Prolongación de la vida del reductor de pulverizador de carbón con filtración avanzada y lubricación sintética

Una central termoeléctrica de carbón en el oeste de Estados Unidos lidiaba con vida inesperadamente corta de reductores en sus unidades pulverizadoras. Tras una inspección anual rutinaria, el análisis de aceite reveló que el aceite para engranajes AGMA 6EP (ISO 320) especificado por el OEM no proporcionaba lubricación adecuada. Los informes mostraban metales de desgaste excesivos y una caída brusca de viscosidad tras solo un año de operación.

La investigación adicional del aceite de engranajes usado reveló una acumulación pesada de suciedad, polvo de carbón y particulados metálicos generados por desgaste de cojinetes y dientes de engranaje. Los contaminantes, junto con el agotamiento del paquete aditivo EP, crearon un ciclo vicioso de desgaste acelerado.

Diseño del Reductor de Pulverizador y Carga de Mantenimiento

El reductor de pulverizador de la planta data de principios de los 1960s. Consiste en un engranaje tornillo sin fin de acero accionado por motor eléctrico de 800 rpm, que a su vez acciona un engranaje corona de bronce directamente unido a una mesa de molienda. El cárter contiene 255 gal de aceite de engranajes y usa un intercambiador de calor refrigerado por agua integral para mantener temperatura. Se recomienda aceite de engranajes EP ISO 320 sin filtrar para lubricar engranajes y cojinetes bronce-acero.

Pese a su diseño robusto, los requisitos de mantenimiento del reductor erosionaban la rentabilidad de la planta:

• Cambios de aceite cada 12 meses cuestan 5.000 $ en materiales y mano de obra, más 20.000–50.000 $ en producción perdida.
• Tras 10 años, el engranaje corona de bronce se rotaba para exponer dientes sin desgaste —revisión de cuatro semanas costando 300.000 $ por unidad.
• Tras 20 años, una reconstrucción completa superaba 450.000 $ en piezas y mano de obra, con 250.000 $ adicionales en generación perdida.

Con 13 pulverizadores operando, el tiempo de inactividad acumulado y gasto de mantenimiento se volvieron insostenibles.

Rompiendo el Ciclo de Desgaste

Inspecciones iniciales destacaron contacto deslizante severo y descamación en la cara del engranaje de bronce. Personal de la planta atribuyó el desgaste a alta carga de particulados (polvo de carbón y suciedad) y reacciones químicas entre aditivos de aceite de engranajes y estas partículas. El paquete aditivo EP también parecía atacar el bronce, llevando a niveles elevados de cobre en el aceite.

Resolver estos problemas requería dos estrategias clave: integridad de sellos más estricta para prevenir ingreso de polvo de carbón, y un sistema de filtración robusto capaz de remover la alta carga de particulados.

Resolución del Problema

Tras extensas pruebas, el equipo logró reducir ingreso de particulados instalando filtros desecantes en respiraderos del reductor y refinando sellos de mesa de molienda. El código de limpieza ISO 4406 cayó de 23/21/18 a 18/15/11 en una semana tras instalar un sistema de filtración en bypass renal.

Requisitos clave para el sistema de bypass renal:

• Alta capacidad de retención de suciedad
• Bajo mantenimiento —cambios de filtro no más que mensuales en condiciones normales
• Mejora visible del aceite en una semana tras mantenimiento
• Código de limpieza objetivo 18/15/11 (ISO 4406-1999)
• Puntos de muestreo pre y post-filtración
• Montaje en patín y diseño seguro de succión/descarga
• Renovación completa del cárter cada 30 minutos
• Huella compacta que no impida mantenimiento rutinario

Mejora en Tecnología de Filtración

La solución elegida fue un sistema de bypass renal off-line con medios filtrantes sintéticos de alta eficiencia. Dos carcasas de filtro en serie compartían un elemento común, cada una rated Beta 25=200 (primera etapa) y Beta 10=200 (segunda etapa). Una bomba de paletas de 10 GPM circulaba aceite de engranajes de 460 cSt (2.500 SUS), con temperaturas de 65 °F (18 °C) a 130 °F (54 °C). La línea de succión alimentaba directamente desde el fondo del cárter, mientras la línea de descarga retornaba a la parte superior.

El rendimiento del filtro se monitoriza con manómetros diferenciales ajustados a 25–28 psig; los elementos se cambian antes de que active la válvula de bypass. Válvulas de muestreo upstream y downstream permiten muestreo de aceite sin parada.

Mejora en Lubricación

Durante la revisión, los ingenieros de planta sustituyeron todos los componentes rotativos mayores excepto el tornillo sin fin de acero y el engranaje corona de bronce. El reductor se limpió, llenó con aceite sintético para engranajes AGMA 7 R&O (ISO 460) y alineó con precisión.

¿Por qué cambiar de AGMA 6EP a AGMA 7 R&O? Este último ofrece mayor viscosidad y lubricidad superior, creando una película más fuerte sobre caras de engranajes de bronce. La química de aditivos R&O resiste oxidación, soporta operación a mayor temperatura y entrega vida de aceite extendida —crítico en entorno altamente contaminado.

Beneficios clave del aceite sintético para engranajes ISO 460 R&O incluyen:

• Mejor bombeabilidad a bajas temperaturas
• Resistencia a oxidación y estabilidad térmica mejoradas
• Mayor resistencia de película en rangos de temperatura
• Vida de servicio más larga en entorno filtrado y limpio

Resultados Operacionales

Tras la revisión, el reductor entró en servicio con el nuevo sistema de filtración. Tres horas de operación redujeron el conteo de partículas de 23/21/18 a 21/19/11. Tras 48 horas, elementos de filtro Beta 5=200 redujeron aún más la contaminación al objetivo 18/15/11 en dos semanas.

Los medios filtrantes superaron expectativas: alta capacidad de suciedad extendió vida de servicio más allá de lo previsto, y monitorización continua mostró reducción drástica de metales de desgaste y limpieza de aceite estable.

Conclusiones

Implementar el aceite sintético para engranajes ISO 460 R&O y filtración avanzada ha entregado:

• Lubricación superior de engranajes y cojinetes
• Metales de desgaste insignificantes según análisis de aceite
• Impacto energético motor mínimo —registrada caída del 1 % en amperaje motor
• Mantenimiento predictivo habilitado por conteos de partículas y ferrografía
• Vida de aceite extendida, reduciendo costes de disposición e impacto ambiental
• Vida del reductor más larga y tiempo de inactividad por contaminación reducido
• Intervalos de mantenimiento extendidos

Animados por estos resultados, la planta instaló una segunda unidad en otoño de 2005.

Agradecimientos

• John Kinion & Personal de mantenimiento, Pacificorp Naughton Plant, Kemmerer, WY
• Chris Tully, Ingeniero de Proyecto, Pacificorp Naughton Plant, Kemmerer, WY
• Ken Knochel, Servicios Técnicos, Schroeder Industries LLC, Leetsdale, PA

Referencias

• ISO 4406:1999 – Método para codificar contaminación por partículas sólidas
• ISO 16889:1999 – Método multipaso para evaluar rendimiento de filtración
• Sheffield, Schroeder Industries – "Cambios en Filtración y Contaminación – Cambiando Direcciones para la Industria de Filtración" (Machinery Lubrication Magazine, Ene 2005)

Sobre los Autores

Ken Nicholas – Director de Servicios de Mercado de Lubricación, Schroeder Industries
Richard Winslow – Ingeniero Líder Senior, Planta de Energía PacifiCorp Naughton, Kemmerer, WY
Ted Naman – Coordinador Técnico, Lubricantes y Grasas Industriales, ConocoPhillips