ES2552367B1 - Procedimiento para eliminar barnices de los aceites lubricantes - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para eliminar barnices de los aceites lubricantes.#Procedimiento de eliminación de barniz de un aceite lubricante que comprende un enfriamiento de dicho aceite lubricante.

Description

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Procedimiento para eliminar barnices de los aceites lubricantes
DESCRIPCION
La presente invention se refiere a un procedimiento para eliminar los barnices que se pueden formar en los aceites lubricantes en servicio y estan caracterizados porque la insolubilizacion de dichos barnices se produce mediante el enfriamiento del aceite y su posterior filtration a baja temperatura.
ESTADO DE LA TECNICA
Los barnices se definen como sustancias qwmicas insolubles en aceite a baja temperatura que proceden de la degradation del propio aceite.
Se trata de contaminantes blandos que pueden formar fangos o depositos sobre la superficie del sistema de lubrication. La deposition de los mismos tendra lugar, sobretodo, en zonas frias y/o de baja, e incluso nula, velocidad del aceite.
Estos barnices pueden atraer a otros contaminantes duros, como metales de desgaste y/o particulas abrasivas, que contribuyen a los danos por erosion.
Existen tres mecanismos fundamentales que inducen a la formation de barnices: su oxidation, su degradacion termica y su degradacion quimica.
La oxidacion del aceite es el proceso por el que el aceite y su paquete de aditivos reaccionan con el oxigeno. Los productos de estas reacciones pueden ser productos de rotura del aceite base y radicales libres. La oxidacion se incrementa enormemente cuando ademas existen metales tales como el Fe o el Cu y agua.
Durante la operation de la maquina se dan elevadas temperaturas del lubricante y pueden darse puntos calientes en los que se produce una degradacion y se promueve la oxidacion del aceite. Fragmentos de estos productos de oxidacion pueden formar primeramente una pelicula insoluble y pegajosa que se manifestara al bajar la temperatura del aceite y podra atraer otros materiales contaminantes como polvo y metales de desgaste.
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Esto provoca danos en cojinetes y filtros, al incrementar la friccion de las partes moviles con el consiguiente aumento de calor y energia consumida.
Los sistemas de purification de aceites lubricantes descritos hasta la fecha operan con aceites a altas temperaturas (a las que tiene el aceite cuando la maquina esta en servicio, esta temperatura puede alcanzar valores de 45 hasta 80° Celsius en funcion del tipo de turbina, potencia, etc.) lo que produce su posible degradation dando lugar a contaminantes que empeoran la calidad de los aceites recuperados. Asi, por ejemplo, se ha descrito un sistema de filtration de aceites lubricantes que permiten eliminar barnices mediante dos filtros conectados en serie o en paralelo de forma que, gracias al primer filtro, es dificil que se produzca la obstruction del segundo, asi, mediante el uso de dos filtros, mejoran la filtracion del aceite y eliminan los barnices (JP55099313).
Tambien se han descrito sistemas de filtracion mediante la adicion de aditivos tales como aglutinantes termoplasticos (WO1993000416).
Asi pues, seria deseable disponer de un procedimiento mejorado de elimination de barnices en los aceites lubricantes que permitiese eliminar dichos barnices evitando el efecto que la deposition de estos barnices, procedentes de la degradacion, tiene sobre la operatividad de la turbina y evitando la necesidad de anadir aditivos. De forma que, mediante el proceso mencionado, se mantendran los aceites y el circuito de lubrication/ regulation en condiciones optimas.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
La presente invention se refiere a un sistema de eliminacion de los barnices de los aceites lubricantes en el que, por un lado, el caudal de aspiracion con el que se opera condiciona los resultados de la etapa de filtracion del aceite y, por otro lado, la temperatura durante el proceso de filtracion condiciona la adsorcion de los contaminantes generados por efecto de la degradacion termica y que afectan a la calidad del aceite lubricante.
Asi, un aspecto de la presente invencion se refiere a un procedimiento de eliminacion de barniz de un aceite lubricante que comprende una etapa de enfriamiento en la que el aceite lubricante se somete a una progresiva bajada de temperatura en tres
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intercambiadores de calor que operan independientemente hasta una temperatura menor o igual a 20 °C caracterizado porque el caudal de aspiracion del aceite es menor o igual a 300 l/h.
En otra realization la invention se refiere al procedimiento tal y como se ha definido anteriormente, que ademas comprende una etapa de filtration del aceite lubricante obtenido tras la etapa de enfriamiento.
En otra realizacion la invencion se refiere al procedimiento tal y como se ha definido anteriormente, caracterizado porque la etapa de enfriamiento se lleva a cabo en tres etapas.
En otra realizacion la invencion se refiere al procedimiento tal y como se ha definido anteriormente, caracterizado porque la etapa de enfriamiento se lleva a cabo con dos intercambiadores de placas y un radiador con ventilation forzada.
En otra realizacion la invencion se refiere al procedimiento tal y como se ha definido anteriormente, caracterizado porque la etapa de enfriamiento se lleva a cabo con un primer intercambiador de placas que opera con una variation de temperatura de 12 °C, un segundo intercambiador de placas que opera con una variacion de temperatura de 14 °C y un radiador con ventilacion forzada que opera con una variacion de temperatura de 14 °C.
En otra realizacion la invencion se refiere al procedimiento tal y como se ha definido anteriormente, caracterizado porque el caudal de aspiracion del aceite es igual a 300 l/h.
En otra realizacion la invencion se refiere al procedimiento tal y como se ha definido anteriormente:
- que ademas comprende una etapa de filtracion del aceite lubricante obtenido tras la etapa de enfriamiento; y
- caracterizado porque la etapa de enfriamiento se lleva a cabo en tres etapas.
En otra realizacion la invencion se refiere al procedimiento tal y como se ha definido anteriormente:
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- que ademas comprende una etapa de filtracion del aceite lubricante obtenido tras la etapa de enfriamiento; y
- caracterizado porque la etapa de enfriamiento se lleva a cabo con dos intercambiadores de placas y un radiador con ventilacion forzada.
En otra realization la invention se refiere al procedimiento tal y como se ha definido anteriormente:
- que ademas comprende una etapa de filtracion del aceite lubricante obtenido tras la etapa de enfriamiento; y
- caracterizado porque la etapa de enfriamiento se lleva a cabo con un primer intercambiador de placas que opera con una variation de temperatura de 12 °C, un segundo intercambiador de placas que opera con una variacion de temperatura de 14 °C y un radiador con ventilacion forzada que opera con una variacion de temperatura de 14 °C.
En otra realizacion la invencion se refiere al procedimiento tal y como se ha definido anteriormente:
- que ademas comprende una etapa de filtracion del aceite lubricante obtenido tras la etapa de enfriamiento;
- caracterizado porque la etapa de enfriamiento se lleva a cabo en tres etapas; y
- caracterizado porque el caudal de aspiration del aceite es igual a 300 l/h.
En otra realizacion la invencion se refiere al procedimiento tal y como se ha definido anteriormente:
- que ademas comprende una etapa de filtracion del aceite lubricante obtenido tras la etapa de enfriamiento;
- caracterizado porque la etapa de enfriamiento se lleva a cabo con dos intercambiadores de placas y un radiador con ventilacion forzada; y
- caracterizado porque el caudal de aspiracion del aceite es igual a 300 l/h.
En otra realizacion la invencion se refiere al procedimiento tal y como se ha definido anteriormente:
- que ademas comprende una etapa de filtracion del aceite lubricante obtenido tras la etapa de enfriamiento;
- caracterizado porque la etapa de enfriamiento se lleva a cabo con un primer intercambiador de placas que opera con una variacion de temperatura de 12 °C, un
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segundo intercambiador de placas que opera con una variation de temperatura de 14 °C y un radiador con ventilation forzada que opera con una variacion de temperatura de 14 °C; y
- caracterizado porque el caudal de aspiration del aceite es igual a 300 l/h.
Como se ha mencionado anteriormente, la presente invention se refiere a un sistema de retention, mediante filtration, de los barnices que pueden haberse formado en un aceite lubricante, insolubilizando los mismos mediante el enfriamiento del aceite y posterior filtracion del mismo a baja temperatura.
Asi, el proceso descrito en la invencion permite la elimination de barnices en los aceites lubricantes pudiendo llegar a valores de potencial de formacion de barnices, (MPC), inferior a 10.
Por otro lado, este procedimiento mejora el grado de limpieza del aceite mediante la retencion de las parriculas inicialmente insolubles sobre el material filtrante. De acuerdo a la norma ISO 4406, los indices para el recuento de parriculas <4 ^m,<6 ^m y <14 ^m han alcanzado valores iguales e inferiores a 16/14/10 en aceites lubricantes para turbinas e incluso mejorandolo. La norma ISO 4406 define la "limpieza de un aceite o grado de limpieza” a partir del recuento de las parriculas existentes en un lubricante. El recuento consiste en determinar el numero de parriculas existentes por cada 100 mL de aceite y clasificarlas por tamano. Considerando el numero de parriculas < a 4 ^m y acudiendo a tablas, se obtiene un mdice para dichas parriculas que corresponde al primer numero de los 3 indicados en el resultado (por ejemplo 16). Lo mismo sucede con el recuento de parriculas < a 6^m y < a 14 ^m llegando por tanto a un dictamen del tipo: 16/14/10
A lo largo de la description y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras caracteristicas tecnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y caracteristicas de la invencion se desprenderan en parte de la descripcion y en parte de la practica de la invencion. Los siguientes ejemplos y figuras se proporcionan a modo de ilustracion, y no se pretende que sean limitativos de la presente invencion.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
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FIG. 1 representa el esquema general de la planta prototipo en el que se indican los componentes principales de la misma.
FIG. 2 representa las temperaturas de operacion de la planta con aceite de entrada a 40° C.
FIG. 3 representa la influencia de la variacion del caudal de aceite a tratar en el sistema.
FIG. 4 representa la variacion del valor MPC.
FIG. 5 representa los ensayos de mejora del aceite de la Turbina de gas 2 (aceite ISO VG 32). Lmea 1: Evolucion del grado ISO para el numero de partmulas <4^m; lmea 2: Evolucion del grado ISO para el numero de partmulas <6^m; lmea 3: Evolucion del grado ISO para el numero de partmulas <14^m; lmea 4: Evolucion del MPC(potencial de formacion de barnices).
FIG. 6 representa los ensayos de mejora del aceite de la Turbina de gas 3 (aceite ISO VG 32).
FIG. 7 representa los ensayos de mejora de la calidad del aceite de la TG 1 ( ISO VG 32).
FIG. 8 representa los ensayos de mejora del aceite de la turbina 9 (ISO VG 32).
FIG. 9 representa los ensayos de mejora del aceite de la turbina de gas n°7 (ISO VG 46).
FIG. 10 representa los ensayos de mejora del aceite de la turbina de gas n°5 (ISO VG 46).
EJEMPLOS
Los ejemplos que siguen a continuation ilustran la presente invention y muestran la evolucion del estado del aceite de lubrication en todas las turbinas donde se probo el sistema.
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Para comprobar la eficacia del sistema, las diversas muestras que se han tomado siempre han seguido un mismo proceso de acondicionamiento. Esto es valido para todas las muestras que se tomaron durante las diversas pruebas. Se ha considerado, por tanto, que para comparar la bondad de la planta los diversos ensayos fisico/quimicos deberian de realizarse en igualdad de condiciones.
Muestras: Se han tomado a la entrada y a la salida de la planta simultaneamente, aunque en las graficas de las figuras se reflejan las evoluciones de algunos parametros de las muestras solo a la entrada de la planta que representaria el aceite del circuito de la turbina.
Una vez tomadas las muestras se han guardado en reposo como mmimo 72 horas y a oscuras. Con ello se consigue que la muestra alcance la temperatura ambiente (aproximadamente de 20°C) y no se produzcan degradaciones de los aditivos antioxidantes.
Los parametros que se han analizado han sido:
Codigo ISO 4406 para la particulas < 4^m, < 6 ^m, <14 ^m. Este contaje de particulas se ha efectuado con un contador Laser. A partir del numero de particulas, el propio equipo proporciona el Codigo ISO que consiste en tres valores en funcion de la cantidad de particulas detectadas de cada tamano.
Valor MPC se ha efectuado con un equipo que proporciona este valor sobre la muestra de aceite mantenida a temperatura ambiente.
En las graficas de las figuras se aprecian las evoluciones de estos parametros en los que las lmeas 1,2 y 3 corresponden a los 3 valores del codigo ISO y que deben leerse en el eje Y primario y la lmea 4 corresponde a la evolucion, a lo largo de cada periodo de prueba, del valor MPC(barnices/lacas) y que debe leerse en el eje Y secundario.
Prototipo hidraulico
Se diseno un prototipo como el que se muestra en la Figura 1 donde los componentes principales son (1) tanque de aceite de la maquina; (2) bomba principal; (3) primera
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toma de muestras del aceite; (4) intercambiador aceite caliente/aceite enfriado; (5) intercambiador aire/aceite; (6) Intercambiador agua fria/aceite; (7) bomba de recirculacion; (8) circuito cerrado agua; (9) intercambiador agua/fluido refrigerante; (10) circuito fluido refrigerante; (11) filtros que trabajan en paralelo; y (12) segunda toma de muestras aceite.
El sistema consta del elemento filtrante, que retiene de manera continua las parriculas que puede contener el aceite y los productos de degradation del mismo ya que, una vez enfriado el aceite, los barnices resultantes de la degradacion del lubricante se hacen insolubles y la unidad filtrante sera capaz de retenerlos. Una unidad enfriadora, que consta de 3 etapas de enfriamiento, la cual reduce la temperatura del aceite mediante una bateria de radiadores e intercambiadores de calor hasta conseguir la temperatura optima de filtrado. El tanque de inercia permite mantener la temperatura del refrigerante constante obteniendo, por un lado, un mejor uso del compresor asi como una reduccion en el consumo general del equipo.
La bomba principal (2) succiona el aceite del tanque de lubrication (1), preferiblemente desde el punto inferior del deposito. Se realiza un enfriamiento progresivo del fluido para despues atravesar el elemento filtrante de la parte externa a la interna de este. Una vez filtrado, el aceite pasa por un precalentador para conseguir devolver el aceite al tanque de la maquina con una temperatura proxima a la que tiene el fluido en el tanque. A la vez, este precalentador se utiliza para realizar la primera etapa de enfriamiento del aceite al inicio del proceso.
El elemento filtrante es el medio de filtration que se utiliza para mejorar y/o mantener las caracteristicas fisico-quimicas del aceite dentro de unos limites establecidos eliminando de forma continua del aceite las particulas y los productos de degradacion del mismo. A continuation se describen las caracteristicas principales:
- Tipo: Elemento BLA 27/27 (N°. Arriculo CJC:PA013018).
- Material: Celulosa
- Grado de filtracion:
- 3 ^m Absolutas:98,7% de todas las parriculas solidas > 3 ^m
- 0,8 ^m Nominal: 50%de todas las parriculas solidas > 0,8 ^m Seran retenidas en cada pasada.
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El sistema de refrigeracion se compone de los siguientes elementos:
- Intercambiadores 4,6 y 9.
- 4: Intercambiador aceite caliente/ aceite enfriado.
- 6: Intercambiador agua fria/aceite.
- 9: Intercambiador agua /fluido refrigerante.
- Radiador con ventilacion forzada: 5
Cualquier sistema debera cumplir con los siguientes requisitos tecnicos:
• Caudal de aspiracion bomba principal « 300 l/h. La bomba dispone de variador de frecuencia con lo que el caudal se podra regular. La experiencia ha demostrado que cuanto menor sea este caudal, dentro de unos limites, mejor sera la filtracion y/o la retencion sobre los filtros de los barnices insolubilizados.
• Ta aceite entrada a los filtros < 20 °C.
• Enfriamiento del aceite progresivo, preferiblemente en tres etapas, con dos intercambiadores de placas y un radiador con ventilacion forzada, tal y como se muestra en la siguiente figura. Las variaciones de temperatura seran de :
- ATa en el intercambiador 4 = 12 °C.
- ATa en el intercambiador 6 y radiador 5 = 14 °C.
Se ha demostrado que la variacion brusca de temperatura en el aceite provoca la formacion de contaminantes que pueden afectar a los aditivos del aceite por lo que se recomienda bajadas progresivas de la temperatura (Figura 2).
Sistema con caudal de aspiracion mayor al recomendado.
Cuando el sistema opera con un caudal de aspiracion superior al recomendado, no se aprecia mejora ostensible a lo largo del proceso de filtrado tal como se aprecia en la Figura 3.
La grafica de la Figura 3 muestra la instalacion de un "variador de frecuencia” para poder regular el caudal de aspiracion del aceite. Una vez instalado el variador se baja el caudal a unos 400 l/h (estaba en 600 l/h) y se aprecia una bajada sensible en el contenido en particulas. Poco despues se baja mas el caudal (valores cercanos a 300
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l/h) y coincide con la instalacion de nuevos filtros (BLA) y, a partir de aW, la mejora es todav^a mayor.
Asi, en la Figura 3 se muestra un ejemplo en el que el caudal de aspiracion del aceite lubricante es superior a los 300 l/h, donde la lmea 1 representa la evolucion grado ISO para partmulas < 4^m; la lmea 2 representa la evolucion grado ISO para partmulas < 6^m; la lmea 3 representa la evolucion grado ISO para partmulas < 14^m; (A) representa la instalacion de variador de frecuencia en la bomba de succion (para poder modificar el caudal); (B) representa la disminucion del caudal a unos 400 l/h; y (C) representa la regulation a unos 300 l/h.
Estos ensayos demuestran que es esencial operar con caudales de 300 l/h o menores para que se mejore la filtration.
Sistema con una sola etapa de enfriamiento.
En la Figura 4 se muestra una grafica en la que aparecen medicion de partmulas y el MPC donde 1 representa el potencial de formation de barnices al utilizar un equipo de filtracion con el aire ambiente como unico fluido refrigerante. Valores por debajo de la lmea punteada (Zona A) son los deseables. Influye mucho la temperatura ambiente (verano/invierno) y la carga de la turbina/maquina (temperatura del aceite). .Este ensayo se realizo con el sistema enfriando con un solo intercambiador, en concreto con el radiador de aire ambiente y sin enfriamiento progresivo. En el ensayo se aprecia que, si no se enfria el aceite, tal y como se describe en la invention, no se consiguen valores de "Potencial de formacion de barnices” (MPC) suficientemente bajos.
Se observan valores muy "inestables”, los cuales varian en funcion de la temperatura ambiente (foco frio) y del regimen de la turbina.
Este ensayo comparativo sirvio para ver que las mejoras reales se conseguian enfriando la muestra a filtrar a una temperatura constante y a un caudal cercano a los 300 l/h.
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Los mejores resultados, en tiempos relativamente breves, se han conseguido siempre filtrando a un caudal cercano a los 300 l/h (o inferior) y enfriando el aceite a filtrar a temperaturas cercanas a los 20° C con tres etapas de enfriamiento.
Evolution del Grado ISO y MPC en aceite ISO VG 32. y en aceite ISO VG 46.
Las graficas de las Figuras 5, 6, 7 y 8 representan la evolucion del grado ISO y MPC en aceite ISO VG 32. En cada una de ellas la lmea 1 representa la evolucion del grado ISO para el numero de partmulas <4^m; la lmea 2 representa la evolucion del grado ISO para el numero de partmulas <6^m; la lmea 3 representa la evolucion del grado ISO para el numero de partmulas <14^m; y la lmea 4 representa la evolucion del MPC(potencial de formation de barnices).
Las graficas de la Figuras 9 y 10 representan la evolucion del grado ISO y MPC en aceite ISO VG 46. En cada una de ellas la lmea 1 representa la evolucion del contenido de partmulas <4^m; la lmea 2 representa la evolucion del contenido de partmulas <6^m; la lmea 3 representa la evolucion del contenido de partmulas <14^m; y la lmea 4 representa la evolucion del potencial de formacion de barnices (MPC).
Tras los ensayos efectuados en el sistema de elimination de barnices en los aceites lubricantes se concluyen los siguientes puntos:
• disminucion de manera muy rapida del valor de MPC de los aceites ensayados.
• el grado ISO de partmulas alcanza valores proximos al aconsejado por los fabricantes de las turbinas.

Claims (6)

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    ES 2 552 367 A1
    REIVINDICACIONES
    1. - Procedimiento de elimination de barniz de un aceite lubricante que comprende una etapa de enfriamiento en la que el aceite lubricante se somete a una progresiva bajada de temperatura en tres intercambiadores de calor que operan independientemente hasta una temperatura menor o igual a 20 °C caracterizado porque el caudal de aspiration del aceite es menor o igual a 300 l/h.
  2. 2. - El procedimiento segun la revindication 1, que ademas comprende una etapa de filtration del aceite lubricante obtenido tras la etapa de enfriamiento.
  3. 3. - El procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la etapa de enfriamiento se lleva a cabo en tres etapas.
  4. 4. - El procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la etapa de enfriamiento se lleva a cabo con dos intercambiadores de placas y un radiador con ventilation forzada.
  5. 5. - El procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque: la etapa de enfriamiento se lleva a cabo con un primer intercambiador de placas que opera con una variation de temperatura de 12 °C, un segundo intercambiador de placas que opera con una variacion de temperatura de 14 °C y un radiador con ventilacion forzada que opera con una variacion de temperatura de 14 °C.
  6. 6. - El procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el caudal de aspiracion del aceite es igual a 300 l/h.
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