No, no estamos hablando de fútbol, sino de casas con filtro. Según nuestro estudio de mercado, un gran número de casas de filtros de todo el mundo para la filtración del aire de suministro para las turbinas de gas están equipadas con filtros de pulsos redondos. Y nos preguntamos: Por qué?
Durante décadas, EMW® se ha resistido a fabricar filtros de pulso, ¡hasta ahora! A efectos de comparación entre los filtros de pulsos y los filtros compactos, hemos fabricado un filtro de pulsos con las dimensiones 352/240 x 900 (AD/ID x L) con un medio sintético de clase de filtrado ISO ePM1 80 % según ISO 16890 (antes F9 según EN 779). No es un filtro de pulsos cualquiera: el paquete de pliegues no se ha fabricado con la tecnología habitual de cierre de pliegues, sino con un diseño de minipleaginas con espaciadores de fusión en caliente. La diferencia de presión medida en este filtro de pulsos con un caudal de 1500 m³/h es de 140 Pa. Se trata de un valor respetable comparado con el resultado de los filtros de algunos de nuestros competidores en el mercado, que suelen tener una diferencia de presión inicial de unos 170 Pa con el mismo caudal.
Sin embargo, no se trata de una comparación con nuestros competidores, sino de una comparación con el propio filtro compacto de EMW® de la serie MPK 49- 20. No sólo hemos equipado este filtro compacto con el mismo medio que el filtro de pulsos, sino que es incluso el mismo lote, incluso el mismo rollo de medio. Un mismo medio - ¡2 tipos de filtros diferentes!
La diferencia de presión de un filtro resulta de su diseño aerodinámico y del medio utilizado. Consideremos primero el medio. A continuación se muestra una curva típica de diferencia de presión del medio utilizado en su diseño plano. Esto significa que el medio no se probó por su pérdida de presión en una versión plegada, sino como un producto plano a diferentes velocidades de cara.
A diferencia de lo que puede estar acostumbrado, la diferencia de presión en el diagrama no se traza contra el flujo volumétrico en m³/h, sino contra la velocidad de la cara en cm/s, que resulta con el área de las muestras de los medios probados. El resultado es una característica lineal. Hasta aquí, todo bien - sabemos que eso no te ayuda mucho ahora. Comparemos ahora las diferencias de presión que resultan en el filtro de pulsos y en el filtro compacto. El filtro de pulsos se probó hasta un caudal de prueba de 1500 m³/h, que se distribuye en 20,5 m² de superficie filtrante efectiva. La superficie filtrante efectiva de 17,8 m² del filtro compacto se probó hasta un caudal de prueba de 3.400 m³/h. A primera vista, se observa que las áreas efectivas de los filtros están aproximadamente en un nivel comparable, mientras que los flujos de volumen difieren mucho. La imagen se aclara si la pérdida de presión, al igual que antes con el medio plano, también se relaciona con la velocidad de entrada para los filtros prefabricados en relación con el área fluida del medio en los filtros. Por consiguiente, el medio filtrante del filtro de pulsos fluye a 2,03 cm/s, mientras que el medio filtrante del filtro compacto fluye a 5,31 cm/s. Lo hemos elaborado todo gráficamente para usted:
El gráfico muestra la curva de diferencia de presión del medio hasta 5,31 cm/s, del filtro compacto también hasta 5,31 cm/s (corresponde a 3400 m³/h) y del filtro de pulsos hasta 2,03 cm/s (corresponde a 1500 m³/h). A una velocidad de entrada de 2,03 cm/s, el medio tiene una diferencia de presión de 28 Pa, mientras que el filtro de pulsos tiene una diferencia de presión de 140 Pa. En el filtro compacto, la diferencia de presión del filtro es de 131 Pa y del medio 72 Pa a 5,31 cm/s. La diferencia entre el filtro de pulsos y el medio de 140 - 28 = 112 Pa, así como el filtro compacto de 131 - 72 = 59 Pa resulta del diseño aerodinámico del filtro respectivo y de la geometría de los pliegues del paquete o paquetes de pliegues.
Como resultado provisional podemos afirmar: La influencia negativa del diseño aerodinámico del filtro de pulsos que incluye el paquete de pliegues es de 112 Pa, superior a la del filtro compacto con 59 Pa.
Conociéndole a usted como especialista en filtración, seguro que se habrá dado cuenta de que esta comparación es, una vez más, comparar manzanas con naranjas. El medio en el filtro de pulsos sólo fluye a 2,03 cm/s, mientras que el filtro compacto se enfrenta a 5,31 cm/s. Esto es más de 2 ½ veces la velocidad. Por ello, nos hemos tomado la libertad de crear condiciones comparables. En los siguientes gráficos se puede ver cómo aparecen las diferencias de presión en el medio plano, en el filtro de pulsos y en el filtro compacto a las mismas velocidades de entrada.
A 2,03 cm/s, el medio tiene una diferencia de presión de 28 Pa, el filtro compacto de 37 Pa y el filtro de pulsos de 140 Pa. Esta velocidad corresponde a un caudal de 1301 m³/h para el filtro compacto. A 5,31 cm/s, el medio plano tiene una diferencia de p resión de 72 Pa, el filtro compacto de 131 Pa y el filtro de pulsos de unos increíbles 917 Pa. El caudal del filtro de pulsos corresponde a 3919 m³/h si su medio filtrante fluye a la misma velocidad que el filtro compacto. La influencia negativa del diseño aerodinámico del filtro de pulsos, incluyendo el paquete de pliegues, es ahora de 917 - 72 = 845 Pa en comparación con la del filtro compacto con 131 - 72 = 59 Pa. (Cabe señalar aquí que en el mercado se suele poner más superficie filtrante en un filtro de pulsos comparable a nuestro prototipo, lo que reduce aún más la velocidad de flujo del medio. En teoría, la diferencia de presión de un filtro de pulsos comparable también debería ser menor, lo que no suele ocurrir en la práctica. Aquí, en caso de duda, no se ha tenido suficientemente en cuenta la aerodinámica o la geometría de los pliegues). Ejemplo práctico
De dónde procede esta disparidad entre los distintos tipos de filtros de aire estáticos y los filtros de pulsos? Una de las indicaciones es el flujo de volumen operativo para la aplicación. Para los filtros de aire específicos, hemos elegido un tipo de máquina de turbina de gas especial en la que se utilizan estos dos filtros: una Alstom GT26. Esta máquina crea un flujo de volumen de 518 m ³/s o 1.864.800 m³/h.1 En una planta específica en Europa, este flujo de volumen se distribuye en 518 filtros compactos estáticos, en Oriente Medio en 1176 filtros de pulso. El resultado es un flujo de volumen operativo 3.600 m ³/h para los filtros compactos y de unos 1.585 m ³/h para los filtros de pulsos. Esto demuestra que la influencia negativa del diseño aerodinámico del filtro de pulsos, incluyendo el paquete de pliegues, debe ser necesariamente compensada por el número de filtros utilizados para poder operar los filtros de impulso s a un nivel de diferencia de presión tolerable.
1 F. Muscroft (2006) Gas Turbine Combustion Air Its Effects,
Treatment And Operational costs, S. 76
Pero, de dónde viene el diseño de la casa filtrante para un determinado caudal de funcionamiento por elemento filtrante?
No podemos decirlo con exactitud. Probablemente la razón es que en el pasado, la construcción de casas de filtros y la fabricación de filtros compactos no estaban en una sola mano. El constructor de la casa de filtros pidió al fabricante de filtros que especificara sus filtros compactos, quien proporcionó la prueba de la clase de calidad con un certificado de prueba EN 779 (hoy: ISO 16890). Ambas normas fijan el ca udal de prueba en 3400 m³/h en caso de duda. Por el contrario, la construcción de casas de filtros y la producción de filtros de un sistema de filtros de pulsos estuvieron históricamente en manos de un solo fabricante durante mucho tiempo. El fabricante de la casa de filtros, incluidos los filtros de aire, era libre de elegir el flujo de volumen de funcionamiento para los elementos filtrantes, especialmente porque explícitamente no había ninguna especificación de prueba para los filtros de pulso disponibles en el mercado y, por lo tanto, no se "especificaba" ningún flujo de volumen de prueba. Por el contrario, las normas DeskTop de Saudi Aramco, que describen una prueba de sistemas de filtros limpiables, definen incluso que la diferencia de presión inicial del sistema no debe superar los 400 Pa y describen que la velocidad habitual del medio para los llamados tipos de filtro TTD es de 1,5 cm/s. Aquí se hace todo lo posible por mantener las velocidades del filtro de pulsos en el nivel más bajo posible.
Por qué no debería aplicarse esto a los filtros compactos estáticos y crear así una imagen de rendimiento desigual en el mercado si las variables que influyen no se incluyen en el análisis? Retomando la jerga futbolística utilizada al principio, los filtros compactos GT estáticos forman una sólida defensa para salvaguardar el funcionamiento de las centrales incluso ante las altas oleadas de ataques de las más diversas formaciones condensadas.
