Turbomaquinaria es sinónimo de equipo altamente productivo, altos costos y uso de altos volúmenes de lubricante. Por esta razón, el control de la contaminación es crítico para la operación confiable y la larga vida de estas máquinas

Una buena estrategia de control de la contaminación no solo identificará los contaminantes potenciales, sino que también determinará su fuente y establecerá métodos para controlarlos y medirlos de forma consistente. Definir los objetivos de limpieza o los niveles máximos de concentración será importante para seleccionar el enfoque apropiado de eliminación de contaminantes.

En este artículo se discutirán los contaminantes más comunes que pueden estar presentes en turbomaquinaria, tales como partículas sólidas, agua, aire, calor y barniz, así como las estrategias que pueden implementarse para controlarlos.

Partículas sólidas

Las partículas sólidas pueden provenir del ambiente de la máquina, producirse internamente por la operación de la máquina o introducirse durante las actividades de instalación, puesta en marcha o mantenimiento. Estas partículas pueden ser dañinas en función de su tamaño, dureza, peso y angulosidad. Pueden causar abrasión en las superficies deslizantes, así como fatiga de superficie (picado/pitting) en las superficies de contacto rodante. Partículas muy pequeñas (menos de 5 micrones) pueden causar que los componentes se atasquen en donde las tolerancias son muy estrechas, como en las servoválvulas. Los contaminantes sólidos también pueden generar más partículas como resultado del desgaste de la máquina.

Dependiendo de su composición, este tipo de contaminante puede ser monitoreado por diferentes medios. El conteo de partículas es la prueba más representativa para medir la presencia de partículas sólidas. Los resultados generalmente se reportan basándose en el estándar ISO 4406:99.

Para partículas metálicas se puede utilizar las pruebas de análisis de elementos o densidad ferrosa, o el método de filtración por membrana para observar las partículas con un microscopio. El análisis de elementos y la prueba de filtración por membrana también pueden emplearse para partículas no metálicas. Las partículas orgánicas (insolubles suspendidos) pueden determinarse con espectrometría infrarroja por transformadas de Fourier (FTIR)

Asegúrese de definir sus objetivos de limpieza y discutirlos con el fabricante original de la maquinaria (OEM, por sus siglas en inglés). También debe considerar la exclusión de contaminantes o eliminar las causas raíz de la contaminación. Esto implica acciones de limpieza y preservación del lubricante antes de que entre en servicio en la máquina, así como modificaciones y procedimientos para mantener el sistema de lubricación de la máquina aislado de fuentes de contaminación. Estas acciones incluyen la filtración adecuada. Una centrífuga también puede ayudar a eliminar los altos niveles de concentración de contaminantes (por ejemplo, agua libre, tierra y partículas de desgaste).

Por último, no olvide eliminar los contaminantes que ingresan al lubricante durante la operación normal de la máquina. Esto puede lograrse a través de métodos similares y mediante el uso de sistemas de filtración instalados en la máquina.

Agua

La contaminación con agua puede provenir de diversas fuentes, incluyendo la condensación simple de la humedad atmosférica. En turbomaquinaria, el agua puede producir oxidación y corrosión, impedir la creación de la película lubricante, acelerar el desgaste adhesivo, y causar cavitación vaporosa. Dentro del lubricante en servicio, el agua puede conducir a la formación de ácidos, propiciar el aumento de generación de espuma, aire atrapado, degradación del aceite básico por hidrólisis y lavado de aditivos por agua (mecanismo de agotamiento). También es un factor que contribuye a la formación de lodos y barnices.

La contaminación con agua se puede medir en campo con instrumentos poco costosos, como la prueba de crepitación o un kit de hidruro de calcio. En el laboratorio, se puede utilizar el método coulométrico de Karl Fischer, incluyendo codestilación para reducir el riesgo de interferencia de aditivos.

Una vez más, la mejor estrategia debe involucrar la exclusión y remoción de contaminantes. Los métodos más eficaces para eliminar agua incluyen la deshidratación por vacío, el asentamiento (para eliminar agua libre) y centrifugado. Un buen objetivo de humedad para aceite de turbinas puede ser de 250 partes por millón o 0.025 por ciento.

Aire

La contaminación con aire tiene dos causas raíz. La primera está relacionada con la operación de la máquina o del sistema de lubricación, cuando las condiciones producen alta turbulencia o poco tiempo de residencia del lubricante en el depósito. También puede haber una fuga de aire o una baja presión en la succión de la bomba o en la línea de retorno de aceite. Esto ocasionará aire atrapado, que puede conducir a la formación de espuma.

La segunda causa raíz involucra la condición o salud del lubricante. Si un lubricante está contaminado, oxidado, o su aditivo antiespumante se ha agotado, tendrá más problemas de aireación.

Un poco de aire atrapado en la sección de retorno del tanque puede ser normal debido a la operación de la máquina. Sin embargo, el aire debe ser considerado un contaminante si afecta la salud del lubricante o la operación de la máquina. Las burbujas de aire intensifican el contacto del lubricante con el oxígeno, acelerando la oxidación y la formación de ácidos. Estas burbujas también pueden producir microdieseling (autoignición).

Tenga en cuenta que el aire no es un lubricante, por lo que la película de aceite puede fallar en puntos críticos. La cavitación puede ser el resultado de la implosión de burbujas de aire o de vapor donde aumenta la presión del lubricante en el sistema de circulación.

El aire también puede crear un peligro potencial de seguridad. El exceso de espuma puede derramarse fuera del sistema o causar escurrimientos que afecten la seguridad alrededor de la máquina. Para más información sobre la contaminación con aire, vea el siguiente artículo sobre los aditivos antiespumantes: http://noria.mx/lublearn/pueden-ser-filtrados-los-aditivos-antiespumantes/

Una prueba de campo simple para monitorear la salud del lubricante consiste en tomar una muestra de aceite del tanque y esperar 10 minutos para que la espuma se disipe. Si una cantidad importante de espuma permanece después de 10 minutos, puede indicar una alerta. Haga que su laboratorio realice una prueba para medir la tendencia/estabilidad de espuma o efectúe la prueba de separación de burbujas de gas. Si no se informa un nivel de advertencia o alerta, el problema puede estar en la operación del sistema.

El análisis de aceite será necesario para confirmar si la causa raíz del aire está en el lubricante. Si no es así, tendrá que inspeccionar cuidadosamente todo el sistema para identificar condiciones de agitación excesiva, verificar el tamaño del depósito de aceite o detectar posibles fugas de aire en las líneas de succión o retorno.

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Calor

El calor puede ser generado por el ambiente de la máquina (calor ambiental, vapor, combustión, etc.), la operación normal de la máquina o la fricción fluida del aceite en el sistema de lubricación. El calor adicional se produce cuando hay una condición anormal en el sistema, tal como un lubricante incorrecto, problemas mecánicos/operacionales o calor excesivo del proceso de producción o del ambiente.

Cuanto más alta es la temperatura del lubricante, estará más propenso a la oxidación y más corta será su vida útil. La temperatura también es un factor en la generación de barniz y lodos, agotamiento de aditivos y acortamiento de la vida útil de los componentes de la máquina.

Las máquinas tienen un rango normal de temperatura de operación que debe ser identificado y controlado. Los sensores de temperatura, pistolas de calor y tecnologías termográficas son herramientas esenciales para monitorear la temperatura de las máquinas y los lubricantes. También se pueden utilizar otros instrumentos indirectos.

Barniz

El barniz es el resultado de diversos factores que actúan de forma independiente o combinados para generar compuestos microscópicos en el lubricante. Estos compuestos permanecen inicialmente disueltos debido a las propiedades de solvencia natural del lubricante. Sin embargo, si la concentración de estas partículas continúa aumentando, pueden volverse insolubles y adherirse a las superficies de los componentes de la máquina. Los compuestos insolubles en el aceite se conocen como potencial de barniz. Cuanto más altas sean las propiedades de solvencia del lubricante, más compuestos permanecerán disueltos sin convertirse en barniz. Además, la solvencia es altamente dependiente de la temperatura. Los aceites frescos y las superficies frescas de la máquina son más propensos a problemas de barniz.

Estas imágenes muestran los resultados de una prueba MPC (colorimetría de membrana) en cuatro aceites diferentes. El que está en la extrema izquierda se considera que está en el nivel de advertencia, mientras que los otros tres están en el rango crítico.

Varios elementos influyen en el potencial de barniz de un aceite, incluyendo el microdieseling (autoignición), descargas eléctricas en el lubricante, oxidación del lubricante, falla térmica, aire atrapado y contaminación con otros lubricantes o sustancias. Dependiendo de las causas raíz, se pueden generar diferentes tipos de compuestos de barniz. Se podría decir que el barniz es solo una expresión genérica de los diversos compuestos posibles.

6 consejos para el control de contaminación

1. Los contaminantes afectan con frecuencia la tendencia y estabilidad de espuma de un lubricante, así como la separabilidad del agua. Si detecta más espuma de lo normal o problemas de demulsibilidad, puede ser un indicador de contaminación del lubricante.

2. La contaminación cruzada con otros lubricantes, solventes, agentes limpiadores o lubricantes utilizados durante el armado de la máquina pueden generar barniz y problemas de desempeño del lubricante.

3. Los métodos de remoción de contaminantes también pueden eliminar algunos de los aditivos del aceite. En la mayoría de los casos, esto no preocupante, pues el beneficio de limpiar el aceite es mucho mayor que la potencial remoción de aditivos. Por supuesto, hay excepciones. Si se sospecha un posible agotamiento de aditivos como resultado de métodos de purificación del lubricante, se debe realizar un estudio con el apoyo del análisis de aceite.

4. La contaminación de la muestra de lubricante puede dar lugar a un falso positivo en el reporte, aunque realmente no hay contaminación en el lubricante que está trabajando en la máquina.

5. Para confirmar los resultados del análisis del lubricante, tome nuevamente una muestra y repita las pruebas. Puede haber algunas diferencias debido a diversos factores implicados en los protocolos de prueba.

6. Los lubricantes sintéticos pueden ofrecer mejores condiciones para resistir temperaturas de operación más altas, reduciendo la fricción fluida y proporcionando una mejor solubilidad.

El barniz puede depositarse en varios componentes del sistema de lubricación y puede reducir las propiedades de transferencia de calor, saturar los filtros, disminuir el espesor de la película lubricante, reducir el flujo o causar obstrucción de válvulas o líneas de lubricación.

La colorimetría de membrana (MPC) es una prueba común usada para monitorear el potencial de barniz. Reporta la concentración del potencial de barniz por color y proporciona una puntuación. Otras pruebas que pueden identificar o caracterizar el barniz son ultracentrífuga y FTIR.

Su primer curso de acción debe ser determinar las causas del barniz para eliminarlas o minimizarlas. Es posible que se requiera un análisis formal de causa raíz junto con pruebas de laboratorio por excepción para medir la concentración de barniz y caracterizar su tipo. También hay productos para ayudar a corregir el problema, aunque es posible que no eliminen la causa raíz. Entre estos están algunos aditivos detergentes, aceites básicos que mejoran la solvencia del lubricante y aceites de alta calidad, como son los poliglicoles.

Independientemente del tipo de contaminación, el lubricante debe mantenerse limpio, fresco y seco. También debe aplicarse en el lugar correcto, en la cantidad correcta y con la frecuencia correcta. Si todos estos objetivos se mantienen consistentemente, podrá maximizar el desempeño y la vida útil de su turbomaquinaria.

Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona. Noria Laatín América.