Jesús Terradillos, Manuel Bilbao, José Ignacio Ciria, Adolfo Málaga

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1 Análisis del aceite como herramienta de mejora del comportamiento de las multiplicadoras de aerogeneradores. Principales problemas detectados a través del lubricante (Parte II) Jesús Terradillos, Manuel Bilbao, José Ignacio Ciria, Adolfo Málaga

2 En este documento se desarrollan los otros dos principales problemas presentes en los aerogeneradores asociados con el mantenimiento de estos componentes a través del análisis del aceite: Espuma, aire retenido y la estimación adecuada de la vida remanente del aceite. 1. ESPUMA Y AIRE RETENIDO EN EL ACEITE La formación de espuma y la retención de aire en el aceite son dos procesos totalmente indeseables en multiplicadoras. Deben ser controlados y reducidos lo máximo posible para conseguir un funcionamiento óptimo del sistema. Figura 1. Presencia de espuma en engranajes Hay muchas causas que provocan que exista un nivel inaceptable de espuma en multiplicadoras. Unas son debidas al estado del aceite y otras debido a la naturaleza mecánica. Un problema mecánico puede estar asociado con una excesiva agitación o con un bajo nivel de aceite. Sí la espuma desaparece rápidamente cuando se para la máquina 1

3 debemos pensar que existe un problema mecánico o se ha producido el agotamiento del aditivo antiespumante. De acuerdo con Jim Fitch en el artículo Using oil analysis to monitor the depletion of defoamant additives los problemas con la espuma los podemos clasificar: Separación de aire (ASTMD3427) Estabilidad de espuma (ASTMD892) Problema mecánico Igual al aceite Igual al aceite Problema de aire atrapado Incremento del aceite (el aceite no libera el aire) Igual al aceite Aditivo agotado o inefectivo Incremento del aceite Incremento del aceite Tabla 1. Problemas relacionados con la espuma Para eliminar la espuma se deben tener en cuenta los siguientes factores: - Método de llenado El llenado de los depósitos es crucial, es recomendable añadir el aceite con una manguera metida en el depósito para evitar introducir aire. Cuando se llena un depósito, el aire puede quedar atrapado en las zonas muertas por lo que se debe hacer una purga. El procedimiento adecuado es vaciar el tanque con una bomba de vacío y mantener el vacío mientras se llena el tanque. - Programas de mantenimiento preventivo-proactivo Las tareas de mantenimiento preventivo recomendadas son, revisar empaquetaduras, juntas, inspecciones visuales, nivel de aceite y revisión de filtros. El mantenimiento proactivo es una buena herramienta para eliminar la espuma a través de: a) Control de limpieza b) Eliminar humedad c) Filtrar bien los aceites d) Retirar los contaminantes lo antes posible 2

4 Si a pesar de realizar unas buenas prácticas de mantenimiento, persiste la espuma se debe localizar la entrada de aire y eliminarla. - Diseño de los tanques El diseño suele ser el factor que más contribuye a la espumación de los aceites, entre los principales problemas cabe resaltar: a) La línea de retorno está por encima del nivel de aceite b) El tanque es pequeño El tanque debe tener una capacidad entre 5 y 10 veces el caudal de la bomba ó en sistemas lubricados por salpique se recomienda 0,4 l/kw c) El nivel de aceite en el tanque está bajo d) Las partes móviles introducen aire al sistema - Selección del lubricante Hay grandes diferencias en el comportamiento entre unos aceites y otros. Algunos pueden acumular grandes cantidades de aire retenido pero lo liberan rápidamente, mientras otros permiten el ingreso de pequeñas cantidades pero lo liberan muy lentamente. El aceite ideal deberá ser altamente resistente a la entrada de aire y no deberá retener las burbujas después de que se formen. Los aceites que mejor obedecen a este modelo son los fluidos sintéticos y los aceites hidrofraccionados. Los niveles de espuma máximos aceptables para un aceite usado, según método ASTM-D 892, no deben ser superiores a: Temperatura Formación (5 soplado) Estabilidad (10 reposo) 24ºC ,5ºC ºC Tabla 2. Niveles de espuma máximos aceptables para un aceite usado (ASTM-D 892) El contenido en aire retenido no debe ser superior a 25% con respecto al aceite según ASTM- D

5 2. VIDA REMANENTE Uno de los principales problemas que se presenta en los aceites de multiplicadoras es tener criterios técnicos para establecer cuando hay que cambiar el aceite por degradación. Mediante ensayos de laboratorio se puede determinar cuando el aceite está empezando a degradarse mediante el índice de acidez, que se mide según ASTM-D 664, viscosidad cinemática (ASTM-D 445) etc. Los criterios de cambio de aceite son cuando el índice de acidez del aceite alcanza un valor de uno sobre el valor del aceite. Este es un método predictivo y nos da una información muy valiosa. Otra posibilidad es la obtención de la vida remanente del aceite a través del control de los aditivos antioxidantes. Esto se puede conseguir con la ayuda de la técnica de Voltamperometría, la cual proporciona un valor de la vida remanente en pocos minutos. Figura 2. Determinación de la vida remanente de un lubricante Esta es una técnica totalmente proactiva y se utiliza para controlar los aceites lubricantes de nueva generación en servicio. El instrumento RULER determina cuantitativamente la vida útil remanente del lubricante midiendo la concentración remanente de los antioxidantes. La velocidad de desgaste de los antioxidantes en el transcurso del tiempo puede ser monitoreada y utilizada para predecir los intervalos apropiados de cambio de aceite además de determinar operaciones anormales del equipo antes de que la máquina se estropee. El valor límite establecido para aceites de multiplicaras es el 25% del valor inicial. 4

6 Equipment: T199 Usage: 3000 Hrs. Date: 12/11/2003 Test: Green 400µl Standard: MULTIPLICADORA I Standard Valleys Sample Sample Valleys Ruler Number Seconds Figura 3. Voltamperograma de un aceite en servicio de multiplicadora ACEITE PAG NUEVO 3000 Horas Ensayo laboratorio. Viscosidad a 40ºC (cst) Viscosidad a 100ºC (cst) TAN (mgkoh/g) Vida remanente-ruler (%) Tabla 3. Resultados de un PAG envejecido en laboratorio durante 3000 horas 3. PROGRAMA ANALÍTICO Y VALORES TÍPICOS DE LOS ACEITES DE MULTIPLICADORAS Parámetro Rutina Valor normal Valor vigilar Valor peligro Viscosidad a 40ºC Normal Aceite +/-10% +/-15% Viscosidad a 100ºC Normal Aceite +/-10% +/-15% Índice de acidez Normal Aceite Índice de viscosidad Normal Aceite 0.2 aumento con respecto al aceite +/-10 respecto 1 respecto al aceite +/- 15 respecto aceite aceite Agua (ASTMD6304) Normal <50 ppm 200 ppm 400 ppm Nitración (FTIR) Normal <1 abs/cm <5 abs/cm <10 abs/cm Oxidación(FTIR) Normal <1 abs/cm <5 abs/cm <10 abs/cm Contaje de partículas Normal 17/15/12 19/17/14 20/18/15 PQI Normal >80 Silicio (ASTMD5185) Normal <10 ppm <20 ppm >20 ppm Hierro (ASTMD5185) Normal <40 ppm <60 ppm >60 ppm Cobre (ASTMD5185) Normal <10 ppm <20 ppm >20 ppm Cromo (ASTMD5185) Normal <10 ppm <20 ppm >20 ppm Plomo(ASTMD5185) Normal <10 ppm <20 ppm >20 ppm 5

7 Estaño(ASTMD5185) Normal <10 ppm <20 ppm >20 ppm Aluminio(ASTMD5185) Normal <10 ppm <20 ppm >20 ppm Niquel (ASTMD5185) Normal <10 ppm <20 ppm >20 ppm Metales aditivación >50% valor Normal (ASTMD5185) inicial <50% <40% Espuma Excepcional 75/10 75/10 75/10 100/10 200/20 100/10 >100/10 >200/20 >100/10 Aire retenido Excepcional <15 min. +20% aceite +25% aceite Vida remanente (RULER) Excepcional >50% aceite >25%%aceite <25%%aceite Lasernet Fines Recomendable No partículas Moderado Alto Ferrografía analítica Excepcional No partículas Tabla 4. Programa de mantenimiento predictivo-proactivo a través del análisis del aceite y valores límite recomendados 4. CONCLUSIONES - La selección del lubricante adecuado permite alargar la vida útil de los componentes de la máquina, así como la del aceite propiamente dicho. Por todo ello se debe tener mucho cuidado con la selección del lubricante y esta debe ser una elección consensuada con el fabricante del equipo, con el de los componentes, filtros y del lubricante. - Los principales problemas producidos en el lubricante (micropitting, espumación/eliminación de aire, degradación del lubricante) pueden ser controlados a través del análisis del aceite, ya que es una de las mejores herramientas predictivas/proactivas para conseguir un rendimiento óptimo del aerogenerador. - Mediante el estudio de las partículas presentes en el aceite se puede determinar el grado de severidad del desgaste generado en el aerogenerador. Un buen programa de rutina analítica debe incluir además de la caracterización físico-química el análisis de los contaminantes, el contenido en metales y el estudio de las partículas para obtener un rendimiento óptimo del programa de análisis de aceite. - La frecuencia analítica recomendada es de 6 meses. Es muy importante mantener esta periodicidad para poder establecer criterios claros de mantenimiento predictivo. - La correcta selección de los puntos de toma de muestras es un factor crítico a la hora de estudiar la tendencia de los resultados y el análisis de las partículas en el aceite. También es muy importante que el personal de mantenimiento este entrenado para realizar inspecciones in situ cada vez que realizan las tomas de muestras. 6

8 - Como conclusión final, y con el fin de reducir los problemas en las multiplicadoras, se debe conseguir maximizar la película de lubricante, reducir la rugosidad superficial de los engranajes, mantener una máxima limpieza del aceite, eliminación de contaminantes, control de la temperatura y optimización de las propiedades del lubricante. 7