LUBRICACIÓN DE LAS TURBINAS DE VAPOR
GARCIA HERNANDEZ ADRIAN HEREDIA DURAN CRISTIAN ALEXIS MARULANDA URREA ALEXANDRO PEREZ PEÑALOZA FABIAN MOISES PIMIENTA MORALES SARMIENTO GONZALES LUIS ALBERTO
SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA MANTENIMIENTO ELECTROMECÁNICO INDUSTRIAL - 520291 BARRANCABERMEJA, SANTANDER 2014
LUBRICACIÓN DE LAS TURBINAS DE VAPOR
GARCIA HERNANDEZ ADRIAN HEREDIA DURAN CRISTIAN ALEXIS MARULANDA URREA ALEXANDRO PEREZ PEÑALOZA FABIAN MOISES PIMIENTA MORALES SARMIENTO GONZALES LUIS ALBERTO
JHON JAIRO ALFONSO ING. MECANICO
SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA MANTENIMIENTO ELECTROMECÁNICO INDUSTRIAL - 520291 BARRANCABERMEJA, SANTANDER 2014
CONTENIDO
1. INTRODUCCION 2. OBJETIVOS GENERALES Y ESPECIFICOS 3. PROPIEDADES FISICO- QUIMICAS DEL ACEITE
4. VISCOSIDAD 5. METODOS 6. ESTABILIDAD A LA OXIDACIÓN 7. SISTEMAS DE LUBRICACION 8. FACTORES QUE INCIDEN EN LA VIDA DEL ACEITE 9. FILTROS 10. EQUIPOS DE LUBRICACIÓN DE EMERGENCIA 11. SISTEMA ISO 12. LUBRICACIÓN DE LOS GOBERNADORES DE VELOCIDAD 13. ANÁLISIS DE LABORATORIO E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS 14. CONCLUSIONES
OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES.
“Diseñar un Programa de Mantenimiento Basado en Condición, enfocado a la mejora de la efectividad de las turbinas de vapor y su adecuado mantenimiento”
OBJETIVOS ESPECIFICOS.
1. Identificar los equipos críticos
2. Determinar los Modos y Efectos de fallas
3. Seleccionar la herramienta de Mantenimiento Basado en condición 4. Diseñar el Programa de Mantenimiento Basado en Condición, enfocado a la mejora de la efectividad de las turbinas de vapor. 5. Determinar los parámetros característicos del aceite lubricante 6.Clasificación del aceite por medio de los parámetros determinados
INTRODUCCION
Las turbinas de vapor hoy día se diseñan con mayor grado de confiabilidad y adaptabilidad, con ellas se sigue el mantenimiento adecuado, periódico y programado en las mejores condiciones; ya que de lo contrario se tendrán fallas inesperadas. Dentro de las causas principales de paradas de las turbinas de vapor se consideran las paradas forzadas, las paradas diferidas y paradas planeadas. Es evidentemente necesario tener un mayor conocimiento de las fallas, de los posibles efectos adversos y de la naturaleza de las soluciones a los problemas; esto se logra con la inspección de integridad.
Lubricación de las turbinas de vapor Poder ser relativamente simple, como en las turbinas de acción, o mas compleja, como en las mixtas, en donde el aceite además de lubricar y de refrigerar, actua como un fluido hidráulico para accionar el sistema de regulación. En ambos casos, el aceite debe cumplir con unas características físico – químicas minimas que lo hagan apto para desempeñar su trabajo durante largos periodos de tiempo, al mínimo costo posible. La vida útil del aceite puede llegar a ser hasta de 10 años, con pequeñas reposiciones para recompensar su nivel normal de deterioro. Funciones del aceite Las principales son:
Lubricar los cojinetes radiales y de empuje de la turbina y de la maquina conducida Lubricar los acoples Lubricar el reductor de velocidad en caso que se utilize entre la turbina yla maquina conducida Lubricar y transmitir los impulsos de sistema de regulación Refrigerar los elementos lubricados Evitar la formación de herrumbre, corrosión y sedimentos en los sistemas de lubricación y regulación Evacuar partículas metálicas, agua y demás contaminantes desde los diferentes mecanismos hasta los sistemas de filtración
Propiedades físico – químicas del aceite Todos los aceites para turbinas de vapor se fabrican de bases parafinicas altamente refinadas con buenas características de viscosidad – temperatura (alto IV) y con inhibidores de la oxidación de tipo fenólico. Las principales propiedades son:
Gravedad específica o gravedad API Método ASTM D-287 La gravedad especifica no debe ser menor de 0,875 gr/cm3 y la API de 30°
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Viscosidad Método ASTM D-445/446 o DIN 51561/51562 Es la propiedad mas importante en un aceite para turbinas de vapor. Se clasifica bajo el sistema ISO y los grados mas utilizados son el 32,46,68 y el 100. Este ultimo en casos muy especiales, como en turbinas de propulsión marina.
Índice de viscosidad método ASTM D-567 Debido a las fluctuaciones de temperatura en las chumaceras, se requiere que el aceite tenga una variación de viscosidad-temperatura tan baja como sea posible, lo que implica lo que implica que debe tener un alto IV; por lo regular mayor de 95.
Punto de inflación. Método astm d-92 Minino debe ser de 160°c (320°f) y depende del grado ISO que se requiera.
Punto de fluidez. Método astm d-97 No debe ser mayor de -6°c (20°f) punto de fluidez mas bajos dependen del tipo de aplicación.
Demulsibilidad. Método astm 1401 Normalmente en toda turbina de vapor hay presencia de agua, la cual tener su origen por el vapor condesado que pasa a través de los sellos hasta las chumaceras o por la condensación de humedad en el sistema, debido a los cambios de temperatura, principalmente en la consola de almacenamiento del aceite. Para evitar esta serie de inconvenientes y como es prácticamente imposible eliminar la presencia de agua, se requiere que el aceite tenga una buena demulsibilidad del aceite, se emplea la prueba ASTM D-1401, a 54°c, se expresa en términos de ml de agua, aceite, emulsion y tiempo de separación los resultados obtenidos en esta prueba deben ser como minimo 40ml de aceite , 37ml de agua y 3ml de emulsion para un tiempo máximo de 20 min.
Estabilidad a la oxidacion metodo astm d-943 o din 51587 Los hidrocarburos que constituyen el aceite reaccionan con el oxígeno del aíra, formando lentamente productos oxidados, situación que puede ser agravadas por las altas temperaturas del aceite en la turbina por la presencia de humedad y por ciertos metales, como el cobre, bronce, latón, hierro y zinc, que actúan como
catalizadores de la oxidación y dan lugar a la formación de peróxidos solubles en el aceite, altamente corrosivos. El NN (número de neutralización) o TAN (número de ácido total) inicial del aceite usualmente están comprendidos entre 0,5 y 0,2 mgr de KOH/gr de aceite analizado y el valor máximo hasta el cual puede llegar en servicio es de 0,5; por encima de este valor se recomienda su cambio.
Metodo ASTM d-943 o tost (turbine oxidation stability test) Consiste en mantener 300ml de aceite Nuevo, a una temperatura de 95°c, en presencia de 60ml de agua, oxígeno y un catalizador, que puede ser hierro o cobre. Cada 50 a 200 se sacan 10ml de aceite y se le chequean el número de neutralización, ya sea por el método clorimetrico ASTM-9740 o por el potenciometrico ASTM D-664. En la actualidad hay aceites para turbinas de vapor que al evaluarlos, dan entre 2000 y 5000 horas, para un NN de 2,0 aceites que den este valor por debajo de las 300 horas, no se deben emplear, bajo ningún motivo, en turbinas de vapor.
Método cigre o cerl, o ip 280/80 Evalúa la acidez soluble y volátil y los barros al final de la oxidación. Consiste en mantener una muestra de 25mg del aceite usado, a 120°c, durante 168 horas y bajo una corriente de oxigeno de 1 litro/hora. El ensayo se puede realizar bajo las siguientes condiciones: -sin catalizador y debe dar como máximo 0,1% por peso de productos oxidados -con catalizador de cobre metálico, de 1 cm2/gr de aceite y se tolera un máximo de 1% de productos oxidados -con 100 ppm de catalizador de cobre soluble y puede dar como máximo un 1% de productos oxidados.
Metodo ulp (userful life period) Consiste en determinar el número de horas que el aceite requiere para absorber 15ml de oxigeno electrolítico, a una temperatura de 150°c. La oxidación igualmente se controla si la temperatura máxima del aceite no es mayor de 60°c; por encima de esta, temperatura la rata de oxidación (NN) del aceite se duplica por cada 10°c de aumento.
Estabilidad a la oxidación por bomba rotativa astm d-2272 El método consiste en colocar una muestra del aceite nuevo o usado dentro de un recipiente hermético en el cual se encuentre alojada una bomba rotativa, inclinada 30° con respecto a la horizontal. El tiempo de inducción (reacción del aceite con el oxígeno) se mide hasta el momento en que la presión del oxígeno desciende 25 psi al interior del recipiente hermético.
Lodos Químicamente son el resultado de la oxidación del aceite. Con una mezcla de impurezas metálicas, productos emulsionados y de sustancia asfálticas resinosas. Los lodos pueden ser solubles e insolubles. Los solubles permanecen en suspensión en el aceite por encima de los 100°f, pero se precipitan a bajas temperaturas, principalmente en el enfriador donde al adherirse a los tubos disminuyen la transferencia de calor, dando lugar a que la temperatura del aceite aumente y en consecuencia se formen nuevos lodos y depósitos, iniciándose así un círculo vicioso que tiende a producir cada vez mas y mas lodos. Una parte de los lodos insolubles permanecen en suspensión en el aceite, pero tienden a sedimentarse en las tuberías, en el depósito y en otros puntos del sistema, particularmente en aquellos sitios donde el flujo de aceite es bajo.
Resistencia a la formación de espuma Método ASTM D¬- 892 o DIN 51381 La espuma hace compresible el aceite, dando lugar a una operación errática del sistema de regulación, al mismo tiempo que causa la rápida oxidación del aceite. Como aditivo antiespumante, se emplean los polímeros de dimitir silicona en una concentración de 1,50 ppm.
Resistencia ala herrumbre y a la corrosión Método ASTM D – 665 El fenómeno de la corrosión química es causado por la oxidación del aceite, mientras que la herrumbre por el agua y el aire sobre el hierro y el acero. Su acción proviene con los aditivos de tipo polar, que forman capas protectoras sobre las superficies metálicas, pero el porcentaje de estos en el aceite se debe controlar porque pueden ejercer una acción negativa sobre las propiedades antiespumantes, antioxidantes y de demulsibilidad.
Rigidez dieléctrica Debido a las altas velocidades se crean corrientes parasitas en el motor, que dan lugar al picado de metal. Para obviar este fenómeno, se colocan unas escobillas en el rotor que absorben estas corrientes eléctricas. Otra alternativa seria mejorar la rigidez dieléctrica del aceite, pero esta opción resulta bastante difícil, debido a que los aditivos que le dan las diferentes propiedades físicas al aceite son de naturaleza metálica.
Tensión interracial Cuando se ponen en contacto el agua y el aceite se crea una interface y el grado de resistencia que ambos ofrecen a su separación se define como tensión interracial. Los factores que influyen sobre esta propiedad son:
La naturaleza química del agua y del aceite Las altas temperaturas aumentan la miscibilidad entre el agua y el aceite disminuyéndola. La presencia de cuerpos polares productos de la oxidación del aceite la disminuyen
Sistemas de lubricación El sistema de lubricación depende de la presión del vapor. En forma aproximada se tiene que para vapor 150 psig sirve el anillo; para 400 psig, una combinación de anillo y circulación, y para 600 psig, circulación
Lubricación por anillo Por lo general se utiliza en las turbinas de acción, consiste en un anillo que descansa en un muñón y gira en promedio a una velocidad máxima de 200 rpm cuando se encuentra en movimiento. Su diámetro interior es 1,5 a 2,0 veces el diámetro del muñón y cuando gira, recoge aceite desde un depósito inferior y la transporta hasta parte superior, en donde lo distribuye sobre la superficie del cojinete liso o del rodamiento
Lubricación por presión Turbina de acción Los detalles de los sistemas de lubricación a presión varían ampliamente y se diseñan de acuerdo con los requerimientos de aplicación de la turbina tales como el tipo de equipo conducido, condiciones ambientales y factores de operación.
El aceite es impulsado por una bomba de engranajes internos accionada por el eje de la turbina mediante una transmisión de piñones helicoidales. Generalmente en este sistema de lubricación se emplea también el de anillos con el fin de garantizar un mayor flujo de aceite a los cojinetes en el momento de la puesta en marcha de la turbina. Par a que el aceite se oxide rápidamente se requiere que esté sometido a altas temperaturas, agua, aire a un catalizador como el cobre o a contaminantes sólidos. Si eliminamos uno o varios de estos factores podremos incrementar considerablemente la vida del lubricante.
Factores que inciden en la vida del aceite Altas temperaturas: los aceites derivados del petróleo por encima de 50°C duplican su rata de oxidación, hasta donde sea posible se deben evitar las temperaturas altas de operación y esto se logra mediante la utilización de sistemas eficientes de enfriamiento (incremento acelerado del TAN) si las temperaturas de operación alcanzan los 80° - 90°C, se presentarán carbones duros y blandos provenientes de la descomposición de la base lubricante. Otro aspecto que se debe tener en cuenta , es que un pequeño aumento de operación cambia el grado del aceite, es decir, tenemos una turbina en la cual los cojinetes a 50°C requieren aceite de grado ISO 68, si la temperatura aumenta a 58°C, se requerirá un nuevo aceite de un grado ISO 100 y no el mismo anterior. Se puede tomar como norma que por aproximadamente cada 8°C de incremento en la temperatura se debe aumentar un grado ISO de la viscosidad aceite. Si aumentamos el grado ISO del aceite conservamos el espesor de la película lubricante, pero la rata de oxidación no se reduce, porque esta aumenta con el incremento progresivo de la temperatura de operación. Contaminación con agua: el agua en un aceite puede estar libre o disuelta. En un porcentaje por encima del valor máximo permisible afecta considerablemente las características físico-químicas del aceite dando lugar a la formación de herrumbre, corrosión de la película lubricante, precipitación de aditivos y oxidación. Por las propiedades anti emulsionantes del aceite el agua se separa de este y se puede drenar por la parte inferior del equipo. Un aceite lechoso o emulsionante junto con altas temperaturas y agitación forman gomas y lodos que ayudan a taponar las tuberías, boquillas, lo que ocasiona enfriamiento y da lugar a fallas del equipo de manera catastrófica. El agua puede penetrar al aceite por un mal almacenamiento, es muy frecuente dejar los tambores de 55 galones en posición vertical y a la intemperie, debido a las dilataciones y contradicciones que la caneca presenta como consecuencia de
los cambios de temperatura entre el día y la noche, la humedad o el agua fluyen a través de la tapa y el tapón hasta el aceite de manera que cuando se utilice se tenga un aceite con alto grado de descomposición. En la mayoría de los equipos el contenido máximo permisible de agua en el aceite es de 0, 2% por volumen, las técnicas más comunes para determinar el contenido de agua en el aceite son: ensayo de crepitación (agua libre), centrifugación (agua libre), Karl Fischer (agua libre y disuelta) y destilación (agua libre y disuelta).
Los métodos más comunes para eliminar agua del aceite soniv Coalescencia: solo separa agua libre, lento y simple Centrifugación: costoso, requiere alto mantenimiento, y separa agua libre Absorción: simple y separa agua libre y algo de disolución Deshidratación por vacío: es utilizado para procesar grandes cantidades de aceite y separa agua libre en disolución.
NOTA: LA ABSORCIÓN Y LA DESHIDRATACIÓN POR VACÍO SON LOS MEJORES MÉTODOS DE ELIMINACIÓN DE AGUA A COSTO MÍNIMO Y CON GRAN FACILIDAD DE UTILIZACIÓN. Materiales como el cobre son muy propensos a utilizasen por los fabricantes de maquinaria en los sistemas de circulación de aceite por sus propiedades de maleabilidad, las cuales permiten unir dos elementos. El cobre es el material que comúnmente se encuentra en los circuitos de lubricación lo cual es totalmente incorrecto y más grave aún si el aceite trabaja a altas temperaturas. En su lugar se deben utilizar tuberías y accesorios de acero inoxidable. Contaminantes sólidos: hay turbinas que trabajan en ambientes altamente contaminados, en donde, si la turbina no cuenta con un buen sistema de filtración el polvo (sílice) puede llegar sus partes internas, mezclarse con el aceite y causar desgaste abrasivo, en estos casos es necesario reemplazar el aceite dentro de intervalos más cortos. Por lo tanto es necesario analizar la posibilidad de pasarlo por un filtro prensa o por una centrífuga con lo cual se le quitan los contaminantes sólidos y el aceite queda en condiciones óptimas para seguir trabajando. La contaminación del aceite no solo se presenta en una operación sino también es posible que esto ocurra durante la manipulación al trasladarlo desde el tambor hasta el equipo por usar recipientes sucios como baldes que se dejan a la
intemperie y destapados. Este caso es más grave que el primero ya que el aceite empieza a funcionar con un alto grado de contaminación. Los metales y el agua actúan como catalizadores que incrementan la rata de oxidación de un aceite. Por lo general en las turbinas de acción el gobernador se lubrica independientemente de los cojinetes y con un aceite que reúne ciertas características especiales, sin embargo es posible encontrar sistemas en donde está integrado al circuito de lubricación, principalmente cuando la turbina trabaja con vapor de 600 psig.
Lubricación de los cojinetes radiales La carga que actúa sobre los cojinetes radiales se debe al peso del rotor y a sus respectivos componentes. El sistema de lubricación se pone en funcionamiento antes que la turbina, de manera que cuando arranque el contacto metal-metal entre los muñones y los cojinetes sea mínimo y se deja funcionando hasta después de que la turbina haya parado, con el fin de que enfríe los cojinetes.
Formación de película lubricante El movimiento giratorio del eje hace fluir el aceite al huelgo decreciente que se forma entre el eje y la parte inferior del cojinete. La velocidad de giro del eje y la viscosidad del aceite son dos de los parámetros más importantes que determinan la cantidad de aceite que será arrastrada bajo el eje y expulsada por los extremos del cojinete, el aceite que penetra bajo el eje lo levanta y lo hace flotar sobre la película fluida. En la lubricación de cojinetes lisos, desde cuando el eje se encuentra en reposo hasta que alcanza la velocidad normal de operación, se tienen condiciones de lubricación límite, mixta o delgada y fluida.
Película límite Inicialmente se va a considerar un muñón que descansa sobre un cojinete y entre los dos hay una película de aceite, que no es suficiente para impedir que hagan contacto. En este caso, el eje vertical del cojinete y del muñón coinciden y los ejes horizontales están desfasados una distancia 00´. Cuando el eje comienza a girar (sentido horario), interactúan las rugosidades de las superficies del eje y del cojinete, dando lugar a la máxima fricción sólida; el desgaste es controlado por los aditivos anti desgaste (ditiosfosfato de zinc) del aceite, en este momento el eje trata de subir por la parte superior derecha de la superficie interior del cojinete y a medida que gira, se desplaza tanto vertical como horizontalmente. En el momento
de la puesta en marcha del eje, el coeficiente de fricción sólida es máximo y se tienen condiciones de película límite. La condición de película límite es muy común que se presente en la práctica, debido al hecho de que hay equipos que por condiciones de proceso los ponen a girar por debajo de su velocidad normal de diseño, tal es el caso, por ejemplo, de las turbinas de acción utilizadas en refinerías como equipos de emergencia para mover bombas. En este caso la turbina se deja girando a unas 500 rpm aproximadamente, lo cual no permite que haya un flujo de aceite suficiente como para formar hidrodinámica. Esta condición es menos grave cuando el eje de la turbina va montado en rodamientos, en lugar de cojinetes lisos.
Película mixta o delgada A medida que la velocidad del eje se va incrementando, el bombeo creciente de aceite hacia la parte inferior de éste va haciendo que las regularidades de las superficies del eje y del cojinete interactúen menos, dando lugar a que el coeficiente de fricción sólida empiece a disminuir. El flujo de aceite hace que el eje adquiera una posición concéntrica en el cojinete y se desplace ligeramente hacia la izquierda. En este caso, como la fricción sólida ha disminuido, se tienen condiciones de lubricación mixta o delgada.
Lubricación de turbinas de vapor Lubricación sean de película fluida. En este momento, el coeficiente de fricción fluida es mínimo y empieza a aumentar ligeramente hasta que esta se estabiliza cuando el eje alcanza la velocidad a máxima de operación En este queda desafeado ligeramente hacia la parte izquierda inferior, creando un espesor mínimo de película lubricante Ho, que queda centrado en la línea de centro 00”.
El mínimo espesor de película lubricante Ho debe ser considerablemente mayor que la rugosidad superficial del eje y del cojinete. Un valor por debajo del mínimo recomendado da lugar a desgaste adhesivo y a la alta temperatura, ocasionando el fallo del cojinete. Usualmente por un valor de 0.001” o mayor se considera un
diseño apropiado por cojinetes para turbina de vapor la longitud de la distribución de presión hidráulica de la película lubricante es aproximadamente de 180°. Lo cual es muy poca presión que se desarrolla por encima de la línea de centros y el punto de máxima presión está ubicado ligeramente por encima Ho. La presión de la película de aceite es aproximadamente 3 veces la carga unitaria que actúa sobre el cojinete.
Lubricación del reductor Dependiendo del tipo de maquina conducida como es el caso de generadores maquinas en la industria del papel (corrugado), bombas centrifugas y muchas otra maquinas es necesario emplear un reductor de velocidad para permitir que ambos equipos operen a su velocidad de máxima eficiencia. Normalmente los engranaje s son normalmente helicoidales dobles. Generalmente la presión sobre los cojinetes esta dentro del rango de 100 a 200 psi y sobre los dientes del engranajes entre 40000 y 60000psi la velocidad en la línea de paso puede ser de 15000 pies por minuto y en otros casos hasta de 20000. En el primer caso el aceite se toma de la tubería principal y atreves de una boquillas se atomiza a los engranajes y cojinetes a una presión entre 3 y 10psi. Cuando la lubricación del reductor es independiente de la turbina, el sistema de lubricación dependerá de la velocidad lineal del par de engranajes que gire a a mayor velocidad. Si es por circulación, el aceite se haya alojado en la parte inferior de la carcasa y una bomba de peñones accionada por uno de los ejes impulsa el aceite hacia los diferentes elementos a una presión entre 3 y 10psig, e los reductores lubricados por salpique, uno de los engranajes transporta el aceite hasta el punto de engrane, desde donde es impulsado por el piñón.
Lubricación del acople Un acople de piñones internos permite la unión entre las 2 maquinas. Se diseña con un paso diametral grande, dientes pequeños y amplias tolerancias. Se lubrica por circulación con el mismo aceite de la turbina. Sus principales características son: -la relación de velocidad es siempre la unidad -la eficiencia en la transmisión es normalmente 99.99%. -Los ejes de las maquinas deben estar alineados vertical como horizontalmente -El engranaje no cambia -El movimiento relativo entre los dientes es solamente axial, el cual impide la correcta formación de la película lubricante siendo este el factor principal que ocasiona su desgaste. El desgaste se puede reducir con el empleo de aceites de alta viscosidad, pero en las turbo máquinas se utilizan aceites delgados.
Una solución sería montar un enfriador de aceite en la tubería de circulación al acople, de esta manera se logra mayor viscosidad enfriando el aceite. La velocidad del giro del acople hace que la fuerza centrifuga trate de acumular sólidos y productos de la oxidación, los que al mezclarse con agua forman lodos y disminuyen la el flujo del aceite dando lugar a mayores temperaturas. Existen 2 clases de lodos: Lodos húmedos: Son causados por la acumulación de los aditivos antiespumantes del aceite en el acople. Lodos secos: Por contaminantes sólidos en el aceite y varían según el lugar donde se halle ubicada la turbina. El problema de los lodos se resuelve con un aceite de buena calidad y con adecuado sistema de filtración. La tubería de conducción del aceite debe ser acero inoxidable para evitar problemas de corrosión. El empleo excesivo de aditivos en el aceite puede causar más problemas de los que se puede evitar, los antiespumantes que tienden a separarse en el acople y los antiherrumble que reaccionan con las partículas metálicas y forman jabones los que al mezclarse con el agua dan lugar a los lodos. Otros elementos básicos del circuito de lubricación son el deposito de aceites, las bombas, los enfriadores y los filtros, además de sistemas de control.
Depósito de aceite El tanque siempre debe almacenar una cantidad de aceite equivalente al 68% de su capacidad total, con el fin de prevenir la posibilidad de contaminación con agua, porque el aire presente encima de la superficie del aceite es la principal fuente de condensación del agua. La cantidad de aceite no debe ser superior al 93% de la capacidad total. Si se sobrepasa este límite, cuando el sistema este en operación, la presión de los gases que se forman darán lugar a fugas de aceite por el tubo de ventilación. Una lamina deflectora divide el deposito en 2 secciones; su finalidad es la de disminuir la agitación del aceite al llegar al depósito. A una de estas secciones llega el aceite y de la otra se toma el que va a la bomba.
La tubería de succión se encuentra ubicada unos centímetros arriba el fondo del depósito con el fin de dejar un espacio disponible en donde se acumule agua, los lodos y demás partículas que no hayan podido dejar en las retinas del filtro. Los depósitos de aceite deben tener tubos de ventilación grandes. Normalmente se requiere un tubo de ventilación por cada 5m². El deposito cuenta con un indicador de nivel y algunos en la parte inferior tienen un serpentín para calentamiento del aceite que normalmente es utilizado en países donde el invierno da lugar a temperaturas muy bajas y se requiere que el aceite fluya fácilmente.
Bombas de lubricación Las bombas normalmente usadas en las turbinas de vapor son las de piñones y las de tornillo. La bomba principal es accionada por una turbina de acción y la auxiliar por un moto eléctrico La fórmula para hallar la capacidad de una bomba de engranajes es la siguiente Q= π*d*l*m*n*h*e X10 -6; litros/min
D= diámetro de paso de cada piñón, mm L= ancho del diente, mm M= paso del piñón, mm N= velocidad de giro, rpm H= altura del diente, mm E= eficiencia de la bomba, varía entre 0.7 y 0.8
Sistemas de filtración Los contaminantes más comunes en el aceite son las partículas metálicas, los productos sol ubres de la oxidación del aceite y del agua. Esta puede estar libre o en emulsión y su solubilidad es mayor cuanto más alta sea la temperatura. Los aceites para turbinas de vapor absorben una mayor cantidad de agua como resultado del vapor de sello y de las altas temperaturas de funcionamiento. La situación puede agravarse si se baja la temperatura al aceite en los enfriadores a la salida del depósito, en donde el agua se precipita en forma de gotas.
Filtros Son elementos necesarios en todo sistema de circulación, que permiten quitarle al aceite todas las impurezas y contaminantes, provenientes del medio ambiente, desprendimiento de partículas metálicas y abrasivas de los elementos que se están lubricando.
Tipos de regímenes de filtración Filtración nominal Valor micrométrico arbitrario especificado por el fabricante del filtro. Este régimen no se tiene en cuenta debido a la carencia de reproducibilidad. Filtración absoluta Este parámetro es un indicativo del tamaño de los poros de papel filtrante Recomendaciones de β para diferentes mecanismos Mecanismo
Rodamientos de bolas radiales y de empuje
valor de β β1 a 3 =200
Rodamientos de rodillos radiales y de empuje β 1 a 6 =200 Cojinetes lisos (turbinas) β 3 =200 Cojinetes lisos (rodillos de laminación) β 6 = 200 Reductores de velocidad β 3 a 12 =200 Otro factor igualmente importante en la selección del filtro es el tamaño del poro del elemento filtrante, este en función del juego dinámico. El área del poro al reducirse gradualmente aumenta la vida útil y la eficiencia del filtro. Los filtros van alojados en carcasas desechables o lavables ambos tipos van alojados en una carcasa desechable y son duales esto nos permite que en un momento determinado podemos retirar y lavar el filtro sin tener que parar la maquina o sistema.
ENFRIADORES La finalidad del enfriador es reacondicionar el aceite a una temperatura en la que trabaje correctamente como refriante y lubricante.
Equipos de lubricación de emergencia en sistemas circulatorios de turbinas de vapor Los equipos críticos cuentan con un sistema de lubricación (unidad motriz, bomba y enfriador) principal y otro auxiliar, pero estos sistemas pueden llegar a fallar ocasionando la pérdida total o parcial del equipo con el fin de proteger el equipo hay un sistema de lubricación de emergencia el cual puede lubricar la maquina durante cinco minutos, el equipo está compuesto por un tanque presurizado en el cual está alojada la cantidad de aceite requerida para cinco minutos de lubricación, el aire comprimido ase fluir el aceite hasta los sistemas a lubricar.
Selección correcta de la viscosidad del aceite En las turbinas de vapor se emplean aceites comprendidos entre los grados ISO 32 al 100 y en turbinas pequeñas mal aisladas puede llegar hasta grado ISO 220 para seleccionar la viscosidad del aceite se deben tener en cuenta las recomendaciones del fabricante.
Selección correcta del lubricante La selección del aceite es primordial en una maquina cabe añadir que el lubricante no se izó para reparar daños de montaje o de diseño de la maquina es necesario saber cuándo el problema es de montaje o de diseño. Para seleccionar el lubricante es necesario tener en cuenta las recomendaciones del fabricante.
Fabricante de turbinas Esta es la fuente más idónea de información pues en el diseño de la maquina se calculan todos estos parámetros de lubricación, el fabricante no da recomendaciones al azar este ase estudios y pruebas de medición para determinar (fricción, desgate de materiales, velocidad, cargas radiales, cargas axiales y así determinar qué tipo de aceite soporta estos parámetros). Muchos equipos además de contar con el catalogo técnico traen una placa en donde se dan las características del aceite esto es muy práctico porque así es menos probable que se elija el aceite inapropiado.
Fabricantes de los lubricantes Los fabricantes de lubricantes cuentan con tiendas y laboratorios tecnificados y con personal adecuadamente capacitado para brindarle al usuario una buena asesoría acerca del producto que más le conviene, usar esto en función del trabajo y características de la máquina.
Usuarios de las turbinas Algunas veces los propietarios de la turbina desean aumentar la productividad del equipo, esto ocasiona daños en las piezas del equipo ya que se someten a trabajos para los que no fueron en este caso no puede hacer nada el lubricante para evitar los daños. Cuando el fabricante desea eliminar gastos comprando los lubricantes más baratos del mercado esto se traduce en pérdidas ya que en un futuro la maquina fallara a causa de una mala lubricación. Por eso para aumentarle la vida útil a la maquina las tres entidades responsables deben trabajar de la mano.
Pasos para recomendar el aceite de una turbina de vapor Como primera estancia se debe tener en cuenta la recomendación del fabricante así se minimizan al máximo los riesgos de parada súbita. Las diferentes unidades de medida como viscosidad temperatura deben convertirse al sistema ISO. Una vez hallado el grado ISO y demás característica físico química del aceite se procede a consultar en el catálogo de los fabricantes de lubricantes escogiendo el más similar a las necesidades de la máquina. Lo más conveniente es utilizar la marca que se utiliza en todas las bombas de la empresa, también se puede deducir si es conveniente cambiar a un lubricante sintético. Las razones para el no cambia de lubricante tradicional obedece al temor o a la falta de argumentos ante el aparente extra costo.
Unidades de viscosidad - Segundos saybolt universal (S.S.U.) - segundos saybolt furor (S.S.F) para aceites de mayor viscosidad - centistoke (Cst) -segundos redwood NO. 1 (S.R NO. 1) universal -segundos redwood NO. 2 (S.R NO. 2) admiralty - Grados engler (°E).
Sistema ISO El sistema ISO clasifica los aceites industriales en centistokes, a 40°C. Este sistema permite un mejor manejo en cuanto a los lubricantes y evita una mala utilización por parte del usuario. Además facilita hallar la viscosidad ya que el nombre del aceite va acompañado de un número que da la viscosidad en equivalencia ISO.
Selección del aceite para turbinas de vapor Se recomienda más el uso el uso de aceites delgados, como los grados ISO 32 y 46, debido a que se requiere menor consumo de potencia para ser bombeados, presentan una mayor ruta de disipación del calor y permiten un excelente funcionamiento de los sistemas de regulación y de control.
Mezclas de lubricantes Mezclar 2 lubricantes es quizás una de las prácticas que más se utilizan a nivel de lubricación industrial y automotriz. Esto puede ser la causa de la creencia que existe entre muchos usuarios de que todos los aceites son ¨iguales¨ o ¨compatibles¨. Uno de los casos más comunes es cuando a un equipo le falta aceite y se le aplica el que primero se tiene a la mano o cuando no se posee del mismo y se utiliza uno similar. Es posible que la mezcla que se haga no cause problemas inmediatos, sin embargo con el tiempo se pueden ver afectados, asi el equipos durara menos, causando desgaste adhesivo o corrosivo.
Propiedades físico – químicas del aceite nuevo La incompatibilidad entre dos lubricantes de la misma marca, pero para diferentes aplicaciones o de diferentes marcas, pero para el mismo tipo de servicio, puede estar en los distintos aditivos que se utilizan en su formulación. Para evitar estos inconvenientes se recomienda solo mezclar (cuando no haya otra opción) 2 lubricantes de la misma marca y serie. Suponiendo que en una turbina de vapor se está utilizando el aceite Regal 68 de Texaco y en un momento dado no se tiene del mismo para completar la cantidad que falta, pero se cuenta con la existencia de otros 2 de la misma marca y de la misma serie, como el Regal 32 y el Regal 150; se pueden mezclar en los porcentajes correctos y obtener la cantidad requerida del Regal 68. Si dado el caso no hubiese estos 2 aceites pero si el otro para turbinas de vapor pero de otra marca no sería recomendable mezclarlos; por la incompatibilidad que pueda existir entre sus aditivos.
Completar el nivel de aceite con otro de la misma marca y serie pero de diferente viscosidad no es conveniente, porque la mezcla resultante, aunque es estable y no presenta problemas de incompatibilidad, si resulta de una viscosidad diferente a la requerida, que puede causar problemas ya sea de desgaste adhesivo o exceso de fricción fluida.
Lubricación de los gobernadores de velocidad Estos a su vez en las turbinas mixtas se lubrican simultáneamente con los cojinetes o en forma independiente por lo general, con otro tipo de aceite, como ocurre en la turbinas de acción. La viscosidad comprende entre los 100 y 200 su a 100 °F a la temperatura de operación. Si el aceite del gobernador excede la temperatura límite de 93°C (200°F), es necesario utilizar un enfriador de aceite. Se pueden emplear aceites detergentes dispersante, especialmente cuando la temperatura de funcionamiento sea alta o cuando el gobernador opere en ambientes muy contaminados. El aceite no debe dañar los sellos ni retenedores del gobernador y debe ser de fácil consecución. Se debe drenar cuando este caliente para que evacuen todos los contaminantes. El gobernador internamente se puede lavar con un aceite más delgado del mismo tipo que el empleado en su lubricación, o con una mezcla de un solvente, como el varsol y aceite. Se debe tener cuidado que el solvente no ataque los sellos.
Lubricantes sintéticos Se utilizan poco en la lubricación de turbinas de vapor, debido a su elevado costo con respecto a los aceites derivados del petróleo ya que estos últimos, con buenos programas de filtración,, se pueden emplear hasta 15 años sin que sea necesario cambiarlos. Los fluidos sintéticos resistentes al fuego, que universalmente se emplean en turbinas de vapor, son los esteres de fosfato; ningún otro compuesto ha dado buen rendimiento. Sus características principales son su elevado punto de inflamación de 370 °C y su bajo NN (TAN) inicial de 0,01 son poco resistentes al agua y en pequeñas concentraciones dan lugar al acido fosfórico.
El incremento acelerado en la acidez de los esteres de fosfato se debe a su baja resistencia a la hidrolisis, lo que en turbinas de vapor es desventajoso porque uno de los contaminantes, que comúnmente se encuentra en este tipo de equipos es el agua.
Análisis de laboratorio e interpretación de resultados El análisis de laboratorio a los aceites nuevos y usados es de los recursos más eficientes con que cuenta el usuario para chequear su calidad y comportamiento en servicio. Si se quiere tener la seguridad de que se va a utilizar un buen aceite desde un principio, es necesario seleccionarlo de una marca reconocida y hacerle una serie de pruebas de laboratorio que permitan ofrecer una buena confiabilidad. El usuario debe está en capacidad de interpretar las pruebas de laboratorio porque de nada serviría analizar el aceite. Un incremento acelerado de la corrosión y no así del NN es un indicio de que el aceite se está contaminando con productos ajenos a la oxidación normal del aceite. Esto puede ocurrir en turbocompresores, en donde el compresor maneje gases craqueados con un alto porcentaje de hidróxido de azufre (H2S). Estos riesgos se pueden disminuir colocando una atmosfera de N2 en el espacio vacío que queda en el depósito de aceite. El agua es otro factor que causa corrosión en las superficies de hierro, aceros y cobre. La muestra de aceite se debe tomar teniendo en cuenta los siguientes requisitos:
Tener manos limpias Emplear un recipiente de plástico no reactivo al aceite, o de vidrio Marcar el recipiente con el nombre del aceite, fabricante, temperatura de trabajo y capacidad del deposito El recipiente se debe tapar herméticamente y llevarlo cuanto antes al laboratorio La muestra se debe tomer de un punto de 10 cm por encima de la parte mas baja del deposito y con la turbina en movimiento
La periodicidad en la toma de muestras depende del estado del aceite; si es critico, se realizaran diariamente hasta que se normalice la situación, llegando a semanal, mensual o una vez semestral si el funcionamiento es completamente normal.
CONCLUSIONES
Con base a lo anterior, se puede concluir que realizando una inspección de Integridad en las turbinas de vapor, se reducen en gran medida las paradas forzadas por fallas inesperadas. El mantenimiento adecuado es de una importancia definitiva para lograr la vida de la turbina de vapor, evitar tiempos de interrupción y reducir a un mínimo las faltas de producción.
BIBLIOGRAFIA
