Lubricación de Turbinas de Gas y Vapor.

Gerardo Trujillo C.

Función del lubricante:

El principal propósito de un lubricante de turbinas es proteger contra el desgaste, reducir la fricción, remover el calor y prevenir contra la herrumbre. Los elementos en una turbina, que requieren de la protección del lubricante son las chumaceras, los engranes y los sellos de contacto.

El sistema de lubricación:

En un sistema de lubricación de una turbina, el aceite se contiene en una gran consola y mediante una bomba de engranes impulsada por la turbina de potencia, proporciona aceite a presión a cada uno de los componentes y accesorios. El retorno del aceite después de trabajar es por medio de gravedad al tanque. Generalmente se cuenta con un enfriador de aceite y un filtro para el aceite que se dirige a lubricar.

Condiciones de operación del lubricante:

Las cargas en las chumaceras generalmente son bajas a moderadas, pero la velocidad es alta, lo cuál permite la utilización de aceites con una viscosidad baja a media. La temperatura del aceite al lubricar las chumaceras se encuentra en el rango de 54 - 71°C y el incremento de temperatura en esos elementos es de 14 – 18°C. Las temperaturas en el tanque son por lo tanto altas, pero se considera que pueden ser bien soportadas adecuadamente por aceites de origen mineral de alta calidad de refinado.

El aceite lubricante al circular tiene contacto con el aire y se presentan pulverizaciones del aceite que se generan una mezcla con aire. Bajo estas circunstancias, el aceite tiende a oxidarse y esta tendencia es mayor con la operación en altas temperaturas, excesiva agitación o salpique del aceite en los tanques y la presencia de ciertos contaminantes como partículas metálicas, polvo y agua, que actúan como catalizadores. La tasa de oxidación del aceite depende de la habilidad del aceite a resistir este cambio químico.

La oxidación es acompañada de la formación de productos solubles e insolubles al aceite y un gradual espesamiento del lubricante. Los productos insolubles se depositarán como gomas o lodos en los pasajes del aceite y su acumulación restringirá la lubricación a engranes y chumaceras o a los controles hidráulicos.

El agua es otro de los principales enemigos del aceite. La condensación o contaminación por sellos y otras fuentes, tiende a crear emulsiones. El aceite debe tener una especial habilidad para separarse rápidamente del agua y de esa manera poder ser drenada en los puntos bajos del sistema.

La oxidación del aceite y su grado de contaminación, son factores que influyen negativamente en la demulsibilidad del aceite.

El agua en el aceite en combinación con aire, pueden formar herrumbre roja y negra, que es similar a la escoria en la tubería. La herrumbre puede presentarse tanto en las partes que se encuentran lubricadas y en partes que no tienen contacto con él. La herrumbre ocasiona que las emulsiones sean estables y provocan espumación del lubricante, reduciendo su eficiencia de lubricación, transferencia de calor y resistencia a la oxidación. La herrumbre es abrasiva y puede ocasionar desgaste excesivo en las chumaceras y engranes, así como ocasionar fallas en la operación de las válvulas y en ocasiones severas hasta su atascamiento.

Características del aceite de turbinas:

El aceite de turbinas debe principalmente tener una adecuada viscosidad a la temperatura de operación para proporcionar una adecuada película lubricante y capacidad de carga que proteja contra el desgaste en mecanismos con altas cargas y condiciones de lubricación escasa. Otras de las características necesarias en el aceite, tienen que ver con su habilidad para permanecer en servicio por largo tiempo, proteger los metales del sistema y mantener el aceite en condiciones de buen desempeño.

Viscosidad: Los lubricantes de turbinas son generalmente de viscosidad ISO VG 32, 46 y 68, aunque en algunos casos pueden llegar a recomendarse aceites ISO VG 100. La viscosidad no puede considerarse un atributo de calidad en el aceite, pero si es un requisito primordial de desempeño. El aceite seleccionado debe cumplir con el rango de viscosidad para el grado ISO seleccionado.

Capacidad de carga: El diseño de la turbina permite que las cargas aplicadas sean consideradas moderadas. Bajo estas condiciones, aceites lubricantes minerales de una adecuada viscosidad (tanto nuevos como ya en uso), pueden proporcionar los requerimientos de capacidad de carga del sistema.

La capacidad de carga puede afectarse con la contaminación del aceite y por los cambios de la viscosidad ocasionados por la oxidación.

Estabilidad a la Oxidación: La característica más importante del aceite de turbinas, desde el punto de vista de la vida del lubricante, es su habilidad para resistir la oxidación bajo sus específicas condiciones de operación. La resistencia a la oxidación es muy importante desde el punto de vista de la conservación de la viscosidad, resistencia a la formación de lodos, depósitos y ácidos corrosivos, retención de la demulsibilidad, resistencia a la espumación y separación de aire.

El aceite básico es la clave en esta característica del aceite de turbinas y sólo aceites minerales altamente refinados poseen las características de estabilidad a la oxidación. En la formulación de aceites de turbinas, se adicionan aditivos seleccionados para mejorar esta característica y proporcionar una mejora a los básicos utilizados.

La vida de un aceite de turbinas con respecto a la oxidación puede ser medida por medio de las siguientes pruebas:

ASTM D 943 (TOST) donde se cuenta el número de horas necesarias para que el aceite de turbinas incremente su número ácido (AN) a 2.0 bajo las condiciones de la prueba. El resultado se presenta en miles de horas y puede estar en el orden de 2,000 a 6,000, aunque hay productos elaborados con tecnologías avanzadas de refinación de básicos, que pueden superar las 10,000 horas. Un resultado en horas mayor, significa una mayor resistencia a la oxidación del aceite y por consiguiente una posibilidad de mayor vida en operación en el equipo, ya que la prueba incluye los elementos presentes en la vida real del aceite de turbinas como una alta temperatura, oxígeno y catalizadores (hierro, cobre y agua).

Otra prueba utilizada para demostrar esta característica es la ASTM D-2272 de Bomba Rotatoria de Oxidación (RPVOT), donde se simulan las condiciones de la operación del aceite pero de una manera acelerada. Los resultados de esta prueba son en minutos y correlacionan con los resultados de la prueba anterior. Los resultados típicos pueden estar en el orden de los 350 a 600 minutos, pero habrá productos minerales severamente refinados que pueden superar los 1,500 minutos. Un aceite que cuenta con un resultado en la prueba RPVOT más alto, permite suponer una mayor resistencia a la oxidación y por consiguiente una mayor vida en servicio. En condiciones de operación, la prueba RBOT puede ser utilizada para conocer el porcentaje de vida restante del aceite en servicio y efectuar cambios de aceite basados en la condición del lubricante antes de que se genere daño al equipo.

Protección contra herrumbre y desgaste: Aunque los aceites básicos tienen algunas características de protección a la herrumbre y corrosión, los aceites de turbinas, incluyen en su formulación ciertos aditivos que permiten proteger al equipo contra estas condiciones. El agua es uno de los principales enemigos en la conservación de estos aditivos, ya que los lava y atrae formando compuestos corrosivos.

Separación del Agua: Los aceites básicos generalmente resisten la emulsificación del agua y rompen las emulsiones rápidamente cuando se llegan a formar. Ciertos aditivos como los inhibidores de herrumbre, los contaminantes y los productos de oxidación, reducen la habilidad de separación del agua, por lo que la selección de los aditivos deberá ser muy cuidadosa en el aceite de turbinas en caso de ser necesaria. (Esta es una de las razones por las que un aceite de turbinas lleva una muy pequeña cantidad de aditivos). La medición de esta característica se efectúa por medio de la prueba ASTM D 1401, donde se mide el tiempo en minutos para separar una emulsión de 40 ml de aceite con 40 ml de agua. Los resultados se reportan como Características de Emulsión 40/40/0 en “x” minutos, donde los tres primeros números se refieren a la separación del aceite, agua y emulsión es ese orden y “x”, será el tiempo en minutos que tardó en llegar a esa condición. Un tiempo en minutos menor, significará que el aceite puede separarse del agua con mayor rapidez. Los resultados pueden estar en el rango de los 15 a los 30 minutos y en ocasiones presentar resultados de 5 o 10 minutos.

Resistencia a la Espumación: Los aceites de turbinas pueden llevar pequeñas cantidades de antiespumantes para auxiliar a la rápida separación del aire. Ya que la oxidación puede incrementar la tendencia a la espumación y la estabilidad de la espuma, una buena resistencia a la oxidación es un factor importante en el mantenimiento de las condiciones antiespumantes del aceite en servicio.

Regresar a Centro de Aprendizje 

Este seminario es una parte extremadamente importante de cualquier programa de la lubricación de la confiabilidad. El curso contiene información valiosa, el instructor era muy amistoso y dedicó el tiempo necesario para contestar a todas las preguntas a cualquier nivel de maestría. -- Jimmy Coltrain, Reliability Coordinator, Weyerhaeuser