Ensayos y Experiencias - Evaluación General

Caracterización - Performance y Aplicaciones Productos Patriot Power - MPC “Corporación Productos Muscle” MT-10™ Tratamiento del Metal y PL-10™ Grasa Elvevadora de Potencia.

Objetivos

Se dispone a la fecha de una amplia serie de documentos y referencias, sobre desarrollos de carácter teórico y empíricos, con la participación de diversos especialistas y laboratorios, tanto nacionales como internacionales, sobre el comportamiento del producto MT-10™ Tratamiento del Metal, producido por Patriot Technologies International Corp. U.S.A., y distribución en el Mercosur a cargo de la firma Dino Pezzetta, con casa matriz en la ciudad de Rosario - Santa Fe (Argentina).

Dado el amplio espectro de estudios y ensayos realizados, con diferentes alcances y entidad, el presente informe tiene el alcance de una compilación, presentar una síntesis y visualizar los campos de aplicación, focalizando la atención en esta instancia en las Centrales Hidroeléctricas. Cabe puntualizar la diversidad y complejidad de los sistemas mecánicos que forman parte de estos tipos de centrales de generación eléctrica.

Consideraciones generales sobre aditivos lubricantes

Para mejorar ciertas propiedades de los lubricantes, se emplean los denominados aditivos. Entre estos se dispone de aquellos relacionados con una acción vinculada a la capacidad de carga, en lo relativo a anti-desgaste y de extrema presión.

Composición Productos Patriot Power - MPC - Aditivos de Lubricantes para el Tratamiento de Metales

El producto MT-10™ es básicamente un hidrocarburo halogenado, con compuestos de azufre, fósforo, aluminio, calcio y zinc (ver Comparación de MT-10™ con Aditivos Lubricantes “Puros” y Preparados). No contiene lubricantes sólidos. Se corresponde a una nueva generación de aditivos, tomando como referencia los denominados de primera y segunda generación. Cabe destacar que por su dinámica de acción, y en correspondencia a la denominación por parte del fabricante, al producto MT-10™, si bien se lo adiciona al lubricante, está categorizado como un elemento cuyo objetivo básico es el tratamiento de los metales constituyentes de las superficies entre las cuales hay un movimiento - deslizamiento relativo.

Como referencia cabe destacar que los denominados aditivos de primera generación, catalogados de extrema presión, la acción es química, con la formación de sales de azufre o fósforo, que limitan las soldaduras entre crestas en contacto de las superficies de los elementos con deslizamiento relativo. Los de segunda generación contienen elementos sólidos como disulfuro de molibdeno, teflón, y otros. Estos sólidos forman capas con un bajo coeficiente de fricción.

Acción Físico Química

El producto MT-10™ da lugar a una acción múltiple, con gradualidad en el tiempo. Como disparador de la acción del producto, debe haber un "flash" (pico) de aumento de temperatura, ocasionando la descomposición térmica del mismo. El aumento de temperatura se produce por la interferencia (choques) entre crestas de las rugosidades superficiales. Surge una capa lubricante químicamente absorbida por la superficie, consistente en haluros de hierro, proporcionando una película de corte fácil, reduciendo por ende el coeficiente de fricción, y las posibilidades de adhesión entre las superficies con deslizamiento relativo. Si bien la superficie ahora tratada está en mejores condiciones para soportar mayores cargas, su límite está dado por la temperatura de fusión de la interfase lubricante. En esas condiciones el contacto entre crestas, con mínimas posibilidades de "soldadura" se aplanan. Se está en presencia de una pseudo laminación de las asperezas de la rugosidad superficial, sin erosión. En otros términos, se generan microflujos de material dada la plastificación de crestas que se transforman en mesetas. Los microflujos de material en zonas de muy alta presión y elevación de temperatura por fricción, atrapan al producto de adición, dando lugar a un tratamiento térmico localizado que provoca un endurecimiento de las superficies.

Complementariamente se provoca una redistribución de las cargas eléctricas superficiales, generando un rechazo por igualdad de signos de cargas eléctricas inducidas en las superficies. Esta situación mejora la lubricación en las zonas de lubricación límite. Lo planteado implican acciones que propenden al sistema hacia una lubricación de carácter hidrodinámica. Un detalle de la acción físico química del producto MT-10™ Tratamiento de metales se encuentra en el informe de resultados de ensayos presentado por George Fennell.

Una cuestión de sumo interés es el comportamiento a la corrosión del material de los cojinetes. Como se ha indicado, las sustancias halogenadas facilitan la vinculación del lubricante a las superficies. Para evitar el ataque a estas por la formación de sales, el tratamiento de metales dispone de un agente químico, que forma una sustancia del tipo órgano-metálica que evita el ataque al material lubricado, actuando como un inhibidor de corrosión. Mediante pruebas queda demostrado que no hay propensión a la corrosión sobre metal Babbit. Tal lo indicado en un estudio realizado en la Universidad Nacional del Comahue (ver Evaluación del Comportameinto de Cojinetes Axiales de Zapatas Oscilantes con Aditivo Patriot Power en el Lubricante Normal), la presencia del producto MT-10™ en una dosificación del 10% en un Aceite Turbina ISO VG 68, no alteró la viscocidad cinemática (norma ASTM D445-94), la Titulación Potenciométrica (T.A.N. ASTM D664-89), y el Indice Inhibidor de Corrosión (ASTM D2668).

Por la acción múltiple y compleja señalada precedentemente, el empleo del producto MT-10™ puede traer aparejado una serie de mejoras definidas por:

• Reducción de la fricción entre superficies.
• Mejora del rendimiento del equipo.
• Mejora del comportamiento dinámico del equipo.
• Reducción de las temperaturas de trabajo.
• Aumento de la vida útil de las piezas del equipo.
• Aumento de la vida útil del lubricante.
• Disminución del costo de mantenimiento.

Antecedentes de Uso

Pruebas de campo realizadas en los Estados Unidos, en vagones de ferrocarril, en cojinetes de metal Babbit, con lubricante con el producto MT-10™, permitió virtualmente eliminar las fallas1. Cabe acotar que en dichos equipos se comenzó a utilizar el MT-10™, dadas las fallas periódicas que evidenciaba dicho metal empleados en vagones de ferrocarril. Tal lo expuesto en el citado documento, los cojinetes están diseñados para operar en condiciones nominales, en el denominado régimen de película gruesa. En este régimen donde no hay rozamiento sólido (no hay contacto entre superficies de deslizamiento), los parámetros condicionantes son la viscocidad del lubricante, la velocidad tangencial y la presión media actuante en el sistema muñón - cojinete. Atento a lo expuesto si con la adición del producto MT-10™, desaparecieron las fallas, la acción "positiva" se corresponden con total certidumbre para los arranques y paradas del vagón, o eventuales sobrecargas, para los cuales el cojinete no opera bajo condiciones hidrodinámicas adecuadas al no interponerse una película de aceite de suficiente espesor con el fin de evitar el contacto de las crestas producto de las rugosidades superficiales, pasando a funcionar en lo que se denomina un estado de lubricación límite o semifluida. En este caso si se produce normalmente un desgaste - fallas, que fueron evitadas con la adición del producto señalado.

Posibles Aplicaciones de MT-10™y PL-10 en Centrales Hidroeléctricas

Cojinetes de Guia - Turbina y Generador

En condiciones nominales de operación, con un adecuado balanceo mecánico, hidráulico y electromagnético, los cojinetes operan en el régimen de película gruesa. No obstante durante los arranques y paradas, el eje en su "whirl" (desplazamiento del eje geométrico del eje físico alrededor del eje teórico de giro o eje del cojinete) provoca intensos contactos metal - metal, con el consiguiente desgaste, en virtud en que no se dispone generalmente para estas situaciones límites de una lubricación hidroestática. En estas condiciones el producto MT-10™ puede aumentar la vida útil de los componentes con su función antidesgaste.

Corresponde referenciar sobre el particular, la experiencia de la empresa Río Negro Generación Hidráulica S.A. (ver Informe Técnico - RIO NEGRO GENERACION HIDRAULICA S.A.), sobre el uso del producto MT-10™ en el cojinete de guía inferior de una turbina ANSALDO de 3.2 MWh, donde se obtuvo una sensible reducción de la temperatura de funcionamiento y del desgaste con el consiguiente aumento de la vida útil del equipo.

Cojinetes de Empuje de Zapatas Oscilantes

La mayoría de los diseños de grandes turbinas tienen un diseño adecuado, confiable y conservador . En el estudio efectuado en el Departamento de Mecánica Aplicada de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional del Comahue (ver Evaluación del Comportameinto de Cojinetes Axiales de Zapatas Oscilantes con Aditivo Patriot Power en el Lubricante Normal), dado el conocimiento cada vez más amplio y profundo que se tiene de este tipo de cojinetes, con el grado de supervisión que se tiene de los distintos parámetros operativos, dada la instrumentación disponible, resulta racional y conveniente evaluar alternativas funcionales que impliquen reducir las pérdidas por rozamiento fluido. En este desafío técnico, la presencia de un producto como el MT-10™, a la luz de su acción, puede brindar seguridades en el marco de nuevas opciones funcionales, y que trae aparejado un mayor rendimiento mecánico del sistema, al reducirse las pérdidas por fricción. Este planteo está detallado y fundamentado en el informe señalado precedentemente (ver Informe Técnico - RIO NEGRO GENERACION HIDRAULICA S.A.).

Lógicamente para cojinetes que operan sin inyección hidroestática en los arranques y paradas, el uso de este tipo productos cobra aun mayor entidad. En tal sentido como antecedente de aplicación del producto MT-10™, se tienen las turbinas Francis de la Central Hidroeléctrica Futaleufú. La mencionada aplicación tiene por objeto reducir el desgaste del metal antifricción de los patines de empuje.

Sistema de Accionamiento de los Alabes del Rodete

Las palas de los rodetes Kaplan, son comandadas por un complejo y robusto sistema de palancas, siendo el sistema de potencia del tipo hidráulico. El aceite de dicho sistema, generalmente lubrica todos los bujes, incluídos, los radiales y axiales que soportan los muñones de los álabes. Se tiene además deslizamientos relativos en el cilindro móvil o fijo, bujes de biela y otros. Los movimientos son de baja velocidad, con elevadas cargas específicas, por lo que se presenta un estado típico de lubricación límite. En esta situación pueden aparecer agarrotamientos temporarios, que trae aparejado el denominado fenómeno de "sleep-stick"; es decir después de un pseudo reposo del sistema, ante el accionamiento, se debe generar un sobre-torque para lograr el movimiento de las palas para su ajuste de sincronismo para las distintas cargas. Esta situación puede traer aparejado el desgaste prematuro de bujes, eventuales daños en los muñones, y otros. El desgaste de los bujes, generalmente de bronce, va en desmedro del adecuado ajuste inicial, muñón buje, implicando alteraciones en el comportamiento de los sellos, que puede trae aparejado un aumento en el ingreso de agua al circuito hidráulico del sistema, con el consiguiente perjuicio que conlleva. Un agarrotamiento puede comprometer el sincronismo entre álabes del rodete y del distribuidor.

A la luz de los antecedentes que obran en nuestro poder, entendemos que para la lubricación de los bujes de los muñones de los álabes del rodete, la acción del producto MT-10™ puede ser muy beneficiosa, para aumentar la vida útil de los componentes del sistema de accionamiento mecánico de los álabes del rodete, reduciendo sensiblemente las probabilidaades de agarrotamientos. La performance antidesgaste del producto señalado está corroborada en diversos informes técnicos. (ver YPF - Evaluación de Caracterísitcas de Desgaste y Comparación de MT-10™ con Aditivos Lubricantes "Puros" y Preparados) De acuerdo a las reglas del buen arte, de disponerse la adición del producto MT-10™ al sistema de lubricación del rodete, durante el montaje de los componentes del mismo, sería conveniente, "untar" con el producto de adición, las superficies sometidas con un deslizamiento relativo, como ser muñones de palas y cojinetes.

Bujes del Distribuidor

Incluímos en este rubro a todos los bujes del sistema de accionamiento de los alabes del distribuidor, que incluye como elementos de potencia servomotores hidráulicos, y obteniéndose la transmisión del movimiento por medio de una cadena cinemática intergada por un anillo de regulación, bielas o palancas y bieletas.

Se dispone en los cojinetes de los álabes y de todo el mecanismo de accionamiento, de diversos diseños; entre ellos se tienen aquellos que no requieren lubricación y/o autolubricados y aquellos con lubricación asistida. Para estos últimos generalmente se emplea lubricantes sólidos (grasa), con un sistema de lubricación periódica. Si bien estos sistemas con lubricación con grasa en principio dan mayor fiabilidad mecánica al conjunto, la grasa para lubricar los cojinetes de los álabes directores, opera en un ambiente muy húmedo y al degradarse y al ser arrastrada por lubricante nuevo, se incorpora - termina finalmente en el curso fluvial, agrediendo al medio ambiente. En algunos diseños, puede constatarse el uso de varias toneladas de lubricante por año. Frente a esta situación, para un diseño de cojinetes dado, que implique lubricación asistida, la recomendación es optar por el uso de lubricantes sólidos, con la mayor adherencia, reducción del coeficiente de fricción, y con baja tendencia a ser lavada por el agua.

Resulta importante un adecuado comportamiento de los cojinetes de los álabes directores, con baja fricción, y bajo desgaste, para mantener el ajuste mecánico del sistema. Con ello se logra al momento del cierre de los álabes, reducir pérdidas de agua para el caso de disponer cierres rígidos (no de elastómeros), reducir el momento de accionamiento del sistema de distribución. Dado el caso de disponer de sistemas de protección contra atascamiento de los álabes (restraining device), una excesiva fricción pueda generar grados de compromisos mecánicos no previstos en el diseño de toda la cadena cinemática.

Atento a lo expuesto, el producto PL-10™ Grasa Elevadora de Potencia, puede utilizarse al efecto, entendiendo que puede reducir sensiblemente, para la aplicación planteada, el volumen por unidad de tiempo de lubricante a inyectar, manteniendo las condiciones óptimas de lubricidad. Cabe consignar que este producto, contiene en su formulación MT-10™ Tratamiento del Metal.

Compresores

De los informes de personal de Transportadora del Gas del Sur - Plaza Huincul - Neuquén (ver Transportadora Gas del Sur S.A.), el empleo del producto MT-10™, permitió superar inconvenientes operativos serios en máquinas de este tipo.

También el producto fué empleado en compresores de 3 etapas 100 bar marca Becker, en la Central Hidroeléctrica El Chocón (ver Hidroeléctrica El Chocón), donde el consumo nominal de 40 Amperes bajó a 38 luego de 500 horas de funcionamiento.

Rodamientos y Reductores

Múltiples y variadas aplicaciones, demostraron buena performance de los productos MT-10™ y PL-10™, reduciendo índices de falla .

Motores de Combustión Interna

Se dispone de un informe técnico elaborado por el Instituto de Mecánica Aplicada - Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan. En el mencionado documento se puede observar la influencia positiva, en términos comparativos de la utilización del aditivo, en diversos parámetros, como ser potencia, torque, y consumo específico. Entendemos, que más allá de los beneficios señalados precedentemente para condiciones nominales de operación, la cuestión central se plantea en la reducción del desgaste (aumento de la vida útil de los cojinetes), en condiciones de lubricación límite, que se puede dar en arranques, paradas, y grandes sobrecargas.

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