Manual N2 M6
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Lubricantes para
Cojinetes y Rodamientos
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258
Historia de las Turbinas
Las ruedas hidráulicas, derivadas de la Noria, fueron los
antecesores de las turbinas modernas. Fabricadas de
madera, desde su inicio ya se aplicaba lubricante, de tipo
animal, para facilitar la operación.
Con algunas variaciones en el diseño básico de la rueda y
de los canjilones, y el uso de otros materiales, se
incrementó su robustez para poder aprovechar la
energía mecánica generada. Nacían los molinos de agua.
Bajo el mismo concepto pero en este caso aprovechando
la energía del viento, se crearon siglos después los
molinos de viento, esencialmente en Europa.
En los siglos recientes se ha utilizado una variación de
estos para la extracción de agua de pozos, especialmente
en regiones secas o en vías de desarrollo.
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259
Historia de las Turbinas
En la revolución industrial nace la enorme
máquina de vapor creada por Watt. Como
resultado del esfuerzo por volverla más eficiente
y de menor tamaño, se desarrolla la turbina de
vapor.
En el siglo XIX se logra un gran desarrollo
tecnológico en turbinas hidráulicas.
Hacia finales de este siglo se crea la primera
central hidroeléctrica.
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Tipos de Turbinas y Características
Turbinas Turbinas Turbinas Turbinas
Hidráulicas de Vapor de Gas Eólicas
• Operan por impulsión de • Transforma energía de un • Es una máquina de • Turbina accionada por el
caudales de agua flujo de vapor en energía combustión interna. viento
• Convierten energía mecánica • Convierte la energía • Transforma la energía
potencial del agua (en • Aprovechan tanto el almacenada en un cinética del viento en
embalses o presas) en movimiento del vapor combustible en energía energía mecánica rotatoria
cinética y mecánica como su expansión mecánica rotacional • Usadas esencialmente para
• Pueden ser de acción o • Utilizadas para generar • El término "gas" se generación eléctrica
reacción movimiento rotatorio y refiere a la mezcla mediante un generador
• Utilizadas principalmente generación eléctrica en combustible (gas o trifásico sincronizado
para generación eléctrica termoeléctricas líquido) y aire. • La turbina se ubica sobre
en centrales hidroeléctricas • Tanto rotor como estator • Incluye un compresor una torre
• Se clasifican de acuerdo al cuentan con alabes para acoplado para el aire • Se instalan en costas y
rotor dirigir el flujo de vapor • Usada en generación llanuras continentales
eléctrica y movimiento
Turbinas Turbinas sumergidas en el mar asentadas en plataformas continentales para
Submarinas aprovechar las corrientes submarinas. Usadas para generación eléctrica.
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261
Turbinas Hidráulicas
Francis Pelton Kaplan
Rotor Francis Rotor Pelton Rotor Kaplan
• Fue el primer tipo de turbina hidráulica • Pueden ser de rotor vertical u • Se cataloga como turbinas de reacción
(1848) y es la más ampliamente usada horizontal , de varios inyectores de flujo axial
• Se cataloga como de reacción (fluido • Son turbinas de alta eficiencia • Las aspas del rotor son regulables para
sufre cambio de presión) • Se clasifican como de acción (no hay optimizar la eficiencia de acuerdo a las
• Las aspas del rotor son fijas perdida de presión) de flujo transversal condiciones del flujo (caudal existente)
• La operación de la turbina se controla • Las cucharas del rotor son fijas • La variante de rotor de aspas fijas se
variando el flujo de agua que entra a la denomina Hélice
• Su operación se controla por la
cámara del rotor dirección y abertura de inyectores • Se emplean en saltos de pequeña altura
• Se utiliza en saltos medios de agua en (< 50 m)
• Su uso requiere grandes caídas de agua
un amplio rango de alturas (10 – 800 m) (> 400 m) • De la tres es la que opera a mayores
• Revoluciones medias , entre las tres revoluciones obteniendo
• Trabaja a menores revoluciones comparativamente la misma eficiencia
principales promedio que las Francis o Kaplan
Turgo • Turbina hidráulica de impulso diseñada para saltos de desnivel medio
• El rotor se parece a un Pelton partido por la mitad.
• Puede manejar un mayor flujo de agua que la Pelton porque el agua que sale no
interfiere con las paletas adyacentes.
• Es más barata en el costo del generador y de la instalación.
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Turbinas Hidráulicas
Aplicaciones ¿Qué se Lubrica?
Cojinetes Radiales, Guía y de Empuje
Generación eléctrica
Sistemas de control de la turbina (toberas/aspas/etc.)
Válvulas (esféricas)
¿Cómo se Lubrica?
Cojinetes: Película hidrodinámica, sistema circulación
(operación normal) / Hidrostática (arranque y parada)
Sistemas de control: Sistema hidráulico separado /
circulación cojinetes (antiguo)
Válvulas: Sistema hidráulico presurizado
Condiciones Críticas Lubricantes
Contaminación con agua R&O, Turbinas ISO VG 32‐46
Aplicaciones mecánicas menores (para cojinetes)
Velocidad de operación
Hidráulico AW ISO VG 32‐68
Oxidación (tiempo servicio) (Sistemas hidráulicos)
Filtrabilidad
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Turbinas de Vapor
Aplicaciones ¿Qué se Lubrica?
Cojinetes Radiales y Empuje Sistema de control
Equipo rotatorio industrial
Engranes (transmisión/giro) Acoples Sellos
Bombas
Sopladores ¿Cómo se Lubrica?
Molinos
Por película hidrodinámica, sistema circulación
Compresores (operación normal) / hidrostática (arranque y parada)
Otros
Sistemas de control: Derivación sistema de circulación
(bajas presiones) / Control Electro‐Hidráulico (EHC)
Generación eléctrica Engranes: Salpique / circulación (individual o sistema)
Acoples: Circulación aceite cojinetes / independiente
Térmicas
Nucleares
Condiciones Críticas Lubricantes
Solares R&O Grupos I, II o III ‐ ISO
Contaminación con agua
Ciclo combinado VG 32‐100
Temperaturas de operación
Altas temperaturas – PAO
Posibilidad de emulsión ISO VG 32 ‐ 68
Propulsión marina/submarina
Depósitos / lodos Aceite para engranes
Presencia de aire Aceite/grasa acoples
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Turbinas de Gas
Aplicaciones ¿Qué se Lubrica?
Cojinetes Radiales y de Empuje
Equipo industrial
Sistema de control Cajas de engranes Sellos
Gasoductos
Bombeo ¿Cómo se Lubrica?
Compresores
Por película hidrodinámica, sistema circulación
Otros (operación normal) / hidrostática (arranque y parada)
Sistema de control: Circulación del aceite de cojinetes
Generación eléctrica
Engranes: Por circulación del aceite del sistema
Central de gas
Ciclo combinado
Condiciones Críticas Lubricantes
Energía total
Gas de combustión R&O Grupos II ó III ‐ ISO
VG 32‐150
Turbo reactores Temperaturas de operación
(no son propiamente turbinas de gas sino reactores) PAO / Poliol‐éster /
Generación de ácidos Diéster ISO VG 32‐100
Aviación
Depósitos / lodos
Aplicaciones
especiales Presencia de aire /agua
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Ciclo Combinado (Gas y Vapor)
Gases de
Escape
Torre de
enfriamiento
Admisión de
aire
Tanque
de agua
Turbina
Generadores de Vapor
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Turbinas Eólicas
Aplicaciones ¿Cómo se Lubrica? Condiciones Críticas
Generación eléctrica Rodamientos: Película hidrodinámica, Altas Cargas
sistema de circulación
Bajas temperaturas
Engranes: Circulación Drenado extendido
Frenos y Posición: Circulación sistema Contaminación por el ambiente
independiente
Biodegradabilidad
¿Qué se Lubrica? Lubricantes
Rodamientos de rotor Hidráulico AW ISO VG 32‐68
(Freno y regulación de aspas)
Rodamientos del generador
Aceite para engranes
Caja de engranes (toma 40‐ sintético PAO, PAO/Éster o
60 rpm del eje de baja y
Poliaquilén Glicol (PAG) ISO
entrega 1.500 – 1.800 rpm)
VG 220‐460 (rodamientos y
Elementos de posición y caja de engranes
freno
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Influencia de la Lubricación en la Confiabilidad de un
Turbo‐Generador
Estudio de Confiabilidad de General Electric
El turbo‐generador (TG) por lo
general contribuye al 20% de los Factores que contribuyen al Paro Forzado
paros forzados en una planta de
generación de energía Tubería
de
6%
n el l
o
Se requiere una mejora del Pa ntr
Otros 6 % Co
38% Lubricante
factor de disponibilidad 19%
(95%) y la confiabilidad
Control d
(98.5%) del TG en turbinas neo
s 6%
M is e Turbin
a
celá r c
Tur elán 7%
de vapor Mis nerado 7% bina eos
Ge 11% Enfriador
Generador
El sistema de lubricación es el
contribuyente #1 de paros forzados entre
todas las categorías de fallas en los componentes del TG
Información presentada por General Electric en una conferencia sobre Generación de Energía en diciembre 1991.
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Lubricantes para Turbinas
Aceites Básicos de Turbina Tipo de Turbina
Componentes /Sistemas Lubricados
Grupo Mineral I Hidráulica
Rodamientos/Cojinetes
Grupo Mineral II
Gobernador y sistema de control (EHC) Vapor
Grupo Mineral III
Sello de hidrógeno (ocasionalmente) Sintético PAO
Gas
Engranes Sintético Diéster
Sintético Polioléster EHC
Éster Fosfatado / PAO
Eólica
Polialquilén Glicol
Aditivos Típicos
Inhibidor de herrumbre Deactivador de metales
Inhibidor de corrosión
(cobre) Antiespumante
Depresor punto de
Antioxidante fluidez
Turbo‐Generador Impulsado por Vapor
Demulsificante Agente antidesgaste o EP
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Requerimientos de Aceites para Turbinas
Requerimientos de Aceites Requerimientos de Ambos Requerimientos de Aceites
para Turbinas de Vapor Aceites para Turbinas de Gas
Protección
Demulsibilidad anticorrosión
Estabilidad a la
Oxidación
Supresión de espuma y Protección EP
separación de aire (ocasionalmente)
Estabilidad de
Viscosidad
Protección
Anti‐herrumbre Estabilidad
Filtrabilidad térmica
Protección anti‐ Control de
Baja tendencia a la
desgaste (AW) depósitos
formación de lodos
(ocasionalmente)
Aceite para Turbinas de Vapor Aceite para Turbinas de Gas
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Estándares Internacionales de Aceites para Turbinas
Estándar Británico BS:489‐1999 R&O de Aceites para Turbinas
Método de
Ensayo TO TO TO TO Ensayo
Grado de viscosidad ISO 32 46 68 100 BS 4231
Viscosidad cinemática a 40°C, mm²/s, min y max. 28, 8‐35,2 41,4‐50,6 61,2‐74,8 90‐110 IP 71
Índice de viscosidad 90 IP 226/77
Punto de inflamación, °C, (COC), min. 185 IP 34
Punto de fluidez, °C, min. ‐6 IP 15
Demulsibilidad, s, máx. 300 300 360 360 IP 19
Corrosión al cobre, 3 h a 100 °C, máx. 1 IP 154
AN, mg KOH/g, máx. 0,45 IP 1 Método A
Herrumbre Pasa IP 135 Proc. B
Espuma, Tendencia/Estabilidad, ml, máx.
Secuencia I 400/0 400/20
Secuencia II 50/0 100/10 IP 146
Secuencia III 400/0 400/20
Liberación de aire, mín. para 0.2% de aire a
50 °C, máx. 5 6 7 10 IP 313
Estabilidad a la oxidación
Total productos de oxidación, % peso, máx. 0,47 0,80 0,80 0,80 IP 280
Lodos, % peso, máx. 0,30 0,35 0,35 0,35
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Estándares Internacionales de Aceites para Turbinas
DIN 51515 Parte 1 & 2
DIN 51515‐1 DIN 51515‐2 Borrador Método de
Especificación Ensayo
L‐TD L‐TG
Grado de Viscosidad ISO 32 46 68 100 32 46
Viscosidad cinemática a 40°C mm²/s 28,8‐35,2 41,4‐50,6 61,2‐74,8 99‐100 28, 8‐35,2 41, 4‐50,6 ISO 3104
3 A ser suministrada por el proveedor
Densidad a 15°C, kg/m ISO 3657
Punto de inflamación, COC, °C, min. 160 185 205 215 160 185 ISO 2592
Punto de fluidez, °C, min. ‐6 ‐6 ISO 3016
Número de neutralización, mg KOH/g, máx. A ser suministrado por el proveedor ISO 6618
Espuma, Tendencia/Estabilidad, ml, máx.
Secuencia I 450/0
Secuencia II 100/0 ISO 6247
Secuencia III 450/0
Liberación de aire, (IP313), minutos, máx. 5 6 Sin límite 5
Demulsibilidad vapor, s, máx. 300 300 DIN 51589 parte 1
Corrosión lámina de cobre
3 h a 100°C, máx. 2 ISO 3733
3 h a 150°C, máx. 2
Herrumbre, Método A Pasa Pasa ISO 7120
Estabilidad a la oxidación, h para AN 2.0 mg KOH/g 2000 1500 1000 3000 ISO 4263 parte 1
RPVOT, minutos, mín. 800 ASTM D2722
Código de contaminación sólida, R4/R6/R14 20/17/14 20/17/14 ISO 4406‐99
Agua, ppm, máx. 150 150 ISO 12937
Cenizas, como óxido, % peso A ser suministrado por el proveedor ISO 6245
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Estándares de Fabricantes de Aceites para Turbinas
Especificaciones de Aceites para Turbinas GEK
GEK 107395a GEK 46357E GEK 46506D Método de
Especificación
Mayo 2001 Octubre 1999 Diciembre 1993 Ensayo
Eje Sencillo STAG
Tipo de Turbina Vapor Vapor
Alta Temperatura
Grado de viscosidad ISO 32 46 32
Viscosidad a 40°C, mm²/s, min y máx. 28, 8‐35,2 43,2‐49,7 29,6‐36,3 ASTM D445
Viscosidad a 98,8°C, mm²/s, min y máx. 4,97 5,09‐5,74 ASTM D445
Índice de viscosidad , mín. 98 ASTM D2270
Densidad a 15°C, kg/m3 0,83‐0,88 ASTM D941/D1298
Punto de inflamación, COC, °C, min. 215 235 191 ASTM D92
Punto de fuego, COC, °C, min. 352 ASTM D92
Temperatura de auto ignición, °C, min. 566
Punto de fluidez, °C, min. ‐12 ASTM D97
Color ASTM, máx. 2 1,5 ASTM D1500
AN, mg KOH/g, máx.. 0,2 0,2 ASTM D664/D974
Espuma, Tendencia/Estabilidad, ml
Secuencia I 50/0
Secuencia II 50/0 ASTM D892
Secuencia III 50/0
Liberación de aire, minutos, máx. 5,00 ASTM D3427
Demulsibilidad, minutos, para 40/37/3, máx. 30 ASTM D1401
Corrosión al cobre, 3 h a 100°C, máx. 18 ASTM D130
Herrumbre, Método A Pasa
Herrumbre, Método B Pasa ASTM D665
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Especificaciones de Aceites para Turbinas
Especificaciones de Aceites para Turbinas GEK (Continuación)
GEK 107395a GEK 46357E GEK 46506D Método de
Especificación
Mayo 2001 Octubre 1999 Diciembre 1993 Ensayo
Eje Sencillo STAG
Tipo de Turbina Vapor Vapor
Alta Temperatura
Estabilidad a la oxidación, h para 2.0 mg KOH/g, 7000 > 2000 ASTM D943
RPVOT, minutos, mín. 1000 >250 ASTM D2272
RPVOT, modificado, % de tiempo del ensayo 85 ASTM D2272
no modificado, mín.
Residuo de carbón Ramsbotton, % peso, máx. 0,10 ASTM D524
Gravedad API 29‐39 ASTM D287
FZG, A/8.3/90, etapa de falla, mín. 8 ASTM D5182
Contenido de Zinc, ppm, máx. 5 ASTM D4951
Contenido de Cloro, ppm, máx. 100
Contenido de agua, % peso, máx. 0,01 0,1 0,01 ASTM E203
Perdidas por evaporación, 149°C, % peso, máx. 6 ASTM D972
AIGN, °C, mín. 357 ASTM E659
Estabilidad térmica, cambio viscosidad, % Reportar CM Ensayo Térmico A
Precipitados totales Reportar CM Ensayo Térmico A
Panel Coker Reportar FTM 791a‐3462
Volatilidad/Espesamiento del aceite Reportar DIN 51356
7
Resistividad, a 20°C, Ωm, mín. 5 x 10
Código de contaminación sólida Ver especificación ISO 4406
Conductividad, a 20°C, S/cm, máx. 1 x 109
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Estándares de Aceites para Turbinas de Fabricantes de Equipo (OEM)
ALSTOM HTGO 90 117 V0001T SIEMENS TLV 9013 SOLAR ES 9‐224 Método de
Especificación Ensayo
Ene‐04 04‐1999 Jul‐99 Oct‐99 ASTM
Grado de Viscosidad ISO 32 46 68 32 46 32 46
Viscosidad cinemática a 40°C, mm²/s 28,8‐35,2 41,1‐50,6 61,2‐74,8 28,8‐35,2 41,1‐50,6 28, 8‐35,2 41,1‐50,6 D445
Índice de viscosidad, mín. 90 D2270
Densidad a 15°C, kg/m3, máx. 880 900 900 D941/D1298
Punto de inflamación, COC, °C, min. 200 205 160 185 199 D92
Punto de fuego, COC, °C, min. 227 232 D92
Temperatura de auto ignición, °C, mín. 310 E659
Punto de fluidez, °C, máx. ‐9 ‐6 ‐6 D97
Color ASTM, máx. 2 D1500
Número de Neutralización, mg KOH/g
Sin aditivo EP, máx. 0,2 0,2 D664/D974
Con aditivo EP, máx. 0,3 0,3
Espuma, Tendencia/Estabilidad, ml, máx.
Secuencia I 300/0 400/10
D892
Secuencia II 50/0 10/0
Secuencia III 300/0 450/10
Liberación de aire, (IP313), minutos, máx. 4 7 4 5 6 D3427
Demulsibilidad, min para 40/37/3 a 54°C, máx. 30 20 30 D1401
Demulsibilidad, vapor, (IP 19), s, máx. 300 300
Corrosión al cobre, 3 h a 100°C, máx. 2 2 1b D130
Herrumbre, Método B Pasa Pasa Pasa D665
Estabilidad a la oxidación, h para AN 2,0 mg/KOH/g a 2000 h <1,0 2500 2000 D943
RPVOT, minutos, mín. > 300 Reportar D2272
Código de contaminación sólida, máx. */18/15 */17/14 *17/14 ISO 4408
Agua, ppm < 200 ≤ 100 D1533/1744
Filtrabilidad
Nivel 1, %, mín. 93 ISO 13357‐2
Nivel 2, %, mín. 85
Zinc, máx. ≤ 5 ppm 0,0005 % peso Opcional
FZG, A/8,3/90 etapa de falla, mín. 8 8 6 7 D5182
4 Bolas desgaste, 1h/120rpm/75°C,
0,9
Diámetro cicatriz, mm, máx.
Resistividad, Ωm a 20°C, mín. Reportar D1169
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Especificaciones de Aceites para Turbinas
Otras Especificaciones Internacionales de Aceites para Turbinas
US STEEL requerimientos
de aceites para Turbinas Especificaciones 120 y 125
Turbinas a alta temperatura, con temperaturas en cojinetes por
Industria Pesada encima de 250°C
Mitsubishi
EP Turbinas a alta temperatura, con temperatura en cojinetes
por encima de 250°C
Turbinas a vapor y aplicaciones a baja temperatura
Militares USA MIL‐PRF‐17331J
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Especificaciones de Fluidos EHC de GE
Propiedades Prueba Nuevo Usado
Fluidos Aprobados Color ASTM D1500 1.5 1.5
Densidad relativa ASTM D1298 1.12 1.12
1. Fyrquel EHC Fluid, Akzo Chemicals,
Viscosidad, 37°C ASTM D445 43.1 – 49.7 43.1 – 49.7
Viscosidad, 98°C ASTM D445 4.97 4.97
2. Durad EHB, FMC Corporation
Punto de fluidez ASTM D97 ‐17°C ‐17°C
3. Reolube Turbofluid 46 o 46 XC, Contenido de agua ASTM D6304‐98 0.1% 0.2%
Ciba‐Geigy AN ASTM D974 0.1 0.2
Contenido de cloro, ppm, máx. GE Método E50A345 100 100
Temp. de auto ignición, mín. ASTM D286 o E659 565°C 565°C
Señal de sensor Resistividad, giga ohm‐cm, mín. A 20°C ASTM D1169 5 5
electrónico de velocidad
Limpieza, código ISO ISO 4406:99 ‐‐‐ */18/15
Filtro en línea de presión
Filtro en línea
de retorno
(opcional)
Requerimientos
Adicionales Otras Pruebas
Actuador
1. No corrosivo al acero, Separación de aire
Entrada de vapor cobre, aluminio y zinc
Salida de
(MIL‐HFH57) Filtrabilidad
Circuito externo con Válvula de vapor a
filtro de control de parada operada turbina
ácidos antes del filtro por solenoide 2. Compatibilidad con Insolubles en hexano
de partículas Válvula de control
elastómeros, butil,
siliconas, Vitón y EPR
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Mejores Prácticas para Lubricación de Turbinas
ASTM D6224‐02
ASTM D4378‐08
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