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Operación interrumpida a cualquier temperatura

18. Marzo 2015

Operación interrumpida a cualquier temperatura

Las turbinas eólicas funcionan en todos los climas del mundo y, con frecuencia, en condiciones desfavorables. Las temperaturas extremas y las fluctuaciones de temperatura constituyen un desafío para los componentes y…

Se pueden evitar muchos problemas usando un lubricante adecuado para el punto de fricción y las condiciones de funcionamiento. Únicamente los lubricantes especialmente diseñados para funcionar a bajas temperaturas tendrán un desempeño confiable en estas condiciones. Estos lubricantes especiales también garantizan el funcionamiento confiable de las turbinas eólicas con temperaturas ambiente elevadas y en un amplio rango de temperaturas; los veranos pueden ser cálidos incluso en los países nórdicos.

Arranque seguro de los engranajes en frío

Mientras que, en su mayoría, las cajas de engranajes industriales se ven sometidas a temperaturas ambiente constantes, las turbinas eólicas se encuentran al aire libre y sometidas a las temperaturas de todas las estaciones. Estas condiciones hacen que resulte indispensable contar con aceites para engranajes de alto rendimiento a base de materias primas cuidadosamente seleccionadas y aditivos aptos para las necesidades de las combinaciones específicas de los materiales y las cargas.
Las tecnologías de aditivos modernos en aceites para engranajes garantizan la protección confiable de los engranajes contra el daño en los dientes y los cojinetes, incluso cuando el aceite se encuentra a una temperatura baja.
Los aceites para engranajes de Klüber Lubrication, el experto en tribología, tienen un enfoque holístico y no solo se tienen en cuenta los componentes del lubricante y del engranaje, sino que también se centra la atención en el asesoramiento competente y los métodos de prueba adecuados.

Protección para engranajes también a bajas temperaturas (40 °C y 60 °C)

 

Los aceites para engranajes de alta calidad con tecnología de aditivos modernos cumplen con todos los requisitos de prueba de FZG, incluso a temperatura baja.

A medida que cambia la temperatura, la viscosidad del aceite cambia, pero no de manera lineal. El aceite se diluye más a medida que aumenta la temperatura y se vuelve más viscoso cuando la temperatura es menor.
El índice de viscosidad (IV) describe el comportamiento de la viscosidad del aceite en relación con la temperatura. Cuanto mayor es el índice de viscosidad, menor es el cambio de viscosidad del aceite con la fluctuación de las temperaturas.
Los operadores de las estaciones de energía eólica deben usar exclusivamente aceites sintéticos para engranajes con un elevado índice de viscosidad (IV) para garantizar que la capacidad de transportar carga del aceite sea suficiente durante los arranques en frío y para cubrir un amplio rango de temperaturas. El índice de viscosidad depende, entre otros factores, del aceite base que se utilice; con frecuencia, se utilizan mejoradores del índice de viscosidad para aumentar el índice de viscosidad del aceite base.  


Comportamiento de la viscosidad y de la temperatura de los aceites

 

La viscosidad de Klübersynth GEM 4-320 N es considerablemente más constante que la de los aceites minerales en condiciones de operación variables.
Sin embargo, los mejoradores del índice de viscosidad de los aceites para engranajes también tienen desventajas. Los polímeros que se usan con frecuencia en estos aceites se deterioran con el paso del tiempo y provocan la pérdida de viscosidad y una menor capacidad de transporte de carga. En el mercado existen productos que cubren una amplia gama de temperaturas sin mejoradores de IV como, por ejemplo, Klübersynth GEM 4-320 N, un aceite para engranajes a base de polialfaolefina.
Durante el arranque de las turbinas eólicas a baja temperatura, los aceites para engranaje se suelen calentar para contrarrestar la elevada viscosidad y garantizar una lubricación segura, lo que impide el daño y permite obtener la viscosidad máxima permisible para los componentes que se deben lubricar.
Después del calentamiento, los aceites para engranaje deben demostrar un rendimiento continuamente elevado hasta que se alcanza la viscosidad necesaria para el uso.
Se debe evitar calentar de manera excesiva el aceite y el daño consiguiente. Los elementos calefactores se deben aplicar sobre una superficie más amplia en lugar de hacerlo únicamente en unos pocos puntos y el rendimiento térmico máximo debe ser de 0,8-1,5 W/cm². La circulación adicional puede prevenir el daño del aceite para engranajes. Los aceites para engranajes no deben mostrar un daño químico irreversible después de un almacenamiento prolongado y a bajas temperaturas; por ejemplo, en depósitos sin calefaccionamiento o durante el transporte.
Un requisito importante en el desarrollo del producto Klübersynth GEM 4-320N era la baja formación de residuos y la buena capacidad de filtración. Para su formulación, no se utilizaron los aditivos metálicos tradicionales, como el zinc, el molibdeno y el magnesio, y el aceite presenta una elevada estabilidad al cizallamiento para asegurarse de satisfacer los requisitos anteriores Los ensayos exhaustivos que se realizaron y el filtro de aceite que utilizaron los fabricantes demostraron que las instalaciones de filtración no resultan dañadas, incluso con bajas temperaturas y elevada viscosidad del aceite.

Menor temperatura de servicio de las grasas para cojinetes

Las características de una grasa lubricante, como su consistencia, viscosidad de cizallamiento o viscosidad del aceite base, cambian según las cargas mecánico-dinámicas y las temperaturas. Estos cambios pueden afectar el funcionamiento de los cojinetes de las turbinas eólicas. Con frecuencia, se las hace funcionar a muy bajas temperaturas y pueden encontrarse incluso por debajo del punto de fluidez del aceite base.
Mientras que el generador y los cojinetes principales se calientan internamente durante el funcionamiento a medida que se genera calor en la góndola, los cojinetes de cabeceo están sometidos a las temperaturas más bajas, prácticamente iguales a la temperatura ambiente.   Las temperaturas de uso de las grasas lubricantes son valores orientativos que dependen de la composición del lubricante y del método de aplicación. Entonces, ¿qué ocurre si la temperatura cae por debajo de la temperatura de uso de una grasa? La grasa se endurece. Sin embargo, todavía debería estar suave y ser adhesiva, lo que garantiza que la grasa no resultará desplazada y mantendrá un buen efecto lubricante en la zona de contacto tribológico.  
La temperatura de uso inferior es la menor temperatura a la cual el producto superó el ensayo de presión de fluencia o el ensayo de torque a baja temperatura (IP 186). Esto no significa necesariamente que el efecto lubricante del producto a bajas temperaturas sea bueno. El ensayo de presión de fluencia y el de torque a baja temperatura solo ofrecen indicios de las características de la grasa a baja temperatura. Con ensayos adecuados de componentes a baja temperatura  (p. ej., SNR-FEB 2), se puede obtener más información sobre las características de una grasa a baja temperatura.

 

Resultados obtenidos en el ensayo de grasa para rodamientos SNR-FEB 2

El comportamiento antidesgaste de las grasas lubricantes sobre los rodamientos sometidos a un pequeño movimiento de rodadura oscilante y deslizamiento se determina en el banco de ensayo para grasas de rodamientos SNR FEB 2. Como el patrón de desgaste de esta prueba es similar a la entalladura que se obtiene en el ensayo de dureza Brinell, el ensayo SNR FEB 2 también recibe el nombre de «Falso Brinell». En el ensayo, que dura 5 ó 50 horas, se aplica una carga axial de 8000 N, que corresponde a una presión hertziana de 2100 N/mm2, con una frecuencia de 24 Hz y un ángulo de oscilación de ± 3°.   La temperatura de la arandela del eje inferior es de -20 °C o de temperatura ambiente.
El producto Klüberplex BEM 41-141 se probó a temperatura ambiente y se detectó un desgaste inferior a 5 mg; después se probó a -20 °C y el desgaste fue inferior a 20 mg. Ambos valores son excelentes y muchos otros lubricantes del mercado no logran alcanzarlos.

Función de los aditivos

Las grasas lubricantes para los rodamientos de las turbinas eólicas se deben equipar con un paquete de aditivos apto para las condiciones de operación especiales. Las temperaturas ambiente elevadas no son esenciales para ofrecer la energía química necesaria para la reacción de los aditivos. La presión hertziana hace que la temperatura del lubricante en el espacio de lubricación se incremente rápidamente hasta alcanzar la temperatura necesaria para la reacción del aditivo. La función de los aditivos antidesgaste y de presión extrema es proteger de manera confiable contra el desgaste, incluso a muy baja temperatura ambiente. El criterio decisivo para el desarrollo exitoso de una grasa de baja temperatura es el efecto lubricante de la grasa en su conjunto, más que únicamente las características a baja temperatura de los componentes individuales de la grasa. Klüberplex BEM 41-141 es una grasa lubricante especial apta para las condiciones de funcionamiento de los rodamientos de las turbinas eólicas.

Bombeo de lubricantes a baja temperatura: sistemas de lubricación

Los sistemas de lubricación deben bombear la grasa de manera confiable hacia los puntos de lubricación, dentro del rango de temperatura. Para asegurarse de que la grasa se bombee incluso a su temperatura de uso más baja, puede resultar útil modificar el sistema de lubricación; por ejemplo, agrandar el diámetro de los tubos o calentar el sistema han demostrado ser prácticas efectivas.   La contrapresión total del sistema de lubricación (provocada, por ejemplo, por bloques distribuidores o por la fricción de los caños) no debe superar la presión de impulsión máxima permisible del sistema.

Sistemas de lubricación centrales

La mayoría de los mecanismos de aro y piñón de los rodamientos de guiñada y cabeceo aún se lubrican a mano. Para mantener el tiempo de inactividad en su nivel mínimo, se debe reducir el mantenimiento. Los sistemas de lubricación central se usan cada vez más para la relubricación de estos engranajes abiertos. Los lubricantes necesariamente adhesivos, que son muy viscosos, se deben poder bombear a temperaturas de funcionamiento muy bajas.

Reducir el inventario al mínimo

Tradicionalmente, los operadores de las turbinas implementan medidas considerables de logística y mantenimiento del inventario para satisfacer las necesidades de muchos puntos de fricción diferentes y sus distintas condiciones de operación. El riesgo de confundir diferentes tipos de lubricantes también era muy elevado.
Los expertos en tribología de Klüber Lubrication desarrollaron Klüberplex BEM 41-141 para todos los rodamientos pertinentes, y Klübersynth AG 14-61 para engranajes abiertos y para todo el rango de temperaturas. Al combinarlo con el aceite para engranajes de alto rendimiento Klübersynth GEM 4-320 N, los operadores pueden mejorar la confiabilidad operativa de las cajas de engranajes de las turbinas eólicas en todos los climas, reducir el tiempo de inactividad e incrementar la efectividad de sus plantas, y al mismo tiempo, logran reducir los costos de inventario porque necesitan tan solo tres lubricantes para cubrir las principales aplicaciones.