Limpieza hidrodinámica y lavado de sistemas de lubricación de turbinas

Uno de los factores más importantes y poco entendidos que impactan la operación de las turbinas (a vapor y gas) y otras máquinas, es la condición del aceite, especialmente su limpieza “mecánica” (presencia de partículas sólidas). La necesidad del cuidado del aceite es un concepto bien aceptado en las plantas de generación de potencia con prácticas normales de mantenimiento; sin embargo la limpieza del interior del sistema de lubricación (tuberías, depósito, enfriadores, etc.) continúa siendo un problema. Los problemas causados en turbogeneradores, turbocompresores, turbobombas y máquinas grandes (sistemas hidráulicos, motores diésel estacionarios, etc.) por sistemas de lubricación sucios son bastante comunes.

Los beneficios de la limpieza hidrodinámica y el lavado de sistemas de lubricación

La limpieza hidrodinámica y el lavado con flujo turbulento ofrecen una gran cantidad de ventajas, tales como:

Sistemas más duraderos y aceite más limpio
Una mayor retención de la capa protectora natural de óxido en las paredes internas de la tubería del sistema
Disminución de la cantidad de aceite de lavado
Reducción del desgaste de los componentes y un mayor intervalo de tiempo entre reparaciones
Incremento significativo en la durabilidad del aceite (disminución de la cantidad de aceite de remplazo)
Mayor disponibilidad del equipo
Reducción significativa en el consumo de filtros (elemento)
Sin paros de la turbina por aceite sucio en el sistema de lubricación
Disminución de los costos totales de operación

La estrategia de mantenimiento más razonable y responsable es mantener las condiciones del aceite y del sistema de lubricación basados en la correcta aplicación de un programa de análisis del lubricante, para determinar no sólo los parámetros básicos, sino para responder preguntas relacionadas con el potencial de formación de barniz y otras propiedades relacionadas con el envejecimiento del aceite, junto con el estado general del aceite y los componentes del sistema. También se recomienda controlar temporalmente el interior del sistema (usando endoscopía, inspección visual de cojinetes, evaluar los elementos de los filtros durante el proceso de cambio, etc.). Por supuesto, la calidad del lubricante también es importante.

Suciedad en un sistema de lubricación

Desafortunadamente, de vez en cuando, las plantas experimentan problemas significativos relacionados con la lubricación. Una gran parte de estos problemas está asociada con la limpieza del aceite. Mientras que muchos expertos hablan sobre el papel de la contaminación del aceite, los problemas para lograr la limpieza tanto del aceite como del sistema son a menudo ignorados o no son discutidos en detalle.

Entonces ¿qué se puede hacer cuando en el sistema de lubricación se presentan depósitos severos, lodo, barniz o herrumbre, o cuando un sistema de lubricación nuevo presenta corrosión o contaminación con agentes preservantes o partículas de fabricación? ¿Qué se puede hacer cuando hay una gran cantidad de partículas de desgaste en el interior de su sistema de lubricación, después de haber ocurrido un daño severo y rotura de en los cojinetes?

Para una operación libre de problemas, los contaminantes deben ser removidos del sistema de lubricación. Sin embargo, en casos extremos, la concentración y tipo de impurezas puede sobrepasar la capacidad de retención de los filtros y poner en peligro la operación futura del equipo, dando como resultado una pérdida de producción. Entonces, las prácticas de mantenimiento normales no son suficientes. Es necesario realizar inmediatamente un lavado del interior del sistema de lubricación utilizando flujo turbulento. A menudo, si el aceite no satisface los requisitos específicos, se tiene que programar su remplazo o cambio.

Una tubería sucia (lodo y corrosión en el retorno)

Debido a que la limpieza adecuada de un sistema de lubricación no es fácil de hacer durante una reparación total o durante el ensamblaje de un equipo nuevo, se han desarrollado una variedad de tecnologías y estrategias, tales como limpieza mecánica con baquetas (varillas), limpieza química (con solventes, aceites aditivados, etc.), inyección de vapor o utilizando diferentes procesos de lavado con aceite. En sistemas de lubricación sucios, la mayoría de estas prácticas no produce el efecto deseado dentro de un plazo razonable de tiempo y dinero. Con frecuencia, los resultados positivos no duran mucho tiempo, sino que van disminuyendo, dando como resultado la necesidad de efectuar limpiezas adicionales.

Debido a que el costo de operar una turbina con un sistema de lubricación sucio es demasiado significativo como para no tomarlo en cuanta, se han desarrollado soluciones mucho más eficientes. Un método efectivo para preparar sistemas de lubricación nuevos o restaurar sistemas en uso para una mayor confiabilidad es el de limpieza y lavado hidrodinámico de sistemas de lubricación. Esta alternativa a los métodos tradicionales obsoletos e ineficientes se ha convertido en la opción preferida de muchos fabricantes de equipos originales (OEMs) y compañías reparadoras de plantas de generación de energía.

El problema de sistemas de lubricación sucios

Uno de los problemas más costosos y poco entendidos, asociado con el uso de la maquinaria, es la inadecuada limpieza del sistema de lubricación. Esto resulta en una pobre limpieza del aceite, originando la mayoría de los problemas de mantenimiento y mayores gastos asociados (interrupción de la producción, reparaciones, sanciones y pérdida de clientes).

Las impurezas pueden ingresar al sistema de lubricación durante el armado de la máquina, durante la ejecución de una reparación o simplemente del entorno que rodea a la máquina. También se pueden crear durante la operación debido a la degradación del aceite y a los procesos de corrosión. En máquinas de proceso, el gas comprimido a menudo trae consigo diferentes impurezas que pueden interactuar con el aceite básico o los aditivos del lubricante cuando ingresan al sistema de lubricación a través de los sellos húmedos. Estos contaminantes se acumulan en el interior del sistema de lubricación, originando diferentes tipos de depósitos.

Un enfriador de aceite cubierto de lodo como resultado del envejecimiento del aceite

Las impurezas son la causa principal del desgaste prematuro y pueden conducir a fallas de la máquina. Los componentes más vulnerables son los cojinetes, actuadores y controladores hidráulicos, cajas de engranajes, sellos de los ejes, enfriadores de aceite, filtros y reservorios.

Las impurezas más comunes son las partículas metálicas procedentes del maquinado de los componentes de la máquina, residuos de soldadura, sellos y otros materiales usados durante el armado o reparación de la máquina, productos de la corrosión del sistema de lubricación (principalmente herrumbre), impurezas sólidas, partículas de desgaste, y agua de los enfriadores de aceite o vapor de los sellos húmedos y humedad del medio ambiente. Algunas veces las impurezas pueden ser gases (p.e. hidrocarburos livianos –condensados– o amoníaco) y líquidos refrigerantes (anticongelantes). Otras impurezas causantes de problemas son las que provienen de la degradación del aceite, que se producen por envejecimiento o estrés térmico que generan sustancias químicas insolubles, las cuales son las responsables de la formación de barniz y lodo.

Las impurezas también traen consigo un aumento en el consumo de elementos filtrantes. Durante la operación, estas impurezas son arrastradas por el aceite que lubrica los componentes de la máquina, depositándose en las paredes internas de las tuberías, enfriadores reservorios y otros elementos.

La presencia de agua acelera la corrosión dentro del sistema. La tendencia actual es la de construir sistemas de lubricación con acero inoxidable. Sin embargo, algunas partes hechas aún con acero al carbono se pueden corroer fácilmente (armazones, tanques, etc.). En sistemas viejos, los cuales en su mayoría fueron hechos con acero al carbono, los problemas de corrosión son altísimos. Estos sistemas están propensos a corroerse rápidamente, especialmente en componentes que no están permanentemente llenos de aceite (líneas de retorno por gravedad, tanques elevados, etc.), debido al agua condensada que se deposita sobre sus superficies.

Con el lubricante como componente clave de cualquier dispositivo mecánico, los problemas relacionados con el lubricante a menudo se vuelven problemas con la máquina. En la mayoría de los casos, impurezas en el aceite significan interrupciones en la operación de la maquinaria.

Partículas ferromagnéticas adheridas a imanes
colocados en el sistema de lubricación

Las partículas en el aceite que pueden dañar los componentes lubricados pueden ser de tamaños diferentes, dependiendo de los niveles de limpieza requeridos por los fabricantes de estos componentes. Sin embargo, el tamaño más peligroso está por debajo del tamaño que el ser humano puede ver (menos de 40 micrones). En la práctica, una máquina consta de muchos componentes (p.e. cojinetes, rodamientos, sellos, hidráulicos, etc.), así que el nivel de limpieza del aceite debe satisfacer los requisitos del componente más crítico. En una turbina, el sistema hidráulico requiere el nivel de limpieza más alto y el tamaño promedio más pequeño de partículas peligrosas.

¿Es suficiente efectuar un lavado?

La mayoría de los estándares, recomendaciones y prácticas industriales disponibles ponen mucha atención en los procesos de lavado antes del arranque del sistema. Mientras que un lavado con flujo turbulento para eliminar los contaminantes peligrosos preparará al sistema de lubricación para una operación segura, sólo un procedimiento de lavado bien diseñado será efectivo. En muchos casos, aún los flujos más turbulentos no removerán de las paredes del sistema aquellos depósitos que se encuentren bien adheridos o pegajosos. Cuando se lava un sistema donde tales depósitos están presentes, puede resultar muy difícil alcanzar el nivel de limpieza requerido. Además, alcanzar un nivel de limpieza razonable puede tomar mucho tiempo.

Aplicaciones prácticas

La limpieza y lavado hidrodinámico de los sistemas de lubricación se ha convertido rápidamente en una de las opciones preferidas por los fabricantes originales de maquinaria (OEMs) y las compañías dedicadas al mantenimiento y reparaciones. Desde 1994, más de 450 sistemas de lubricación de turbinas han sido mantenidos con esta tecnología, incluyendo maquinaria nueva o reconstruida, tales como:

Turbogeneradores (turbinas a gas y vapor)
Turbocompresores y sopladores de proceso (hidrocarburos, gas de síntesis, hidrógeno, aire, amoníaco, etc.)
Bombas alimentadoras de calderas con acoplamientos hidrocinéticos y cajas de engranajes
Motores diésel industriales de gran tamaño (incluyendo plantas generadoras en plantas nucleares)
Motores diésel marinos de gran tamaño
Sistemas hidráulicos y de circulación de aceite en acerías y trenes de laminación
Sistemas centralizados de lubricación en plantas

Además, durante el arranque y la operación normal de una turbina, cuando las condiciones son algo diferentes a cuando se realizó el lavado (vibraciones de la máquina, altas temperaturas, velocidades de flujo diferentes, choques por arranque de las bombas, apertura de válvulas, etc.), es bastante común que se desprendan nuevas partículas de la suciedad remanente en las paredes del sistema (después del lavado). Se puede observar entonces una disminución en la limpieza del aceite. Este tipo de situación a menudo es más visible cuando en el sistema se presentan depósitos severos, especialmente barniz, lodo y herrumbre. Algunas de las impurezas mencionadas no pueden ser eliminadas solamente por medio de un flujo turbulento. Antes del lavado, se debe realizar una limpieza a fondo del sistema.

Tecnología de limpieza hidrodinámica

La limpieza de un sistema de lubricación no es un proceso fácil. Muchas superficies ásperas y rugosas hechas de metal, espacios estrechos, hendiduras entre bridas, etc., exigen una gran cantidad de esfuerzo y experiencia a fin de eliminar los depósitos del sistema con un flujo turbulento.

La limpieza hidrodinámica con chorros de agua a alta presión y el subsecuente lavado con aceite a alta velocidad, ofrece una alternativa viable por sobre otras tecnologías frecuentemente insuficientes y obsoletas. Esta tecnología de limpieza y lavado puede ser una forma efectiva de preparar sistemas de lubricación nuevos y restaurar sistemas operando sin importar su tamaño y complejidad.

La tecnología consta de tres fases: limpieza hidrodinámica utilizando agua a presiones muy altas, lavado del sistema con aceite a alta tasa de flujo (turbulento) con filtración absoluta a flujo total, y filtración externa después del ensamble de la máquina, antes de su puesta en marcha.

El corazón de esta tecnología implica la limpieza de toda la superficie interna del sistema de lubricación con chorros de agua a alta presión utilizando boquillas (toberas) adecuadas, un secado inmediato y la aplicación de un aceite protector de turbinas en aerosol sobre las superficies secas, seguido de un lavado con aceite continuamente filtrado a presión y flujo adecuado.

Hidroblasting de un sistema de lubricación

Etapa 1: Hidroblasting (lavado a presión con agua)

Durante el hidroblasting, las superficies internas del sistema son lavadas con agua a alta presión para desprender depósitos suaves (partículas de desgaste, granos de arena y polvo, subproductos del proceso de envejecimiento del aceite, lodo, depósitos biológicos, resinas, asfalto, grasas y capas de protectores contra la corrosión), así como depósitos duros como productos de la corrosión, herrumbre, virutas de soldadura, residuos de barniz y del mecanizado que están parcialmente adheridos a la superficie. Las siguientes actividades se llevan a cabo durante el proceso de limpieza:

Lavado con agua a alta presión del interior de las tuberías y otros elementos del sistema de lubricación (enfriadores, reservorios, asientos de cojinetes, etc.) utilizando el equipo adecuado (lanzas elásticas, boquillas, toberas, pistolas de agua, etc.)
Secado inmediato de las superficies limpias usando aire comprimido de instrumentos (limpio y seco)
Aplicación de protección anticorrosiva sobre las superficies secas (aceite de turbina en aerosol) hasta que se realice el lavado
Protección de los espacios abiertos (tapas, escotillas, etc.) de la contaminación ambiental hasta que se realice el proceso de lavado

A la izquierda el proceso de secado del sistema de lubricación y a la derecho la aplicación del aceite de turbina en aerosol como protección anticorrosiva

El proceso de hidroblasting

La ventaja de esta tecnología es que permite el desarme de sólo las partes necesarias del sistema de lubricación (bombas, válvulas, acoples, enfriadores, etc.). El objetivo del hidroblasting es asegurarse de que todo el interior del sistema está libre de corrosión, lodo, barniz y otros depósitos. El agua presurizada elimina/remueve mecánicamente tales depósitos de las superficies internas del sistema de lubricación y los lleva fuera del sistema por medio de una corriente de agua. El agua usada para la limpieza es dulce, potable o descarbonizada procedente de la planta de generación, con la finalidad de eliminar cualquier riesgo de contaminación química. El siguiente lavado es entonces posible realizarlo con el mismo aceite con que operará la turbina posteriormente.

Una tubería de aceite después del hidroblasting

Secar inmediatamente las superficies limpias con aire comprimido limpio y seco, y luego aplicar una capa protectora de aceite de turbina en aerosol para prevenir una posible segunda corrosión del sistema de lubricación. El sistema se mantiene completamente seco después de la fase de limpieza hidrodinámica, eliminando el riesgo de ingreso de agua al sistema durante el lavado.

Etapa 2: Lavado con alto caudal de aceite filtrado

Durante esta etapa, todas las impurezas remanentes después del hidroblasting son removidas asegurando una completa limpieza del sistema de lubricación. El sistema es lavado utilizando unidades especiales de filtrado y bombas que producen un flujo turbulento con caudales que van desde los 13,000 hasta los 20,000 litros por minuto. Estas unidades tienen parámetros apropiados de operación y se conectan al sistema de lubricación a través de mangueras, múltiples, conectores, servo-motores y otros elementos para restringir el flujo.

Lavado turbulento con filtración absoluta a flujo total

El lavado se realiza utilizando aceite de turbina nuevo, que permanece en el sistema para ser usado posteriormente. No es necesario disponer de un nuevo lote de aceite nuevo para el lavado. El proceso de lavado continúa hasta que se obtiene el valor de limpieza establecido en capa punto del sistema. Durante este tiempo, se cambian la temperatura del aceite y la dirección del flujo para mover y eliminar las impurezas remanentes.

Un lavado eficaz de un sistema de lubricación está basado en los siguientes tres factores:

Los caudales en todas las secciones de la tubería deben ser suficientes para provocar la turbulencia en el fluido.
El nivel de limpieza del aceite medido en varios puntos del sistema debe ser mejor que el requerido por el fabricante de la turbina (p.e. 17/15/12 de acuerdo con ISO 4406). La limpieza del aceite es medida durante el proceso de lavado utilizando instrumentos adecuados y de acuerdo a la frecuencia establecida. A requerimientos del usuario, los objetivos de limpieza pueden ser mayores.
Ninguna partícula sólida de más de 150 micrones puede quedar depositada en el cedazo de 100 mesh, instalado en puntos estratégicos a lo largo del sistema. Se debe garantizar también que se atrapen las partículas de menor tamaño.

Una máquina de lavado portátil en operación

Dependiendo de los requisitos del cliente, los objetivos de limpieza del aceite pueden llegar a ser más estrictos. Sin embargo, en la mayoría de los casos, el resultado típico es mucho mejor que un nivel de limpieza 14/13/10.

Izquierda: conexiones temporales y múltiples en una turbina de vapor pequeña
Derecha: Derivaciones en un cojinete de una turbina de vapor grande

Etapa 4: Filtre el aceite externamente antes y durante el arranque del sistema

Con el fin de eliminar las impurezas que hayan podido introducirse posterior al armado del sistema y del proceso de lavado, el aceite en el reservorio principal de la turbina debe ser filtrado externamente (en derivación) antes y durante el arranque del sistema. Los criterios de duración y filtración deben adaptarse a los requisitos operacionales.

Filtración fuera de línea (externa) antes del arranque del sistema

Seguro y efectivo

La tecnología de limpieza y lavado hidrodinámico con flujo turbulento de aceite proporciona un método efectivo para renovar sistemas de lubricación sucios y corroídos y dejarlos en una condición casi “como nuevo”, siendo al mismo tiempo adecuado para sistemas de lubricación nuevos.

El hidroblasting no solo desinfecta el sistema de productos de degradación, aceite viejo, capas protectoras y otras sustancias químicas que pueden contaminar el aceite nuevo, sino que también recorta futuros procesos de lavado, ya que la mayoría de las impurezas son eliminadas con el agua. La pequeña cantidad de contaminantes que permanecen en el sistema son entonces fáciles de remover. Además, el hidroblasting es bastante útil antes de un cambio de aceite y permite una investigación a fondo del sistema de lubricación con un endoscopio antes del lavado.

El lavado después del hidroblasting es rápido y eficiente, permitiendo establecer una fecha de finalización y un programa que será mantenido sin tener que agregar tiempo extra requerido para un lavado prolongado. Con esta tecnología, se puede implementar un programa de mantenimiento proactivo basado en análisis del lubricante.

Este método es seguro para el medio ambiente, ya que el vehículo de limpieza es agua, y los desechos sólo contienen impurezas desprendidas de las superficies internas del sistema, así como trazas de aceite procedentes del lavado del sistema. Igualmente se pueden dar garantías a largo plazo respecto a la limpieza del sistema.

Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América.