ES2878263T3 - Diseño, control y funcionamiento de filtros para turbomáquinas - Google Patents

Abstract

Procedimiento (100) para el diseño de un conjunto de filtros (1) para el suministro de aire (2) a una turbomáquina (3) con los siguientes pasos: * se determina (110) una concentración actual y/o esperada n(d) de partículas (4) en el aire existente en la entrada de al menos una etapa de filtrado (11-13) del conjunto de filtros (1) en función del tamaño medio d de las partículas (4); * se determina un espectro de sensibilidad S(d) (120) que, en función del tamaño medio d de las partículas (4), indica en qué medida una concentración dada de estas partículas (4) tiene un efecto negativo, por medio de la erosión y/o la corrosión química, sobre el rendimiento, y/o en la vida útil, de la turbomáquina (3); * para al menos un candidato a filtro (14) que puede utilizarse en la etapa de filtrado (11-13) y/o que puede activarse o desactivarse, se determina, a partir de la concentración n(d) y de las propiedades de filtrado del candidato a filtro (14), la concentración n'(d) de las partículas que cabe esperar en la salida de la etapa de filtrado (11-13) (130); * a partir de la concentración n'(d) y del espectro de sensibilidad S(d) se determina una medida de calidad (1a, 14a) que se asigna (140) al filtro candidato (14), y/o al conjunto de filtros (1); * el conjunto de filtros (1) se forma (150) a partir de uno o varios filtros candidatos (14) de manera que la resistencia al flujo del conjunto de filtros (1) se optimice bajo una condición límite predeterminada para la medida de calidad (1a, 14a).

Description

DESCRIPCIÓN

Diseño, control y funcionamiento de filtros para turbomáquinas

La invención se refiere a un procedimiento para el diseño y/o control de un conjunto de filtros para el suministro de aire de una turbomáquina, por ejemplo, de una turbina de gas o de un compresor.

Estado de la técnica

El funcionamiento de turbinas de gas, compresores y otras turbomáquinas en las que se comprime aire puede verse afectado negativamente por partículas existentes en el aire suministrado. Muchos tipos de partículas pueden acumularse a lo largo del tiempo en la turbomáquina (ensuciamiento), alterando la aerodinámica de los álabes de la turbina, con lo que empeora el grado de rendimiento y se hace necesaria una limpieza periódica de la turbomáquina. Determinados tipos de partículas incluso pueden causar directamente daños en los álabes de las turbinas a través de la erosión mecánica, y/o la corrosión química.

El folleto "Zuluftfiltration” (filtración de aire adicional) publicado por el Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V. (1991) (Grupo de Trabajo para el consumo de energía económico y no contaminante) describe el problema en detalle y señala cómo se puede mejorar la vida útil y la eficiencia de la turbomáquina mediante el diseño adecuado de un sistema de filtración del aire suministrado a la turbomáquina.

(U. Schirmeister, F. Mohr, "Impact of Enhanced GT Air Filtration on Power Output and Compressor Efficiency Degradation", Proceedings of ASME Turbo Expo 2016, 13-17-06-2016, Seúl, Corea del Sur) divulga que la filtración del aire de suministro provoca a su vez una caída de presión en el suministro de aire a la turbomáquina y, por tanto, reduce el rendimiento de la misma. Por consiguiente, el filtro con la mejor separación de partículas no es automáticamente también el filtro óptimo desde el punto de vista económico.

El documento EP 3293367 A1 revela un sistema y un procedimiento para la supervisión de los filtros de las turbinas. A partir de los datos de los sensores, se predice el deterioro progresivo tanto del filtro como de un compresor postconectado. En respuesta a esta predicción se adoptan acciones preventivas.

El documento US 2003/233 248 A1 revela un sistema para la elección de un filtro de aire para una turbina de gas. La gran selección de un catálogo de filtros de aire se va reduciendo con diversas condiciones, entre las que se encuentra la vida útil del filtro.

Objetivo y solución

Por lo tanto, el objetivo de la invención es el de sistematizar y al mismo tiempo automatizar el diseño de filtros para el suministro de aire de turbomáquinas.

Esta tarea se resuelve conforme a la invención mediante un procedimiento según la reivindicación principal, así como mediante un programa informático según la subreivindicación. Otras formas de realización ventajosas resultan de las reivindicaciones dependientes a las que se hace referencia.

Revelación de la invención

En el marco de la invención, se ha desarrollado un procedimiento para el diseño y/o el control de un conjunto de filtros para el suministro de aire a una turbomáquina.

En este procedimiento, se determina una concentración actual y/o esperada n(d) de partículas en el aire existente en la entrada de al menos una etapa de filtrado del conjunto de filtros como función del tamaño medio d de las partículas. Esta información se puede obtener por cualquier medio. Por ejemplo, en el marco del diseño del conjunto de filtros se pueden realizar mediciones del aire ambiente en la ubicación de la turbomáquina, es decir, en el lugar de uso previsto del conjunto de filtros. Del mismo modo, una concentración actual, y/o esperada, de partículas en el aire ambiente del conjunto de filtros puede obtenerse de una fuente de datos externa, como un servicio meteorológico o una agencia medioambiental.

Se determina un espectro de sensibilidad S(d) que, en función del tamaño medio d de las partículas, indica hasta qué punto una concentración dada de estas partículas afecta negativamente al rendimiento, y/o a la vida útil, de la turbomáquina. Este espectro de sensibilidad se basa en un amplio conjunto de datos empíricos que correlacionan los datos de rendimiento de la turbomáquina con la concentración actual n(d) de partículas en la entrada de la turbomáquina.

Se ha observado que la susceptibilidad de una turbomáquina específica a la degradación del funcionamiento, o incluso al daño, a causa de las partículas aspiradas depende, en primer lugar, del tamaño medio de las partículas y que, en segundo lugar, también es muy específica para la turbomáquina concreta. Por ejemplo, los álabes de las turbinas suelen estar recubiertos de finas capas funcionales, como pueden ser las capas de barrera térmica. Estas capas se deterioran mucho más rápido por la erosión que el grueso material de base. Sin embargo, la destrucción del revestimiento de la barrera térmica provoca directamente el fallo del material de base, que sin la protección queda expuesto a la alta temperatura de combustión. Por lo tanto, se debe evitar la exposición a partículas más grandes que puedan causar erosión.

Además, la susceptibilidad a la acumulación de partículas (fouling) depende en gran medida de la geometría y también del material de los álabes de la turbina.

Finalmente, la susceptibilidad a la corrosión química de los álabes de la turbina depende de la composición química de las partículas, que a su vez está correlacionada con el tamaño medio d de las partículas.

El espectro de sensibilidad cumple así una función similar a la evaluación de la eficacia biológica en la dosis equivalente para la radiación ionizante. Allí, dependiendo del tipo de radiación, la eficacia de una misma dosis absorbida puede variar en un factor de 20. En esta analogía, el tamaño medio d de las partículas cumple la función del tipo de radiación.

Ahora bien, si una turbomáquina específica es susceptible de verse perjudicada por partículas en un rango de tamaño específico, dicho perjuicio sólo se producirá si dichas partículas están realmente presentes en el aire suministrado. Por consiguiente, la necesidad específica del tipo y de la fuerza de la filtración del aire se determina en una interacción entre los tamaños de las partículas presentes en el lugar de la turbomáquina y la susceptibilidad de la turbomáquina específica, que depende del tamaño de las partículas.

Se puede dar, por ejemplo, el caso de que sólo una parte de los tamaños de las partículas que se producen en el lugar de la turbomáquina tengan un efecto perjudicial o dañino significativo sobre la turbomáquina. Entonces, basta con filtrar sólo estas partículas. Todas las demás partículas pueden pasar a través del conjunto de filtros, lo que tiene varios efectos beneficiosos. El conjunto de filtros se puede fabricar de manera más económica y, al mismo tiempo, presenta una menor resistencia al flujo, es decir, cuando pasa el flujo a través del mismo durante el funcionamiento de la turbomáquina, la pérdida de presión es menor. Por último, en general se acumulan menos partículas en el conjunto de filtros, lo que permite un período de funcionamiento más largo antes de que sea necesario sustituir el filtro.

Por lo tanto, para al menos un candidato a filtro que puede ser utilizado en la etapa de filtrado, y/o que puede ser activado o desactivado, la concentración n'(d) de las partículas que se espera en la salida de la etapa de filtrado se determina a partir de la concentración n(d) y de las propiedades de filtrado del candidato a filtro. Se determina una medida de calidad a partir de la concentración n'(d) y del espectro de sensibilidad S(d), asignándola al candidato a filtro, y/o a la disposición de filtros.

Esta medida de calidad puede utilizarse de diversas maneras. Por ejemplo, al diseñar el conjunto de filtros, se puede clasificar una lista de posibles conjuntos de filtros según los valores de la medida de calidad para preseleccionar y facilitar la selección final del conjunto de filtros, que incluya también otros criterios. La medida de calidad también se puede utilizar, por ejemplo, para encontrar con un procedimiento de optimización automatizado, por ejemplo, un procedimiento de descenso de gradientes, un conjunto de filtros óptimo con vitas a la medida de calidad. Encontrar este conjunto óptimo en un proceso manual es poco práctico puesto que el catálogo de filtros disponibles oscila entre 2.000 y 20.000 filtros, dependiendo del ámbito de aplicación, y el número de combinaciones posibles se va de las manos para un filtro de varias etapas.

La evaluación automatizada de los conjuntos de filtros se puede llevar a cabo en base a las leyes conocidas de la mecánica de los fluidos. La tasa de separación de cada filtro en función del tamaño medio d de las partículas y también de la velocidad de afluencia se estudia en detalle como norma cuando el filtro se comercializa. Por lo tanto, para cada filtro considerado, se dispone de los datos necesarios para calcular la concentración n'(d) de las partículas que cabe esperar detrás del filtro.

Sin embargo, la medida de calidad también se puede utilizar, por ejemplo, para controlar el conjunto de filtros en línea. Por ejemplo, la concentración n(d) dependiente del tamaño de las partículas presentes en la entrada de la etapa de filtrado puede cambiar en función de las condiciones meteorológicas o de la estación del año. En ese caso, por ejemplo, puede ser útil activar o desactivar las distintas etapas de filtrado según sea necesario, o cambiar el control de un filtro accionado eléctricamente. Por ejemplo, los recuentos de polen aumentan en determinadas épocas del año, pero son significativamente menores cuando llueve.

Independientemente de si el procedimiento se utiliza para el diseño previo o para el control en línea del conjunto de filtros, el efecto es el mismo: la separación de las partículas puede concentrarse en aquellas que son más molestas para el funcionamiento, o para la vida útil. Por otro lado, el conjunto de filtros permite que las partículas que la turbomáquina tolera sin problemas pasen libremente. De este modo, no se produce en el conjunto de filtros una acumulación innecesaria de estas partículas que en algún momento tenga que ser eliminada, ni tampoco se introduce una resistencia innecesaria al flujo en el suministro de aire. La caída de presión causada por el conjunto de filtros se limita a la absolutamente necesaria.

En una forma de realización especialmente ventajosa, se emplea para la determinación de la concentración n'(d) de las partículas que cabe esperar a la salida de la etapa de filtrado adicionalmente la presión p del aire a la entrada de la etapa de filtrado en función del tamaño medio d de las partículas. De este modo, se puede tener en cuenta que el rendimiento de un mismo filtro para un mismo tamaño medio d de las partículas depende de la velocidad de afluencia en la entrada del filtro. Por ejemplo, a bajas velocidades de afluencia, se prefiere el transporte de partículas por difusión, mientras que, en un determinado rango de velocidades, las fuerzas de inercia conducen a una mayor separación de las partículas en el filtro. La presión p también puede incluir una contrapresión, que se produce como consecuencia de la afluencia en la etapa de filtrado.

Por lo tanto, en otra variante de realización especialmente ventajosa, además de la concentración esperada n'(d) de partículas en la salida de la etapa de filtrado, se determina también la presión esperada p' del aire en la salida de la etapa de filtrado. La presión p' en la salida de cada etapa de filtrado, junto con la concentración n'(d) en la salida de la respectiva etapa de filtrado, proporciona también el caudal de partículas que salen de la etapa de filtrado, caudal que depende del tamaño medio d de las partículas. Aquí, el flujo de masa de las partículas que salen de la última etapa de filtrado y que, por tanto, entran en la turbomáquina, es especialmente importante. Por ejemplo, el rendimiento filtrante requerido del conjunto de filtros se puede especificar en términos de un flujo de masa máximo permitido de partículas. La motivación de tal especificación puede ser, por ejemplo, que el total de partículas aspiradas en un intervalo entre dos limpiezas o mantenimientos de la turbomáquina sólo pueda causar un cierto nivel de ensuciamiento o daño. En particular, la diferencia de presión entre la presión p en la entrada de una etapa de filtrado y la presión p' en la salida de esta etapa de filtrado se puede sacar de una base de datos, ya que es uno de los parámetros importantes para un filtro y, en consecuencia, se mide para cada filtro disponible en el mercado utilizando un procedimiento estandarizado.

En otra forma de realización especialmente ventajosa, el espectro de sensibilidad S(d, M), y/o la concentración n(d, M), n'(d, M), dependen además del material M de las partículas, es decir, de la composición química de las mismas. Si de este modo se tiene en cuenta que la interacción de las partículas con el filtro, o con la turbomáquina, depende del material, se puede determinar con mayor precisión la separación en el filtro, o el efecto perjudicial de las partículas transmitidas sobre la turbomáquina. Por ejemplo, las partículas duras, como los granos de arena, causan más erosión en la turbomáquina, mientras que las partículas reactivas, como los cristales de sal, contribuyen más a la corrosión en la turbomáquina. Una partícula se deposita en el filtro cuando se une al material filtrante por un efecto de fuerza física, como una fuerza electrostática o una fuerza de Vander-Waals. Estos efectos de fuerza dependen del material.

Ventajosamente se elige un conjunto de filtros con varias etapas conectadas en serie en dirección del flujo de aire. Como se ha explicado anteriormente, así se pueden considerar especialmente las interacciones entre las etapas de filtrado que resultan del hecho de que cada etapa de filtrado genera una diferencia de presión debido a su resistencia al flujo.

Resulta ventajoso que el conjunto de filtros se forme a partir de uno o varios filtros candidatos de manera que la resistencia al flujo del conjunto de filtros se optimice bajo una condición límite predeterminada para la medida de calidad. Cuanto menor sea la resistencia al flujo, menor será la pérdida de carga y mejor será el rendimiento de la turbomáquina. Al mismo tiempo, la presencia de sólo la cantidad necesaria de material filtrante en el suministro de aire hace que únicamente se deposite en él la cantidad necesaria de partículas. Esto retrasa el inevitable momento en que se agote la capacidad de admisión del filtro y en el que se tenga que sustituir el filtro.

Por lo tanto, en otra variante de realización ventajosa se lleva a cabo la optimización bajo una condición límite adicional con respecto a la vida útil de al menos una etapa del filtrado. De esta manera, también se puede obtener una solución adecuada para un compromiso entre esta vida útil, el rendimiento de la turbomáquina y la vida útil de la turbomáquina. Si el filtro es más eficaz, el rendimiento de la turbomáquina se reduce debido a la mayor resistencia al flujo. Como contrapartida, se incrementa la vida útil de la turbomáquina y se reduce la necesidad de mantenimiento, dado que el número de partículas que actúan sobre ella es menor. Sin embargo, esto a su vez tiene el coste de que el filtro se llene antes y tenga que ser sustituido. Un filtro menos eficaz se llenará más tarde, y debido a la menor resistencia al flujo, la turbomáquina entregará más potencia en el lugar y en el momento. A cambio, hay que limpiarlo o revisarlo antes, ya que entran más partículas.

De las consideraciones anteriores se deduce que la invención, separada del diseño preliminar, también se refiere en general a un procedimiento de funcionamiento de un conjunto de filtros para el suministro de aire a una turbomáquina. En este procedimiento se determina una concentración actual y/o esperada n(d) de partículas en el aire existente en la entrada de al menos una etapa de filtrado en función del tamaño medio de las partículas. Para al menos un filtro previsto en la etapa de filtrado, la concentración n'(d) de las partículas que se espera en la salida de la etapa de filtrado se determina a partir de la concentración n(d) y de las características del filtro. A partir de la presión p del aire en la entrada de la etapa de filtrado y de las propiedades del filtro, se determina la presión p' esperada del aire en la salida de la etapa de filtrado. Se establece un espectro de sensibilidad S(d) que, en función del tamaño medio d de las partículas, indica hasta qué punto una determinada concentración de estas partículas tiene un efecto negativo en el rendimiento, y/o en la vida útil, de la turbomáquina.

La pérdida de potencia L de la turbomáquina se determina a partir de la concentración n'(d) de las partículas, la presión p' del aire en la salida de la etapa de filtrado y del espectro de sensibilidad S(d).

Esta pérdida de potencia L puede estar acoplada, por ejemplo, a la cantidad Q de partículas que entran en la turbomáquina. De la concentración n'(d) y de la presión p' resulta un caudal másico, y la integración a través del tiempo proporciona la cantidad Q. Se ha comprobado, por ejemplo, que la pérdida de eficiencia de la turbomáquina como consecuencia del ensuciamiento depende en particular de la cantidad total de partículas depositadas en la turbomáquina. Además, el alcance de los daños debidos a la erosión y/o a la corrosión, por ejemplo, se especifica en gran medida a la vista de la dosis total de partículas desde el último mantenimiento. Así, la determinación de la pérdida de potencia L comprende ventajosamente la determinación de la cantidad Q de partículas que entran en la turbomáquina.

Si se determina la pérdida de potencia L, se puede establecer el momento en que sea necesaria la limpieza o el mantenimiento de la turbomáquina en función de su estado. Ya no es forzosamente necesario realizar esta limpieza o el mantenimiento según un turno fijo de horas de funcionamiento, aunque, debido a los márgenes de seguridad necesarios, siempre se "regale" una cierta cantidad de tiempo de funcionamiento restante.

Por esta razón, en una forma de realización especialmente ventajosa, y en respuesta a la pérdida de potencia L que supera un umbral predeterminado, se activa un proceso de lavado en línea de la turbomáquina, y/o se solicita el mantenimiento de la turbomáquina.

Como se ha mencionado al principio, la concentración n(d) de partículas en la entrada de la etapa de filtrado no tiene por qué ser estática, sino que puede cambiar, por ejemplo, estacionalmente o debido a las condiciones meteorológicas. Por lo tanto, la invención también se refiere en general a un procedimiento para el funcionamiento de un conjunto de filtros para el suministro de aire a una turbomáquina. En este procedimiento, la fuerza efectiva, y/o el tipo de filtro, de al menos una etapa de filtrado del conjunto de filtros se siguen a un cambio en la concentración actual, y/o esperada, n(d) de partículas en la entrada de esta etapa de filtrado.

En este contexto, el efecto de este seguimiento sobre la concentración n'(d) de partículas que se espera en la salida de la etapa de filtrado, y/o sobre la presión p' del aire que se espera en la salida de la etapa de filtrado, se puede determinar especialmente de manera análoga a la descrita anteriormente para el procedimiento de diseño y/o control de un conjunto de filtros. Por lo tanto, el alcance de la revelación en este sentido es plenamente aplicable al procedimiento de funcionamiento.

Como ya se ha indicado anteriormente, esto permite adaptar la filtración del aire de suministro de la turbomáquina a la demanda real. Por ejemplo, si el aire ambiente está muy limpio después de unas lluvias intensas, se puede establecer una filtración mucho más débil para permitir que pase un mayor flujo de masa de aire a la turbomáquina. Del mismo modo, por ejemplo, un filtro especialmente diseñado para el polen o el polvo del Sáhara se puede conectar precisamente en el momento en el que se espera que existan estas partículas en el aire ambiente. Así, por una parte, estos filtros especiales no se contaminan innecesariamente y, por otra parte, no contribuyen constantemente a la resistencia al flujo del conjunto de filtros.

Por ejemplo, la fuerza efectiva de la etapa de filtrado se puede adaptar aumentando o disminuyendo la sección transversal de flujo efectiva de una línea de derivación que rodea la etapa de filtrado. Para ello se puede utilizar, por ejemplo, una válvula de distribución o una válvula proporcional.

Sin embargo, también es posible seleccionar, por ejemplo, una etapa de filtrado con un filtro cuyo efecto puede activarse aplicando una tensión eléctrica al filtro, y/o conduciendo una corriente eléctrica a través del filtro. En este caso, la fuerza efectiva de la etapa de filtrado se puede adaptar aumentando o disminuyendo la tensión eléctrica, y/o la corriente eléctrica. Un ejemplo son los filtros electrostáticos en los que las partículas de polvo se cargan a través de electrodos de pulverización para que se precipiten posteriormente en los electrodos de precipitación.

En todos los procedimientos descritos, la concentración actual n(d) de partículas en la entrada de la etapa de filtrado puede determinarse ventajosamente a partir de una medición de la concentración de partículas en el aire ambiente del conjunto de filtros. De este modo, se puede responder de forma especialmente rápida a un cambio, por ejemplo, una disminución como consecuencia de un temporal de lluvia o un aumento debido a obras en las proximidades de la turbomáquina.

Además, en cualquiera de los procedimientos descritos se puede obtener una concentración actual, y/o esperada, de partículas en el aire ambiente del conjunto de filtros de una fuente de datos externa y utilizarla para determinar la concentración actual, y/o esperada, n(d) de partículas en la entrada de la etapa de filtrado. Por ejemplo, con ayuda de los datos meteorológicos de un servicio meteorológico se puede predecir que habrá precipitaciones o que el polvo sahariano llegará al lugar de emplazamiento de la turbomáquina.

En particular, los procedimientos descritos se pueden llevar a cabo controlados total o parcialmente por ordenador. El software correspondiente puede distribuirse, por ejemplo, como una actualización o mejora del software de diseño o control existente y, en este sentido, es un producto independiente. Por lo tanto, la invención también se refiere a un programa de ordenador que comprende instrucciones legibles por máquina que, cuando se ejecutan en un ordenador, y/o en un dispositivo de control, y/o en un sistema integrado, hacen que el ordenador, el dispositivo de control, y/o el sistema integrado, respectivamente, ejecuten uno o más de los procedimientos descritos. Del mismo modo, la invención también se refiere a un soporte de datos legible por máquina o producto de descarga que contiene el programa informático.

Los procedimientos se pueden aplicar especialmente a turbinas de gas y compresores como turbomáquinas, por ejemplo, pero no se limitan a ellos.

Parte descriptiva especial

A continuación, el objeto de la invención se explica a la vista de las figuras, sin limitar el objeto de la invención a esta descripción. Se muestra en la:

Figura 1: a modo de ejemplo, el efecto de un conjunto de filtros 1 antes de un suministro de aire 2 a una turbomáquina 3;

Figura 2: un ejemplo de realización del procedimiento 100 para la activación y/o el diseño de un conjunto de filtros 1; Figura 3: un ejemplo de realización del procedimiento 200 para el funcionamiento de un conjunto de filtros 1;

Figura 4: un ejemplo de realización del procedimiento 300 para el funcionamiento de un conjunto de filtros 1.

La figura 1 muestra de forma esquemática el efecto de un conjunto de filtros 1 dispuesto delante de un sistema de suministro de aire 2 a una turbomáquina 3, e ilustra las variables implicadas.

El conjunto de filtros 1 comprende etapas de filtrado 11-13 conectadas en serie. En aras de la claridad, en la figura 1 sólo se representa con mayor detalle el efecto de la primera etapa de filtrado 11, mientras que la existencia de las demás etapas de filtrado 12, 13 sólo se insinúa.

La turbomáquina 3 aspira aire que, antes de la primera etapa de filtrado 11, tiene una presión p. La etapa de filtrado 11 provoca una caída de presión hacia una presión inferior p'. La tarea de la etapa de filtrado 11 consiste en filtrar las partículas 4 del aire. Cada partícula 4 tiene un tamaño d y está formada por el material M. Las partículas 4 están presentes antes de la etapa de filtrado 11 en una concentración n(d, M) que depende tanto del tamaño medio d como del material M de las partículas 4. Esta concentración n(d, M) es reducida por la etapa de filtrado 11 a una concentración n'(d, M).

Al diseñar la disposición de filtros 1, se pueden probar y evaluar especialmente diferentes candidatos a filtros 14 para la etapa de filtrado 11 con una medida de calidad 14a, no indicada en la figura 1, a fin de determinar la idoneidad del respectivo rendimiento del filtro para las necesidades de la turbomáquina 3.

Los requisitos de la turbomáquina 3 para el rendimiento del filtro están contenidos en el espectro de sensibilidad S(d, M), que indica en qué medida influyen las partículas perturbadoras 4 con un tamaño medio d, que consisten en el material M, en el funcionamiento o la vida útil de la turbomáquina 3. Por razones de una mayor claridad, el diagrama correspondiente de la figura 1 está dibujado en dos dimensiones. En realidad debería ser una montaña tridimensional cuya altura S(d, M) depende de las coordenadas d y M.

En la figura 1 se indica que la etapa de filtrado 11 se puede puentear con una línea de derivación 15. Esto permite, por ejemplo, adaptar el rendimiento del filtro a una concentración cambiante n(d, M) de partículas 4 en el aire de suministro.

La figura 2 muestra un ejemplo de realización del procedimiento 100 para diseñar y/o controlar el conjunto de filtros 1. En el paso opcional 105, se elige un conjunto de filtros 1 de varias etapas de filtrado 11-13.

En el paso 110, se determina la concentración n(d, M) de partículas 4 en la entrada de al menos una etapa de filtrado 11-13. Según el bloque 111, esto se puede hacer por medición directa. Alternativamente, o en combinación, según el bloque 112 es posible recuperar una concentración de partículas en el aire ambiente de una fuente de datos externa y utilizarla según el bloque 112 para determinar la concentración n(d, M).

En el paso 130, se determina la concentración de partículas esperada n'(d, M) en la salida de la etapa de filtrado 11­ 13. En particular, según el bloque 131, se puede utilizar adicionalmente la presión p del aire en la entrada de la etapa de filtrado, y según el bloque 132, se puede determinar adicionalmente la presión p' prevista en la salida de la etapa de filtrado 11-13.

Independientemente de ello, en el paso 120 se determina el espectro de sensibilidad S(d, M) de la turbomáquina 3 con respecto a las partículas 4. A partir de este espectro de sensibilidad S(d, M), junto con la concentración restante n'(d, M) de partículas y la presión p' en la salida de la etapa de filtrado 11-13, se determina en el paso 140 una medida de calidad 14a para el candidato a filtro 14 utilizado actualmente en la etapa de filtrado 11-13, o una medida de calidad 1a para el conjunto de filtros 1 como unidad. En el paso 150, se pueden encontrar ahora los candidatos a filtros 14 que optimicen la resistencia al flujo del conjunto de filtros 1 cumpliendo una condición límite predeterminada para la medida de calidad 1 a, 14a. Según el bloque 151, la vida útil de al menos una etapa de filtrado 11-13 puede constituir otra condición límite.

La figura 3 muestra un ejemplo de realización del procedimiento 200 para el funcionamiento de un conjunto de filtros 1. En el paso 210, se determina la concentración n(d, M) de partículas 4 en la entrada de al menos una etapa de filtrado 11-13. En el paso 220, se determina la concentración n'(d, M) de partículas 4 esperada en la salida de la etapa de filtrado 11-13. Además, en el paso 230, se determina la caída de presión desde la presión de entrada p hasta la presión de salida p'. En la etapa 235, se determina el espectro de sensibilidad S(d), que indica, en función del tamaño medio d de las partículas 4, en qué medida una concentración dada de estas partículas 4 tiene un efecto negativo sobre el rendimiento y/o sobre la vida útil de la turbomáquina 3. En el paso 240 se determina, a partir de la concentración n'(d, M), la presión del lado de salida p' y el espectro de sensibilidad S(d), la pérdida de potencia L.

En el paso 250, se comprueba si la pérdida de potencia L supera un umbral predeterminado. Si no se supera el valor del umbral (valor lógico 0), no hay que hacer nada. Si se supera el valor umbral (valor lógico 1), se activa una operación de lavado en línea de la turbomáquina 3 en el paso 260, y/o se solicita, en el paso 270, el mantenimiento de la turbomáquina 3.

La figura 4 muestra un ejemplo de realización del procedimiento 300 para el funcionamiento de un conjunto de filtros 1. En el paso 310, se detecta el cambio en la concentración actual y/o esperada n(d, M) de partículas en la entrada de la etapa de filtrado 11-13. En el paso 320, se reacciona al mismo mediante una adaptación de la fuerza efectiva 11 a-13a, y/o del tipo de filtro 11 b-13b, de la etapa de filtrado 11-13. Según el bloque 321, se puede modificar con este fin la sección transversal de flujo efectiva de la línea de derivación 15, por ejemplo, abriendo o cerrando una válvula. Según el bloque 322, se puede cambiar la activación eléctrica de la etapa de filtrado 11-13.

Lista de referencias

1 Conjunto de filtros

1 a Medida de calidad para el conjunto de filtros 1

11-13 Etapas de filtrado del conjunto de filtros 1

11 a-13a Fuerza efectiva de las etapas de filtrado 11-13

I I b-13b Tipos de filtro de las etapas de filtrado 11-13

14 Filtro candidato para las etapas de filtrado 11-13

14a Medida de calidad para el filtro candidato 14

15 Línea de derivación en el conjunto de filtros 1

2 Suministro de aire a la turbomáquina 3

3 Turbomáquina

4 Partículas

100 Procedimiento para el diseño y/o control del conjunto de filtros 1

105 Selección de un con junto de filtros 1 con etapas 11-13

110 Determinación de la concentración n(d, M) de partículas 4

I I I Medición de la concentración n(d, M)

112 Demanda de la concentración dirigida a una fuente de datos externa

113 Determinación de la concentración n(d, M) con datos externos

120 Determinación del espectro de sensibilidad S(d, M)

130 Determinación de la concentración n'(d, M) tras la etapa de filtrado 11-13

131 Consideración de la presión p antes de la etapa de filtrado 11-13

132 Determinación de la presión p' después de la etapa de filtrado 11-13

140 Determinación del factor de calidad 1a, 14a

150 Optimización con condición límite para la medida de calidad 1a, 14a

151 Vida útil de una etapa de filtrado 11-13 como condición límite

200 Procedimiento para el funcionamiento del conjunto de filtros 1

210 Determinación de la concentración n(d, M) de las partículas 4

220 Determinación de la concentración n'(d, M) después de la etapa de filtrado 11-13

230 Determinación de la presión p' después de la etapa de filtrado 11-13

235 Determinación del espectro de sensibilidad S(d)

240 Determinación de la pérdida de potencia de la turbomáquina 3

250 Comprobación de si se ha superado el valor umbral de pérdida de potencia L

260 Activación de un proceso de lavado en línea de la turbomáquina 3

270 Solicitud de mantenimiento de la turbomáquina 3

300 Procedimiento para el funcionamiento del conjunto de filtros 1

310 Detección de un cambio de concentración n(d, M)

320 Adaptación de la fuerza efectiva 11 a-13a y/o del tipo de filtro 11 b-13b

321 Cambio de la sección transversal de flujo de la línea de derivación 15

322 Modificación de la activación eléctrica de la etapa de filtrado 11-13

d Tamaño de las partículas 4

L Pérdida de potencia de la turbomáquina 3

M Material de las partículas 4

n Concentración de partículas 4 antes de la etapa de filtrado 11-13 n' Concentración de partículas 4 después de la etapa de filtrado 11-13 p Presión del aire antes de la etapa de filtrado 11-13

p' Presión del aire después de la etapa de filtrado 11-13

Q Cantidad de partículas 4 que entran en la turbomáquina 3

S Espectro de sensibilidad de la turbomáquina 3

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento (100) para el diseño de un conjunto de filtros (1) para el suministro de aire (2) a una turbomáquina (3) con los siguientes pasos:

* se determina (110) una concentración actual y/o esperada n(d) de partículas (4) en el aire existente en la entrada de al menos una etapa de filtrado (11-13) del conjunto de filtros (1) en función del tamaño medio d de las partículas (4);

* se determina un espectro de sensibilidad S(d) (120) que, en función del tamaño medio d de las partículas (4), indica en qué medida una concentración dada de estas partículas (4) tiene un efecto negativo, por medio de la erosión y/o la corrosión química, sobre el rendimiento, y/o en la vida útil, de la turbomáquina (3);

* para al menos un candidato a filtro (14) que puede utilizarse en la etapa de filtrado (11-13) y/o que puede activarse o desactivarse, se determina, a partir de la concentración n(d) y de las propiedades de filtrado del candidato a filtro (14), la concentración n'(d) de las partículas que cabe esperar en la salida de la etapa de filtrado (11-13) (130);

* a partir de la concentración n'(d) y del espectro de sensibilidad S(d) se determina una medida de calidad (1a, 14a) que se asigna (140) al filtro candidato (14), y/o al conjunto de filtros (1);

* el conjunto de filtros (1) se forma (150) a partir de uno o varios filtros candidatos (14) de manera que la resistencia al flujo del conjunto de filtros (1) se optimice bajo una condición límite predeterminada para la medida de calidad (1 a, 14a).

2. Procedimienmto (100) según la reivindicación 1, en el que, para la determinación de la concentración n'(d) de las partículas (4) que cabe esperar en la salida de la etapa de filtrado (11 -13), se utiliza adicionalmente la presión p del aire a la entrada de la etapa de filtrado (11 -13) (131) en función del tamaño medio d de las partículas (4).

3. Procedimiento (100) según la reivindicación 2, en el que, además de la concentración esperada n'(d) de las partículas (4) en la salida de la etapa de filtrado (11-13), se determina también la presión esperada p' del aire a la salida de la etapa de filtrado (11 -13) (132).

4. Procedimiento (100) según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el espectro de sensibilidad S(d, M), y/o la concentración n(d, M), n'(d, M), dependen además del material M de las partículas (4).

5. Procedimiento (100) según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que se elige un conjunto de filtros (1) de entre varias etapas (11 -13) conectadas en serie en dirección del flujo de aire (105).

6. Procedimiento (100) según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la optimización se lleva a cabo (151) bajo una condición límite adicional relacionada con la vida útil de al menos una etapa de filtrado (11 -13).

7. Procedimiento (100) según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la concentración actual n(d) de partículas (4) en la entrada de la etapa de filtrado (11 -13) se determina (111) a partir de una medición de la concentración de partículas (4) en el aire ambiente del conjunto de filtros.

8. Procedimientos (100) según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que una concentración actual y/o esperada de partículas (4) en el aire ambiente del conjunto de filtros (1) se obtiene (112) de una fuente de datos externa y se utiliza (113) para determinar la concentración actual y/o esperada n(d) de partículas (4) en la entrada de la etapa de filtrado (11-13).

9. Programa de ordenador que comprende instrucciones legibles por máquina que, cuando se ejecutan en un ordenador, y/o en un equipo de control y/o en un sistema integrado se encargan de que el ordenador, el equipo de control y/o el sistema integrado ejecuten respectivamente el procedimiento (100-300) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.