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El principio básico de la lubricación es lograr deslizar y/o girar un elemento sobre otro sin contacto físico, muy básicamente, esto se logra interponiendo un fluido entre ambas superficies que tenga la capacidad de mantener una lámina de separación mayor que la rugosidad de los elementos que deben deslizar y/o girar. Adicionalmente se exigen otras cualidades para la durabilidad del sistema, como pueden ser: la capacidad de evacuación de calor (generado por el roce entre la pared fija, el fluido lubricante y la pared móvil), la no agresividad del fluido lubricante contra los materiales de las partes fijas y móviles, la permanencia de las características del fluido tanto en el tiempo como con la temperatura, etc.

Cada vez más se va imponiendo una nueva exigencia acorde con los conceptos de "no agresividad al medio ambiente", es decir, se están imponiendo fluidos lubricantes que en caso de accidente o derrame no afecten o tengan influencia mínima con el medio ambiente.

Se pueden encuentran productos bajo las denominaciones de: ecológicos, naturales, biodegradables, aptos medioambientalmente, vegetales, inocuos para la naturaleza, etc. Todos estos adjetivos no tienen ningún valor. Para que un producto (ya sea aceites, jabones, grasas, limpia cristales, etc.) esté calificado como ecológico debe de incorporar la etiqueta ecológica de la UE (Ecolabel) que ayuda a identificar los productos y servicios que tienen un impacto ambiental reducido durante todo su ciclo de vida, desde la extracción de materias primas hasta la producción, uso y eliminación. Reconocida en toda Europa, la etiqueta ecológica de la UE (Ecolabel) es una etiqueta voluntaria para promover la excelencia ambiental y la inserción de su logotipo así lo indica. Existe un registro que se puede consultar.

 

                                    Para la obtención de dicho reconocimiento y su sello se deben pasar                                         unos controles muy rigurosos, en especial para aceites y grasas (caso                                          que nos ocupa), que están compilados en una serie de       normas.

                                    Se pueden encontrar "contratipos" en U.S.A., Australia, Japón, etc.

Fluidos y materiales lubricantes

Podemos encontrar varios tipos para aplicaciones hidroeléctricas:

- Grasa.

- Aceite.

- Agua.

- Material sintético.

Cada uno de ellos es adecuado para ciertas aplicaciones y a su vez la aplicación define y obliga a la elección de los materiales a lubricar. Por regla general los materiales que deben deslizar y/o girar deben ser de muy distinta composición química y de dureza muy dispar.

Siendo una mala explicación, pero un buen recordatorio nemotécnico: materiales iguales y de la misma dureza tienden a "unirse, pegarse, adherirse"

Gráfico de tipos de engrase.

                                                            No existe contacto físico entre ambas superficies.

                                                    

                                                            Situación ideal.

                                                                 Existe separación, pero hay contacto puntual.

                                                             Situación real.

                                                           

                                                            Existe contacto, desaparición del lubricante.

                                                           

                                                            Situación catastrófica.

Grasas

Por regla general en turbinas hidráulicas y sus accesorios se tiende a usar grasas, hay gran variedad y tipos según la aplicación, en movimientos de baja velocidad. Para tener una idea de ésta en r/m la podemos situar sobre las 300 r/m.

Aplicaciones típicas son los engrases de los ejes de las ruedas de compuertas, accionamiento de husillos, ejes de directrices. Estos son movimientos de muy bajas r/m y de una frecuencia de accionamiento en el tiempo casi inapreciable, lo cual permite una fácil evacuación del calor generado.

Una aplicación límite, que se debe evaluar y estudiar con detenimiento, es el uso de grasas en los cojinetes de turbinas, conjunto eje/cojinete radial, existen aplicaciones en turbinas que incluso llegan a girar a n>600 r/m

Una situación que limita la aplicación de grasas en turbinas es la "velocidad de embalamiento o desfogue", esta es la velocidad que alcanza la turbina al desaparecer el par o torque resistente, situación que se da en una desconexión brusca o "cero de red". En dicha situación una turbina fácilmente puede multiplicar su velocidad de giro por un valor de 2,8/3,0 veces, es decir, si el régimen de giro normal es de 600 r/m en un "cero de red" podemos alcanzar las 1.800 r/m.

Esto en principio parece que invalidaría el uso de grasas para estas aplicaciones, pero hay varias circunstancias que ayudan a minimizar el efecto desastroso que produciría tan altas velocidades:

• La actuación de los sistemas y órganos de seguridad, directrices, compuertas, válvulas, etc., que actúan con tiempos de maniobra muy rápidos, un distribuidor puede llegar a cerrar en t<10 90="" a="" al="" calentar="" carrera="" compuerta="" cortos="" dan="" de="" deflector="" en="" estos="" grasa.="" i="" la="" lvula="" mariposa="" n="" no="" pelton="" seg.="" seg="" ser="" su="" t="" tan="" tiempo="" tiempos="" un="" una="" v="">!Si los referidos mecanismos funcionan!

Por propio diseño, generalmente el cojinete radial de la turbina está sumergido o casi en contacto directo con el agua de accionamiento de la propia turbina y no siendo así se pueden diseñar con canales o serpentines de refrigeración. Una turbina de poco caudal, supongamos Q=0,5 m³/s es capaz de aportar 30.000 ltr/mto para evacuar el calor producido por la fricción.

En aplicaciones normales el agua circulante por la turbina raramente su temperatura excede de 25ºC, lo cual ayuda a mantener un "salto térmico" suficiente para evacuar, solo por convección, el calor generado.

Los sistemas de inyección de grasa, bombas, ya sea en modalidad "perdida" (muy poco recomendable ecológicamente) o modalidad "recogida", actualmente son accionados por corriente continua o por sistemas alternativos, como grupos electrógenos. Ello permite mantener la aportación de grasa cuando se produce un "cero de red"

El uso de grasa estuvo muy difundido en los movimientos oscilantes  para  ángulos pequeños, < 360º, tal como indicábamos: directrices, ejes de giro de válvulas de mariposa, esfera, husillos, etc. hasta que por desarrollo de nuevos materiales sintéticos, inicialmente de un coste elevado, empezaron a ser mas económicos evitando así el coste de los operarios, el impacto ambiental o ecológico y asegurando la certeza del engrase.

Hay gran variedad de tipos y marcas comerciales, pero en definitiva suelen ser piezas compuestas por varias capas, según la aplicación. Una de contacto (es la capa de fricción) normalmente PTFE mas algún aditivo "específico de la marca"; una capa de soporte mecánico, normalmente de bronce y una capa envolvente, normalmente de acero.

También existen casquillos de una sola capa, normalmente de bronce sinterizado realizados por el proceso de pulvimetalurgia, que permite unir materiales, distintos o no, por efecto de presión y temperatura, como es una unión y no una fusión el material es poroso. Las porosidades o cavidades pueden ser rellenadas por aceite, que por efecto de la temperatura se expanden y crean una capa lubricante, al bajar la temperatura este aceite es absorbido por capilaridad en la cavidades.

Solo queda hacer unos comentarios técnicos de sus aplicaciones: las características que deben controlase son:

• La presión o carga específica máxima soportable.
• El producto presión x velocidad.
• Capacidad de absorción de agua (hinchamiento)
• Otras específicas a la aplicación de uso.

Ejes y cojinetes. Parte nº 36 (flechas y chumaceras)

Las distintas variaciones del idioma español según los países, puede levar a confusión con estos dos vocablos.

Eje, árbol, flecha, etc. en este escrito se debe entender como: Barra fija o giratoria que en una máquina sirve para soportar piezas rotativas o para transmitir fuerza motriz (par o torque) de unos órganos a otros.

Cojinete debe entenderse como: Pieza o conjunto de piezas en que gira o se apoya y gira el eje de un mecanismo. En la turbinas hidráulicas el cojinete es de material antifricción (aleaciones de estaño/plomo/antinomio, también llamado metal blanco o metal babbit en honor a su inventor). En pequeñas turbinas hidráulicas también se usan rodamientos (bolas, rodetes, barriletes). Desde hace varios años han aparecido en el mercado distintos "plásticos técnicos" de características iguales o superiores que pueden sustituir al cojinete clásico.

Una de las zonas más críticas, vulnerable y delicada de una central hidroeléctrica es el conjunto eje-cojinete, principalmente el cojinete turbina (el más próximo al rodete) ya que este se encuentra normalmente en una zona sumergida con posibilidad de quedar inundada por el agua.

En ésta exposición no entraremos, de momento, en los cojinetes que forman parte del alternador, ya que en la actualidad éstos forman parte del suministrador del mismo, aunque hay que indicar que uno de los mas solicitados es el cojinete axial, que debe soportar todo el empuje hidráulico generado por la propia turbina y en su caso soportar además los pesos propios de las partes en rotación, tales como, rodete, eje turbina, eje alternador, rotor, aceites, etc. Estos cargas o esfuerzos pueden sobrepasar las 1.000 tm

No entraremos en la teoría de la lubricación, capa límite, efecto cuña, etc. ni en aspectos especializados de esta materia, que aún pudiéndose encontrar en la literatura queda fuera del alcance de la filosofía de divulgación de este blog.

Continuará ..........