¿Por qué son fundamentales los termistores de alta temperatura para las operaciones en centrales eléctricas?

Cómo los termistores de alta temperatura garantizan la seguridad térmica en tiempo real en aplicaciones críticas de generación de energía

En escenarios de descontrol térmico en cojinetes de turbinas, transformadores y sistemas de calderas

Cuando ocurre una fuga térmica en los rodamientos de turbinas, transformadores o tubos de calderas, las averías del equipo suceden de forma instantánea. Por ejemplo, a temperaturas de rodamiento superiores a 200 grados Celsius, los lubricantes terminan degradándose. El aislamiento de los transformadores falla a temperaturas superiores a 150 grados, y los tubos de caldera que se sobrecalientan desarrollan incrustaciones que provocan roturas. La mayoría de los sensores tradicionales son simplemente demasiado lentos para detectar estos cambios rápidos de temperatura. Los termistores de alta temperatura disponen de la tecnología necesaria para localizar la acumulación anómala de calor y responder a ella en fracciones de segundo. Los termistores de alta temperatura realizan una prueba de resistencia, ya que esta varía un 90 % más rápido que en los antiguos sensores analógicos bimetálicos. Esto permite al operador de la planta activar un sistema de refrigeración antes de alcanzar una condición de fuga térmica. Un análisis reciente proporcionado por Doe Power Systems en 2023 ilustra que la prevención de estas paradas no planificadas permite a las instalaciones eléctricas ahorrar aproximadamente medio millón de dólares.

El rendimiento de precisión es un rendimiento notablemente superior, con termistores que soportan altas temperaturas con una tolerancia de ± 0,5 °C en una carga térmica de 0 °C a 300 °C y 10 000 ciclos hasta 400 °C. Los termistores también superan significativamente a los RTD de platino, cuya deriva supera los ± 2 °C tras tan solo 1000 ciclos hasta 300 °C. Los termistores patentados utilizan un compuesto único de óxido metálico que prácticamente no sufre degradación cristalina bajo tensiones térmicas extremas, lo que otorga a los termistores la capacidad de ofrecer beneficios fascinantes tales como:

1. Ausencia de interferencia electromagnética. Esto contribuye a una integridad de señal estable incluso a distancias tan reducidas como 20 kV respecto al equipo de conmutación.

2. Deriva de estabilidad. Se caracteriza por un desplazamiento de calibración < 0,1 % durante las horas operativas a 400 °C.

3. Ausencia de degradación ante cargas vibratorias mecánicas de 50 g, típicas en entornos operativos de turbinas.

Las evaluaciones de los termistores utilizados en plantas de ciclo combinado demostraron una reducción del 70 % en las alarmas falsas, en comparación con los sensores antiguos. Esto contribuye significativamente a la mejora tanto de la confianza operativa como de la seguridad general. Los termistores, con su tiempo de respuesta a nivel de microsegundos, permiten actuar con confianza durante eventos térmicos, ya que brindan el tiempo operativo necesario para apagados predictivos.

Por qué los termistores de alta temperatura son mejores que los sensores tradicionales en condiciones extremas de centrales eléctricas

Termistores frente a RTD de platino: tiempo de respuesta y EMI

Los termistores de alta temperatura tienen un tiempo de respuesta cercano a diez veces el de los RTD de platino estándar. Los termistores pueden detectar y responder en menos de 2 segundos a las variaciones de temperatura provocadas por cambios de carga en la turbina. Los tiempos de respuesta rápidos son importantes para evitar una secuencia de eventos, por ejemplo, picos inesperados de nivel y carga que pueden causar calentamiento por corriente de conexión (inrush) en el transformador. Además, están fabricados con materiales que ofrecen tanto apantallamiento térmico como frente a interferencias electromagnéticas (EMI), lo que les permite proporcionar lecturas estables de temperatura, a diferencia de los RTD, que, en subestaciones de conmutación de 100 kV, pueden experimentar derivas de hasta ±3 grados Celsius. En salas de generadores repletas de equipos eléctricos que generan EMI, los termistores constituyen la única solución viable para realizar mediciones precisas de temperatura sin interferencias continuas en la señal.

Metales y cerámicas sellantes con una vida útil media entre fallos (MTBF) de 15 años a temperaturas superiores a 400 grados Celsius en gases de chimenea

La soldadura láser para sellos herméticos en uniones de metal y cerámica proporciona una vida útil de 15 años a los equipos ubicados en conductos con temperaturas de gases de escape de 425 grados Celsius. Dichos sellos evitan la entrada de óxidos de azufre, que destruirían sensores no protegidos tras 18 meses. Las pruebas y evaluaciones constructivas demuestran que los sellos mantienen una precisión de ±0,5 grados Celsius durante más de 50 000 ciclos térmicos. Los soportes habituales para RTD pierden su precisión debido a impactos mecánicos. En comparación con los sensores tradicionales de platino, que requieren calibración cada tres meses, estos termistores funcionan de forma fiable incluso en los entornos adversos en los que operan las calderas de carbón. Según los informes industriales de 2023, el uso de estos termistores reduce los costos de mantenimiento en un 66 %, lo que evidencia el beneficio financiero a largo plazo para los operadores de plantas.

Detección de incrustaciones en tubos de condensadores mediante redes de termistores periféricos

Cuando se conecta a una red IIoT habilitada para edge, un termistor individual de alta temperatura puede detectar y notificar cambios de temperatura con una precisión de 0,1 °C. Este sensor de temperatura optimizado puede supervisar activamente la distribución del calor en la red y detectar problemas de rendimiento causados por incrustaciones o restricciones de flujo. En lugar de observar uno o dos puntos aislados, las redes de sensores termistores distribuidas sobre toda la superficie del sistema pueden ofrecer una visión completa del rendimiento del sistema. El mapeo termistor puede diagnosticar con precisión una restricción de flujo en el tubo 7B con una exactitud aproximada del 98 %. A partir de los datos del sensor termistor, los algoritmos predictivos pueden alertar con alta probabilidad sobre una restricción de flujo hasta 72 horas antes de que ocurra. Los primeros usuarios de termistores de alta temperatura en mantenimiento predictivo informan una reducción del 40 % en el tiempo de inactividad no planificado de los sistemas de refrigeración en una central eléctrica. Además, el personal de mantenimiento recibe alertas en menos de medio segundo tras la ocurrencia de un evento edge, gracias al procesamiento de eventos en el edge. Este algoritmo sencillo puede servir como base para desarrollar un algoritmo de mantenimiento predictivo de orden superior.

Importancia operativa: El caso de los termistores de alta temperatura en la generación de energía

Las instalaciones de generación de energía obtienen un valor significativo de los termistores de alta temperatura. Según el Instituto Ponemon, cada parada no programada supone un coste medio de 740 000 USD; la detección temprana de problemas térmicos mediante termistores en los sistemas de monitorización de turbinas reduce drásticamente el número de fallos de rodamientos (más del 50 % al 80 % de los fallos). Los termistores de alta temperatura prolongan la vida útil de los transformadores entre un 40 % y un 60 %, ya que evitan que cambios bruscos de carga eléctrica dañen el aislamiento de los transformadores. La fiabilidad de las plantas se multiplica por más de tres cuando se sustituyen los sensores obsoletos de control de calderas por termistores de alta temperatura. La mayoría de las plantas recuperan el coste de su inversión en un plazo de 18 a 24 meses. Los termistores son fundamentales para reducir costes, mitigar riesgos y mantener la eficiencia operativa en las plantas termoeléctricas.

Preguntas frecuentes sobre termistores de alta temperatura

¿Cuál es la finalidad de los termistores de alta temperatura?

Los termistores de alta temperatura se utilizan en sistemas de potencia importantes, como turbinas, transformadores y sistemas de calderas, para detectar aumentos rápidos de temperatura y evitar daños en los sistemas.

¿Qué ventajas ofrecen los termistores frente a los RTD de platino en centrales eléctricas?

Los termistores presentan una mayor inmunidad a las interferencias electromagnéticas (EMI) y una respuesta transitoria más rápida, lo que les permite ofrecer mediciones más precisas en los exigentes entornos térmicos de las centrales eléctricas.

¿Qué función desempeñan los termistores en el mantenimiento predictivo?

Los termistores se emplean en el mantenimiento predictivo para mejorar el análisis en el extremo (edge) mediante la detección de anomalías térmicas mínimas y para reducir las paradas imprevistas.