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INSPECCIÓN BOROSCÓPICA
EN TURBINAS DE GAS
Usada
en conjunción con otras técnicas de diagnóstico, las inspecciones
boroscópicas son el paso final en el proceso de identificación de un
posible problema interno en una turbina de gas. No es posible pensar
que con las inspecciones boroscópicas se pueden eliminar otros posibles
métodos de diagnóstico, como los análisis de vibración, los análisis de
aceite lubricante o los test de prestaciones de la turbina, aunque la
facilidad para llevarla a cabo hace que esta técnica sea imprescindible
para abordar el mantenimiento de una turbina de gas.
Las inspecciones
boroscópicas son inspecciones visuales en lugares inaccesibles para el
ojo humano con la ayuda de un equipo óptico, el boroscopio. Se
desarrolló en el área industrial a raíz del éxito de las endoscopias en
humanos y animales.
El boroscopio también llamado videoscopio o videoboroscopio, es
un dispositivo largo y delgado en forma de varilla flexible. En el
interior de este tubo hay un sistema telescópico con numerosas lentes,
que aportan una gran definición a la imagen. Además, está equipado con
una poderosa fuente de luz. Un ejemplo puede verse en la figura 2
Fig. 2 Boroscopio XLG3 de la firma Videoprobe
La imagen resultante puede verse en la lente principal del aparato, en
un monitor, o ser registrada en un video grabador para su análisis
posterior.
El boroscopio es sin duda una de las herramientas imprescindibles para
acometer trabajos de inspección en las partes internas de la turbina
sin realizar grandes desmontajes. Además, se utiliza para la inspección
de otros equipos como motores alternativos de combustión interna,
calderas, ciclo agua-vapor y turbinas de vapor.
Se usa no sólo en tareas de mantenimiento predictivo rutinario, sino
también en auditorías técnicas, para determinar el estado interno del
equipo ante una operación de compra, de evaluación del trabajo que está
llevando a cabo una empresa contratista o del estado de una instalación
para acometer una ampliación o renovar equipos.
Entre las ventajas de este tipo de inspecciones están la facilidad para
llevarla a cabo sin apenas tener que desmontar nada y la posibilidad de
guardar las imágenes, para su consulta posterior. Entre sus
limitaciones, están las relacionadas con el diseño de la turbina y la
dificultad para introducir la lente, las propias características y
limitaciones técnicas del aparato y destreza y conocimientos del
inspector encargado de llevarla a cabo.
El boroscopio
Consiste
en un instrumento óptico equipado con una lente, un prolongador, una
mirilla y en algunos casos, una pantalla y/o registrador de imágenes.
Está dotado además de una luz en su extremo. Dispone de múltiples
accesorios, que le permiten examinar diferentes partes remotas. El
inspector tiene que determinar el diámetro y longitud del prolongador
que utilizará teniendo en cuenta por dónde debe introducirlo y hasta
donde debe llegar. Existen boroscopios rígidos, o flexibles de fibra
óptica. Estos últimos son sin duda los que más aplicación tienen en las
inspecciones a realizar en una turbina de gas. Están disponibles en
diámetros que van desde los 0,3 mm hasta los 13 mm, y en longitudes
desde 250 mm hasta más de 6 metros. En éstos el extremo es articulado,
pudiéndose la dirección de la lente moverse en cuatro direcciones
(arriba, abajo, derecha e izquierda) con gran facilidad, lo que permite
observar lo que sucede en 360⁰ alrededor del extremo del boroscopio.
Sobre la fuente de luz del extremo, es conveniente elegir
cuidadosamente el tipo e intensidad de la iluminación. Así, para una
simple inspección visual una luz de 150 watios puede ser suficiente,
mientras que para aplicaciones de video es recomendable que tenga al
menos 300 watios.
Sobre el diámetro, el hueco de entrada del boroscopio
determina el diámetro máximo que se puede utilizar. Lo ideal es
utilizar el máximo diámetro que permita el hueco de introducción, para
obtener la imagen más clara y brillante posible. La longitud del
boroscopio también es un dato a tener en cuenta a la hora de la
selección, ya que el tamaño de la turbina y la distancia al objeto que
se desea observar son los parámetros a tener en cuenta. Para
aplicaciones relacionadas con turbinas de gas, el empleo de boroscopios
flexibles en vez de los rígidos se hace imprescindible, por la
posibilidad de observar los objetos desde cualquier ángulo.
Sobre la lente, es importante tener en cuenta dos parámetros.
- El campo de visión (FOV, Field of view), que puede ser estrecho (10-40⁰), normal (45⁰), o gran angular (50-80⁰ de visión).
- La profundidad de campo,
(DOF, Deep of field) o distancia mínima y máxima en la que la lente
está enfocada, que es función de la propia lente y del campo de visión.
Existen además lentes con enfoque ajustable.
Defectos que se pueden observar mediante inspección boroscópica.
Mediante
inspección boroscópica es posible observar los siguientes defectos sin
necesidad de realizar importantes desmontajes de la turbina (se indica
en algunos casos el nombre del defecto en inglés utilizado en los
informes de inspección).
- Pérdida de material cerámico en álabes o en placas aislantes (TBC spallation)
- Roces entre álabes fijos y móviles (rubbing)
- Decoloraciones en álabes del comprensor, por alta temperatura.
- Pérdidas de material de los álabes del compresor que se depositan en los álabes de turbina o en la cámara.
- Piezas sueltas o mal fijadas, sobre todo el material aislante
- Fracturas y agrietamientos en álabes, sobre todo en la parte inferior que los fija al rotor (cracks).
- Marcas de sobretemperatura en álabes (overfiring)
- Obstrucción de orificios de refrigeración.
- Daños por impactos provocados por objetos extraños (FOD, Foreign object damages)
- Daños por impactos provocados por desprendimiento de partes internas de la turbina (DOF, Domestic object damages)
- Daños diversos en quemadores y boquillas, sobre todo provocadas por sobretemperatura.
El inspector debe ser capaz de
distinguir entre defectos observados que pueden ocasionar un grave
problema en el equipo y los defectos que son simples anormalidades
insignificantes. En muchas ocasiones en los defectos encontrados
(llamados habitualmente ‘hallazgos’) pueden ser usadas para confirmar o
descartar problemas potenciales observados otras técnicas, como el
análisis de vibraciones, las pruebas de prestaciones o las auditorías
energéticas.
Así, una vibración detectada en un sensor de desplazamiento de un
cojinete o en un acelerómetro situado en la carcasa en la zona del
comprensor puede ser indicativo de un posible daño en un álabe o un
desequilibrio provocado por la entrada de suciedad. Como el daño puede
ser tan pequeño que puede no afectar a las prestaciones del comprensor,
la observación del comprensor por medio de un boroscopio puede ayudar a
identificar si se trata de una porción de un álabe desprendida, una
grieta en un álabe o suciedad en la superficie de éste. A partir de la
información facilitada por la observación y de la interpretación que
hace el inspector, puede decidirse entre cambiar la frecuencia de
lavado, abrir la unidad para hacer una revisión mayor o continuar
operando la turbina para observar la evolución del problema. Así, el
análisis de vibraciones, que detectó el problema, o la realización de
pruebas de prestaciones, que ni siquiera lo detectó, resultan menos
eficaces en este caso para diagnosticar la causa y su solución que la
inspección boroscópica.
Identificado un daño, es importante detallar exactamente donde se ha
localizado, indicando nº de álabe y posición, si se trata de un defecto
en el comprensor o en la turbina, o bien nº de quemador o posición de
la placa de aislamiento afectada. En el caso de álabes es muy
importante distinguir si se trata de álabes del rótor o del estrator
(blades o vanes, según su nombre en inglés), si el daño está en el
vértice de ataque o el vértice de salida (leading Edge o trailing Edge,
según la nomenclatura habitual), o en la cara frontal o trasera del eje.
Precauciones al realizar la inspección
Las
partes que se investigan por inspección boroscópica son el comprensor,
la cámara de combustión y la turbina de expansión. Las inspecciones
boroscópicas se realizan tanto de forma periódica como tras detectar un
problema por alguna otra técnica que requiere ser observado.
Antes de realizar la inspección es necesario que la turbina esté fría y
haya estado girando en modo virador durante al menos unas horas. Es
conveniente tener en cuenta que durante la inspección la turbina debe
continuar en modo virador, aunque el inspector debe tener control sobre
este movimiento. Hay que tener en cuenta que en ocasiones tendrá que
atravesar el boroscopio entre varias filas de álabes del comprensor o
de la turbina, y que el movimiento puede dañar tanto el boroscopio como
los álabes.
Contenidos Enero 2011
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Puesta en marcha de Centrales Termosolares (31/3 y 1/4)
Operación de Centrales Termosolares: eficiencia y optimización (14 y 15 de Abril)
Mantenimiento de Centrales Termosolares (5 y 6 de Mayo)
Permitting y gestión financiera de proyectos energéticos (23 y 24 de Mayo) |
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