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Centro América y CaribeLa humedad es omnipresente en las acerías. Proviene principalmente del agua de enfriamiento que se introduce al sistema de circulación de aceite y por simple condensación durante los paros del equipo. Si bien es necesario reducir el calor extremo generado en el proceso del acero, el agua está entre los contaminantes más destructivos para el sistema de circulación de aceite. El agua puede degradar un lubricante en muchas maneras, entre las que se incluyen la disolución del agua dentro el aceite, la formación de emulsiones, o simplemente la presencia de agua libre.
La herrumbre es la primera y principal. Ocurre cuando el agua ataca el acero o las superficies de metal, y esto conduce a la formación de óxido de hierro. La corrosión se diferencia de la herrumbre en que ésta sucede cuando las superficies de metal son atacadas por ácidos. A pesar de todo, ya sea por herrumbre o corrosión, el resultado final es el mismo: daño a la superficie metálica. Además, la herrumbre y corrosión degradan prematuramente el desempeño del lubricante a menos que se tomen acciones para minimizar las condiciones que las promueven y que se seleccione un lubricante de calidad para asegurar larga vida.
Todos los tipos de partes mecánicas críticas en la acería son susceptibles a la contaminación con agua. Entre estas se incluyen pernos de cilindros, cojinetes y rodamientos. Por lo tanto, es importante utilizar lubricantes que puedan responder efectivamente en ambientes húmedos y que resistan la disminución de su calidad debido a la formación de emulsiones, oxidación acelerada y otros factores.
Emulsiones
Los rodillos en el tren de rodillos de laminado en caliente pueden estar expuestos a miles de litros de agua cada minuto, así que se les puede introducir agua a los rodamientos en cantidades significativas en forma constante. La agitación del aceite y agua en los rodamientos puede crear una sustancia lechosa llamada emulsión. Una emulsión es una mezcla de líquidos insolubles en la cual uno está disperso en gotitas dentro del otro.
En la operación de la acería, una vez que se ha formado una emulsión, es difícil que se deshaga. La formación de emulsiones en los sistemas de lubricación provocará que el aceite circulante pierda su capacidad para lubricar efectivamente, lo cual puede provocar herrumbre, oxidación, corrosión y una degradación general que disminuye la vida del rodamiento.
Hay cuatro elementos clave necesarios para que se forme una emulsión: aceite, agua, agitación y un agente emulsificante. La agitación es necesaria para dividir el agua en gotas lo suficientemente finas como para que se dispersen en el aceite. El agente emulsificante es un componente que sirve para estabilizar la emulsión y usualmente está presente en pequeñas concentraciones. Este es soluble en la fase de aceite, y se concentra en sí en la interfaz agua-aceite, formando una barrera que impide que las gotas de agua se unan y subsecuentemente rompan la emulsión.
Existen muchos materiales que podrían actuar como agentes emulsificantes. Algunos ejemplos de estos son las asfaltenos (químicos de alto peso molecular que contienen metales, azufre, nitrógeno y/u oxígeno), fenoles (y otros alcoholes cíclicos), resinas, y productos de corrosión y contaminación como limo, bentona, y sub-productos de calcio y sulfuros.
| Junto con la formación de emulsiones, otras consecuencias importantes de la contaminación con agua en las acerías son: |
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El resultado final de contaminación severa o prolongada por agua en los lubricantes en acerías es desgaste excesivo y falla temprana de diversas partes de metal, especialmente los críticos rodamientos necesarios para mantener la producción en movimiento. El departamento de mantenimiento puede hacer mucho para reducir hasta cierto punto la contaminación con agua, pero debido a que la presencia del agua es inevitable, debe contarse con un lubricante capaz de presentar resiliencia al exceso de agua. En otras palabras, el aceite debe tener buenas propiedades de demulsibilidad.
Demulsibilidad
La demulsibilidad es la propiedad del aceite para separarse del agua y resistir la formación de emulsiones. La capacidad de un aceite para resistir la formación de emulsiones en la operación es la mejor medida de la demulsibilidad, más que la resistencia inicial al agua. El aceite se desempeñará mejor si el contenido de agua se mantiene consistentemente por debajo de 0.5 por ciento.
Entre los factores que determinan la demulsibilidad de un aceite están los aceites base y los aditivos empleados en su manufactura, junto con la presencia de contaminantes. Entre esos factores, sin embargo, los aditivos utilizados para formular un aceite en particular pueden tener un gran efecto sobre lo bien que se desempeñará finalmente el lubricante en un ambiente húmedo.
Los aditivos de demulsibilidad (conocidos como demulsificantes) dentro de una aceite lubricante actúan para romper las emulsiones y promover la separación del agua de dos maneras principales. Primero, los demulsificantes promueven la formación de gotas de agua en una mayor concentración (como en una suspensión) crenado un puente químico entre las gotas de agua. La siguiente parte del proceso de demulsificación es la coalescencia de las gotas de agua.
Cuando el puente químico se ha formado, el aditivo demulsificante actúa para romper la película de emulsión y reemplazar las moléculas de agua emulsificada para formar una película inestable. Los demulsificantes pueden también penetrar en la emulsión para formar un camino a través del cual el agua escurre de gota en gota. Este mecanismo permitirá que las gotas de agua más pequeñas formen gotas más grandes y migren al fondo del tanque de aceite, de donde pueden ser drenadas.
Lubricación Efectiva para Ambientes Húmedos
Considerando los potenciales efectos devastadores del agua, debe seleccionarse un lubricante que separe el agua rápida y eficientemente. Complementando con lubricantes que promuevan buena demulsibilidad, aceites inhibidos contra la herrumbre que contrarresten la potencial herrumbre de los cilindros, cojinetes y rodamientos principlamente a través de la acción de aditivos formulados especialmente.
Entre los aditivos más importantes que comúnmente se utilizan en los aceites inhibidos contra la herrumbre están los inhibidores de oxidación (OI), inhibidores de herrumbre (RI) e inhibidores de corrosión. Esos aceites comúnmente se les conoce como aceites R&O. Los aceites R&O de buena calidad típicamente se caracterizan porque contiene muchos, si no todos, los siguientes aditivos:
Inhibidores de Oxidación
Los inhibidores de oxidación bloquean la formación de ácidos corrosivos. Además, los aceites OI se utilizan para evitar el adelgazamiento del aceite y la formación de barniz y lodo debido a la oxidación del aceite. Los OI interrumpen las reacciones de oxidación del aceite formando compuestos solubles inactivos o absorbiendo oxígeno. Comúnmente se utilizan como OI algunos compuestos orgánicos que contienen azufre, fósforo y nitrógeno.
Inhibidores de Herrumbre
Los inhibidores de herrumbre son materiales polares y retardan la formación de herrumbre teniendo más afinidad con las superficies de metal que el agua. Los aditivos polares son atraídos a la superficie de metal de igual manera que las partículas de hierro son atrídas un magneto. Los sulfonatos, aminas aceites y ácidos grasos, fosfatos y ácidos cerosos oxidados son algunos de los químicos empleados como RI. La película de aceite formada por los aceites RI ayuda a la repulsión del agua.
Demulsificantes
Los demulsificantes (como se discutió previamente) actúan como repelentes de agua y como barreras al ingreso de agua (dentro del sistema de lubricación/circulación de aceite)
Inhibidores de Cobre
Los inhibidores de cobre (metal) emplean un tratamiento químico para hacer la superficie de los metales menos reactiva o inactiva a los ataques químicos. Esos compuestos neutralizan, previenen o contrarrestan los efectos catalíticos de los metales en la oxidación. Algunos inhibidores típicos son los compuestos orgánicos que contienen nitrógeno y azufre como ciertas aminas y sulfuros.
Emulsificadores
Los emulsificadores promueven la emulsificación del agua libre. Específicamente, son agentes activos en la superficie que reducen la tensión interfacial de tal manera que el aceite puede estar finamente disperso en agua. Algunos ejemplos son los jabones grasos y los ácidos grasos, ácidos sulfónicos y ácidos nafténicos.
Los aceites R&O son necesarios en los sistemas de circulación de aceite. Junto con la necesidad de lubricar los vástagos de los cilindros, cojinetes y rodamientos, los aceites R&O efectivos lubrican otros equipos como tuberías, carcasas de rodamientos y techos de los depósitos. Muchos de los principales fabricantes de equipo en la industria del acero (Morgan Construction, Danielli) y fabricantes de rodamientos (FAG, SKF) han establecido especificaciones y guías para el desempeño del lubricante y su selección.
La especificación estándar MORGOIL (para un aceite Nuevo) de Morgan Construction es un ejemplo de esto. En los últimos años, se han refinado muchas especificaciones para diferenciar lubricantes particularmente en lo que se refiere a su habilidad para separar rápidamente y eficientemente el agua bajo diversas condiciones.
En la década de los 90’s, Morgan Construction Company encabezó una iniciativa para la industria en general por lubricantes de desempeño mejorado para rodamientos de los roladores de acero. La idea detrás del estándar de lubricante avanzado MORGOIL fue establecer nuevas especificaciones para aceites que pudieran liberar agua a temperaturas normales de operación del tanque (por ejemplo, 52 a 55°C) y conservar la capacidad para liberar agua en servicio. Esta nueva especificación permitirá la identificación de mejores lubricantes para aplicaciones en acerías que están particularmente propensas a un alto ingreso de agua.
Para diferenciar los más rigurosos requerimientos en esta especificación de los requerimientos del estándar MORGOIL previo, los lubricantes que cumplen con el criterio establecido por la Especificación Avanzada de Lubricante fueron llamados aceites “super demulsibilidad”. El término súper demulsibilidad describe a lubricantes que se separan eficientemente del agua a temperaturas normales de operación una vez que retornan de los rodamientos (típicamente entre 52 y 55°C). En otras palabras, esos tipos de lubricantes tienen excepcionales características de demulsibilidad.
Los aceites Shell Morlina SD (o súper demulsibilidad) son un ejemplo de un aceite que cumple con la especificación estándar MORGOIL. Cumplen el criterio establecido por la Especificación Avanzada de Lubricante para Aceite Nuevo MORGOIL. Se utilizan en los rodamientos de alta velocidad en acerías, especialmente en roladores que producen grandes barras y varillas que no deben presentar ninguna torcedura en el proceso de acabado. Todos ellos son productos de alta viscosidad, desde 100 cSt en adelante.
Reduzca los Efectos del Agua
Aunque la presencia del agua en las acerías es tanto esencial como inevitable, hay muchas cosas que el operador puede hacer para minimizar su efecto en el desempeño de los lubricantes. Quizás el medio más simple sea permitir que el agua libre se asiente en el tanque de almacenamiento que contiene el aceite circulante. El agua libre puede entonces drenarse del fondo del tanque.
Calentar el tanque ciertamente puede acelerar el asentamiento del agua, pero el operario debe tener cuidado de no sobre-calentar el aceite, ya que esto podría inducir la oxidación prematura. Si la logística de la planta lo permite, debe utilizarse un sistema de dos tanques para prolongar la vida de los lubricantes. Cuando uno de los tanques de aceite se satura con agua, el operador cambia al otro tanque de aceite y drena el agua del tanque inicial. El proceso se repite cuantas veces sea necesario.
El personal de mantenimiento de la planta puede beneficiarse con el uso de drop legs a lo largo de las líneas de retorno a los tanques. Como el tanque suple aceite circulante a los rodamientos en el rolador y recibe el lubricante usado de regreso por medio de las líneas de retorno, muchas de las líneas de retorno contienen secciones de tubo que sobresalen de ellas, llamadas drop legs. Estas acumulan agua y aceite conforme ingresa agua en cada rodamiento y pueden revisarse para evaluar la condición del lubricante.
Como regla general, el departamento de mantenimiento comúnmente no permitirá más de 2 por ciento de agua en el sistema de lubricación en cualquier momento. Es común utilizar un instrumento simple como el HydroScout para determinar rápidamente el contenido de agua en un punto de muestreo (drop leg).
El HydroScout es una instrumento de campo que cuantifica la concentración de agua en el aceite en diversos rangos y produce resultados instantáneos del contenido de agua en el aceite. Los datos generados por el HydroScout, las temperaturas del tanque, niveles del tanque, presiones del sistema y otros parámetros pueden registrarse varias veces a la semana para asegurarse que los sistemas están operando eficientemente y que el aceite está desempeñándose conforme a lo esperado. Métodos como este permiten obtener estimaciones instantáneas del estado del lubricante y permiten al operador hacer recomendaciones para cambiar de tanque o incrementar las temperaturas del tanque inmediatamente.
Procesos tales como la centrifugación y la aplicación de deshidratadores de vacío también son útiles para remover el agua del aceite. Aunque la centrifugación del aceite permite una más rápida separación del agua que el método de asentamiento por sí solo, este no removerá el agua disuelta en el aceite. Los deshidratadores de vacío van un poco más allá, combinando un calentamiento moderado del aceite y una gran área de transferencia de masa a una menor presión atmosférica, la cual actúa para esencialmente evaporar el agua disuelta. La deshidratación por vacío no remueve aditivos no volátiles del aceite.
El personal de mantenimiento de la planta y los operadores de los roladores también pueden trabajar juntos para inspeccionar regularmente los chocks y los sellos. Los chocks son las cubiertas mecánicas que mantienen los rodamientos en su lugar y permiten el sellado en el extremo de cada rodillo (en donde el lubricante entra y la mayoría del agua lo lava). Inspecciones regulares identifican los chocks problemáticos y determinan si los sellos correspondientes necesitan reemplazarse. Los chocks por sí mismos pueden ser identificados por si necesitasen maquinarse (re-acabarse).
El taller de reparación de roladores puede emplear información de las inspecciones regulares para resaltar aquellos chocks que pudieran requerir reconstrucción a las tolerancias de especificación, así como por signos de daño, tales como grietas en el rodamiento y fuga en los sellos. Pueden tomarse acciones correctivas oportunas para asegurar la operación continua, la minimización de fugas y la prevención de fallas mecánicas.
Finalmente, la selección y uso de lubricantes R&O de calidad es importante para asegurar una operación suave y protección de partes mecánicas móviles críticas en la acería. La selección de lubricantes bien formulados provistos por compañías de lubricantes de buena reputación permitirá una excelente operación de rodamientos y otras partes en movimiento.
Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América.