TRIBOLOGÍA La ciencia de los cuerpos en contacto.

monitoreo en servicio de aceites de turbinas minerales para turbinas de vapor y gas.

Joshua Richar’d Cruz PÊrez.

2J27 de marzo de 2020.

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Contenido:

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¿Qué es el aceite de turbina?

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Formulación de aceite de turbina.

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Pruebas de laboratorio para aceites de turbinas de vapor y gas.

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Prueba ASTM-D2272.

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Prueba ASTM-D445.

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Prueba ASTM-D664.

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Prueba ASTM-D3427.

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Prueba ASTM-D92.

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Prueba ASTM-1401.

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Introducción.

Prueba ASTM-D892.

Bibliografía.

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Introducción:

La confiabilidad óptima del sistema de turbina requiere un sistema de lubricación bien diseñado y el uso de un buen lubricante que esté libre de contaminantes. Además, requiere un programa de monitoreo continuo para garantizar que la calidad del aceite esté dentro de las especificaciones y que se tomen medidas correctivas para minimizar la generación y el ingreso de contaminantes.

La tecnología puede proporcionar a los operadores indicaciones tempranas de desgaste anormal, corrosión o contaminación en equipos tan vitales. Esto se está volviendo aún más importante a medida que las turbinas se construyen con ejes más largos y más grandes y operan bajo mayores cargas y a temperaturas de trabajo más altas con volúmenes de depósito de aceite decrecientes. El análisis del aceite también puede ayudar a los operadores a evaluar la química y las características físicas del aceite para determinar su idoneidad para el uso continuo.

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¿Qué es el Aceite de Turbina ?

Es un aceite de alta calidad con inhibidores de corrosión y oxidación (R&O) estos se distinguen por una buena demulsibilidad, un requisito para la separación efectiva de aceite y agua. Los aceites de turbina también se usan ampliamente en otras aplicaciones exigentes, como compresores, sistemas hidráulicos, transmisiones por engranajes y otros equipos para los que es obligatorio una larga vida útil y una lubricación confiable. Estos aceites también se pueden usar como fluidos de transferencia de calor en sistemas abiertos, donde la estabilidad a la oxidación es de importancia primordial.

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Formulacion de aceite de turbina.

La formulación de aceites de turbina no es una ciencia difícil; sin embargo, requiere un delicado equilibrio de los aditivos y aceites base correctos. En el mercado actual, la mayoría de los aceites para turbinas están formulados con aceites base API Group II y contienen menos del dos por ciento de aditivos. La adición de materiales extraños solubles en aceite al producto puede alterar el equilibrio de la formulación y afectar negativamente el rendimiento del producto.

mientras que las propiedades anti desgaste de presión extrema (EP) necesarias en la lubricación de engranajes se crean mediante la adición de aditivos especiales. El fluido base actúa como portador de esos aditivos y, por lo tanto, debe poder mantenerlos en solución en todas las condiciones normales de trabajo.

La estabilidad a la oxidación y degradación en el aceite de turbina se mejora mediante la adición de antioxidantes, 5

Pruebas de laboratorio para aceites de turbinas de vapor y gas.

La norma ASTM D4378 - 03 nos provee de una descripción general de la pruebas para monitorear un sistema de lubricación y la condición del aceite en las turbinas de vapor y gas. A continuación procederemos a explicar la mayoría de estas pruebas.

Esta norma cubre los requisitos para el monitoreo efectivo de aceites minerales para turbinas en servicio en turbinas de vapor y gas, como turbinas de ciclo individual o combinado, utilizadas para la generación de energía.

Esta norma también incluye programas de muestreo y pruebas para validar la condición del lubricante a lo largo de su ciclo de vida y asegurando las mejoras requeridas para llevar la condición actual del lubricante dentro de los objetivos aceptables.

Sede Principal del ASTM en West Conshohocken, PA, visto desde un puente cercano.

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Prueba ASTM D2272-Método de prueba para la estabilidad de oxidación de aceites de turbinas de vapor mediante prueba de oxidación de recipientes de presión rotativos

Probador de estabilidad rotativo.

Este método de prueba utiliza un recipiente con presión de oxígeno para evaluar la estabilidad a la oxidación de los aceites de turbina nuevos y en servicio en presencia de agua y un catalizador de cobre a 150 ° C .

Se usa para la especificación de aceite nuevo y debe usarse como una herramienta de monitoreo para evaluar la vida restante de la prueba de oxidación de los aceites en servicio para proporcionar una advertencia anticipada a medida que el antioxidante se consume gradualmente.

La estabilidad a la oxidación de los aceites de turbina disminuirá gradualmente en servicio principalmente debido a los efectos catalíticos de los

Turbina fuertemente barnizada.

metales de hierro y cobre en el sistema, así como por el agotamiento del antioxidante. Un aceite de turbina severamente oxidado consumirá rápidamente el paquete de antioxidantes y puede formar barnices en las superficies de los cojinetes calientes que retardan la transferencia de calor y pueden sobrecalentar los cojinetes de los cojinetes de calor. Además, los aceites severamente oxidados también pueden dañar los elementos de control de la turbina y los intercambiadores de calor.

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Dispositivo de prueba para viscosidad cinemática ASTM D445 medidor de viscosidad.

Prueba ASTM D445-Método de prueba para la viscosidad cinemática de líquidos opacos y transparentes (y el cálculo de de la viscosidad cinemática) Este método mide la resistencia al flujo de un aceite a una temperatura específica (40 ° C o 100 ° C). Esta prueba es indicativa de una clasificación de lubricante por grado, oxidación y contaminación. La viscosidad es una de las propiedades más importantes de un lubricante, ya que determina tanto el espesor de la película del aceite como la facilidad con la que el lubricante fluirá hacia el área estrecha que separa las partes metálicas en movimiento. Los cambios en la viscosidad del aceite pueden ser indicativos de cambios en la química del aceite debido a la contaminación, las altas tasas de cizallamiento y / o la temperatura excesiva.

Un aumento en la viscosidad del aceite podría dar como resultado un flujo lento de aceite y un trabajo excesivo para generar la película de aceite necesaria. Por otro lado, una disminución en la viscosidad del aceite puede resultar de la contaminación con combustible o con un hidrocarburo más ligero y no permitiría mantener el espesor requerido de la película de aceite. Los cambios en la viscosidad del aceite pueden dar como resultado un posicionamiento no deseado del rotor de la turbina, tanto axial como radialmente. Los movimientos axiales impactarán directamente en la eficiencia de las palas de la turbina y pueden provocar daños en las palas, mientras que los movimientos radiales causados por cambios en la viscosidad del aceite pueden dar como resultado un "latigazo de aceite".

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Prueba ASTM D664-Método de prueba para la cantidad ácida de productos derivados del petróleo por valoración potenciométrica.

Este método de prueba cubre procedimientos para la determinación de constituyentes ácidos en productos derivados del petróleo y lubricantes solubles o casi solubles en mezclas de tolueno y 2-Propanol.

La muestra se disuelve en una mezcla de tolueno y 2-Propanol que contiene una pequeña cantidad de agua y se valora potenciométricamente con hidróxido de potasio alcohólico usando un electrodo indicador de vidrio y un electrodo de referencia o un electrodo combinado.

Las lecturas del medidor se grafican manual o automáticamente contra los volúmenes respectivos de solución de valoración y los puntos finales se toman solo en inflexiones bien definidas en la curva resultante. Cuando no se obtienen inflexiones definitivas y para los aceites usados, los puntos finales se toman en las lecturas del medidor correspondientes a las encontradas para las soluciones amortiguadoras ácidas y básicas acuosas.

Los ácidos orgánicos formados por oxidación pueden corroer las superficies de soporte y deben tratarse de manera oportuna. Las pruebas del Numero Acido deben realizarse al menos trimestralmente

Dispositivo de prueba para viscosidad cinemática ASTM D445 medidor de viscosidad .

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Prueba ASTM D892-Método de prueba para las características de espuma de aceites lubricantes.

Esta técnica determina las características de formación de espuma del aceite lubricante al determinar tanto la creación de espuma, es decir, la tendencia a la formación de espuma como el colapso de la espuma, es decir, las características de estabilidad de la espuma a diferentes temperaturas.

Esta prueba consiste en que a muestra es mantenida a una temperatura de 24 ° C (75 ° F) se sopla con aire a una velocidad constante durante 5 minutos, luego

se deja reposar durante 10 minutos. El volumen de espuma se mide al final de ambos períodos. La prueba se repite en una segunda muestra a 93.5 ° C (200 ° F) y luego, después de colapsar la espuma, a 24 ° C (75 ° F).

La estabilidad representa la cantidad de volumen después de 10 minutos de tiempo de estabilización. Una estabilidad de la espuma de menos de 5 ml es una buena indicación de que las burbujas de espuma se están rompiendo y que la turbina no debería experimentar problemas operativos de espuma.

Probador de las características de la formación de espuma.

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La mezcla de aire y aceite es inevitable en un sistema de aceite lubricante de turbina circulante debido a la descarga de aire a través de los sellos de aire / aceite, la agitación y el entorno esencialmente abierto del tanque de aceite lubricante.

Las tendencias de formación de espuma del aceite pueden ser un problema grave en sistemas tales como engranajes de alta velocidad, bombeo de alto volumen y lubricación por salpicadura, ya que la formación excesiva de espuma puede causar cavitación, lubricación inadecuada y pérdida de lubricante por exceso de flujo que podría conducir a fallas mecánicas.

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Prueba ASTM D3427-Método de prueba estándar para las propiedades de liberación de aire de aceites a base de hidrocarburos.

La capacidad de permitir que las burbujas de aire se separen del aceite es una propiedad crítica que puede deteriorarse con el servicio o con aditivos excesivos que contienen silicio. El arrastre de aire (aireación) consiste en pequeñas burbujas atrapadas debajo de la superficie del aceite. Cuando se arrastra una cantidad suficiente de aire en el aceite debido a la estabilización de las burbujas de aire a alta presión o la disolución del aire en el aceite, el aceite se vuelve compresible debido a la compresibilidad del aire.

Esto da lugar a un movimiento errático y reducirá la resistencia de la película del aceite, lo que provocará problemas potenciales con el contacto físico entre los ejes y los cojinetes, y el engrane de los dientes del engranaje.

El aire atrapado también puede provocar un comportamiento destructivo en el lado de descarga de las bombas de aceite lubricante. Los problemas tales como la vibración violenta de las mangueras de aceite lubricante que conducen a una falla eventual de tales mangueras,

Aparato para medir el valor de liberación de aire.

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y la cavitación de la bomba que conduce a una falla prematura de la bomba se pueden atribuir al arrastre de aire en algunos casos.

El método de propiedades de liberación de aire de aceites basados en hidrocarburos es una prueba importante para determinar la capacidad de una turbina, engranaje o aceite hidráulico para separar el aire arrastrado. Al evaluar las propiedades de liberación de aire, la muestra se calienta a 25 ° C, 50 ° C o 75 ° C (dependiendo de la viscosidad del fluido a 40 ° C) y se sopla aire comprimido a través del aceite de

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Prueba ASTM D92-Método de prueba para flash y puntos de fuego por la Copa Abierta de Cleveland.

Esta prueba determina la temperatura a la cual el aceite formará una mezcla inflamable con el aire. El punto de inflamación se puede comparar con las especificaciones estándar para determinar si el aceite cumple con las especificaciones.

A menudo se usa como un indicador de dilución de combustible o para confirmar la integridad del producto de la contaminación. Esta característica de inflamabilidad es crítica desde el punto de vista de la seguridad, particularmente en sitios de campo desatendidos y generalmente es una función del stock de petróleo base.

Para la evaluación del aceite en servicio, la temperatura del punto de inflamación proporciona información con respecto a la presencia o pérdida de componentes volátiles.

ASTM D4378-08 identifica una caída de 30 ° F (17 ° C) o más del valor de aceite original como límite de advertencia. La degradación normal de los aceites de turbina tiene poco efecto sobre el punto de inflamación. La prueba del punto de inflamación debe realizarse solo si se sospecha la contaminación del producto por una dilución diferente de aceite o combustible.

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La prueba se realiza de la siguiente manera, aproximadamente 70 ml de muestra de prueba se llenan en una copa de prueba. La temperatura de la muestra de prueba aumenta rápidamente al principio y luego a una velocidad constante más lenta a medida que se acerca el punto de inflamación. A intervalos específicos, se pasa una llama de prueba a través de la copa. El punto de inflamación es la temperatura más baja del líquido a la que la aplicación de la llama de prueba hace que los vapores de la muestra de prueba de la muestra se enciendan. Para determinar el punto de incendio, la prueba continúa hasta que la aplicación de la llama de prueba hace que la muestra de prueba se encienda y mantenga la combustión durante un mínimo de 5 s.

Aparato de copa abierta de Cleveland.

Los aceites de turbina, como la mayoría de los lubricantes, deben tener puntos de inflamación muy por encima de los requisitos mínimos de seguridad aplicables. Sin embargo, el punto de inflamación tiene poca importancia para determinar el grado de degradación de los aceites usados, ya que la degradación normal tiene poco efecto sobre el punto de inflamación. Es útil para detectar contaminación con solventes de bajo punto de ebullición.

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Prueba ASTM D1401-Método de prueba para la separabilidad del agua de aceites de petróleo y fluidos sintéticos.

Este método de prueba determina las características de separación de agua de aceites sometidos a contaminación de agua y turbulencia. Se utiliza para la especificación de aceite nuevo y para controlar el aceite que está en servicio. Las características de separación de agua son importantes para los sistemas de aceite lubricante que han tenido contacto directo con el agua.

A diferencia de otras aplicaciones, como el trabajo del metal donde la estabilidad de las emulsiones es deseable, las emulsiones de aceite en agua deben evitarse en los aceites de turbina debido al efecto corrosivo del agua y la insuficiencia del agua como lubricante.

Esta prueba consiste en una muestra de 40 ml y una cantidad de 40 ml de agua destilada se agita durante 5 minutos a 54 ° C en un cilindro graduado. El tiempo requerido para la separación de la emulsión así formada se registra después de cada 5 minutos o en el límite de tiempo de especificación. Si no se produce la separación completa o la reducción de la emulsión a 3 ml o menos después de reposar durante 30 minutos o algún otro límite de tiempo de especificación, se informan los volúmenes de aceite (o fluido), agua y emulsión restantes en el momento.

La demulsibilidad puede verse comprometida por la contaminación excesiva del agua o la presencia de contaminaciones polares e impurezas. El aceite con buenas características de demulsibilidad puede proporcionar una ruptura limpia entre el agua y el aceite en el sumidero del sistema, donde el agua puede drenarse del sistema.

Aparato de la prueba de la separabilidad del agua del emulsor de ASTM D1401 Herschel

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Bibliografía: 

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ASTM D892-18, Standard Test Method for Foaming Characteristics of Lubricating Oils, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2018, www.astm.org

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Kamal, G. (2013). In-service Condition Monitoring of Turbine Oils. In Middle East Turbomachinery

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Optimizing Turbine Oil Life. [ebook] Available at: <https://oil-testing.com/> [Accessed 26 March 2020].

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Sin la lubricaciรณn, nada funciona.

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