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Propuesta de implementación de cartas de lubricación en la Central Termoeléctrica “Francisco Pérez Ríos”
Proyecto para obtener el título en:
Técnico Superior Universitario en Mantenimiento Industrial
PRESENTA:
Julio Cesar Barrera Hernández
Septiembre 2012
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE
TULA - TEPEJI
Propuesta de implementación de cartas de lubricación en la Central Termoeléctrica “Francisco Pérez Ríos”
Proyecto para obtener el título en:
Técnico Superior Universitario en Mantenimiento Industrial
PRESENTA:
Julio Cesar Barrera Hernández
Asesor Académico
Ing. Enrique Olguín Becerril Jefe del Departamento de Confiabilidad
Asesor Industrial
Ing. Gilberto Mancilla Camacho
Septiembre 2012
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE
TULA - TEPEJI
DEDICATORIA Y AGRADECIMIENTOS
Agradezco a Dios por darme la vida, por permitirme llegar a este momento tan importante
en mi desenvolvimiento profesional por darme la fuerza espiritual y metal para poder
realizar las cosas de la mejor manera.
Dedico este trabajo a mis familia que me a apoyado en todo momento difícil o exitoso me
han motivado y he sabido corresponder a esa confianza depositada en mi persona.
INDICE
Pag. Resumen Introducción Antecedentes
Planteamiento del problema Objetivo General Objetivos específicos Justificación
Capítulo I Marco Teórico
I.I Central de Generación Eléctrica I.2 Transformaciones de la Energía en la Termoeléctrica I.3 Proceso de le Energía en la Central Termoeléctrica I.4 Equipos Principales de la Central Termoeléctrica I.5 Teoría de la Lubricación I.6 Aceites Lubricantes I.7 Bases Lubricantes I.8 Funciones de los Lubricantes I.9 Características Físicas y Químicas I.10 Tipos de Viscosidad I.11 Factores que Afectan la Viscosidad I.12 Aditivos I.13 Lubricantes Sintéticos I.14 Química de los Lubricantes Sintéticos
INTRODUCCION La C.T. “Fco. Pérez Ríos”, de Tula de Allende Hidalgo, pertenece a la Comisión Federal
de Electricidad y forma parte de la Gerencia de Generación Termoeléctrica Central,
integrada a su vez por las centrales Termoeléctricas de Salamanca, y Valle de México, así
como las de Ciclo Combinado de Tula y el Sauz y la Turbogtas de las Cruces.
Una central de generación es una instalación completa con el objetivo de producir energía
eléctrica.
En las centrales se realizan una serie de transformaciones de energía, resultando de
estas la producción de energía eléctrica.
Las centrales generadoras cuentan con alguna forma de energía disponible a partir de la
cual se inician las transformaciones necesarias de energía hasta llegar finalmente a la
energía eléctrica.
El presente proyecto referido a los principios de Lubricación tiene como objetivo general
dar a conocer y explicar la importancia que tienen los lubricantes en las partes mecánicas
de equipos o maquinas, y ser capaz de reducir el rozamiento, calor y desgaste, cuando se
introduce como una película entre superficies solidas.
Actualmente no existe en el mundo maquina alguna por sencilla que sea no requiera
lubricación, ya que con esta se mejora tanto el funcionamiento, como la vida útil de los
equipos y maquinas .No importa que tan lisa se pueda sentir o ver la superficie de un
metal, si observamos una imagen ampliada de la misma, veríamos crestas y valles y en
algunos casos , las orillas muy irregulares cuando tratamos de mover una superficie
contra otra, estas irregularidades producen una resistencia llamada rozamiento.
Una de las razones por las que particularmente decidí realizar este proyecto sobre cartas
de lubricación, es por la falta de importancia que se presenta en el medio industrial para
realizar esta actividad, y especialmente por desconocimiento básico de estos principios, el
presente trabajo de tesis lo he realizado esperando sirva de ayuda para lograr mejores
resultados al personal técnico de mantenimiento industrial.
ANTECEDENTES
PLANTEAMIENO DEL PROBLEMA El rozamiento o fricción, falta de libertad de desplazamiento, altas temperaturas son entre
otros algunos de los problemas que se pueden presentar en la industria. Aquí en la
empresa nos hemos encontrado con los problemas mencionados y debido a la falta de
información de los lubricantes que se tienen, la falta de capacitación del técnico
encargado de realizar esta actividad, falta de cultura ya que al técnico al no ser de su
propiedad las máquinas le da lo mismo ponerle un aceite por otro, un problema más es la
frecuencia de cambio del aceite.
Estos son algunos inconvenientes que se tienen hablando de lubricación por lo tanto todo
viene a repercutir en las máquinas acortando su vida útil y bajando la eficiencia de las
mismas.
OBJETIVO GENERAL Y OBJETIVOS ESPECIFICOS Mediante las cartas de lubricación mostrarle al técnico encargado de realizar la actividad
de lubricación de una manera sencilla las partes a lubricar para mantener en óptimas
condiciones el equipo trabajando.
Minimizar costos aplicando el correcto lubricante para evitar fallos en la máquina.
Seleccionar el correcto lubricante.
Disminuir costos de lubricantes al aplicar el correcto en una cantidad establecida y
necesaria.
JUSTIFICACIÓN La lubricación consiste en la aplicación de una película de fricción reducida,
llamada lubricante, entre 2 piezas con el fin de disminuir su rozamiento y
desgaste. En nuestro campo, la mayoría de la maquinaria requiere de lubricación
para evitar rozamiento y desgaste entre piezas, ya que de no ser así, la vida útil se
reduciría considerablemente y surgiría problemas graves en el equipo, pero la
lubricación al evitar dichos problemas, agiliza la producción, reduce el ruido y
mejora el servicio, entre otras.
Es por eso que es de gran importancia una buena lubricación en la máquina, ya
que de ser así, su funcionamiento puede ser tan óptimo que evitará enormemente
cualquier pérdida por dichas variables, caso contrario, si la lubricación es de baja
calidad, los problemas que traerán estas variables serán catastróficos para la
máquina y para la empresa. En el presente documento se expone la definición de
lubricación, los factores que le hacen necesario, la clasificación de los lubricantes
y cuando se usa cada uno así como la importancia de la lubricación en el
mantenimiento.
CAPITULO I MARCO TEORICO
I.I CENTRAL DE GENERACIÓN ELÉCTRICA
Una central de generación es una instalación completa con el objetivo de producir
energía eléctrica.
En las centrales se realizan una serie de transformaciones de energía, resultando de
estas la producción de energía eléctrica.
Las centrales generadoras cuentan con alguna forma de energía disponible a partir de la
cual se inician las transformaciones necesarias de energía hasta llegar finalmente a la
energía eléctrica.
Existen diferentes tipos de centrales generadoras de electricidad como:
Nuclear
Eólica
Termoeléctrica
Geotérmica
Carboeléctrica
Hidroeléctrica
Turbogas
Ciclo combinado
I.2 TRANSFORMACIONES DE LA ENERGÍA EN LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA
a) Primera transformación de la energía.
La energía se encuentra almacenada en el combustible (combustible pesado, carbón,
gas, etc.) según la composición química y se libera haciendo que se produzca una
reacción química, que en este caso es la combustión, y esta transformación se realiza en
el generador de vapor.
b) Segunda transformación de la energía.
Esta energía es empleada para calentar el agua y producir vapor, los gases calientes
ceden parte de su energía al agua teniéndose vapor con la energía que llamaremos
energía térmica.
c) Tercera transformación de la energía.
La energía del vapor, se transforma en trabajo mecánico en una turbina de vapor, con lo que se tiene otra transformación de energía.
d) Cuarta transformación de la materia.
Finalmente al considerar que la turbina está girando a una velocidad de 3600 r.p.m. y se
encuentra conectada a un generador eléctrico que por consecuencia transformara la
energía mecánica de la turbina en energía eléctrica.
I.3 PROCESO DE LA OBTENCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA.
Por medio de pozos profundos, extraemos agua del subsuelo para enviarla a la
central, la cual se recibe en los tanques de almacenamiento de agua cruda, de donde es
transferida por medio de bombas llamadas de servicios, hacia la planta
desmineralizadora, en la cual el Departamento Químico se encarga de darle tratamiento
para convertirla en agua desmineralizada, y otra parte para servicios generales y contra
incendio.
Parte del agua de pozos, y agua negra tratada proveniente de la planta de tratamiento de
Aguas Negras, es suministrada a las torres de enfriamiento, para el llenado y la reposición
del agua perdida por la evaporación, purgas y arrastres.
De las torres de enfriamiento el agua de circulación es succionada por las bombas de
circulación, cada una con 50% de capacidad, y se manda hacia las cajas de agua del
condensador principal, a través de válvulas motorizadas y tuberías independientes, del
cual retornan por medio de dos ductos de distribución de descarga, hasta la parte superior
de la torre y a través de las válvulas de compuerta se regula el caudal de agua a cada
charola.
En la descarga de las bombas de circulación y antes de su conexión con las cajas del
condensador se encuentran dos tomas para enfriamiento de auxiliares que alimentan a
enfriadores del equipo auxiliar.
El sistema de auxiliares nos proporciona enfriamiento para:
El rack de muestreos químicos, enfriadores de aceite de bombas de agua de
alimentación, enfriadores de aceite de turbina, enfriadores de hidrogeno del generador
eléctrico, enfriadores de aire del excitador, etc.
De la planta desmineralizadora, el agua es enviada a los tanques de condensado y de ahí
es pasada al condensador principal en el pozo caliente, de donde es succionada por la
bomba de condensado, la cual la hace pasar por los calentadores de baja presión, 1, 2, 3
y 4, hasta depositarla en el deareador. Proceso en el cual se va incrementando su
temperatura gradualmente, por medio de las extracciones de vapor que se le hacen a la
turbina en diferentes pasos, y van a cada calentador.
En el deareador, el agua se mezcla con el vapor de la extracción numero 5 que proviene
de la turbina, donde además de calentarse se le extraen los gases incondensables, el
agua cae por gravedad a un tanque de oscilación, del cual succionan las bombas de agua
de alimentación que elevan la presión del fluido, haciéndolo pasar por los calentadores de
alta presión 6 y 7 y por el economizador.
El agua se introduce al domo superior. Las bombas de circulación forzada o controlada
succionan el agua del domo y la hacen pasar por paredes del generador de vapor, donde
el agua incrementa su temperatura, formándose una mezcla agua -vapor y regresa
nuevamente al domo, donde se realiza la separación del vapor en tres etapas.
El vapor producido entra a los elementos del sobrecalentador (para obtener condiciones
de operación 538°C y 168 kg/cm2 ), entra a la turbina de alta presión para hacerla girar y
ahí pierde condiciones de presión y temperatura (cambio de energía térmica, a energía
mecánica).
Esta temperatura se recupera al pasar por los elementos del recalentador, ( 538 °C ), de
ahí pasa a través de las turbinas de presión intermedia y baja presión. el vapor que ya
trabajó en las diferentes etapas de las turbinas, es desfogado y condensado en el
condensador principal, concluyendo aquí el ciclo térmico del agua ( ciclo Rankine).
El aire requerido para la combustión en el generador de vapor, es proporcionado por dos
ventiladores de tiro forzado, el cual es aspirado de la atmósfera e introducido al hogar,
pasando por los precalentadores aire vapor, y regenerativos, a través de los cuales es
incrementada su temperatura utilizando vapor y aprovechando el calor de los gases de
combustión antes de ser expulsados por la chimenea hacia la atmósfera. Los
combustibles con el que se lleva a cabo la combustion en el hogar, para generar vapor en
la caldera, son combustoleo y gas, los cuales son suministrados por Pemex.
El combustoleo nos llega por medio de ductos hacia los tanques de almacenamiento (5
con capacidad de 25 000 mts.³ cada uno).
El gas es enviado por ducto y se tiene una estacion reguladora de presion a la entrada de
la central.
De los tanques de almacenamiento de combustoleo es trasegado por ocho bombas hacia
los tres tanques de dia.
A la salida de cada tanque de dia tenemos el generador de vapor/vapor el cual por medio
de vapor en los calentadores de baja, y los de alta presion y con las bombas de
transferencia le dan las condiciones de temperatura y presion al combustoleo, (140°C y
35kg/cm2), requeridas para poder ser quemado en el hogar.
La turbina al estar acoplada al generador eléctrico hace girar a este a una velocidad de
3600 r.p.m. con lo cual le da las condiciones para que sea excitado y genere una corriente
eléctrica, la que entregamos al sistema interconectado a través de la subestación de
distribucion, lo cual es el objetivo de nuestro proceso.
I.4 EQUIPOS PRINCIPALES DE LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA
1) Generador de vapor
2) Turbina de vapor
3) Generador eléctrico
4) Torres principales
5) Condensador
6) Torre de enfriamiento
7) Equipos auxiliar
1.5 TEORIA DE LA LUBRICACIÓN Los lubricantes son materiales puestos en medio de partes en movimiento con el
propósito de brindar enfriamiento (transferencia de calor), reducir la fricción, limpiar los
componentes, sellar el espacio entre los componentes, aislar contaminantes y mejorar la
eficiencia de operación.
Los lubricantes desempeñan también la función de “selladores” ya que todas las
superficies metálicas son irregulares (vistas bajo microscopio se ven llenas de poros y
ralladuras) y el lubricante “llena” los espacios irregulares de la superficie del metal para
hacerlo “liso”, además sellando así la “potencia” transferida entre los componentes.
Si el aceite es muy ligero (baja viscosidad), no va a tener suficiente resistencia y la
potencia se va a “escapar” si el aceite es muy pesado o grueso (alta viscosidad), la
potencia se va a perder en fricción excesiva (y calor).
Si el aceite se ensucia, actuará como abrasivo entre los componentes, gastándolos.
Si el aceite es muy ligero, no va a poder limpiar lo suficiente y no proveerá aislamiento de
esta “basura”; si es muy pesado se va a mover muy despacio y no va a poder entrar en
los lugares más ajustados. En general la función limpiadora del lubricante es ayudada con
un filtro para que el aceite pueda retornar (limpia, una vez que pasó por el filtro) a limpiar
una vez más las superficies bajo presión y fricción.
Otro uso de lubricantes es para impartir o transferir potencia de una parte de la
maquinaria a otra.
Los lubricantes también contribuyen al enfriamiento de la maquinaria ya que absorben
calor de las zonas de alta fricción hacia otros lados enfriándola antes de la próxima
pasada.
Lubricación hidrodinámica
Sucede cuando las superficies están completamente cubiertas con una película de
lubricante.
Esta condición existe una vez que una película de lubricante se mantiene entre los
componentes y la presión del lubricante crea una “ola” de lubricante delante de la película
que impide el contacto entre superficies. Bajo condiciones hidrodinámicas, no hay
contacto físico entre los componentes y no hay desgaste.
La propiedad que más afecta la lubricación hidrodinámica es la viscosidad. La viscosidad
debe ser lo suficientemente alta para brindar lubricación (limítrofe) durante el arranque del
motor con el mínimo de desgaste, pero la viscosidad también debe ser lo suficientemente
baja para reducir al mínimo la “fricción viscosa” del aceite.
Una de las reglas básicas de lubricación es que la menor cantidad de fricción innecesaria
va a ocurrir con el lubricante de menor viscosidad posible para cada función específica.
Lubricación Elasto-Hidrodinámica (EHL)
La lubricación EHL se presenta en mecanismos en los cuales las rugosidades de
las superficies en movimiento relativo trabajan siempre entrelazadas y las crestas
permanentemente se están deformando.
El control del desgaste adhesivo y el consumo de energía por fricción dependen de la
película límite adherida a las rugosidades y de las capas de aceite de la película
hidrodinámica que se forma cuando el lubricante es sometido a elevadas presiones, en el
momento de la deformación elástica de las crestas.
1.6 ACEITES LUBRICANTES Los aceites lubricantes, cualquiera sea su origen inicial (vegetal, mineral o sintético),
tienen dos grandes componentes; las bases lubricantes que determinan las propiedades
del lubricante, tales como viscosidad, color, etc. Y los aditivos, los cuales adecuadamente
combinados brindan las características propias de cada aceite lubricante pudiendo
componer entre un 30% y un 2% del aceite lubricante. Los aditivos mejoran las
propiedades físicas y químicas de los lubricantes.
1.7 BASES LUBRICANTES La base lubricante puede ser derivada del petróleo, sintética ó vegetal. La utilización de
uno u otro tipo de base lubricante depende de las condiciones de operación del equipo o
máquina.
Aunque las bases vegetales y animales se usan en algunos productos, son las bases
lubricantes minerales y sintéticos las que más se encuentran en el mercado por su mayor
disponibilidad y características inherentes.
Parafínicas
Son bases saturadas con cadenas de hidrocarburos en línea recta o ramificada.
Algunas de sus características son:
Resistencia a la oxidación.
Alto punto de inflamación.
Baja densidad.
Alto puno de fluidez.
Bajo poder disolvente.
Nafténicas
Estas bases son de menor calidad que las parafínicas, pudiendo mejorarse por procesos
especiales de refinación.
Algunas características son:
Bajo punto de fluidez.
Inestabilidad química.
Bajo índice de viscosidad.
Tendencia a la oxidación.
Aromáticas
Son cadenas no saturadas. Esta configuración las hace químicamente activas y tienen
tendencia a la oxidación generando orgánicos.
Algunas características son:
Elevada densidad.
Inestabilidad química.
Tendencia a la oxidación.
Bajo punto de información.
1.8 FUNCIONES DE LOS LUBRICANTES
Los lubricantes no solamente disminuyen el rozamiento entre los materiales, sino que
también desempeñan otras importantes misiones para asegurar un correcto
funcionamiento de la maquinaria, manteniéndola en estas condiciones durante mucho
tiempo. Entre otras funciones, cabe destacar las siguientes:
Refrigerante.
Lubricante.
Eliminador de impurezas.
Sellante.
Anticorrosivo y antidesgaste.
Transmisor de energía.
1.9 CARACTERISTICAS FISICAS Y QUIMICAS
Características físicas.
I. Densidad y gravedad.
La densidad está relacionada con la naturaleza del crudo de origen y el
grado de refinado.
La gravedad específica se define como la relación entre un cierto volumen
de producto y el mismo volumen de agua destilada a 4°C. En Estados
Unidos suele usarse la gravedad API.
II. Punto de inflamación.
Es la temperatura mínima a la cual el aceite desprende suficientes vapores
que se encienden instantáneamente al aplicárseles una llama abierta.
III. Punto de fluidez.
Es la mínima temperatura a la cual un líquido fluye cuando se es enfriado
bajo condiciones de prueba.
IV. Viscosidad.
La viscosidad es la principal característica de la mayoría de los productos
lubricantes. Es la medida de la fluidez a determinadas temperaturas.
Si la viscosidad es demasiado baja la película lubricante no soporta las cargas entre las
piezas y desaparece del medio sin cumplir su objetivo de evitar el contacto metal-metal. Si
la viscosidad es demasiado alta el lubricante no es capaz de llegar a todos los lugares en
donde es requerido. Al ser alta la viscosidad es necesaria mayor fuerza para mover el
lubricante originando de esta manera mayor desgaste en la bomba de aceite, además de
no llegar a lubricar rápidamente en el arranque en frío. La viscosidad es una propiedad
que depende de la presión y temperatura. La viscosidad varía inversamente proporcional
con la temperatura, por eso su valor no tiene utilidad si no se relaciona con la temperatura
a la que el resultado es reportado.
La fricción entre moléculas genera calor; la cantidad de calor generado está en función de
la viscosidad. Esto también afecta a la capacidad sellante del aceite y a su consumo.
1.10 TIPOS DE VISCOSIDAD
Viscosidad cinemática
Es su viscosidad dinámica dividida por su densidad, ambos medidos a la misma
temperatura, y expresada en unidades consistentes.
Viscosidad dinámica
La viscosidad se puede determinar midiendo la fuerza necesaria para vencer la
resistencia a la fricción del fluido en una capa de dimensiones conocidas. La viscosidad
determinada de esta manera se llama dinámica o absoluta.
1.11 Factores que afectan la viscosidad
Efecto de la temperatura.
En termodinámica la temperatura y la cantidad de movimiento de las moléculas se
consideran equivalentes. Cuando aumenta la temperatura de cualquier sustancia
(especialmente en líquidos y gases) sus moléculas adquieren mayor movilidad y su
cohesión disminuye, al igual que disminuye la acción de las fuerzas intermoleculares.
Efecto de la velocidad de corte.
No todos los fluidos responden igual a variación de la velocidad de corte. Debido a su
naturaleza, la mayoría de los fluidos no varían su viscosidad al variar la velocidad de
corte. Son los llamados fluidos newtonianos. En estos, el grado de desplazamiento d las
capas de líquido es proporcional a la fuerza que se aplica.
Efecto de las sustancia extrañas.
Durante su utilización, el lubricante ve expuesto a sustancias extrañas, que, antes o
después, acaban afectándole, modificando sus características.
La viscosidad de un lubricante puede disminuir a causa de:
Base de baja calidad.
Disolución por otra sustancia.
Y puede aumentar debido a:
Base de baja calidad.
Pocos aditivos.
Acumulación de contaminantes.
Oxidación.
Los factores anteriores pueden combinar su acción, de manera que incluso lleguen a
anularse.
Características químicas.
Acidez.
Podemos distinguir dos tipos de acidez en el aceite:
Acidez mineral, originada por ácidos residuales del refino.
Acidez orgánica, originada por productos de la oxidación y los aditivos.
Basicidad.
La alcalinidad de los aceites es debida a los aditivos que se incluyen en la
formulación del mismo. Su función es la de neutralizar los ácidos producidos por la
oxidación, evitando los efectos nocivos que tiene la presencia de ácidos en el
aceite y prolongando la vida del mismo.
El número de neutralización.
Se llama número de neutralización a la cantidad de ácido o base necesario para
neutralizar una muestra de lubricante.
Residuo carbonoso.
El residuo carbonoso es la cantidad de material, en % de paso, que queda tras
someter una muestra de aceite a evaporación y pirolisis (altas temperaturas).
Oxidación.
Básicamente consiste en asimilación de átomos de oxígeno por parte de las
sustancias constituyentes del lubricante, lo que conlleva la degradación de las
mismas y la pérdida paulatina de características y prestaciones del aceite. Este
proceso se ve favorecido por el calor, la luz, el agua y la presencia de
contaminantes.
1.12 Aditivos
Los aditivos son sustancias químicas que se añaden en pequeñas cantidades a los
aceites lubricantes para proporcionales o incrementarles propiedades, o para suprimir o
para reducir otras que le son perjudiciales.
Aditivos para lubricantes
Los aditivos pueden dividirse en dos grandes grupos, según los efectos que
producen:
Inhibidores destinados a retardar la degradación del aceite actuando como
detergente dispersantes, antioxidantes, anticorrosivos, agentes antidesgaste,
agentes alcalinos y agentes antiemulsificadores.
Aditivos que mejoran las cualidades físicas básicas con acción sobre el índice
de viscosidad, el poder antiespumante el sllado, la oleosidad, la extrema
presión y la rigidez dieléctrica.
1.13 Lubricantes sinteticos
Aceites preparados en laboratorio a partir de compuestos de bajo peso molecular para
obtener compuestos de alto peso molecular con propiedades pedecibles.
Las ventajas de los aceites sintéticos en el campo técnico de la lubricación son su alta
estabilidad térmica y a la oxidación, la favorable relación viscosidad-temperatura, el alto
punto de inflamación y el buen comportamiento en frío.
1.14 Química de los lubricantes sintéticos
Los aceites sintéticos son producidos mediante reacciones químicas en las cuales la
presión, la temperatura y la relación de los compuestos es cuidadosamente controlada. La
materia prima es en su gran mayoría obtenida del petróleo procesado térmicamente y del
gas natural.
Componentes del aceite sintético.
Hidrocarburos sintetizados.
Polialfaolefinas.
Aromáticos alquilatados.
Polibutenos.
Cicloalifáicos.
Poliglicones.
Esteres orgánicos.
Siliconas.