pérdidas de calor por fricción dentro de una turbina generadora, lo que permite convertir una mayor proporción de combustible en energía; en comparación con un sistema de refrigeración basado en el aire, la refrigeración por hidrógeno también permite utilizar una turbina más pequeña y eficiente.

Típicamente, el hidrógeno de gran pureza circula por conductos no magnéticos colocados de extremo a extremo en la turbina, eliminando el calor de los devanados del estator y el rotor, los cojinetes y otras piezas giratorias, y manteniendo el sistema de refrigeración a una presión de al menos 30 psig, lo que minimiza el riesgo de que entre aire externo en la carcasa de la turbina y se cree una mezcla gaseosa potencialmente explosiva. El hidrógeno circula por medio de ventiladores situados en los extremos del rotor del generador y pasa a través de intercambiadores de calor llenos de agua para eliminar el calor latente. Se utilizan juntas presurizadas llenas de aceite para evitar fugas de hidrógeno del generador a la atmósfera circundante, donde puede volver a crear el riesgo de explosión o incendio de hidrógeno.

Claramente, mantener el máximo nivel de pureza del hidrógeno es crucial, tanto para la eficiencia operativa como para la seguridad. Las explosiones de hidrógeno en las centrales de generación por turbina son extremadamente raras y, cuando se producen, están relacionadas sobre todo con errores en la manipulación del gas durante la purga del generador o el trasvase de los camiones cisterna a los recipientes de almacenamiento in situ.

Contaminación por humedad en el hidrógeno

Aunque permitir que el hidrógeno se mezcle con el aire es el mayor riesgo en los turbogeneradores, también existen peligros potenciales si no se controla cuidadosamente el contenido de humedad del gas hidrógeno. Si se permite que aumenten los niveles de humedad, pueden reducir la conductividad térmica y aumentar la viscosidad del hidrógeno, lo que provocaría un aumento de las pérdidas por resistencia al viento. A más largo plazo, el exceso de humedad también provocará la corrosión del acero en las superficies internas, como los anillos de retención del generador. Tal vez lo más preocupante, si la humedad se condensa en piezas metálicas activas, sea el consiguiente peligro de formación de arcos o descargas, con lo que las consecuencias podrían ser desastrosas. Merece la pena tener en cuenta que la presencia de vapor de agua en el hidrógeno también puede ser un indicador de fugas de aire en la carcasa del generador.

La entrada de humedad puede deberse a varias causas, como fugas en los intercambiadores de calor refrigerados por agua, contaminación por agua del aceite utilizado en las juntas y los sistemas de lubricación y purga incorrecta de gas tras el mantenimiento rutinario del generador. Para solucionar estos problemas, normalmente se utiliza un secador desecante regenerativo en el circuito de circulación de gas para eliminar el vapor de agua del gas hidrógeno.

Medición del punto de rocío para la refrigeración del hidrógeno

Los sensores de punto de rocío se utilizan tanto para supervisar el funcionamiento del sistema de secado -mejorando la eficiencia y ayudando a reducir el consumo de energía- como el estado del gas hidrógeno a su salida de la carcasa del generador. Para esto último, es práctica habitual que el punto de rocío del gas hidrógeno se mantenga en un margen seguro por debajo de la temperatura mínima de la carcasa; normalmente, se establece un límite superior de 0 °C de punto de rocío a la presión del sistema. Si el punto de rocío supera este límite, es necesario tomar medidas inmediatas para apagar el generador y llevar a cabo una reparación o, lo que es más probable, bombear hidrógeno fresco y seco en el sistema para evitar el riesgo de condensación de humedad en el entorno del estátor, lo que podría provocar un arco eléctrico o una explosión.

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