Las soluciones actualmente disponibles para la eliminación del barniz en los aceites de turbina se dividen en tres categorías – purificación electrostática, limpieza/lavado químico y adsorción con media filtrante desechable.
Purificación por cargas electrostáticas
Opera como una filtración tipo riñón en el tanque principal, haciendo pasar el fluido por un campo eléctrico, de manera que los precursores de barniz (que son de tamaño sub-micrón) se carguen eléctricamente y se aglomeren en partículas más grandes que puedan ser capturadas por un filtro o una centrífuga, o sean atraídos hacia una super cie cargada.
Hay varios diseños que operan bajo este principio, con algunas variantes para lograr este objetivo. Los dispositivos del tipo electrostático eliminan los precursores de barniz del fluido, y a medida que el fluido es limpiado, los depósitos de barniz suave de la superficie de la máquina son re-suspendidos en el fluido y eliminados, dando como resultado una limpieza de los depósitos que se ha acumulado sobre dichas superficies en el tiempo.
Debido a que la eliminación del barniz de los componentes del sistema es un proceso muy lento, se recomienda que estos dispositivos se operen por periodos largos de tiempo o se instalen permanentemente. Hay reportes donde se ha visto que esta actividad es afectada adversamente cuanto se trabaja con aceites con elevados contenidos de humedad y a altos niveles de partículas de desgaste en el fluido.
Lavado o limpieza química
Este método elimina el barniz utilizando productos químicos de limpieza que se hacen circular a través del sistema para disolver el barniz depositado en los componentes de la maquinaria. Estos productos ablandan y disuelven los insolubles y la acción de lavado suspende los depósitos más duros en el fluido, y que son eliminados juntamente con el fluido cuando este es drenado del sistema. Este proceso se lleva a cabo por algunas horas o días, dependiendo del tamaño del sistema y de la cantidad de barniz acumulado en los componentes.
Una vez que se ha efectuado la limpieza química, el sistema debe lavarse nuevamente con un fluido adecuado para eliminar cualquier residuo del químico utilizado y asegurar que el aceite nuevo no se contamine al introducirse en el sistema. Este procedimiento, al ser más intensivo, remueve los depósitos de barniz con más rapidez, sobre todo en sistemas de gran volumen.
Método de adsorción
Se utiliza una media adsorbente con una gran área superficial y un gran volumen vacío, con una velocidad del fluido relativamente baja y en algunos casos con afinidad electroquímica hacia los precursores de barniz. Pueden utilizarse muchos materiales como adsorbentes, como celulosa comprimida, borra de algodón, media filtrante macro-porosa como perlas de resina, tierras Fuller, carbón activado, etc.
Hay dos tipos de adsorción: la sisorción y la químisorción. La sisorción, también conocida como adsorción física, es un proceso en el que las moléculas del adsorbente y las de los precursores de barniz están unidas por fuerzas electrostáticas débiles, derivadas de momentos dipolares inducidos, como las
fuerzas de Van der Walls. La estructura eléctrica del precursor de barniz no cambia con la adsorción. En la quimisorción, se presume que las moléculas de barniz, por su naturaleza química, son atraídas por el adsorbente a través de las fuerzas moleculares débiles como los enlaces de hidrógeno.
Se ha desarrollado un medio filtrante basado en sisorción, llamado Filtro Eliminador de Barniz (VFR, por sus siglas en inglés). Este medio filtrante es un compuesto fabricado con una matriz de fibra de celulosa y otros materiales que le dan un alto volumen vacío y una matriz de fibra abierta. Se necesita una matriz de fibra abierta con una gran permeabilidad, para que el fluido entre en contacto con la gran área superficial de fibras largas donde se realiza la adsorción de los precursores de barniz. Las formulaciones especiales de resinas aglutinantes le proporcionan al medio filtrante una gran afinidad con los precursores polares de barniz, dando como resultado una elevada e ciencia en la eliminación y retención del material suspendido en el fluido.
El filtro VRF fue evaluado en un laboratorio utilizando muestras de aceite degradado obtenidas de turbinas en operación que habían reportado altos niveles de barniz. Los valores mostrados en la Tabla 1 fueron tomadas después de una filtración de una sola etapa a temperatura ambiente, excepto para el tercer ensayo, el cual fue llevado a cabo con una temperatura en el aceite de 70°C. La elevada calificación de barniz de la muestra filtrada a alta temperatura señala un bajo desempeño en la eliminación del barniz, posiblemente ocasionado por la alta solvencia de los precursores de barniz en el aceite y a la baja absorbancia a elevada temperatura.
También se realizaron ensayos para evaluar el impacto sobre los aditivos del aceite después de haber sido filtrados con el VRF. Los resultados indicaron que no hubo ningún cambio significativo en los contenidos de aminas aromáticas y los fenoles inhibidos entre la muestra de aceite que no se filtró y la muestra de aceite que se filtró 20 veces. Esto indica que el filtro VFR no tiene efectos adversos notables sobre el lubricante.
Figura 1 – Filtro portátil para eliminar barniz
Una vez comprobado que el VFR no tiene un impacto negativo sobre el lubricante, se pusieron a prueba los aceites de dos turbinas en operación utilizando una plataforma con módulos de filtros VRF y su correspondiente sistema de control, instalándola en modo de filtración riñón, tomando el aceite de un extremo del tanque y devolviéndolo en forma continua por el extremo opuesto del mismo. Ambos ensayos se efectuaron simultáneamente con mínima intervención de los operadores, utilizando un arreglo de tres módulos de filtros VFR por cada ensayo. Se observó la eliminación y retención del barniz en el medio filtrante por el manchado ocasionado por el barniz depositado sobre el medio filtrante.
Se observó una diferencia significativa en la cantidad de depósitos de barniz generados entre las dos turbinas tratadas con el VRF. El interior de la carcasa del filtro principal del sistema de lubricación de la turbina Alstom presentó una gruesa capa de barniz de color marrón. En el sistema de lubricación de la turbina GE Frame 7FA no se observaron tales depósitos.
Figura 2 – Depósitos de barniz en la carcasa del filtro del sistema de lubricación de una turbina
Luego de la limpieza de la turbina Alstom, se retiró la plataforma con los filtros VRF, y se le reinstaló el filtro electrostático que se había estado utilizando antes del tratamiento con el VRF. Se tomó una muestra de la turbina Alstom seis meses después del tratamiento con el VRF y se encontró un elevado nivel de barniz. Se tomó una muestra de la turbina GE Frame 7FA dos meses después del tratamiento con VRF y se encontró que el nivel de barniz era muy similar al que se encontró cuando fializó el tratamiento.
Se cree que la razón por la cual se volvieron a presentar altos niveles de barniz en la turbina Alstom, fue debido a que los depósitos pesados de barniz del sistema de lubricación, no se eliminaron completamente durante los ocho días que duró el tratamiento, a pesar de que los precursores de barniz en la fase aceite habían disminuido a niveles bastante bajos. La diferencia en la velocidad de limpieza del aceite, que fue mayor en el caso de la turbina Alstom, y el ligero incremento en los niveles de barniz después de su disminución inicial, pueden atribuirse en gran parte a la presencia de depósitos pesados de barniz en el sistema de lubricación de la turbina Alstom.
Figura 3 – Esta imagen muestra un medio VRF usado recibido en campo (derecha), lavado con hexano (centro) y lavado con tolueno (izquierdo)
Los dos ensayos de campo revelaron que la cantidad y tipo de barniz en los sistemas de lubricación tienen relación con la rapidez con que se puede eliminar el barniz al aceite y por cuánto tiempo después del tratamiento puede mantenerse libre de niveles elevados de barniz. Existen también otras variables además de los niveles de depósitos, tales como el tipo de barniz, la temperatura, el ciclo de trabajo, el estado de los depósitos, etc., que tienen influencia en la velocidad con que el barniz es eliminado del aceite y de su disolución de nuevo en el fluido.
Figura 4 – Foto de un medio VRF sin usar
En resumen, la disminución de los problemas relacionados con el barniz en los sistemas de lubricación y control de las turbinas requiere no solamente de la limpieza de los precursores de barniz del aceite y de los depósitos solubles de las superficies lubricadas, sino de evitar también su formación. La tecnología de filtros de adsorción está diseñada para eliminar los precursores polares de barniz y ha demostrado también ser e caz en la eliminación del barniz en los sistemas de lubricación de las turbinas.
Además, las cargas electrostáticas inducidas por la filtración pueden ser controladas utilizando medias filtrantes disipadoras de corriente, que producen menos cargas en el aceite, disminuyendo el daño asociado a este, debido a la filtración más na requerida por las turbinas actuales.
Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América.