La productividad basada en la lubricación y la Tribología se puede definir como el conjunto de eventos que permiten lograr que tanto el aceite con el cual se están lubricando los diferentes mecanismos de la máquina como dichos componentes alcancen la vida para la cual fueron formulados y diseñados respectivamente. Este objetivo no es una tarea fácil de lograr en la práctica ya que se presentan múltiples factores que lo dificultad pero que no lo hacen imposible, ya que en su mayoría dependen de las personas que administran el mantenimiento y del personal que ejecuta los programas de lubricación. Con unas buenas bases en las teorías de la lubricación y de la Tribología se puede lograr que tanto el aceite como los componentes de las máquinas alcancen su vida de servicio incrementando la productividad de los máquinas, plantas y fábricas.

Se debe tener en cuenta que aun cuando se esté utilizando un aceite de un óptimo desempeño como un aceite sintético en la lubricación de los componentes de la máquina, éste también se verá afectado por los mismos factores que disminuyen la vida de servicio de los aceites minerales, por lo que la solución, si se desea incrementar, por ejemplo, los periodos de cambio del aceite mineral, no es la de pasar la lubricación de la máquina a un aceite sintético sin antes analizar qué es lo que está limitando la vida de servicio de dicho aceite. Esto es igualmente válido cuando se tiene como objetivo implementar programas para protección del ambiente basados en la utilización de aceites menos tóxicos y más biodegradables y se seleccionan aceites sintéticos, los cuales igualmente pueden afectar el ambiente si al desecharlos tienen contaminantes agresivos que no son fáciles de eliminar.

Siempre se debe tener en mente que los factores que afectan la vida del aceite son el oxígeno, las altas temperaturas de operación, el agua y las partículas sólidas como el cobre y el hierro.

La presencia del oxígeno en el aceite es inevitable aun cuando el aceite se encuentre correctamente almacenado en el tambor de 55 galones, pero su efecto es más crítico cuando se encuentra trabajando en la máquina, especialmente si el sistema de lubricación es por salpique.

Las altas temperaturas de operación se consideran a partir de los 50°C, por lo que es necesario mantenerlas por debajo de este límite; en este caso como ya se mencionó en un artículo anterior ("Las altas temperaturas en los equipos rotativos", noviembre 7 de 2001) se deben verificar primero las pérdidas por fricción fluida ó EHL según el tipo de lubricación bajo la cual funcionen los diferentes mecanismos de la máquina, y de que manera se pueden disminuir de tal manera que se logre reducir en parte la temperatura de operación mediante la utilización de aceites con menores coeficientes de fricción; una vez hecho esto se procede a diseñar, fabricar y montar el sistema de lubricación que permita garantizar que la temperatura de operación no superará los 50°C.

El agua es un contaminante que se encuentra casi siempre en los depósitos de aceite de todos los equipos rotativos y que se presenta ya sea por condensación de la humedad del ambiente ó porque hay paso de condensado a través de sellos de laberinto gastados ó de carbón deteriorados como en el caso de las turbinas de vapor; este contaminante es de fácil eliminación ya que solo basta con drenar periódicamente (puede ser diariamente) el agua que se va separando del aceite por la acción de los aditivos anti-emulsionantes del aceite, en caso de que no se haga, el agua se irá diluyendo alcanzando finalmente el estado de emulsión, siendo necesario por lo tanto cambiar el aceite ó someterlo a procesos de centrifugación ó de dialización. El agua rompe la película lubricante dando lugar al contacto metal-metal entre las superficies de los mecanismos de la máquina y por lo tanto haciendo que se presente el desgaste adhesivo en las mismas, por otro lado, es uno de los elementos importantes para que se forme el ácido sulfúrico en el aceite oxidado.

Las partículas metálicas como el hierro y el cobre son consecuencia del mismo desgaste adhesivo por rompimiento de la película lubricante como resultado de la contaminación del aceite con agua; estas partículas metálicas actúan como catalizadores del proceso de oxidación del aceite, acelerándolo.

La base fundamental para que los mecanismos de las máquinas alcancen su vida de diseño es que se trabajen bajo los parámetros que se tuvieron en cuenta cuando fueron diseñados, no obstante, a pesar de que en la práctica es factible de que esto se pueda cumplir al pie de la letra, su vida se puede ver considerablemente reducida si se presentan condiciones que se podrían controlar con acciones sencillas pero que para poderlas implementar es necesario que quienes tienen la responsabilidad del mantenimiento y de la operación de las máquinas estén dispuestos a llevarlas a cabo y a mantenerlas en el tiempo.

Los factores que reducen considerablemente la vida de servicio ó de diseño de los mecanismos de una máquina son la inestabilidad de la película lubricante con los cambios de la temperatura de operación, la presencia de partículas sólidas en el aceite por encima de los niveles de limpieza máximos permisibles y las altas temperaturas de operación.

La inestabilidad de la película lubricante se debe a que la viscosidad del aceite es muy susceptible a cambiar con la temperatura de operación de tal manera que si ésta aumenta la viscosidad disminuye considerablemente propiciando el desgaste adhesivo y si disminuye la viscosidad aumenta dando lugar a un incremento bastante representativo en el desgaste erosivo de los mecanismos lubricados. En este caso la clave es utilizar aceites con altos Indices de Viscosidad (IV) ó sea mayores de 90. Aceites con IV de 150 ó más reducen considerablemente el desgaste adhesivo y erosivo por menos variación de la viscosidad del aceite con los cambios en la temperatura de operación. Lo ideal sería utilizar un aceite cuya viscosidad no cambiara con la temperatura, en cuyo caso el espesor de la película lubricante permanecería constante y por lo tanto no se tendrían problemas de desgaste adhesivo y erosivo, pero por ahora estos aceites no existen y es necesario emplear los que tengan un IV lo más alto posible.

La presencia de partículas sólidas en el aceite puede ser el resultado de procesos de manipulación y almacenamiento del aceite inadecuados, utilización de recipientes sucios para su aplicación a las máquinas ó del mismo desgaste adhesivo ó erosivo de los mecanismos lubricados; también es necesario tener en cuenta que ningún aceite, aun cuando sea nuevo es completamente limpio, entendiéndose esto, como la nula presencia de partículas en el aceite, de ahí que se halla establecido un contenido máximo tolerable de partículas en el aceite, el cual el fabricante lo ha tenido en cuenta cuando calculó la vida esperada del mecanismo; si se trabaja con un aceite con un contenido de partículas por encima del valor especificado su vida se reduce considerablemente como resultado del exceso de desgaste erosivo y abrasivo, por lo tanto el objetivo en este caso es mantener el aceite dentro del código ISO de limpieza especificado pro la Norma ISO 4406, la cual especifica para cada mecanismo la cantidad máxima permisible de partículas mayores ó iguales a 2 , 5 y 15 micras presentes en una muestra de 100 cc del aceite que lubrica los mecanismos.

Las altas temperaturas de operación reducen la capacidad de carga de los mecanismos lubricados, en una proporción que por cada 25°C por encima de los 50°C dicha capacidad se reduce en un 10% aproximadamente. Las altas temperaturas de operación en las máquinas se presentan por lo regular cuando la cantidad de calor generado por fricción es mayor que la que puede disipar el área de la carcasa; en un menor número de casos, las altas temperaturas de operación se deben al calor radiante cuando el equipo rotativo funciona junto a fuentes de calor. En situaciones de este tipo, como ya se dijo anteriormente en el caso del aceite, se debe verificar si es factible reducir la cantidad de calor generado por fricción y luego analizar la posibilidad de montarle a la máquina un sistema de enfriamiento de aceite, que permita mantener la temperatura de los mecanismos lubricados máximo en los 50°C.

Si se tiene como objetivos reducir el consumo de aceite en las máquinas y lograr un incremento significativo en la vida de servicio de los mecanismos que las componen, es necesario tener siempre presente los siguientes aspectos:

Incremento de la vida del aceite

* Temperaturas de operación máximo hasta los 50°C.
* Aceite con contenidos de agua por debajo de 0,2% vol (ASTM D95).
* Contenido de partículas de hierro y de cobre en el aceite por debajo de 5 ppm.

Incremento de la vida de las máquinas

* Temperaturas de operación máximo hasta los 50°C.
* Indice de Viscosidad del aceite mínimo de 90.
* Código ISO 4406 de limpieza del aceite mínimo 17/15/13.

INQUIETUDES DE NUESTROS SUSCRIPTORES

Los 40 equipos rotativos ( motor eléctrico y bomba centrífuga ) de una planta nueva de Alquilación que va a entrar próximamente en operación en nuestra Refinería, los vamos a lubricar con un sistema de lubricación por niebla de aceite, la tubería del cabezal principal y de los ramales por donde va a circular la niebla de aceite hasta los rodamientos de los equipos rotativos, según recomendaciones del fabricante del equipo de niebla puede ser en acero carbón. Nos gustaría saber si este material si es el más adecuado para esta aplicación ó hay otro que nos de un mejor desempeño.

Refinería de Ecopetrol, Barrancabermeja-Colombia

Desde el punto de vista del costo, la tubería y los accesorios en material de acero carbón serían los más indicados para el sistema de niebla de aceite dada la cantidad de equipos rotativos que se van a lubricar; el problema de utilizar este material es que mientras el sistema por niebla este operando no hay ningún inconveniente pero cuando salga de servicio debido a una inspección de planta, la cual puede durar como mínimo 20 días, la humedad del ambiente dará lugar a la formación de herrumbre en el interior de la tubería , la cual será arrastrada por la corriente de aire y aceite cuando el sistema de niebla de aceite se ponga nuevamente en operación, dando lugar al taponamiento de los orificios de las boquillas de atomización de aceite y por lo tanto a la falla inminente de todos los equipos rotativos de la planta. Otra alternativa podría ser utilizar tubería y accesorios en material galvanizado, pero se pueden presentar inconvenientes de tipo técnico con el aceite, ya que el zinc de la tubería y de los accesorios puede reaccionar con los aditivos anti-desgaste del aceite que son a base de Ditiosfosfato de Zinc inhibiendo su efecto y dando lugar al contacto metal-metal entre las superficies de los elementos rodantes de los rodamientos en el momento de la puesta en marcha. Con el fin de evitar los anteriores problemas, la tubería y los accesorios deben ser de acero inoxidable, el cual garantiza que en ningún momento se va a formar herrumbre por acción de la humedad, aun cuando la planta de Alquilación permanezca fuera de servicio durante largos períodos de tiempo.

En nuestra planta de ácido sulfúrico para el procesamiento del cobre, contamos con un sistema de transferencia de calor en el cual se está utilizando un aceite térmico de base mineral con un punto de inflamación de 220°C; hace algunos días el empaque de una de las bridas de la tubería de circulación de aceite térmico falló y el aceite al estar en contacto con el aire se inflamó causando un pequeño incendio que por fortuna lo pudimos controlar y apagar a tiempo. Nos gustaría saber si podemos tener una mayor confiabilidad del sistema si utilizamos un aceite sintético del tipo térmico que tenga un punto de inflamación mayor.

Minera los Pelambres, Antofagasta-Chile

Los aceites parafínicos para transferencia de calor son buenos aceites para este servicio y pueden permanecer trabajando durante largos períodos de tiempo (como mínimo 5 años) sin mayores inconvenientes; este como cualquier otro aceite que este en contacto con el oxigeno del aire a temperaturas cercanas a su punto de inflamación, puede llegar a quemarse debido a la volatilización de las moléculas mas livianas que tienen tendencia a hacer combustión, de ahí la necesidad de que los sistemas de circulación de aceites térmicos en los puntos de máxima temperatura sean completamente herméticos. Como en cualquier momento se puede presentar una fuga de aceite caliente a través del empaque defectuoso de una brida y si no es posible garantizar la confiabilidad de las mismas, una buena alternativa para evitar incendios que pueden conducir a daños catastróficos en equipos rotativos y estáticos u ocasionar quemaduras al personal de mantenimiento ó de operaciones, podría ser la de utilizar aceites sintéticos de transferencia de calor con puntos de inflamación más altos que los de los derivados del petróleo. En el mercado hay un buen número de marcas de aceites sintéticos que les podrían servir para la aplicación que ustedes tienen.