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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Seminario

LUBRICACION PREDICTIVA

Conferencista

PEDRO R. ALBARRACIN AGUILLON Ingeniero Mecánico Universidad de Antioquia Medellín – Colombia TRIBOSINGENIERIA [email protected]

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Seminario Internacional

LUBRICACION PREDICTIVA Certificación ISO 18436-4 Categoría I Lubricación efectiva y análisis de laboratorio Certificación ISO 18436-4

INDICE Capítulo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Tema Vida de las máquinas. Fuerza de fricción Cálculo del ahorro de energía por menor fricción. Análisis de laboratorio a aceites lubricantes. Fundamentos sobre lubricación Selección del tipo de aditivo extrema presión – EP. Selección correcta de un aceite industrial. Selección correcta de un aceite automotriz. El impacto del desgaste en los mecanismos lubricados. La influencia de la rugosidad en el desgaste de los mecanismos. Prueba de 4 bolas. Código de colores para identificación de los lubricantes. Factores que afectan la vida disponible de los mecanismos lubricados. Confiabilidad de las máquinas. Ruta de Tribología. Ruta de Confiabilidad. Flushing Químico-hidráulico y flushing hidráulico en turbomáquinas. Diálisis de aceites industriales. Control de la contaminación. Filtración de aceites industriales. TOMA DE MUESTRAS DE ACEITE PARA SU ANALISIS DE LABORATORIO

Lubricación Centrada en la Confiabilidad. Auditoria en Lubricación.

Página 3 7 19 30 146 160 168 183 195 201 206 209 213 215 222 226 230 237 240 253 256 260 273

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Capítulo 1

VIDA DE LAS MAQUINAS

1. DEFINICION La vida de las máquinas también conocida como vida a la fatiga, se define como el número de horas que podrán alcanzar los diferentes componentes mecánicos que las constituyen garantizando una producción continua, con bajos costos tanto por mantenimiento preventivo como por consumo de energía. La vida proyectada de las máquinas se basa en los parámetros que el fabricante tuvo en cuenta durante su diseño como cargas, velocidades, temperatura, medio ambiente y materiales utilizados. Las nuevas teorías de vida esperada de los componentes de las máquinas se basan, tanto en las condiciones operacionales bajo las cuales las someten los usuarios como en el Indice de Viscosidad (IV) del lubricante utilizado, su aplicación y su nivel de limpieza de acuerdo con la Norma ISO 4406. 2. CURVA TRIBOLOGICA La curva tribológica de los componentes de una máquina es muy similar a la curva de la bañera de Davis (referida a las diferentes etapas en las que pueden fallar los componentes de las máquinas) y se conoce también como la curva de desgaste normal de cada uno de ellos a través del tiempo; es característica para cada uno de los diferentes metales que constituyen la metalurgia de los mecanismos de la máquina y su contenido se específica en las partes por millón (ppm ) que pueden haber presentes en el aceite que se está utilizando al cumplirse su frecuencia de cambio. La curva tribólogica tiene tres etapas fundamentales que son: improductiva ó asentamiento del componente, productiva ó vida a la fatiga y final ó vida remanente (envejecimiento moral).

3. ETAPA IMPRODUCTIVA O ASENTAMIENTO DEL MECANISMO El asentamiento ó despegue de dos superficies que van a trabajar moviéndose la una con respecto a la otra en el mecanismo de un equipo, es la etapa más importante en la vida del mecanismo y de ella dependerá que alcance su vida a la fatiga ó que ésta se vea reducida considerablemente

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV (conocida como mortalidad infantil); se presenta en las primeras horas de operación del mecanismo y el tiempo de duración varía de acuerdo con el tipo de mecanismo, los materiales utilizados, la rugosidad de las superficies, la clase de lubricante utilizado y la operación del equipo. Durante el proceso de mecanizado de las dos superficies del mecanismo nuevo es prácticamente imposible garantizar que las crestas que componen su rugosidad serán uniformes, por lo que habrá necesidad de eliminar intencionalmente las más sobresalientes cuando las rugosidades se muevan la una con respecto a la otra; en la curva tribológica aparecerá un elevado desgaste durante las primeras horas de operación de dicho mecanismo; está situación es normal y el desgaste irá disminuyendo en la medida que las crestas más sobresalientes se vayan puliendo. Las partículas metálicas que se desprenden se deben evacuar del mecanismo lubricado ya que de lo contrario darán lugar a que se presente el desgaste abrasivo el cual disminuirá considerablemente la vida de servicio del mecanismo. Para obtener un correcto asentamiento de las rugosidades de las superficies del mecanismo nuevo es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos: -

No aplicar la carga normal de trabajo, sino la mínima posible ya que en ese momento el área real de trabajo sólo estará constituida por los picos de las crestas de mayor tamaño. La presión que actúa sobre la superficie de trabajo es igual a la fuerza sobre el área, así por ejemplo si se tiene una fuerza de 100 kgf y un área real de soporte de carga de 100 cm 2, se tendrá una presión igual a 1kgf / cm2, si el mecanismo está nuevo el área será mucho menor, supóngase 50 cm 2, lo que daría como resultado que si se le aplicara la carga normal de trabajo de 100 kgf la presión sería igual a 2 kgf/cm2, sobrepasando posiblemente la de diseño y en la curva esfuerzo deformación de los materiales cuando el mecanismo se ponga en movimiento ó la lubricación sea del tipo ElastoHidrodinámica (EHL) y las irregularidades de las superficies interactúen es factible que el punto de trabajo quede localizado en la zona plástica dando lugar a la fractura de las crestas y al inicio de micro grietas internas que se irán propagando hasta destruir las superficies de fricción y por lo tanto el mecanismo. Si el mecanismo que se va a asentar son los engranajes de un reductor de velocidad, la recomendación es trabajarlo en vacío (acoplado solamente a la fuente motriz) por lo menos 48 horas, al cabo de las cuales se le puede ir incrementando la carga hasta normalizar las condiciones de operación.

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Propiciar desgaste erosivo entre las crestas de las rugosidades de las dos superficies mediante la utilización de un aceite de un grado ISO de viscosidad mayor que el especificado por el fabricante del mecanismo. Las capas de aceite en exceso entran forzadas entre las crestas que se mueven la una con respecto a la otra, remueven la película límite que se encuentra adherida a ellas y las irán desgastando lentamente por erosión hasta que la rugosidad promedio de las dos superficies llegue a su valor normal. El exceso de viscosidad acelerará el asentamiento del mecanismo, sin embargo si hay suficiente tiempo para esta temprana etapa de la vida del mecanismo, se podrá llevar a cabo con el aceite recomendado por el fabricante de la máquina. El empleo de un aceite de menor viscosidad propiciará el desgaste adhesivo entre las crestas de las dos superficies con la desventaja de que al soldarse al entrar en contacto se fracturarán generando grietas internas que se propagarán y destruirán las superficies de fricción del mecanismo.

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Si el sistema de lubricación del mecanismo es por salpique, el aceite se debe cambiar cada 48 horas de operación continua ó en su defecto se debe filtrar para retirarle las partículas metálicas que se van desprendiendo durante el proceso de asentamiento. En caso de que el aceite no se pueda filtrar directamente en el equipo rotativo sino que sea necesario cambiarlo, se debe ir almacenando hasta que se tenga la cantidad suficiente para filtrarlo ya que sus propiedades físico - químicas están en buen estado. Si el sistema de lubricación es por circulación es necesario hacerle al aceite cada 48 horas de operación continua un conteo de partículas según ISO 4406 para determinar en que momento se debe cambiar.

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Hacerle al aceite cada 48 horas un análisis del contenido de metales en partes por millón (ppm) y conteo de partículas según ISO 4406 para determinar en que momento se estabiliza el desgaste del mecanismo y se da por terminada la etapa de asentamiento. El análisis del

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desgaste se puede complementar con el chequeo de la temperatura de operación ya que ésta irá disminuyendo hasta estabilizarse en la medida en que las crestas se vayan puliendo. Cuando finalmente las rugosidades de las dos superficies se asientan el desgaste erosivo se estabiliza en un valor y permanece aproximadamente constante durante la etapa productiva ó vida a la fatiga del mecanismo.

4. ETAPA PRODUCTIVA O VIDA A LA FATIGA DEL MECANISMO Esta etapa es la más importante en la vida del mecanismo y tiene un rango de desgaste erosivo que permanece aproximadamente constante a lo largo de su período de explotación y que con los lubricantes que se conocen en la actualidad no puede llegar a ser cero; es característico para cada uno de los metales que constituyen el mecanismo y depende de sus condiciones de operación, del tipo de aceite utilizado, del índice de viscosidad (IV) y de la eficiencia de la filtración. La frecuencia de cambio del aceite la determina la tendencia al desgaste erosivo del mecanismo, la cual la especifica el fabricante y en caso tal de que no se conozca es necesario determinarla mediante el análisis periódico del contenido de metales en ppm presentes en el aceite cada vez que éste se cambia. Los factores que más inciden para que el mecanismo alcance su vida a la fatiga, para que sea mayor ó para que ésta se reduzca considerablemente son el IV y la calidad de la filtración del aceite. El contenido de metales en ppm presentes en el aceite se analiza por espectro fotometría de emisión atómica y se lleva a cabo cada vez que el aceite se cambie; la cantidad de partículas metálicas debe ser aproximadamente igual a la tendencia al desgaste del mecanismo, si es menor es un buen síntoma de que el mecanismo está trabajando correctamente y si es mayor es porque algo anormal está sucediendo. En este último caso se cambia el aceite y en el período que sigue se le analiza el contenido de metales por lo menos tres veces antes de que se cumpla la frecuencia de cambio, si la situación se normaliza el problema fue ocasionado probablemente por sobrecargas ó por contaminación del aceite con polvo del medio ambiente lo cual se podría comprobar si el contenido de Silicio (Si) en ppm fue alto cuando se presentó el desgaste del mecanismo por fuera de su tendencia normal, en caso contrario si el problema del alto contenido de partículas metálicas en ppm en el aceite persiste, es necesario en el período que sigue hacerle un seguimiento al mecanismo con técnicas como el chequeo de la temperatura de operación, análisis del espectro frecuencial de las vibraciones para determinar si hay algún tipo de problema en el mecanismo como desalineamiento, desbalanceo, roces, solturas, etc, conteo de partículas según ISO 4406 y ferrografía; comparando los resultados de estas técnicas es factible conocer con mucha exactitud la causa real del desgaste del mecanismo. 5. ETAPA FINAL O REMANENTE DEL MECANISMO Una vez que se ha alcanzado la vida a la fatiga del mecanismo, la curva de desgaste se vuelve ascendente y el análisis del contenido de metales en ppm entre cambios del aceite va mostrando una rata de crecimiento exponencial lo cual es un claro indicio de que la vida del mecanismo está llegando a su fin. En esta etapa es muy importante conocer con mucha aproximación cuando se debe parar la máquina para cambiarle dicho mecanismo, ya que si se hace a destiempo se desaprovecharía parte de su vida residual generando costos de mantenimiento y pérdidas de producción y por el contrario si se sobrepasa el tiempo máximo que puede trabajar el mecanismo con confiabilidad se produciría su falla catastrófica con graves consecuencias para el sistema productivo de la empresa. Para determinar con mucha exactitud el momento en que se debe parar la máquina para intervenirla, es necesario utilizar técnicas de monitoreo como el chequeo de la temperatura de operación, análisis del espectro frecuencial de las vibraciones, conteo de partículas según ISO 4406 y ferrografía. Esta última técnica es una de las más importantes ya que conociendo el tamaño de las partículas, su forma y el tipo de material es factible conocer la gravedad y el tipo de desgaste que se está presentando en el mecanismo.

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6. CURVA TRIBOLOGICA POSITIVA O NEGATIVA DE UN MECANISMO La curva tribológica positiva de un mecanismo se proyecta por debajo de la tendencia al desgaste especificada por el fabricante y se presenta cuando en su lubricación se utiliza un aceite que por lo regular es sintético con un IV mayor que el que se ha venido utilizando y / ó se mantiene el aceite con un código ISO de limpieza mayor que el especificado para el tipo de mecanismo lubricado. Esta curva es de alta productividad y aumenta la confiabilidad de la máquina; no es fácil de obtener en la práctica porque se requiere un alto nivel de conocimientos por parte del personal de mantenimiento en los temas de la lubricación y de la filtración.

La curva tribológica negativa de un mecanismo se proyecta por encima de la tendencia al desgaste especificada por el fabricante y se presenta por múltiples causas entre las que se tienen un mal asentamiento de las rugosidades, una operación incorrecta del mecanismo, una mala lubricación y altas vibraciones ocasionadas por desalineamiento , desbalanceo, etc. Esta curva es muy fácil de que se presente en la práctica y da lugar a que el mecanismo lubricado se tenga que cambiar mucho antes de la terminación de su vida a la fatiga, generando altos costos de mantenimiento. Una vez que se detecta que la tendencia al desgaste del mecanismo es anormal se pueden hacer algunos correctivos para normalizarla siendo los más importantes la utilización de lubricantes sintéticos con altos IV y la implementación de programas preventivos de filtración del aceite. Si la temperatura de operación del mecanismo, medida en la carcasa, es superior a los 50°C se debe analizar si el calor generado es por exceso de fricción en el mecanismo en cuyo caso se debe hacer un estudio del coeficiente de fricción de la película lubricante del lubricante utilizado y finalmente considerar la posibilidad de refrigerar el aceite para mantenerlo como máximo en 50°C.

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Capítulo 2

FUERZA DE FRICCIÓN: FACTOR NEGATIVO EN LAS EMPRESAS INDUSTRIALES

1. INTRODUCCION La fricción está presente en nuestras vidas todos los días y en algunos casos es imprescindible para poder desarrollar determinadas acciones como caminar, andar ó frenar un vehículo, generar fuego, fabricar piezas en un torno ó en una fresadora, etc; pero es completamente improductiva en los elementos de una máquina, los cuales podrían fallar catastróficamente si no se lubricaran, y aunque esto se hiciera, si el lubricante no es el adecuado, el mecanismo, dentro de un proceso más lento también se dañaría finalmente. En las relaciones diarias con otras personas, la fricción ó el roce entre diferentes temperamentos, como popularmente se le conoce, conlleva a disgustos, enemistades y a otro tipo de problemas, porque no es posible lograr muchas veces el acoplamiento de personalidades y por lo tanto se presenta el rechazo. La fricción entre los seres humanos es necesario reducirla, para vivir en un mundo cada vez mejor. La fricción en los componentes de máquinas, conlleva a la transformación de energía útil, aprovechable en trabajo productivo, en calor tanto para la máquina como para el ambiente, con el subsecuente número de problemas que las altas temperaturas de operación generan para los mecanismos lubricados, para el aceite y para el ambiente, ya que aporta calor causante del cambio climático. Es muy importante el análisis ingenieril de los fenómenos de fricción en las máquinas, para determinar si las causas que lo generan son mecánicas, operacionales ó de lubricación, con el objetivo de controlarlas y reducirlas hasta llegar a eliminarlas algún día. 2. HISTORIA DE LA FRICCION La fricción permitió el desarrollo del hombre primitivo, en épocas muy remotas, como en el año 200.000 AC cuando “inventó” la máquina para “hacer fuego”, y las “brocas”. Al descubrir la fricción y utilizarla para su propio bienestar también vio la necesidad que era necesario reducirla en otros tipos de “máquinas”, como en el torno de alfarero, utilizado para la fabricación de vasijas de arcilla para los alimentos, en la cual, los elementos sometidos a fricción, al girar la tabla horizontal se desgastaban y era necesario “lubricarlos”. En esa época para reducir la fricción se utilizaban agua, petróleo crudo, y grasas de origen animal y vegetal principalmente. Posteriormente el hombre de la época de las grandes civilizaciones mostró un gran interés por reducir la fricción en movimientos de traslación como en el caso de los egipcios en el año 2500 AC para el transporte de piedras hasta de 200 toneladas cada una para la construcción de monumentos y pirámides y más adelante para reducir el desgaste de las ruedas y demás elementos utilizados en la guerra y en la vida diaria. El hombre moderno continua con el mismo interés de reducir al máximo la fricción, no solo en los diferentes componentes de las máquinas que utiliza en todo momento, sino

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV también en su propio organismo y es así como hoy en día se ve el reemplazo de partes del sistema óseo como las rótulas de las caderas por materiales termoplásticos auto-lubricados, de larga vida y compatibles con los tejidos humanos. Terminando la edad media ó la era del oscurantismo, y empezando el renacimiento (año 700 DC al 1500 DC), el artista científico Leonardo Da Vinci (1452-1519) planteó conceptualmente por primera vez, las leyes fundamentales de la fricción, vigentes aún hoy en día, en las cuales afirmaba que: -

La fuerza de fricción es directamente proporcional al coeficiente de fricción y al peso del cuerpo en movimiento. La fuerza de fricción depende del área (microscópica) real de contacto y no del área aparente del cuerpo deslizante.

En 1699 el físico francés Guillaume Amontons (1663-1705) formuló matemáticamente las leyes de la fricción del movimiento por deslizamiento entre dos superficies planas. Otros científicos como Robert Hooke (1635-1703), Isaac Newton (1643-1727), Charles Coulomb (1736-1806), y Osborne Reynolds (1842-1912) le hicieron aportes muy importantes al tema de la fricción entre dos cuerpos sólidos, entre estos y los fluidos y en el interior de los fluidos. 3. FRICCION Y FUERZA DE FRICCION La fricción es la oposición que presentan dos zonas materiales en contacto, durante el inicio, desarrollo y final del movimiento relativo entre ellas, conlleva a consumo de energía, generación de calor, desgaste y en algunos casos a fallas catastróficas. Los cuerpos que se mueven pueden ser sólidos, líquidos ó gaseosos, ó una combinación de dos ó más de ellos. La fricción se define como fuerza de fricción (F), es negativa y se opone al movimiento y refleja que tanta energía mecánica se pierde cuando dos cuerpos inician el movimiento ó se mueven entre sí y es paralela y opuesta al sentido del movimiento. Refleja que tan eficiente energéticamente es el mecanismo durante su funcionamiento. La fuerza de fricción se calcula de la siguiente ecuación:

F = f x W, Ecuación No1 -

F: fuerza de fricción, kgf (lbf) f: coeficiente de fricción metal-metal, sólido, mixto ó fluido, adimensional. W: fuerza normal que actúa sobre una de las superficies de fricción, kgf (lbf).

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La fuerza W que presiona un cuerpo sobre una superficie horizontal es equivalente a su peso y se denomina fuerza normal. Cuando el cuerpo descansa sobre un plano inclinado la magnitud de la fuerza normal depende del ángulo de inclinación y es menor que el peso de dicho cuerpo (WCosθ). Cuando el cuerpo reposa sobre una superficie horizontal dicho cuerpo presiona sobre la superficie con todo su peso y si la superficie está inclinada, por ejemplo 60º, solo presiona con la mitad de su peso y la fuerza normal es de cero cuando el plano está en posición vertical, puesto que el cuerpo y la superficie no se presionan entre sí. La fuerza normal sobre la superficie puede ser mayor que el peso si se ejerce una presión adicional sobre el cuerpo. 4. TIPOS DE FUERZAS DE FRICCION La fuerza de fricción, puede ser estática ó cinética. -

Fuerza de fricción estática (F e) Fuerza de fricción cinética (F c)

Fuerza de fricción estática (Fe ) La fuerza de fricción estática (F e) es una fuerza negativa mayor que la fuerza aplicada la cual no es suficiente para iniciar el movimiento de un cuerpo estacionario. Se genera debido a la rugosidad microscópica de las dos superficies, que interactúan y se entrelazan, y entre las cuales se generan enlaces iónicos y microsoldaduras formadas por la humedad y el oxigeno del aire. Fuerza de fricción cinética (Fc ) La fuerza de fricción cinética (Fc) es una fuerza negativa que se presenta cuando un cuerpo se mueve con respecto a otro, se opone al movimiento y es de magnitud constante. La fuerza de fricción cinética, entre dos cuerpos que se mueven entre si se puede presentar como: -

Metal – metal Sólida Mixta Fluida

Fuerza de fricción cinética metal-metal

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Tiene lugar cuando la rugosidad de una superficie metálica desliza directamente sobre la otra y el sistema tribológico está constituido por dos cuerpos sólidos, entre los cuales no hay un tercer elemento sólido ó fluido que los separe. En la fuerza de fricción metal-metal cinética, tiene las siguientes características: -

-

Puede ser de alta ó de mediana intensidad, dependiendo del tipo de materiales en contacto. Ocasiona en la mayoría de los casos que las superficies de fricción de los componentes de la máquina se suelden y la falla sea catastrófica, debido a la gran cantidad de calor generado cuando las crestas altas y pequeñas chocan, se deforman elásticamente y luego plásticamente hasta fracturarse. Ocurre de manera transitoria cuando los mecanismos lubricados de una máquina se ponen en operación ó se detienen y la condición final de lubricación es Elastohidrodinámica ó fluida.

Falla catastrófica entre el cojinete y el muñón en un reductor de velocidad al interrumpirse le flujo de aceite. Fuerza de fricción sólida cinética Se presenta de manera transitoria siempre que los componentes de la máquina inician su movimiento ó paran. La fuerza de fricción sólida cinética presenta las siguientes características: -

Depende del tipo de aditivo antidesgaste que tenga el lubricante utilizado. Es de regular intensidad, y conlleva a un bajo nivel de desgaste adhesivo. Puede conllevar a altos niveles de desgaste adhesivo cuando la película lubricante es fluida y se rompe debido a condiciones mecánicas u operacionales anormales en el mecanismo lubricado.

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Desgaste adhesivo en el cojinete liso de un compresor centrífugo por fricción sólida en el momento de la puesta en marcha. Fuerza de fricción mixta cinética Se presenta de manera permanente cuando los mecanismos lubricados de una máquina trabajan bajo condiciones de lubricación Elastohidrodinámica (EHL). La intensidad de la fuerza de fricción mixta tiene las siguientes características: -

Depende del tipo de aditivo extrema presión y de las características del lubricante utilizado. Es de mediana intensidad, y conlleva a un nivel de desgaste adhesivo moderado, que se presenta en los componentes lubricados durante el funcionamiento de la máquina. Se puede minimizar cuando se requiere un lubricante con un aditivo extrema presión de tipo EP 1 y se utiliza un EP3 y se puede incrementar cuando se requiere un EP3 y se pasa a un EP1.

Desgaste adhesivo por fricción mixta en el cojinete liso del eje de baja velocidad en un reductor. Fuerza de fricción fluida cinética Tiene lugar cuando las superficies de fricción se mueven la una con respecto a la otra completamente separadas por un tercer elemento que por lo regular es un fluido. La fuerza de fricción fluida cinética presenta las siguientes características: -

Para un mismo espesor de película lubricante, depende de si el lubricante utilizado es mineral, sintético ó vegetal. En el caso del aceite mineral se define como la resistencia que presentan al corte las laminillas que constituyen la película lubricante, un valor típico es de 0,008.

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En el caso de los aceites sintéticos como la resistencia a la rodadura de las esferas de igual diámetro que constituyen la película lubricante, un valor típico es de 0,006. En el caso de los aceites vegetales como la resistencia a la rodadura de las esferas de diferente diámetro que constituyen la película lubricante, un valor típico es de 0,007.

Fricción fluida con diferentes tipos de lubricantes.

Película lubricante en el cojinete liso de apoyo de una turbina de vapor cuyo eje gira a 3600 rpm.

5. COEFICIENTE DE FRICCIÓN El coeficiente de fricción caracteriza la fuerza de fricción, es el parámetro modificable para reducir las pérdidas por fricción y hacer más productivo el desempeño mecánico de los componentes de máquinas. El coeficiente de fricción entre dos cuerpos que se mueven puede ser por deslizamiento ó por rodadura dependiendo de la forma geométrica de las superficies que interactúan. El coeficiente de fricción por rodadura es menor que por deslizamiento. El valor del coeficiente de fricción por deslizamiento y por rodadura a su vez es función de la naturaleza del contacto que se presente entre los cuerpos sometidos a fricción, y puede ser: -

Metal-metal por deslizamiento (fmmd) ó rodadura (fmmr) Sólido por deslizamiento (fsd) ó por rodadura (fsr) Mixto por deslizamiento (fmd) ó por rodadura (fmr) Fluido por deslizamiento (ffd) ó por rodadura (ffr)

El coeficiente de fricción metal-metal cinético es el más alto, conlleva a elevadas pérdidas de energía por fricción y alta generación de calor y depende de la naturaleza de los materiales friccionantes en contacto. Por ejemplo cuando una superficie de acero rueda sobre otra de acero es de 0,30; este puede ser el caso de un rodamiento de bolas no lubricado al rodar las esferas sobre las pistas de rodadura en seco. El coeficiente de fricción sólida cinético depende del tipo de material que se le haya aplicado a las superficies metálicas que interactúan como material de desgaste. Por ejemplo cuando se utiliza como material de desgaste el aditivo metálico ditiosfosfato de zinc sobre ditiosfosfato de zinc es en promedio de 0,10.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV El coeficiente de fricción mixta por rodadura depende del tipo y cantidad de fluido y del material antidesgaste utilizado como lubricante que separa las dos superficies. Por ejemplo cuando es aceite mineral EP1 sobre aceite mineral EP1 es en promedio de 0,020. El coeficiente de fricción fluida por rodadura depende del tipo de fluido utilizado como lubricante para separar las dos superficies. Por ejemplo cuando es aceite mineral sobre aceite mineral es en promedio de 0,0085. En la Tabla No1 se especifican los valores típicos de coeficientes de fricción por deslizamiento y rodadura en diferentes mecanismos y condiciones de lubricación.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Tabla No1 Valores típicos de coeficientes de fricción por deslizamiento y rodadura en diferentes mecanismos y condiciones de lubricación Coeficiente de fricción Metal-metal fmm Desliz. Rod. fmmd fmmr

Sólido fs Mineral Sintético fsd fsd

Fluido ff Mineral Sintét. ffd ffr

0,33

0,11

0,0085

0,0075

0,37

0,12

0,009

0,008

0,31

0,10

0,008

0,007

0,30

0,13

0,0083

0,0073

0,32

0,11

0,0081

0,0071

0,34

0,18

0,0088

0,0078

0,40

0,12

0,0095

0,0085

0,42

0,14

0,009

0,008

0,0095

0,0085

0,008

0,007

0,47

0,17

0,45

0,16

Mixto fm EP1 EP2 EP3 1ra Generación 2da Generación 3ra Generación Mineral Sintético Mineral Sintético Mineral Sintético fmd fmr fmd fmr fmd fmr Mecanismo Rodamiento rígido de bolas 0,09 0,019 0,017 0,016 0,014 0,013 0,011 Rodamiento de bolas de contacto angular 0,10 0,020 0,018 0,017 0,015 0,014 0,012 Rodamiento de bolas a rótula 0,09 0,019 0,017 0,016 0,014 0,013 0,011 Rodamiento axial de bolas 0,10 0,020 0,018 0,017 0,015 0,014 0,012 Rodamiento de rodillos cilíndricos 0,10 0,022 0,020 0,019 0,017 0,016 0,014 Rodamiento de rodillos cónicos, esféricos y a rótula 0,12 0,021 0,019 0,018 0,016 0,015 0,013 Rodamiento de agujas 0,09 0,019 0,017 0,016 0,014 0,013 0,011 Engranajes cilíndricos de dientes rectos y helicoidales 0,10 0,027 0,025 0,024 0,022 0,021 0,019 Engranajes sinfín-corona 0,12 0,042 0,040 0,039 0,037 0,036 0,034 Cojinetes lisos 0,11 0,034 0,032 0,031 0,029 0,028 0,026

Notas: (1) Por lo regular los engranajes sinfín-corona no trabajan bajo condiciones de lubricación HD sino EHL. (2) En cojinetes lisos el coeficiente de fricción fluida se calcula más exactamente por la ecuación de Sommerfeld (3) El coeficiente de fricción equivalente fe para aceite salpicado es de 0,010 y para aceite aplicado a presión es de 0,005. (4) fmmd y fmmr son los coeficientes de fricción metal-metal por deslizamiento y rodadura respectivamente. (5) fsd y fsr son los coeficientes de fricción sólida por deslizamiento y rodadura respectivamente. (6) fmd y fmr son los coeficientes de fricción mixta por deslizamiento y rodadura respectivamente. (7) ff y ff son los coeficientes de fricción fluida por deslizamiento y rodadura respectivamente. (8) Al utilizar un aceite de una viscosidad mayor que la requerida es necesario incrementar el coeficiente de fricción en un factor equivalente a 1,15 por cada grado ISO superior al requerido.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 6. GENERACION DE CALOR La cantidad de calor que se genera entre superficies de componentes de máquinas que están en contacto directo es tan alta que puede conllevar a que las rugosidades de las dos superficies se suelden al alcanzar el punto de fusión de los materiales. Inicialmente, al originarse el contacto metal-metal, la resistencia que ofrecen al movimiento el número de puntos soldados es inferior al torque generado por la máquina conducida, por lo que el mecanismo sigue operando a una temperatura de operación superior a la normal con un determinado nivel de desgaste adhesivo. Luego a medida que transcurre esta situación, la temperatura sigue en aumento con el consecuente número de puntos soldados de las crestas de las rugosidades, hasta que finalmente su resistencia es mayor que el torque aplicado y la máquina se “frena” dando lugar a la falla catastrófica del mecanismo donde ocurrió el contacto metal-metal, y en muchas ocasiones de otros componentes de la máquina, hasta el punto que es necesario reemplazarla en su totalidad.

Cantidad de calor generado dependiendo del tipo de fuerza de fricción En una máquina compleja, sus diferentes mecanismos están constituidos por engranajes, rodamientos, cojinetes lisos, guías, cadenas y acoples; los cuales están expuestos a bajos ó altos consumos de energía por fricción, generación de calor y por lo tanto a una temperatura de operación mayor que la del ambiente. La cantidad de calor generado en un componente de máquina depende del tipo de componente, de las condiciones operacionales a las cuales está sometido y del tipo de fricción que se presente en dicho componente. En la Tabla No2 se especifican las fórmulas que se pueden utilizar para calcular el calor generado en rodamientos, cojinetes lisos y engranajes.

Tabla No2 Cálculo del calor generado en diferentes componentes de máquinas Mecanismo

Fórmula

Ecuación

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Rodamiento Cojinete liso Engranaje

Qf = 4,42x10-3fWddn Qf = 26,46fWddn Qf = 632,5P(1 - et)

No2 No3 No4

Parámetro: -

Qf: Calor generado por fricción, kcal/hr. f: Coeficiente de fricción, adimensional. Depende del tipo de lubricación. Wd: Carga dinámica que actúa sobre el rodamiento o cojinete liso, kgf. d: Diámetro del eje, cm. n: Velocidad a la cual gira el eje, rpm. P: Potencia disponible en el eje de entrada de la transmisión, kw. et: Eficiencia total de la transmisión, adimensional.

7. FALLA CATASTROFICA La falla catastrófica se define como aquella condición en la cual el mecanismo de una máquina queda totalmente inservible por excesivo desgaste adhesivo, cambio de su forma geométrica ó desintegración de su estructura metálica.

Falla catastrófica en los cojinetes de apoyo del eje de una turbina de vapor La falla catastrófica en cualquier elemento mecánico se presenta como resultado del contacto metalmetal entre las superficies de fricción del componente mecánico. Las causas que conllevan a que se presente la falla catastrófica son: -

Temperatura de operación superior a la máxima permisible. Viscosidad del lubricante inferior a la requerida. Bajo nivel de aceite. Aceite contaminado con agua, gases, combustible, etc. Sobrecargas por problemas operacionales ó mecánicos (desbalanceo, desalineamiento, etc). Valores de vibración por encima del valor normal.

Caso histórico Una bomba centrífuga, que bombea gasolina en una planta petroquímica, desde un tanque a presión atmosférica hasta otro de almacenamiento, presentó falla catastrófica, en los tres rodamientos de apoyo del eje de la bomba centrífuga como resultado de la disminución de la Cabeza Neta de Succión Disponible (NPSH)d, al disminuir la altura H de la gasolina en el tanque desde el cual se alimenta la

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV bomba centrífuga. Se requiere comprobar si la causa de la falla de los rodamientos fue un problema de contacto metal-metal por rotura de la película lubricante debido al calor generado. Datos técnicos: -

Tipo de rodamientos: uno rígido de bolas en el lado impulsor y dos de bolas de contacto angular en el lado acople. Velocidad de operación: 1800 rpm. Temperatura de operación: 60ºC Temperatura ambiente: 35ºC Carga dinámica sobre el rodamiento rígido de bolas: 2500 kgf Carga dinámica sobre cada rodamiento de bolas de contacto angular: 3200 kgf. Diámetro interior de los rodamientos: 12 cm. Aceite utilizado: ISO 68 Método de lubricación: por anillo. Condición de lubricación: hidrodinámica (HD). Area de transferencia de calor de la carcasa donde van alojados los rodamientos: 5950 cm 2.

Valores de Calor total generado por los tres rodamientos: Un rodamiento rígido de bolas: Qf = 4,42x10-3x0,0085x2500kgfx12cmx1800 rpm = 2028,78 kcal/hr Dos rodamientos de bolas de contacto angular: Qf = 2x4,42x10-3x0,009x3200kgfx12cmx1800 rpm = 5499,18 kcal/hr Calor total generado por los tres rodamientos: 7527,96 kcal/hr Temperatura final debido al calor total generado: El calor (Q) generado por fricción lo absorbe el aceite y lo disipa la carcasa donde van alojados los rodamientos. Este calor es igual a: Q = At ht ∆T, kcal/hr Donde: At: Area de la carcasa, 5950 cm2 ht: Transmitancia ó conductividad térmica del material de la carcasa, 0,00252 kcal/cm 2xºCxhr ∆T: Diferencial de temperatura entre la carcasa y el ambiente, ºC Por lo tanto: ∆T = Q/At ht, ºC ∆T = (7527,96 kcal/hr)/(1,8kgxcm/minxcm2xºC)x5950 cm2 = 500,15ºC Top = 500,15º + 35ºC = 535,15ºC La Top de 500,15ºC rompe completamente la película lubricante y hace que las propiedades mecánicas de los rodamientos se afecten a un punto tal que se genera su falla catastrófica de manera inmediata, como efectivamente ocurrió en los rodamientos de la bomba centrífuga.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Rodamiento rígido de bolas destruido

Rodamientos de la bomba centrífuga destruidos

Rodamientos de contacto angular destruidos 8. CARACTERISTICAS DE LA FUERZA DE FRICCION -

Es directamente proporcional a la carga normal que actúa entre las dos superficies. Depende del tipo de material de los cuerpos y del estado de sus superficies. Es independiente del área real de contacto entre las superficies. Es independiente de la velocidad relativa entre los cuerpos. Depende de la naturaleza del proceso de lubricación que ocurra entre los dos cuerpos.

9. CONSECUENCIAS DE LA FUERZA DE FRICCION -

Pérdida de potencia útil aprovechable para trabajo productivo. Generación de calor. Elevación de la temperatura de operación. Fatiga térmica de los componentes de máquinas con reducción de su vida de servicio. Oxidación prematura del aceite y altos costos de lubricación. Elevados costos de producción con disminución del nivel competitivo de la empresa.

10. CONTROL DE LA FUERZA DE FRICCION -

Mejoramiento de la rugosidad de las superficies en contacto. Uso eficiente de la lubricación. Implementación de lubricantes con aditivos antidesgaste y EP de alta tecnología.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV -

Uso de lubricantes con alto índice de viscosidad. Utilización de materiales con menores coeficientes de fricción.

11. BENEFICIOS AL CONTROLAR LA FUERZA DE FRICCION Los más importantes son: -

Mayor confiabilidad y disponibilidad de las máquinas. Disminución de los costos de operación por menos paros en la maquinaria. Menos mantenimiento al reducir el desgaste adhesivo en los componentes lubricados. Reducción del consumo de energía por fricción en las máquinas. Menores niveles de contaminación. Mayor competitividad de las empresas.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Capítulo 3

CALCULO DEL AHORRO DE ENERGIA POR MENOR FRICCION 1.

INTRODUCCION

La industria moderna con la globalización de la economía ha entrado en un mercado altamente competitivo que la ha obligado ha revaluar todos sus procesos productivos para determinar en cuales no es rentable y reformarlos o en caso contrario prescindir de ellos porque de otra manera estaría condenada a mediano o a largo plazo a tener que cerrar sus puertas con graves perjuicios para sus inversionistas y trabajadores. Con el fin de incrementar su productividad la industria ha venido implementando programas como los de Re-ingeniería en todos sus procesos, Círculos de Calidad Total, Mantenimiento Productivo Total y otros tantos que han venido apareciendo en la medida en que los que se están utilizando muestran sus debilidades y quedan obsoletos. Sea cual sea el caso la mayoría de los programas cumplen bien o mal con el objetivo de bajar los costos de producción y mejorar la calidad de los productos; dicho en otras palabras incrementan la productividad de los procesos y por consiguiente la de las empresas. Con el fin de complementar los programas que ya estén funcionando, en este trabajo se va a estudiar como mediante el control de los diferentes fenómenos de la fricción a los cuales están expuestos los mecanismos de una máquina es factible disminuir los costos de operación (menos consumo de energía), costos de mantenimiento y las pérdidas de producción (disminución de los paros en la maquinaria). “La fricción presente en nuestras vidas es necesaria e imprescindible para poder llevar a cabo acciones como caminar, andar o frenar un vehículo, generar fuego, fabricar piezas en un torno o en una fresadora, etc.; pero es completamente improductiva en los elementos de una máquina, los cuales podrían fallar catastróficamente si no los lubricáramos. La fricción es tan peligrosa que aún utilizando un lubricante, si este no es el adecuado, el mecanismo, dentro de un proceso más lento también se dañaría finalmente. La fricción tal y como la conocemos hoy en día en las máquinas se puede controlar y aún reducir mediante la utilización eficiente de la lubricación. Los grandes desarrollos en esta materia permiten formar películas más eficientes y resistentes al desgaste, con menores esfuerzos a la cizalladura que conllevan a reducir el desgaste en los mecanismos y el consumo de energía. Mediante el estudio adecuado de los diferentes tipos de películas lubricantes que se forman en los mecanismos y la selección correcta del lubricante es factible lograr sistemas más productivos en las empresas que permitan no solamente competir sino también disminuir los altos niveles de contaminación a los cuales estamos expuestos hoy en día los seres humanos”. 2. PUESTA EN MARCHA Y OPERACION DE UN MECANISMO Quizás una de las condiciones más críticas en la operación de un mecanismo es en el momento en que se pone en marcha, ya sea por primera vez (aún más crítica) o después de que ha permanecido detenido durante algún período de tiempo. Cuando un elemento mecánico (engranajes, rodamientos, cadenas, etc.) se detiene las superficies sometidas a fricción se acercan y sus rugosidades interactúan en la medida en que la velocidad tienda a cero. Cuando finalmente no hay movimiento, un buen porcentaje de las rugosidades de las dos superficies quedan entrelazadas en forma semejante a como quedan los dientes de dos serruchos cuando se superponen.; imaginémonos que podría suceder si en la realidad tomásemos dos serruchos y los colocáramos de tal forma que todos sus dientes quedaran entrelazados y luego le aplicáramos a uno de ellos una fuerza suficiente como para ponerlo en movimiento?; seguramente que todos supondríamos lo mismo basados en que si la fuerza aplicada es lo suficientemente alta, la gran mayoría de los dientes se fracturarían quedando inservibles los dos serruchos. Pues bien, algo similar sucede en las máquinas cuando sus mecanismos se lubrican de una manera inadecuada, se utiliza el lubricante incorrecto o este después de cierto tiempo de trabajo ya ha perdido sus propiedades lubricantes.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV En el momento de la puesta en marcha de un mecanismo, las crestas de las rugosidades de las dos superficies se encuentran entrelazadas y su separación dependerá de las características de untuosidad (lubricidad) o de las propiedades anti-desgaste del lubricante que se este utilizando. Esta característica del lubricante forma una capa que se conoce como película límite la cual aisla las dos superficies metálicas permitiendo, junto con la elasticidad del material, que en el momento de la puesta en marcha del mecanismo las rugosidades se deformen elásticamente y pasen deslizándose las unas con respecto a las otras sin “soldarse”. “Teóricamente “ durante la puesta en marcha de un mecanismo no hay desgaste siempre y cuando el lubricante garantice la formación de la película límite y el material tenga la elasticidad adecuada; sin embargo, en la práctica se presenta el contacto metal - metal entre las dos superficies durante un instante de tiempo infinitamente pequeño al desgastarse la película límite. El tiempo que se demora en reaccionar el producto que forma la película límite permite el desgaste adhesivo y por consiguiente el desprendimiento de partículas metálicas. La eficiencia de un buen lubricante para condiciones de película límite depende de la velocidad de reacción de sus compuestos de untuosidad o de sus aditivos anti-desgaste con las superficies metálicas, del espesor de la película límite y de su coeficiente de fricción sólida (entre más bajo sea este valor la rata de desgaste de la película límite es menor, disminuyendo así el desgaste metálico porque el número de contactos dentro de un período de tiempo determinado serán menores). Una vez que el mecanismo se pone en marcha, las crestas de las rugosidades de las dos superficies chocan pero se irán separando lentamente debido al bombeo de aceite originado por el desplazamiento de la superficie en movimiento. En operación, el parámetro que más influye en la formación de la película lubricante es la velocidad y en menor grado la viscosidad del lubricante. Finalmente las dos superficies quedan completamente aisladas y la una “flota” sobre la otra en forma similar a como navega un barco sobre la superficie del agua. Cual será el desgaste del mecanismo en esta nueva condición?, “ninguno” al igual que en el caso de la película límite, porque las dos superficies metálicas quedan recubiertas por una capa del lubricante y sobre estas se deslizan las demás capas, presentándose por lo tanto la fricción entre las capas del lubricante y no entre éstas y las superficies metálicas. La resistencia a la cizalladura que estas capas presentan se conoce como fricción fluida y las condiciones de lubricación como película fluida. En la practica real siempre se presenta cierta cantidad de desgaste de las superficies metálicas en condiciones de película fluida como resultado de la remoción de la capa del lubricante que se encuentra adherida a las superficies debido al cambio del tipo de flujo de la película lubricante que puede pasar de laminar (Re  2000) a turbulento (Re > 2000; en lubricación se considera turbulento a partir de este valor) haciendo que el desorden generado en la película fluida desprenda la capa del lubricante que esta adherida a las superficies metálicas y que el fluido friccione directamente con dichas superficies ocasionando desgaste erosivo. El Número de Reynolds (Re) que define el tipo de flujo se puede calcular de la siguiente ecuación: Re = v d / η, adimensional Ecuación No1 El Número de Reynolds (Re) que define el tipo de flujo se puede calcular de la siguiente ecuación: Donde: Re: Número de Reynolds, adimensional. v: velocidad del aceite. d: diámetro de la tubería. η: viscosidad cinemática del aceite. Estos parámetros deben estar en las unidades correspondientes.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Se puede concluir que un mecanismo estará expuesto a un menor nivel de desgaste durante su operación normal bajo condiciones de película fluida mientras se pueda garantizar que el tipo de flujo es laminar, el cual a su vez depende de la estabilidad de la viscosidad del aceite con los cambios de temperatura (Indice de Viscosidad). Idealmente el desgaste de un mecanismo que trabaja bajo condiciones de lubricación fluida sería cero si la viscosidad del aceite no variara con la temperatura, o sea que fuera constante. Desafortunadamente la tecnología en lubricación vigente en la actualidad aún no ha llegado a la formulación de este tipo de aceites. Se estará lejos de esta realidad?, por supuesto que no! Pero mientras que esto ocurre, la clave en condiciones de lubricación de película fluida es utilizar lubricantes con altos Indices de Viscosidad (IV). Hasta ahora se ha hablado de la reducción del desgaste en mecanismos que una vez que alcanzan su velocidad nominal de operación sus superficies se separan alcanzando condiciones de lubricación fluida, pero que ocurrirá con aquellos mecanismos como engranajes de hornos cementeros, cojinetes de rodillos en cilindros de laminación, rodamientos de cilindros de secado en textileras y papeleras, etc., en los cuales las cargas transmitidas son tan elevadas y las velocidades tan bajas que el suministro de aceite hacia las zonas sometidas a fricción es mínimo?. En mecanismos como estos las superficies metálicas sometidas a fricción nunca llegan a separarse y por consiguiente las crestas de las rugosidades siempre van a estar interactuando requiriéndose por lo tanto que el lubricante que se utilice forme una película límite de una resistencia al desgaste mayor que la película que se forma en los mecanismos cuyas superficies interactúan solamente en el momento del arranque y luego se separan. Este tipo de lubricación se conoce con el nombre de lubricación Elastohidrodinámica (EHL) y requiere la utilización de lubricantes del tipo de Extrema Presión (EP) en los cuales el producto utilizado como anti-desgaste tiene la capacidad de soportar mayores cargas sin que se rompa la película límite. 3. TIPOS DE LUBRICACION Lubricación Límite Es la formación de una capa que se adhiere a las superficies metálicas e impide que cuando estas deslicen la una sobre la otra se presente el contacto metal-metal y por consiguiente el desgaste adhesivo. La lubricación por película límite se presenta siempre que un mecanismo arranque ó se detenga.

Lubricación Mixta Es una condición intermedia entre las películas límite e hidrodinámica, en la cual un buen porcentaje de las crestas de las dos superficies interactúan presentándose la película límite y otras ya están separadas en las cuales la película límite no desempeña ninguna labor. En lubricación mixta el

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV desgaste y el consumo de energía dependen tanto de las características de la película límite como de la resistencia a la cizalladura de la película fluida y de su estabilidad (IV). Lubricación Hidrodinámica Se presenta cuando las dos superficies metálicas están completamente separadas y la película límite ya no desempeña ninguna labor. El consumo de energía depende de la resistencia a la cizalladura de la película fluida y el desgaste de la estabilidad de ésta con los cambios de temperatura (IV).

Lubricación Elastohidrodinámica (EHL) Este es un tipo interesante de lubricación que desde su descubrimiento por los profesores británicos Duncan Dowson y Gordon Higginson en la década de los años 50’s marcó el verdadero comienzo a la solución de los problemas de desgaste en mecanismos que funcionaban sometidos a condiciones de altas cargas y bajas velocidades y que hasta entonces se manejaban como mecanismos lubricados por película límite ó fluida. La lubricación EHL se presenta en mecanismos en los cuales las rugosidades de las superficies de fricción trabajan siempre entrelazadas y nunca llegan a separarse. En este caso las crestas permanentemente se están deformando elásticamente y el control del desgaste y el consumo de energía depende de la película adherida a las rugosidades. Se podría denominar esta película como límite pero de unas características de soporte de carga y de resistencia al desgaste mucho más elevadas que las que forma la película límite propiamente dicha. En la lubricación EHL la lubricación límite es permanente, ó sea que no hay mucha diferencia entre las condiciones de lubricación en el momento de la puesta en marcha del mecanismo y una vez que este alcanza la velocidad nominal de operación. La definición de la lubricación Elastohidrodinámica se puede explicar así: Elasto: elasticidad, ó sea que la cresta de la irregularidad en el momento de la interacción con la cresta de la otra superficie se deforma elásticamente sin llegar al punto de fluencia del material; Hidrodinámica, ya que una vez que ocurre la deformación elástica la película de aceite que queda atrapada entre las rugosidades forma una película hidrodinámica de un tamaño microscópico mucho menor que el que forma una película hidrodinámica propiamente dicha. En la lubricación hidrodinámica el espesor de la película lubricante puede ser del orden de 5 m en adelante, mientras que en la EHL de 1 m ó menos.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

4. TIPOS DE LUBRICANTES Para Lubricación límite Las propiedades del lubricante para frotamiento límite son independientes de la viscosidad y se denominan “untuosidad”. Los compuestos de untuosidad son sustancias que tienen una gran afinidad por las superficies metálicas; sus moléculas adheridas a éstas mantienen su posición y se oponen a las fuerzas de desplazamiento. Sus características más importantes son: estabilidad química a altas temperaturas, alta velocidad de reacción, baja toxicidad por efecto de los vapores ó por la posibilidad de que se presenten infecciones en la piel y compatibilidad con los aceites a los cuales se les añaden estos compuestos. Los productos más utilizados son los ácidos grasos por sus características de untuosidad y ciertos compuestos químicos como el Tricresil-Fosfato, el Ditiosfosfato de Zinc, los Esteres Clorados, el Naftenato de Plomo (hoy en día es poco utilizado por su agresividad al ambiente), el Tetracloruro de Carbono y las parafinas cloradas por su afinidad química con las superficies metálicas. El agua aunque tiene una buena viscosidad, es un pésimo lubricante para condiciones de régimen límite porque carece de propiedades de untuosidad y de afinidad química. El ácido graso es un ingrediente común en todos los aceites y grasas de origen animal, vegetal y de pescado. Los ácidos grasos más importantes son el aceite Esteárico (manteca de cerdo y sebo de carnero y de vaca); el ácido palmítico (aceite de semilla de algodón y de palma) y el aceite oleico (de origen vegetal y animal). Las características de untuosidad de los ácidos grasos es de tipo molecular y se debe a la cadena hidrocarbonada (OH y O) de los grupos carboxílicos en los cuales el extremo activo de la molécula se fija químicamente a la superficie metálica. La velocidad de reacción depende de la naturaleza del metal, de la carga y de la velocidad de deslizamiento. Cuanto más larga sea la cadena hidrocarbonada y mayor el número de átomos de carbono más eficiente será la separación de las superficies metálicas y menor el coeficiente de fricción. Los aceites minerales de bases parafínicas puras carecen de grupos carboxílicos OH y O (son de carácter no polar y químicamente inactivos) por lo que son malos para condiciones de película límite, mientras que los asfálticos si los tienen lo cual los hace aptos para éste tipo de lubricación. La utilización en la formulación de un aceite de los compuestos de untuosidad ó de los que son químicamente activos con las superficies metálicas, depende de la compatibilidad de éstos con los demás aditivos del aceite, de los contaminantes a los cuales va a estar expuesto el aceite durante su funcionamiento y de las condiciones de operación del equipo. Para lubricación fluida

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Para este tipo de lubricación se debe seleccionar un lubricante que tenga una baja resistencia a la cizalladura de tal forma que permita reducir el consumo de energía necesario para hacer que la superficie móvil se desplace fácilmente sobre la superficie estacionaria. Para este tipo de lubricación, los lubricantes que presentan un mejor desempeño son los sintéticos que se caracterizan por tener coeficientes de fricción fluida en promedio entre un 5 y un 20% por debajo de los aceites minerales. Para lubricación Elastohidrodinámica (EHL) En lubricación EHL los aditivos de Extrema Presión (EP) utilizados deben tener una baja resistencia a la cizalladura tanto para condiciones de película límite (condición más crítica) como fluida (cuando se deforman elásticamente las crestas de las dos superficies). La eficiencia de estos aditivos depende de la velocidad conque reaccionen (reactividad) con las superficies metálicas, sin embargo si es muy reactivo en una aplicación donde no se necesita, es perjudicial, ya que se presentaría una excesiva corrosión química. Los aditivos EP pueden ser de 1ra, 2da y 3ra generación. La utilización de uno u otro tipo dependerá del grado de desarrollo que tenga la Tribología y la Lubricación (liderazgo, programas, conocimientos, etc.) dentro de la empresa en la cual se quiere implementar un programa de ahorro de energía y de disminución de desgaste basados en el control de la fricción. Lubricantes EP de 1ra generación Se utilizan cuando se tienen factores de seguridad de la película lubricante , mayores ó iguales a 0,70. El desempeño de estos lubricantes es bueno, pero su coeficiente de fricción combinado fc (fricción sólida y fluida) es alto y dan lugar a un área de soporte de carga equivalente a un 25% del área aparente del mecanismo. De este tipo de lubricantes se tienen dos grupos generales: -

-

-

Compuestos ó “Compound” que son una mezcla de un 95-97% de aceite mineral ó sintético y un 3-5% de ácidos grasos (por lo regular manteca de cerdo); reaccionan con las superficies metálicas a temperaturas menores ó iguales a los 80°C y por encima de este valor se desprenden dando lugar al contacto metal-metal y por lo tanto al desgaste del mecanismo. Compuestos de tipo químico como los Esteres Clorados, la manteca de cerdo sulfurada y el Tricresilfosfato. Estos aditivos reaccionan químicamente con las superficies metálicas por encima de los 80°C; por debajo de esta temperatura su velocidad de reacción es muy baja ó no reaccionan. Cuando la temperatura de las rugosidades de un mecanismo que funciona bajo condiciones de lubricación EHL es fluctuante y puede variar entre menos y más 80°C se deben utilizar lubricantes que tengan aditivos a base de ácidos grasos y de tipo químico. Como en la práctica es difícil cuantificar en forma precisa esta temperatura, se toma como referencia para utilizar uno u otro tipo de aditivos una temperatura de 50°C en la superficie de la carcasa en la cual se encuentra alojado el mecanismo.

Lubricantes EP de 2da generación Se utilizan cuando se tienen factores de seguridad de la película lubricante , mayores ó iguales a 0,20 y menores de 0,70. Estos lubricantes se caracterizan porque son una mezcla de un 95-97% de aceite mineral ó sintético y un 3-5% de un lubricante de película sólida como el Bisulfuro de Molibdeno, el grafito, el Tungsteno ó el Teflón. El más utilizado en la actualidad es el Bisulfuro de Molibdeno, el cual fue desarrollado por los alemanes en la II Guerra Mundial. Este lubricante se caracteriza porque además de recubrir totalmente el perfil de las rugosidades de las dos superficies, rellena parte de los valles de las mismas, incrementando el área de soporte de carga a un 40% del área total del mecanismo. El coeficiente de fricción combinado de estos lubricantes es menor que el de los de primera generación. Lubricantes EP de 3ra generación

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Se utilizan cuando se tienen factores de seguridad de la película lubricante , mayores ó iguales a 0,07 , y se pueden utilizar en reemplazo de los de 1ra y 2da generación. Estos lubricantes poseen aditivos de base órgano-metálica, los cuales cuando las superficies de fricción están sometidas a elevadas presiones liberan átomos metálicos que eutecticamente bajan el punto de fusión de las crestas más sobresalientes, haciendo que se deformen plásticamente llenando los valles de las irregularidades de las superficies. El área de soporte de carga llega a ser hasta un 75% del área total del mecanismo. Estos lubricantes presentan los coeficientes de fricción combinados más bajos dentro del grupo de lubricantes EP. Para valores del factor de seguridad de la película lubricante  menores de 0,07, el tipo de lubricación necesariamente debe ser Hidrostática. Las ventajas más importantes de estos lubricantes son el menor consumo de energía, menor fatiga de las piezas lubricadas al aumentar el área de soporte de carga, corrección de fallas como pitting incipiente ó descostrado en dientes de engranajes, reducción de la temperatura de operación, del nivel del ruido y las vibraciones. 5. CALCULO DEL TIPO DE PELICULA LUBRICANTE Siempre que se vaya a llevar a cabo un programa de ahorro de energía es necesario conocer bajo que condiciones de lubricación (fluida ó EHL) trabajan los elementos del equipo rotativo al cual se le va a hacer el estudio. A nivel práctico, se considera que un mecanismo trabaja bajo condiciones de película fluida, si el fabricante del equipo no recomienda para su lubricación, lubricantes con aditivos EP y EHL si los recomienda. En caso tal de que no se conozcan las recomendaciones del fabricante, es necesario calcular el tipo de película lubricante mediante la utilización de los métodos de cálculo existentes para este propósito. 6. CALCULO DEL CONSUMO DE ENERGIA POR FRICCION (CEf) Las siguientes ecuaciones se pueden utilizar para calcular el consumo de energía en diferentes tipos de mecanismos: Rodamientos CEf = 5,14x10-6 f Wdn, kw Ecuación No2

Donde: CEf: consumo de energía, kw. f: coeficiente de fricción del lubricante, adimensional. W: carga, Kgf. d: diámetro interior del rodamiento, cm. n: velocidad, rpm. Cojinetes lisos CEf = 0,03077 fWdn, kw Ecuación No3 Donde: CEf: consumo de energía, kw. f: coeficiente de fricción del lubricante, adimensional. W: carga , kgf. d: diámetro del eje, m. n: velocidad del eje, rps.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Reductores de velocidad CEf = 0,7357P(1 – et), CV Ecuación No4 Donde: P: Potencia, CV et : eficiencia total de la transmisión, adimensional. La et se calcula de: et = e1-2 x e3-4 x .... x ee1 x ee2 x ee3 x .... x e a1 x ea2 x .... x en. Donde: -

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e1-2 , e3-4 , ... etc.: eficiencia del par de engranajes 1-2 , 3-4 , .... , etc. ee1 , ee2, ee3, ....... , etc: eficiencia promedio de los rodamientos (ó de los cojinetes lisos) 1 y 2, 3 y 4, 5 y 6, ...etc, montados en los ejes 1,2,3, ... etc, y se calcula en cada eje de la suma promedio de las eficiencias de cada rodamiento (ó cojinete liso). ea1, ea2, ... , etc.: eficiencia equivalente del aceite salpicado (ó que circula) por los engranajes 2,4, ... , etc, que se sumergen parcialmente dentro del aceite. El valor de f para aceite salpicado ó circulado aparece en la Nota (3) de la Tabla No1. en: eficiencia de otros elementos montados en el reductor de velocidad. La eficiencia e es igual a: e = 1 – f; donde f es el coeficiente de fricción que depende del tipo de película lubricante, ó sea si es fluida ó EHL, y se obtiene de la Tabla No1.

7. COEFICIENTES DE FRICCION El coeficiente de fricción del lubricante (sólido, fluido ó combinado ó EHL) es uno de los parámetros más importantes que se deben tener en cuenta cuando se seleccione el lubricante para una aplicación específica y depende del tipo de mecanismo que se vaya a lubricar. En el caso de rodamientos es mucho menor que cuando se trata de cojinetes lisos, ya que en los rodamientos, sea la lubricación límite ó EHL, las rugosidades “engranan” por la curvatura de los elementos rodantes, mientras que en los cojinetes lisos, interactúan entre sí, y están sometidas a deformación elástica. El valor del coeficiente de fricción se encuentra en el catálogo del fabricante del lubricante, en caso contrario es necesario consultarlo con él. En la Tabla No1, se especifican valores típicos de coeficientes de fricción para lubricación límite, fluida y EHL, en diferentes tipos de mecanismos. En caso de que no se conozca el coeficiente de fricción del lubricante que se va a utilizar se pueden utilizar los valores de la tabla en forma muy aproximada. Ejemplo No1 Una Hiladora de 200 husos que trabaja en una planta textil tiene cada uno de estos elementos montados en tres rodamientos rígidos de bolas. La velocidad del huso es de 12.000 rpm, el diámetro interior del rodamiento es de 3 cm y el exterior de 5 cm; la carga que actúa sobre cada rodamiento es de 2 Kgf y la grasa mineral con la cual se lubrican no es del tipo EP. Se requiere calcular: -

El consumo de energía por fricción (CEf) con la grasa mineral. El ahorro económico (ACEf) en dólares para los 600 rodamientos de la Hiladora al cambiar la grasa mineral por una de tipo sintética.

La Hiladora trabaja 8.760 horas/año y el costo del kw-hr es U$ 0,080.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Solución: Como la grasa que recomienda el fabricante es sin aditivos de EP, se tiene que los rodamientos de apoyo de los husos de la Hiladora trabajan bajo condiciones de lubricación de película fluida. Consumo de energía (CEf) con grasa mineral por rodamiento: De la Ecuación No2 se tiene que: CEf = 0,0031 kw. Con: ff = 0,0085 (Tabla No1); W = 2 kgf ; d = 3 cm; n = 12.000 rpm. Ahorro económico (ACEf) al utilizar una grasa sintética: ACEf = U$ 132,26 / año. Con ff = 0,00085, de la diferencia de: ff = 0,0085 para grasa mineral (aceite de base mineral) y de ff = 0,00765 para grasa sintética (aceite de base sintética), de la Tabla No1, Capítulo 3; W = 2 kgf; d = 3 cm; n = 12.000 rpm; 600 rodamientos; 8.760 horas/año; U$ 0,080/kw - hr. Ejemplo No2 En los 24 cojinetes lisos que soportan los cilindros de secado de un Molino papelero se está utilizando un aceite mineral con aditivos EP de 1ra generación. El diámetro del eje de cada cilindro de secado es de 20 cm, la velocidad de 40 rpm y la carga que actúa sobre cada cojinete liso es de 1.500 kgf. Se requiere calcular: -

El consumo de energía (CEf) en cada cojinete liso con el aceite mineral EP de 1ra generación. El ahorro económico (ACEf) en dólares en los 24 cojinetes lisos del Molino papelero al cambiar a lubricantes sintéticos de 2da y de 3ra generación respectivamente.

El Molino papelero trabaja 8.760 horas/año y el kw-hr cuesta U$ 0,080. Solución: Del enunciado se concluye que los cojinetes lisos de apoyo de los cilindros de secado del Molino papelero trabajan bajo condiciones de lubricación EHL. Consumo de energía (CEf) en cada cojinete liso con el aceite mineral EP de 1ra generación: De la Ecuación No3 se tiene que: CEf = 0,2071 kw. Con fm = 0,034 (Tabla No1, Capítulo 3); W = 1.500 Kgf; d = 0,20 m; n = 0,66 rps. Ahorro económico (ACEf) al utilizar en los 24 cojinetes lisos del Molino papelero un lubricante sintético: a) 2da Generación: ACEf = U$ 717,29 / año.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Con fc = 0,007 (de la diferencia de fc = 0,034 para un aceite mineral con aditivos EP de 1ra generación y de fc = 0,027 para un aceite sintético con aditivos EP de 2da generación, de la Tabla No1; W = 1500 Kgf; d = 0,20 m; n = 0,66 rps; 24 cojinetes lisos; 8.760 horas/año; U$ 0,080/kw-hr. b) 3ra Generación: ACEf = U$ 922,23 / año. Con ff = 0,009 (de la diferencia de fc = 0,034 para un aceite mineral con aditivos EP de 1ra generación y de fm = 0,025 para un aceite sintético con aditivos EP de 3ra generación, de la Tabla No1, Capítulo 3; 8.760 horas/año; U$ 0,080 / kw-hr. Ejemplo No3 Un reductor de velocidad está constituido por dos pares de engranajes cilíndricos de dientes helicoidales y cada uno de los tres ejes esta apoyado en dos rodamientos de rodillos cónicos; el aceite que se está utilizando es mineral con aditivos EP de 1ra generación y es salpicado por los engranajes de mayor diámetro; la potencia en el eje de entrada del reductor de velocidad es de 100 CV. Los engranajes en este reductor de velocidad trabajan bajo condiciones de lubricación EHL y los rodamientos fluida. Se requiere calcular: -

El consumo de energía (CEf) al utilizar el aceite mineral con aditivos EP de 1ra generación. El ahorro económico (ACEf) en dólares al utilizar un aceite sintético con aditivos EP de 3ra generación.

El reductor de velocidad trabaja 8.760 horas / año y el costo del kw - hr es de U$ 0,080. Solución: Consumo de energía (CEf) al utilizar un aceite mineral con aditivos EP de 1ra generación: De la Ecuación No4 se tiene que: CEf = 7,092 Kw. Donde: P = 100 CV; et = 0,9036 {del producto de: e1-2 x e3-4 x ee1 x ee2 x ee3 x ea1 x ea2 ; donde e1-2 y e3-4 = 0,973 (a partir de fm = 0,027 de la Tabla No1, Capítulo 1); ee1, ee2 y ee3 = 0,9912 [a partir del coeficiente de fricción ff = 0,0088, de la Tabla No1, Capítulo 3 para rodamientos de rodillos cónicos y de la sumatoria (0,0088 + 0,0088)/2, para cada eje]; ea 2 y ea4 = 0,99 (a partir del coeficiente de fricción equivalente para aceite salpicado, fe = 0,010 según la Nota (3) de la Tabla No 1, Capítulo 3}. Ahorro económico (ACEf) en dólares al utilizar un aceite sintético con aditivos EP de 3ra Generación: De la Ecuación No4 se tiene que: CEf = 5,95 kw. Donde: P = 100 CV; et = 0,9191 {del producto de: e 1-2 x e3-4 x ee1 x ee2 x ee3 x ea1 x ea2; donde e1-2 y e3-4 = 0,98 (a partir de fc = 0,020 de la Tabla No1 del Capítulo 1); ee1, ee2 y ee3 = 0,9921 (a partir del coeficiente de fricción ff = 0,0079 de la Tabla No1, Capítulo 1), para rodamientos de rodillos cónicos y de la sumatoria (0,0079 + 0,0079)/2 para cada eje]; ea 1 y ea2 = 0,99 (a partir del coeficiente de fricción equivalente para aceite salpicado f e =0,010 según la Nota (3) de la Tabla No1, Capítulo 1}.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV El ahorro económico ACEf es: ACEf = U$ 800,31/año. Con CEf = 1,142 kw (de la diferencia de CE = 7,092 kw para un aceite mineral con aditivos EP de 1ra generación y de CEf = 5,95 kw para un aceite con aditivos EP de 3ra generación); 8.760 horas/año y U$ 0,080/kw-hr. 8. CONCLUSIONES Uno de los aspectos más importantes y que repercute considerablemente en los costos de producción en una planta es el del consumo de energía en los diferentes equipos rotativos, por lo tanto es necesario implementar programas de Tribología encaminados al estudio de los diferentes fenómenos de la fricción que conduzcan a determinar los valores de los coeficientes de fricción de los lubricantes que se están utilizando y compararlos con los de otros lubricantes que pueden dar lugar a un menor consumo de energía. Para lograr resultados altamente productivos mediante el control de la fricción se requiere que la industria innove sus prácticas y metodología de lubricación y utilice las nuevas tecnologías que hay en el mercado sobre lubricación especializada. Los avances tecnológicos en materia de lubricación han conducido al desarrollo de nuevos lubricantes como los sintéticos y los de 3ra generación que pueden significar disminuciones en el consumo de energía entre el 5-20% en la mayoría de los equipos rotativos donde se utilizan. Vale la pena que la industria involucrada en procesos de producción haga sus propias evaluaciones y utilice las tecnologías en lubricación que verdaderamente le sirvan para incrementar la productividad de los equipos rotativos. Al disminuir el coeficiente de fricción (sólida, fluida ó combinada) se obtienen otros beneficios adicionales en los equipos rotativos como son: menor desgaste, menor consumo de repuestos, mayor disponibilidad y confiabilidad del equipo rotativo y disminución de las horas-hombre necesarias para hacer mantenimiento. Al sumar los resultados económicos de todos los beneficios que se obtienen al disminuir la fricción resulta verdaderamente atractivo implementar en los equipos rotativos lubricantes de alta tecnología.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Capítulo 4

ANALISIS DE LABORATORIO A LOS LUBRICANTES INTRODUCCIÓN 4.1 CURVA DE VIDA DISPONIBLE DE LOS MECANISMOS 4.2 TIPOS DE ACEITES QUE SE ANALIZAN 4.3 NORMAS ASTM - ISO 4.4 PRUEBAS DE LABORATORIO SEGÚN EL TIPO DE MAQUINA 4.4.1 Análisis a las propiedades físico-químicas del lubricante 4.4.2 Análisis de aditivos 4.4.2 Análisis de contaminantes 4.4.3 Análisis del desgaste 4.5 PRUEBAS A LAS PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS DEL ACEITE 4.6 PRUEBAS A LAS PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS DE LA GRASA 4.7 PRUEBAS PARA EVALUAR LOS ADITIVOS DEL LUBRICANTE 4.8 PRUEBAS PARA EVALUAR LA CONTAMINACION DEL ACEITE 4.8.1 Contenido de agua en el aceite 4.8.2 Contenido de aire en el aceite 4.8.3 Conteo de partículas 4.8.4 Dilución por combustible 4.8.5 Contenido de hollín 4.8.2 Análisis termogravimétrico 4.9 ANÁLISIS DE DESGASTE A LOS COMPONENTES DE MAQUINAS 4.9.1 Pruebas de desgaste 4.9.2 Espectrofotometría de emisión y de absorción atómica 4.9.3 Ferrografía 4.10 INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL ANÁLISIS A LAS PROPIEDADES FISICOQUIMICAS DEL ACEITE 4.10.1 Interpretación de los resultados del análisis a las propiedades físico-químicas del aceite de acuerdo a fabricantes de máquinas en general 4.10.2 Interpretación de los resultados del análisis a las propiedades físico-químicas del aceite de acuerdo a fabricantes de máquinas específicos 4.11 INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL ANÁLISIS AL CONTENIDO DE ADITIVOS DEL LUBRICANTE 4.12 INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS DEL ANALISIS AL NIVEL DE CONTAMINACION DEL ACEITE 4.13 INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS DEL ANALISIS AL NIVEL DE DESGASTE EN MAQUINAS INDUSTRIALES 4.13.1 Origen de las partículas metálicas 4.13.2 Interpretación de los resultados del análisis al nivel de desgaste en componentes industriales de acuerdo a fabricantes en general 4.13.3 Interpretación de los resultados del análisis al nivel de desgaste en motores de combustión interna de acuerdo a fabricantes en general 4.13.4 Interpretación de los resultados del análisis al nivel de desgaste en motores de combustión interna de acuerdo a fabricantes específicos 4.13.5 Interpretación de los resultados del análisis al nivel de desgaste en componentes automotrices de acuerdo a fabricantes en general 4.14 INTERVALOS DE DRENAJE DEL ACEITE 4.15 TOMA DE LA MUESTRA DE LUBRICANTE 4.16 ANALISIS DE RESULTADOS DE LABORATORIO

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV CAPÌTULO 4

ANALISIS DE LABORATORIO A LOS LUBRICANTES

INTRODUCCIÓN Uno de los elementos constitutivos más importantes de un componente de máquina, cuyos mecanismos están sometidos a fricción es el lubricante; un funcionamiento defectuoso de la máquina depende en muchos casos, de la calidad del aceite utilizado, su degradación físico química, y contaminación que pueda sufrir a través del tiempo. En la industria hay máquinas en las cuales la frecuencia de cambio del aceite está sujeta al mantenimiento preventivo, es decir, que si se logran ampliar los intervalos de mantenimiento también se hará lo mismo con las frecuencias de drenaje del aceite en servicio, lo cual es inconsecuente y puede generar en daños críticos para los mecanismos de los componentes de las máquinas. Tal es el caso de turbocompresores en refinerías que trabajan con 3000 o más galones de aceite, en los cuales cambiarlo resulta costoso, además para hacerlo es necesario parar la máquina y hacer un flushing ya sea, de tipo químico hidráulico o hidráulico, entonces en casos como estos, se espera la parada programada de la máquina para hacer el cambio de aceite. Por lo tanto para evitar costosos daños y afectación de la productividad se debe recurrir a la herramienta predictiva que son los análisis de laboratorio al aceite usado. Este permitirá corroborar que la calidad del aceite nuevo sí corresponde a la recomendada por el fabricante de la máquina y determinar la protección que éste le da a los diferentes mecanismos, al igual que la frecuencia con la cual se debe someter a un proceso de limpieza por filtración, centrifugación o por vacío; o por el contrario si es necesario cambiarlo. Un análisis bien fundamentado con respecto al desempeño de un aceite en servicio debe estar orientado a evaluar su estado físico - químico, nivel de contaminación, deterioro de los aditivos y desgaste de los mecanismos. En el análisis de los resultados de laboratorio se debe tener en cuenta el volumen de aceite con que trabajan los componentes, ya que cuando la cantidad de aceite es alta, la contaminación por partículas sólidas y líquidas tiende a diluirse, al igual que el efecto que tienen los filtros de aceite y los enfriadores y calentadores de aceite. 4.1 VIDA DISPONIBLE DE LOS MECANISMOS La Vida Disponible, Vd, de los mecanismos lubricados, es la etapa fundamental de la curva tribológica, y se conoce también como la curva de desgaste normal de cada uno de ellos a través del tiempo; es característica para cada uno de los diferentes metales que constituyen la metalurgia de los mecanismos y su contenido se específica en las partes por millón (ppm) que pueden haber presentes en el aceite que se está utilizando al cumplirse su frecuencia de cambio. La curva tribólogica tiene tres etapas fundamentales que son: improductiva ó asentamiento de las superficies de fricción del mecanismo, vida disponible, y vida remanente o etapa final de funcionamiento del mecanismo. Para garantizar que el mecanismo alcanza la vida disponible es necesario evaluar periódicamente el estado del aceite mediante análisis de laboratorio según pruebas ASTM e ISO, y el comportamiento del mecanismo por medio de termografía y vibraciones, los cuales permiten determinar si el nivel de desgaste del mecanismo es normal, anormal, o indefectiblemente está expuesto a una falla catastrófica; facilitando la información necesaria para corregir las anomalías que se puedan estar presentado pro contaminantes en el aceite, oxidación del aceite, o por problemas de cargas dinámicas anormales, o por un enfriamiento defectuoso del aceite que conlleva a mayores temperaturas de operación. Ver Figura 4.1

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Figura 4.1 Curva de Vida Tribológica para un mecanismo típico de una máquina; comprende etapa de asentamiento, etapa de vida disponible y etapa vida remanente. 4.2 TIPOS DE ACEITES QUE SE ANALIZAN Es necesario tener en cuenta que el análisis de laboratorio por sí solo no es suficiente para determinar el estado de los mecanismos de una máquina o la causa de una falla, sino que también se deben tener en cuenta los resultados obtenidos por el monitoreo de la temperatura de operación por termografía y el nivel de vibraciones, al igual que las condiciones operacionales bajo las cuales trabaja la máquina. Por otro lado, para sacar conclusiones acerca del estado del aceite usado que se ha analizado en el laboratorio, es necesario observar la coincidencia de varios factores afectados para darlas por ciertas. Básicamente se analizan dos tipos de aceites: -

-

Los empleados en la lubricación de maquinaria industriales ISO, clasificadas como críticas y esenciales en los diferentes procesos industriales, en los cuales se pueden tener máquinas como las turbinas de vapor, gas e hidráulicas; sistemas hidráulicos; sistemas de circulación de aceite a presión; transformadores; sistemas térmicos; compresores de aire y de refrigeración; reductores de velocidad; bombas y ventiladores entre otros. Los utilizados en la lubricación de máquinas automotrices SAE, clasificadas como críticas y esenciales, tales como los motores de combustión interna a gasolina, diesel y a gas, transmisiones, diferenciales y sistema hidráulico.

4.3 NORMAS ASTM e ISO La ASTM (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales) ha establecido una serie de pruebas para evaluar las propiedades físico-químicas, tanto del aceite nuevo como del usado. Cada prueba tiene un método estandarizado, el cual debe ser el mismo, cualquiera que sea el laboratorio en donde se lleve a cabo; una prueba de laboratorio no quedará bien especificada si no se tiene en cuenta el método ASTM bajo el cual se efectuó, por lo tanto el laboratorio al reportar los resultados de un análisis debe especificar el método ASTM bajo el cual la llevó a cabo; esto le permitirá al usuario comparar las propiedades físico-químicas del aceite nuevo con las del aceite usado. Hay características que se pueden evaluar por dos métodos diferentes y los resultados obtenidos son igualmente distintos; tal es el caso del TBN (Número Básico Total) para el cual se puede utilizar el método ASTM D664 o el ASTM D2896. Por el primero el valor obtenido es más bajo y por el segundo más alto. Si el fabricante del aceite lo analiza por un método y el usuario por el otro, los resultados serán diferentes, dando lugar a controversias entre uno y otro, conduciendo finalmente a conclusiones erróneas, con detrimento del mecanismo lubricado. En una buena parte de Europa se utilizan las normas DIN, las cuales no se emplean en América; entre uno y otro sistema hay diferencias en cuanto al método evaluativo, pero los resultados obtenidos son equivalentes.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 4.4 PRUEBAS DE LABORATORIO SEGUN EL TIPO DE MAQUINA El éxito de un análisis de laboratorio a un aceite nuevo o usado no depende solamente de saber realizar las pruebas y en interpretar los resultados obtenidos, sino también en conocer con la mayor exactitud posible cuáles son las que se le deben efectuar dependiendo de los componentes que tenga la máquina, condiciones operacionales y proceso en el cual participa. Mientras que, por ejemplo, la prueba de demulsibilidad para un aceite para turbinas de vapor es importante, no así para un aceite de tipo detergente-dispersante para MCI. Siempre se debe buscar en cualquier caso que el análisis periódico del aceite sea el mejor seguro de vida que puede garantizar la longevidad de los mecanismos de una máquina que garantice su confiabilidad y vida disponible de los mecanismos lubricados. En la Tabla 4.1 se especifican los análisis de laboratorio que se le deben efectuar a las propiedades físico-químicas del aceite usado de acuerdo con los componentes lubricados. Las que aparecen con una x es obligatorio hacerlas y con un número es opcional; es necesario tener en cuenta las notas al final de la Tabla 4.1. 4.4.1 Análisis a las propiedades físico-química del lubricante Todos los aceites que trabajan en máquinas críticas y esenciales, no utilizados a plena pérdida, sino en sistemas cerrados o de circulación, se oxidan y/o se contaminan durante su servicio y los aditivos que poseen se agotan. El método más confiable para determinar si un aceite puede o no continuar en servicio, es por medio de un análisis de laboratorio de acuerdo con las pruebas ASTM e ISO. De esta manera se evalúan los tipos de contaminantes que pueda tener la muestra del aceite usado, como polvo, partículas abrasivas (sílice), partículas metálicas provenientes del desgaste de los diferentes mecanismos que dicho aceite lubrica (hierro, zinc, plomo, cobre, plata, etc.), productos de la oxidación y las características físico-químicas más importantes del aceite, como la viscosidad, el Número Ácido Total (TAN), el Número Básico Total (TBN), el porcentaje de agua, etc. Un análisis de laboratorio bien elaborado es muy valioso dentro de cualquier programa de mantenimiento predictivo porque permite corregir anomalías en el diseño original de algunos mecanismos, evaluar la calidad de los repuestos, evitar fallas costosas, garantizar el logro de la vida disponible, y reducir considerablemente los costos por consumo de lubricantes. Básicamente un aceite se vuelve inapropiado por dos razones: cuando ocurre un cambio químico en su composición como resultado de su oxidación y cuando el contenido de contaminantes está por fuera de los valores máximos permisibles. A medida que el aceite lubrica, reduce la fricción, disminuye el desgaste, enfría, amortigua, o acciona un mecanismo, fluye y recubre las superficies de fricción, recogiendo información muy valiosa, que luego la lleva al carter de la máquina. Si se analiza una muestra de dicho aceite, se tendrá un diagnóstico completo de lo que sucede en el interior del mecanismo. Un aceite se debe analizar de acuerdo con las frecuencias de monitoreo establecidas en el programa de lubricación predictiva, o cuando trabaja en una maquina crítica o esencial y huele a quemado, presenta un color opaco u oscuro (en el caso de los aceites industriales) o se sospecha que tiene algún parámetro afectado. 4.4.2 Análisis de aditivos Los aditivos del aceite a medida que éste trabaja, se van agotando debido a que cada uno de ellos está presente en el aceite para neutralizar un determinado factor negativo como el agua, altas temperaturas, gases, ácidos, etc, que pueden afectar el desempeño de las funciones de la base lubricante, haciendo que se afecte la película lubricante h o y que por lo tanto se presente una condición de desgaste anormal o una falla catastrófica en los mecanismos lubricados. Una vez que los aditivos se deterioran, solo queda la base lubricante, la cual rápidamente se oxida conllevando a que el aceite se deba cambiar. El análisis del contenido de aditivos en el aceite es muy importante porque permite determinar en qué momento se agotan o están en el valor mínimo permisible; su contenido se evalúa por espectrofotometría de absorción atómica (EAA).

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 4.4.3 Análisis de contaminantes líquidos y sólidos Los contenido de contaminantes líquidos y sólidos como el agua, combustible, gases, y las partículas sólidas que pueden estar presentes en el aceite, se deben evaluar periódicamente, con el fin de controlar que no estén por encima del valor máximo permisible, ya que pueden incentivar algunos de los cinco tipos de desgaste genéricos que se pueden presentar como el adhesivo, fatiga superficial, erosivo, abrasivo o corrosivo. Los contaminantes metálicos en el aceite provenientes del interior de los componentes de la máquina o de fuentes externas, no solo aceleran el proceso de oxidación del aceite, ya que actúan como catalizadores, como es el caso del cobre (Cu) y del hierro (Fe), sino que también afectan la vida disponible, Vd, de los mecanismos lubricados, al acelerar el desgaste erosivo y abrasivo. 4.4.4 Análisis de metales de desgaste El desgaste de los mecanismos lubricados inevitablemente se va presentando a través del tiempo, pero éste debe estar dentro de la tendencia normal al desgaste de acuerdo a la vida disponible, Vd; con el fin de corroborar que esto se cumpla, se debe analizar el contenido de partículas metálicas presentes en el aceite provenientes del desgaste, con la misma frecuencia con la cual se analizan las propiedades físico-químicas del aceite. Un contenido de partículas metálicas provenientes del mecanismo lubricado, por encima de la tendencia normal al desgaste, muestra que la vida real va a ser inferior a la vida disponible y que por lo tanto es necesario hacer los correctivos del caso; por otro lado, si la presencia de partículas metálicas es inferior a la tendencia, el desgaste es mínimo y la vida real será superior a la vida disponible. En la Tabla 4.1, se especifican las pruebas de laboratorio que se le realizan a las propiedades físicoquímicas, análisis de contaminantes y análisis de metales provenientes de los aditivos, contaminantes y desgaste de los mecanismos lubricados, a un aceite nuevo y usado, utilizados en diferentes mecanismos de componentes de máquinas.

Tabla 4.1 Pruebas de laboratorio al aceite usado ISO/SAE de acuerdo con el tipo de componente de máquina

01 02 03 04 05 06 07 08

Gravedad especifica. Viscosidad. Indice de Viscosidad. Color. Punto de Inflamación. Punto de Fluidez. Carbón Conradson. Contenido de cenizas.

01. Análisis a las propiedades físico-químicas de los aceites ISO / SAE D287 (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) D88 - D445 x x x x x x x X D2270 (9) (9) (9) (9) (9) (9) (9) X D1500 (10) (10) (10) (10) (10) (10) (10) (10) D92-D93 x X D97 x D189-D524 (2) (2) D482 x X

(1) x (9) (10)

(2)

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(1) x (9) (10)

Transferencia de calor

Reductor de velocidad, diferencial, transmisión automotriz Dieléctrico

MCI gasolina y diesel

Turbina de gas

Gases de proceso, H2 S, SO2 , isobutil propano Sistema Hidráulico

Refrigeración – amoniaco, R-134a

Compresor

Turbina de vapor, hidráulica

Método ASTM

Aire

Propiedad Físico-química

Motor eléctrico, bomba centrífuga, ventilador

Componente No

(1) x (9) (10) x x

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 09 10 11 12

TAN ó NN. TBN. Insolubles Pentano-Benceno. Demulsibilidad.

13 14 15 16 17 18

Formación de Espuma. Corrosión al cobre. Herrumbre. Punto de anilina. Estabilidad a la oxidación TOST. Estabilidad a la oxidación RPVOT. Contenido de inhibidor de oxidación. Formación de lodos. Formación de barnices. Contenido de azufre.

19 20 21 22 23 24 25 26 27 01 02 03 04 05

01 02 03 04

01

02

D664 D664 D893 D1401D2711 D892 D130 D665 D611 D943 D2272 D2668

x (1)

x (1)

x (1)

(10) (10) (10) (4) (4) (4) (5) (5) (5) (12) (12) (12) x

x

x (1) (3)

x

x

x x (1)

(1)

(1) x

(10) (10) (4) (4) (5) (5) (12) (12) x

(10) (4) (5) (12) x x

(12) x x

x

x

x

x

x

X (1)

(1)

(1) (1)

(12)

(10) (4) (5) (12)

(10)

D1313 x x x x D1266D1662 Contenido de azufre corrosivo. D1275 Contenido de cloro. D808 Tensión Interfacial. D971 x Rigidez dieléctrica. D877-D1816 x Factor de potencia. D924 02. Análisis a las propiedades físico-químicas de las grasas NLGI Estabilidad a la oxidación. D942 x Porcentaje cambio de D217 x consistencia. Punto de goteo. D566-D2265 x Resistencia al lavado por agua. D1264 x Estabilidad mecánica al D1813 x laminado. 03. Análisis de contaminantes Agua y Sedimentos. D95-D96 (3) (3) (3) (3) (3) (3) Dilución.por combustible. D322 Conteo de partículas. ISO 4406-99 x x x x x x x Infrarrojo. 1. Oxidación. 2. Agua. 3. Sulfatación. 4. Nitración. 5. Combustible. 6. Hollín. 7. Glicoles. 04. Pruebas de desgaste Pruebas aditivos Antidesgaste - AW 1. Ensayo bomba x hidráulica. Pruebas aditivos Extrema Presión - EP 1. Prueba Timken. D2782 2. Prueba de 4 bolas. D2783-D2596 3. Prueba FZG. DIN 51354 4. Prueba Almen. 5. Prueba SAE.

(4) (5) (12)

(6) x x x

(3) x x x x x x x x x

x x x x x

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x

(12)

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 6. Prueba Falex. 7. Prueba del indice PQ.

01 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Silicio. Fósforo. Zinc. Calcio. Boro. Magnesio. Molibdeno.

02 1. 2. 3. 4. 5.

Silicio. Sodio. Potasio. Vanadio. Bario.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Hierro. Cromo. Estaño. Plomo. Níquel. Aluminio Molibdeno. Zinc. Cobre. Plata.

03

x x 05. Contenido de metales Espectrofotometria de emisión atómica Aditivos metálicos x

x

x

x x

x

x

Contaminantes metálicos x x x x

x

x

Metales de desgaste x x x

x

x

x x (7)

x x (7)

x

x x (7)

x

x x (7)

x

x x (7)

x

x x x x x x

x x

x

x x x x x

x

x

x

x x x x x x

x

x x x

x

x (8)

(7)

x

x

Notas: (1) Opcional, solo se hace para corroborar los resultados a otras propiedades físico-químicas. (2) Se hace si el aceite en la máquina trabaja a temperaturas de operación superiores a los 80°C. (3) Se analiza si la muestra de aceite no pasa la prueba del chisporroteo. Siempre que se analiza (3), se debe analizar (4) ó (5). (4) Se analiza cuando el contenido de agua es  0,5 % vol. y hay presencia de bronce, babbitt ó cobre (metales blandos) en el mecanismo lubricado. (5) Se analiza cuando el contenido de agua es  0,5% vol. y hay presencia de materiales ferrosos en el mecanismo lubricado. (6) Se analiza si el aceite es del tipo Extrema Presión. (7) Se analiza si hay cobre, bronce ó babbitt en el mecanismo lubricado. (8) Se analiza si los casquetes de apoyo del cigüeñal del MCI son de plata. (9) Se le hace solamente al aceite nuevo. (10)Se hace cuando persista la formación de grandes cantidades de espuma ó de burbujas de aire de gran tamaño. (11)Se le evalúa solo en los aceites nuevos. (12)Se le avalúa solo a los aceites nuevos.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 4.5 PRUEBAS A LAS PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS DEL ACEITE 4.5.1 Gravedad específica y API – Método ASTM D287 La gravedad específica en grs/cm3 de los aceites derivados del petróleo siempre es inferior a 1,0; en la práctica se utiliza más la gravedad específica en ºAPI que en grs/cm3, y tiene un valor mayor que el del agua. La gravedad en °API y la gravedad específica en grs/cm3 se relacionan mediante la siguiente ecuación. ºAPI = 141,5/(Gravedad específica 60/60ºF) – 131,5 Ecuación 4.1 Donde: ºAPI: Gravedad, ºAPI. Gravedad específica 60/60ºF: Gravedad específica del aceite con respecto al del agua a 60ºF, grs/cm3. La gravedad específica 60/60°F se determina en el laboratorio por medio de un hidrómetro. Para realizar esta prueba se toma un tubo de vidrio y se llena hasta cierto nivel con la muestra de aceite que se va a analizar, luego se introduce cuidadosamente el hidrómetro en la muestra de aceite y cuando empiece a flotar, se deja libre. El hidrómetro debe quedar totalmente separado de las paredes interiores y del fondo del tubo porque si queda tocándolas, la lectura será incorrecta. El valor de la gravedad específica en grs/cm3 considerado aisladamente no es un parámetro fundamental para definir si un aceite usado puede o no continuar en servicio, porque un aumento en este valor puede indicar oxidación o contaminación con partículas sólidas; en ambos casos se presenta un aumento en la viscosidad, pero en el primero el aceite posiblemente se deba cambiar, mientras que en el segundo, el aceite se puede reacondicionar, sometiéndolo a un proceso de limpieza por filtración o termovacío. Esta prueba permite confirmar los resultados obtenidos en otras, como la prueba de viscosidad, la del número de neutralización o TAN y la de insolubles en pentano y en benceno. En la práctica por lo general esta prueba no se reporta en los resultados del análisis de laboratorio al aceite usado. Ver Figura 4.1.

Figura 4.1 Si la lectura se va a realizar con un hidrómetro que dé la gravedad específica a 60°F, es necesario tener la muestra de aceite a esta temperatura 4.5.2 Viscosidad - Método ASTM D88 y ASTM D445 La viscosidad del aceite usado es uno de los parámetros más significativos para determinar si puede o no continuar en servicio, ya que de ella depende el espesor de la película lubricante, h o. La viscosidad de los aceites puede aumentar o disminuir, dependiendo del tipo de contaminante que se halle presente; así por ejemplo, los productos de la oxidación, humedad y materias sólidas, que permanecen en suspensión y solubles en el aceite, aumentan la viscosidad, mientras que la contaminación con combustible (dilución) la disminuye. El valor de la viscosidad, considerado aisladamente, no tiene razón valedera porque aunque éste puede ser exactamente igual al del

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV aceite original, el aceite analizado puede estar oxidado y diluido en la misma proporción, lo cual hace que su viscosidad no varíe. Los factores que alteran la viscosidad del aceite pueden ser físicos (contaminación) o químicos (oxidación). La viscosidad del aceite se puede evaluar en diferentes sistemas de clasificación, pero el más utilizado universalmente debido a la estandarización a un solo sistema, es el centistokes (cSt) a 40°C y a 100°C, según el método ASTM D445. En su orden le sigue el Segundo Saybolt Universal ÍSSU) a 100°F y a 210°F, mediante el método ASTM D88. Otras unidades de medida utilizadas cada vez menos son el Redwood y el Engler. -

Medición de la viscosidad cinemática en centistokes (cSt): se determina con un viscosímetro Ostwald, que consiste en un sistema de tubos comunicantes de vidrio en forma de U, con tres depósitos, A, B y C. Ver Figura 4.2(a). El diámetro del tubo capilar se selecciona previamente, de acuerdo a si la viscosidad del aceite es liviana, mediana o pesada. Para hallar la viscosidad cinemática del aceite se colocan 60 cm 3 de muestra de aceite en el depósito C del viscosímetro; se introduce el viscosímetro dentro de un baño de agua que se encuentra a la temperatura del ensayo y una vez que la muestra de aceite alcanza la temperatura deseada, se hace vacío por el extremo del tubo (1), hasta colocar los 60 cm3 un nivel 6 mm por encima del bulbo B; se quita el vacío y se anota el tiempo en segundos que se demora la muestra de aceite en descender desde la marca superior hasta la marca inferior del bulbo B. El tiempo invertido en fluir la muestra de aceite, se multiplica por la constante del viscosímetro y se obtiene la viscosidad cinemática del aceite en cSt a la temperatura de prueba. Se debe tener presente que 1 cSt es igual a 1 mm 2/s.

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Medición de la viscosidad en Saybolt: se evalúa con viscosímetro constituido por un recipiente cilíndrico de 28 mm de diámetro y 90 mm de largo, con un tubo de descarga en el fondo de 1,765 mm de diámetro y 12 mm de largo, el cual se halla taponado con un corcho. Debajo del corcho hay otro recipiente de forma semiesférica, que posee una capacidad un poco mayor de 60 cm3 (una marca delimita este volumen). En la parte exterior al recipiente hay una especie de camisa o de chaqueta que contiene agua, la cual se calienta y permite mantener la muestra de aceite a la temperatura deseada, en este caso a 100° o a 210°F. Una vez que se coloca la muestra de aceite en el viscosímetro, y se alcanza la temperatura deseada, se quita el corcho y se registra con un cronómetro el tiempo (en segundos) necesario para llenar el recipiente semiesférico hasta la marca de 60 cm3. Este tiempo es el número de SSU a 100° ó a 210°F, según el caso. El valor obtenido de la viscosidad debe ir acompañado de la temperatura a la cual se realiza la prueba. El viscosímetro Saybolt se emplea para aceites de mediana y de baja viscosidad; para los de alta viscosidad se utiliza el viscosímetro Furol (SSF). Ver Figura 4.2(a).

(a)

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(b) Figura 4.2 (a) Viscosímetro cinemático Ostwald. (a) Viscosímetro Saybolt. 4.5.3 Índice de Viscosidad – Método ASTM D2270 El índice de viscosidad (IV) de un aceite es un número adimensional y se recomienda evaluarlo solamente para aceites nuevos ya que en los aceites usados puede dar un valor incorrecto acerca de la estabilidad del aceite, debido a que se ha presentado con alguna regularidad que el polímero mejorador de Indice de Viscosidad se cizallada dentro de las superficies de fricción de los mecanismos lubricados; esto es común que se presente en algunos aceites para transmisiones automáticas ATF Dexron II y en aceites automotores SAE multígrados.. No obstante, si se le analiza a un aceite usado, un incremento o una disminución en su valor original, puede indicar contaminación con otro producto. Si el valor del IV aumenta, puede ser que el aceite usado está oxidado por encima del valor máximo permisible, y si disminuye, puede ser un indicio de la baja resistencia a la cizalladura de los aditivos mejoradores de IV. El IV se puede calcular mediante la siguiente ecuación: IV = (L - υ)/(L - H)x100, adimensional Ecuación 4.2(a) Donde: L: Viscosidad en cSt a 40°C de un aceite que tiene un IV de cero y una viscosidad en cSt a 100°C igual a la de la muestra de aceite. υ: Viscosidad en cSt a 40°C, de la muestra de aceite. H: Viscosidad en cSt, a 40°C de un aceite que tiene un IV de 100 y una viscosidad en cSt a 100ºC igual a la de la muestra de aceite. El Indice de Viscosidad (IV) del aceite se puede hallar directamente del Gráfico 4.1(a) para un IV entre 0 y menor de 100 y del Gráfico 4.1(b) para un IV entre 100 y 400; basados en el método ASTM D2270-74, conociendo la viscosidad del aceite en cSt a 40°C y a 100°C.

Gráfico 4.1(a) Indice de Viscosidad entre 0 y menor de 100 ASTM D2270

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Gráfico 4.1(b) Indice de Viscosidad entre 100 y 400 ASTM D2270

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4.5.4 Color – Método ASTM D1500 Se utiliza muy poco como criterio de evaluación de los aceites nuevos, porque pueden ser modificados o enmascarados por los aditivos. El color de un aceite se especifica con un número, de acuerdo con la escala ASTM D1500 especificada en el Gráfico 4.2. Para hallar el número correspondiente a un determinado color, se localiza éste en la escala de la izquierda y/o en la derecha, respectivamente; se traza una línea horizontal por dichos puntos y en el punto donde corte la escala ASTM D1500, se lee el número correspondiente a este color. Esta prueba realizada en los aceites usados, por sí sola no indica nada, porque mucho aceites durante su servicio cambian de color aunque se puedan hallar en buenas condiciones. Esta prueba se emplea para confirmar otras o como argumento comercial, ya que los aceites claros son más llamativos. Gráfico 4.2 Escala de colores y su equivalente numérico ASTM D1500

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4.5.5 Punto de inflamación o de chispa – Método ASTM D92 y ASTM D93 En los aceites nuevos se utiliza como parámetro de referencia para determinar la temperatura máxima hasta la cual se pueden emplear sin riesgo alguno; y en los aceites usados, si ha disminuido, para detectar contaminación con un solvente, con un combustible, con un aceite de menor viscosidad, o si se ha craqueado debido a que ha sido sometido a temperaturas de trabajo excesivamente altas. Si el punto de inflamación del aceite usado ha aumentado, es porque lo han mezclado con un aceite de mayor viscosidad. El punto de inflamación se determina calentando la muestra en aparatos normalizados y aplicando una llama en la proximidad de su superficie; la temperatura a la cual los vapores que desprende el aceite, producen una chispa al aproximarles la llama, se conoce como punto de inflamación y si estos vapores se inflaman y permanecen en combustión durante 5 segundos como mínimo, se denomina punto de combustión. Para lograr una mayor precisión en la realización de la prueba se recomienda hacerla en un cuarto oscuro. Ver Figura 4.3(a) y Figura 4.3(b). -

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Punto de inflamación por el método de vaso abierto (open cup o cleveland) método ASTM D92: se utiliza para aceites con punto de inflamación elevado y para hallar el punto de combustión. Punto de inflamación por el método de vaso cerrado (closed cup o pensky materns) método ASTM D93: se utiliza para aceites de baja viscosidad o de más baja inflamabilidad.

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Figura 4.3 Punto de inflamación (a) En vaso abierto (open cup o cleveland), ASTM D92. (b) En vaso cerrado (closed cup o pensky martens), ASTM D83. 4.5.6 Punto de fluidez – Método ASTM D97 Esta prueba es importante para determinar la fluidez del aceite en el momento en que se pone en marcha el mecanismo cuando está sometido a bajas temperaturas. Consiste en someter una muestra del aceite nuevo a un proceso de enfriamiento y se registra la temperatura más baja a la cual el aceite aún fluye. Ver Figura 4.4. Los puntos de congelación y de enturbiamiento del aceite no son importantes desde el punto de vista de la lubricación. Otra característica que vale la pena tener en cuenta es el punto de floculación en los aceites para compresores de refrigeración que trabajan con refrigerantes miscibles en el aceite y puede orientar sobre su comportamiento en los serpentines del evaporador. Esta característica comparada con el punto de fluidez presenta un valor más bajo. Así por ejemplo, un aceite para refrigeración puede tener un punto de fluidez de -40°C, mientras que el de floculación puede estar por el orden de los -15°C. Por lo tanto, un aceite de este tipo se selecciona con el punto de floculación y no con el de fluidez.

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Figura 4.4 Evaluación de los puntos de congelación y de enturbiando según ASTM D97. 4.5.7 Residuos de Carbón Conradson – Método ASTM D189 y Ramsbottom - ASTM D524 Se emplea solamente para aceites nuevos utilizados en la lubricación de cilindros de compresores de doble efecto, de motores de combustión interna de 2 y de 4 tiempos (depósitos en las zonas de combustión), aceites de transferencia de calor (termofluidos), aceites para laminación y en aquellos mecanismos en los cuales el aceite va a trabajar a temperaturas superiores a los 80°C. Se define como el porcentaje de depósitos carbonosos que se obtienen al someter a una muestra de aceite a evaporación y pirólisis en las condiciones normales de ensayo. Se utilizan dos métodos para determinar esta característica: Conradson y Ramsbottom, dando valores diferentes para un mismo aceite. -

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Procedimiento de residuos de Carbón Conradson: se realiza en un crisol abierto finamente pulimentado, en el que se colocan 10 gramos de aceite (o de grasa), y se someten a la temperatura de ebullición del aceite hasta que por evaporación se consume todo el líquido, quedando un residuo, el cual una vez pesado, equivale a la proporción del carbón que hay en el aceite. Procedimiento de residuos de Carbón Ramsbottom: se someten 10 gramos de aceite (o de grasa) en una botella cerrada, a una temperatura de 550°C, durante 20 minutos en el interior de un horno. Una vez pesado el residuo, se establece la proporción de carbón con respecto a la cantidad inicial. Este método se utiliza para aceites con un contenido de carbón por debajo de 0,1% por peso.

El contenido de carbón, permite obtener, siempre con reservas, algunas conclusiones sobre la tendencia a la carbonización de los aceites. Aumenta con la viscosidad, y los aceites parafínicos dejan más residuos que los nafténicos. Los residuos de los nafténicos son pulverulentos y poco adherentes, mientras que los de los parafínicos son granulares y adherentes. Los porcentajes por peso de carbón admisibles en los aceites lubricantes son de 0,1 hasta 0,5% por peso. Ver Figura 4.5.

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Figura 4.5 Contenido de carbón (a) Conradson por el método ASTM D189. (b) Rambsbottom por el ASTM D524. 4.5.8 Contenido de cenizas – Método ASTM D482 y ASTM D874 Los aditivos que mayor cantidad de cenizas producen son los detergentes, como el bario y el calcio, empleados en los aceites para motores de combustión interna. El análisis de porcentaje de cenizas de una muestra de aceite usado, sirve para determinar el grado de deterioro de los aditivos detergentes que posee, su eficiencia, el desgaste de las diferentes piezas que lubrica el aceite y las partículas extrañas que entran en el sistema. Un aceite mineral puro (base lubricante) sin usar, al quemarse, no deja residuos de ceniza, o en algunos casos sólo contiene trazas (menos del 0,01% por peso), sin embargo, en servicio pueden desarrollar una cantidad apreciable de cenizas. El método para obtener el porcentaje de cenizas consiste en tomar una muestra del aceite usado con peso conocido y quemarla completamente, hasta que se hayan consumido las materias combustibles, el residuo que se obtiene, se pesa y la relación entre éste y el peso original de la muestra da el porcentaje por peso de cenizas del aceite usado. Las cenizas obtenidas se chequean en su composición por medio de un análisis espectroscópico, también llamado emisión espectrográfica y por el espectrofotómetro de absorción atómica (ppm). Es muy importante conocer el contenido de cenizas del aceite nuevo, ya que éste se debe tomar como parámetro de referencia con respecto a los resultados que se obtengan. Ver Figura 4.6. -

Contenido de cenizas por el método ASTM D482: se utiliza para evaluar los aceites formulados con aditivos sin cenizas. Contenido de cenizas por el método ASTM D874: se utiliza para evaluar los aceites formulados con aditivos con cenizas. En este método los residuos al quemar la muestra de aceite se tratan con H 2SO4.

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Figura 4.6 Evaluación del contenido de cenizas en el aceite usado (a) Método ASTM D482. (b) Método ASTM D874. 4.5.9 Número Acido Total (TAN) o Número de Neutralización (NN) – Método ASTM D664 y ASTM D974 El Número de Neutralización (NN) o Número Acido Total (TAN) constituye una medida de la acidez total del aceite usado, incluyendo los ácidos débiles y fuertes y su valor debe compararse con respecto a la acidez del aceite original. Todos los aceites durante su servicio se oxidan, y si los productos de la oxidación son peróxidos o ácidos orgánicos, producen desgaste corrosivo sobre las piezas que lubrican. En el caso de los motores de combustión interna el desgaste corrosivo se incrementa como resultado de los ácidos originados en el proceso de combustión. Los combustibles están constituidos en su mayor parte por hidrógeno y carbono, y en menor proporción, por oxígeno, nitrógeno y azufre. Cuando se realiza la combustión del carbono, éste reacciona con el oxígeno y forma monóxido y bióxido de carbono; el hidrógeno reacciona con el oxígeno y produce vapor de agua y por último, el oxígeno al oxidarse produce bióxido de azufre. En un momento dado, bajo ciertas condiciones de temperatura y de presión, el vapor de agua se condensa y reacciona con el bióxido de azufre, dando lugar a los ácidos sulfúricos y sulfurosos, los cuales pasan entre los anillos, ranuras de los pistones y cilindros hasta el cárter, contaminando el aceite. Estos ácidos formados tienen un doble efecto: por un lado atacan directamente algunos metales, ocasionando desgaste corrosivo, y por otro lado, aceleran la oxidación del aceite. Ver Figura 4.7. Los factores que más inciden en el valor del NN o TAN del aceite nuevo son el grado de refinación de la base lubricante (Grupo I, II, etc), el tipo de base (nafténica o parafínica) y el tipo de aditivos. Hay algunos productos, como los fluidos hidráulicos AW, que contienen aditivos organometálicos, tales como el dialkil ditiofosfato de zinc que elevan el valor inicial del NN o TAN, el cual una vez en servicio el aceite, disminuye ligeramente (como consecuencia de la reacción de éste con las superficies metálicas) y permanece estable durante algún tiempo, al cabo del cual se incrementa y sobrepasa su valor original, iniciándose propiamente el proceso de oxidación. De igual manera los aceites nuevos para engranajes, tanto industriales como automotrices, de tipo Extrema Presión, debido al contenido de aditivos EP a base de azufre, cloro y fósforo, poseen un TAN inicial entre 0,5 y 1,3 o más, pero contienen una acidez orgánica no corrosiva que no debe confundirse con la acidez mineral o peróxidos procedente de ácidos residuales, que quedan después del refino de la base lubricante.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Cuando el aumento en la viscosidad de un aceite usado es debido a su oxidación, el número de neutralización o TAN aumenta. El valor máximo permisible del NN o TAN para un aceite usado no se puede generalizar para todos, sino que es único para cada uno en particular de acuerdo a la aplicación. Un NN o TAN alto no indica necesariamente que el aceite usado se deba cambiar, porque puede ser consecuencia de la concentración de ácidos no corrosivos que no atacan los metales, tales como las aleaciones de babbit, pero los peróxidos sí crean problemas de corrosión. Como en la práctica es difícil saber cuándo un ácido es corrosivo o no, lo mejor en todos los casos es considerar como valores intolerables del NN o TAN incrementos por encima de 1,0; este valor se le suma al valor del TAN del aceite nuevo, para determinar el valor condenatorio de esta característica. Los peróxidos, hidroperóxidos, y radicales libres, son los, precursores de la formación de ácidos carboxílicos, ésteres, aldhehidos y cetonas. Una elevada concentración de peróxidos producto de la oxidación del aceite, es mucho más peligrosa que una elevada concentración de ácidos orgánicos porque su acción corrosiva es mayor y tienden a activar más el grado de oxidación del aceite. Los peróxidos en su mayor parte tienen su origen en el funcionamiento de los mecanismos a elevadas temperaturas y durante prolongados períodos de tiempo. En este caso, los inhibidores de la oxidación y de la corrosión no son suficientes para contrarrestar su efecto. Los ácidos orgánicos (contiene halógenos y azufre altamente corrosivos) son el resultado del funcionamiento del mecanismo a bajas temperaturas y sus características corrosivas se expresan de acuerdo con el Número Acido Fuerte (SAN). -

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Evaluación del NN o TAN por el método ASTM D664: es un método potenciométrico y se define como el número de miligramos de una base, en términos de hidróxido de potasio (KOH) que es necesario añadirle a un gramo de la muestra de aceite para que reaccione con los constituyentes ácidos débiles y peróxidos y alcance un punto final equivalente a un pH de 7. Evaluación del NN o TAN por el método ASTM D974: es un método colorímetro y se utiliza para evaluar la acidez de los aceites de color claro, en donde el cambio de color es evidente. La prueba termina cuando el color de la muestra de aceite pasa de azul - verde a naranja. En este momento se cuantifica la cantidad final de solvente titulador y del indicador que fue necesario añadirle para neutralizar los ácidos presentes.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Figura 4.7 Evaluación del TAN o NN por el método ASTM D664 y por el método ASTM D974. En algunos casos el grado de acidez o de basicidad de un aceite se expresa de acuerdo con el valor del pH, el cual en los aceites derivados del petróleo, tanto industriales como automotores, puede tener valores entre 4 y 11, sin que dé lugar a desgaste corrosivo de las piezas que lubrica; entre 4 y 7, el aceite representa ácidos débiles. A medida que el aceite se oxida disminuye su pH y aumenta su acidez. Por debajo de 4 se considera que los ácidos minerales o peróxidos inician el ataque corrosivo hacia las superficies metálicas y es necesario, por lo tanto, cuando se presenta este valor cambiar el aceite inmediatamente. Un método sencillo y práctico para determinar rápidamente el valor aproximado del pH de un aceite, es por medio de un indicador de pH o peachímetro, el cual trae los diferentes valores del pH asociados con un color. Este se presenta una vez que el indicador o papel se introduce en el aceite (sometido a un baño de María). Se saca y se deja secar. El color que dé el indicador se compara con uno de los que aparecen en el peachímetro y se obtiene de esta manera el pH del aceite. Ver Figura 4.8.

Figura 4.8 Patrón de colores para la comprobación de pH. 4.5.10 Número Básico Total (TBN) – Método ASTM D664 y ASTM D2896 El motor de combustión interna es el componente más importante y costoso del vehículo, por lo que su cuidado y confiabilidad se puede llevar a cabo mediante el análisis periódico del aceite en el laboratorio. El aceite del motor es un fluido que químicamente a medida que avanzan los kilómetros recorridos del vehículo se va degradando, cambiando su condición de basicidad a acidez, y va recogiendo información del estado mecánico del motor, ya que las partículas metálicas provenientes del desgaste de los diferentes mecanismos se van a acumulando en él. El análisis del estado del aceite SAE se debe hacer bajo las normas internacionales ASTM, las cuales tienen estandarizadas una serie de pruebas que permiten evaluar con mucha exactitud el estado del aceite y el nivel de desgaste del motor. Una de las pruebas más importantes es la del Número Básico Total o TBN, mediante la cual es factible conocer el nivel de detergencia - dispersancia del aceite usado, su grado de oxidación o de descomposición química y su capacidad de mantener los pistones, anillos y válvulas del motor, libres de gomas, lacas, hollín, y carbón, garantizando su correcto funcionamiento. El TBN del aceite SAE disminuye a medida que aumentan los kilómetros recorridos, hasta que llega a un valor mínimo permisible en el cual es necesario cambiarlo. El TBN es básicamente una medida del potencial que tiene el aceite para neutralizar los ácidos minerales o peróxidos que se vayan formando durante el proceso de combustión del combustible, tales como los compuestos de azufre, cloro y bromo. El TBN en un aceite de motor está relacionado con su capacidad de detergencia-dispersancia; a medida que disminuye se reduce su

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV capacidad de limpieza hacia las partes del motor, en especial en la zona de la cabeza del pistón y en los anillos de compresión y raspador de aceite. -

Evaluación del TBN por el método ASTM D664: indica la cantidad de miligramos de ácido clorhídrico (HCL) por cada gramo de aceite para neutralizar o llevar a un pH de 7 todos su componentes básicos. La tendencia actual es utilizar solamente el método ASTM D664, aunque este método es considerado por algunos organismos como obsoleto y es reemplazado por el ASTM D4739.

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Evaluación del TBN por el método ASTM D2896: indica la cantidad de miligramos de ácido perclórico, que es necesario añadirle a un gramo de la muestra de aceite para neutralizar o llevar a un pH de 7 todos sus componentes básicos.

El TBN analizado por el método ASTM D2896 (colorimétrico) da mayor que por el ASTM D664 (potenciométrico), por consiguiente siempre que se evalué esta característica con fines comparativos se debe hacer por el mismo método. La cantidad añadida de algunos de los ácidos utilizados en los métodos ASTM D664 y ASTM D2896, se puede dar en función de miligramos de hidróxido de potasio (KOH) por gramo de aceite usado, por lo que en la mayoría de los reportes de laboratorio con respecto a la evaluación del TBN se da en mgrKOH/gr.ac. us. Los aceites nuevos para motores diesel normalmente tienen un TBN de 12 y los de gasolina de 8 con una eficiencia en la capacidad de limpieza de las partes del motor del 95% en ambos casos. A medida que disminuye y llega al valor mínimo permisible del 50% del valor original en diesel y del 35% en gasolina, la eficiencia del aceite es del 25% aproximadamente. En la Figura 4.9, se muestra la variación del TBN con respecto al TAN y a la viscosidad de aceite. En los aceites nuevos para motores diesel el valor mínimo permisible del TBN es más alto que en los de gasolina, debido a la mayor cantidad de hollín que genera el ACPM cuando se quema en el motor.

Figura 4.9 Variación del TBN, TAN y de la viscosidad de un aceite SAE para MCI. 4.5.11 Prueba cualitativa de la mancha para aceites SAE detergentes Es un método práctico para evaluar si el aceite SAE para MCI usado está contaminado y cuál es la capacidad de detergencia-dispersancia aún le queda. El método consiste en colocar una gota del aceite SAE para MCI usado en un pedazo de papel secante 240 Mesh; éste es absorbido por el papel y forma un patrón característico, el cual determina el estado del aceite. Hay cuatro patrones característicos: -

Excelente dispersancia y bajo contenido de insolubles. La mancha es muy tenue y muestra

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un color oscuro en el centro, la periferia no es uniforme. Ver Figura 4.10(a) Alta dispersancia y moderado contenido de insolubles. El patrón muestra un centro relativamente claro, con una banda vellosa en la periferia. Ver Figura 4.10(b) Dispersancia deteriorada debido al agua. La mancha muestra un la periferia puntiaguda (indicando agua) y un cetro oscuro uniforme. Ver Figura 4.10 (c). Dispersancia ausente debido a la pérdida total de alcalinidad. El patrón muestra una periferia puntiaguda y un campo oscuro totalmente uniforme; la densidad del patrón depende de la cantidad de contaminantes. Ver Figura 4.10 (d).

(a)

(c)

(b)

(d)

Figura 4.10 (a) Excelente dispersancia y bajo contenido de insolubles. (b) Alta dispersancia y moderado contenido de insolubles. (c) Deterioro de la dispersancia debido al agua. (d) Dispersancia ausente debido a la pérdida total e la alcalinidad. 4.5.12 Insolubles en Pentano y en Benceno – Método ASTM D893 Conocer el contenido de insolubles en un aceite y su composición es muy importante porque éste está relacionado directamente con la degradación del aceite, con la eficiencia de los filtros, con el desgaste, y en el caso de aceites detergentes, con su grado de saturación frente al carbón producido en la combustión de la gasolina y del ACPM. El aceite durante su servicio acumula una serie de contaminantes que no son solubles en él; para separarlos del aceite usado, se trata éste con una solución de pentano normal, en una proporción de nueve partes de éste por una parte del aceite usado; se centrifuga durante un tiempo determinado y se decanta cuidadosamente el disolvente, conservando el residuo, que se lava nuevamente dos veces con pentano y se vuelve a centrifugar y a decantar, y finalmente se sacan y pesan, y la cantidad que hay de ellos se da en porcentaje por peso. Este porcentaje se conoce como insolubles en pentano. Estos incluyen carbón y hollín obtenidos en la combustión (aceites SAE para MCI), polvo y arena (sílice), que entran a través del filtro de aire, partículas sólidas metálicas provenientes del desgaste de las piezas que lubrica el aceite, de la corrosión o de la herrumbre y de los productos de la oxidación, como las gomas, lacas, barnices, peróxidos y los ácidos orgánicos. En los aceites SAE para facilitar la precipitación del carbón y del hollín

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL que se mantienen en suspensión por los aditivos detergentes, es necesario utilizar un coagulante, tal como la n-butildietanolamina. Para hallar el porcentaje de productos de la oxidación se toma otra muestra del mismo aceite y se somete al mismo procedimiento anterior. Una vez que se obtengan los contaminantes que no son solubles en pentano se separan de éste y, sin secarlos, se les añaden 10 cm3 de benceno y de alcohol o de tolueno y se centrifugan de nuevo. Estas sustancias hacen que los contaminantes sólidos se separen de los productos de la oxidación presentes, los cuales sí son solubles en éstas. Los insolubles en tolueno proporcionan el contenido de productos procedentes de una contaminación externa y de la corrosión y desgaste de los mecanismos lubricados, y del carbón formado en una combustión incompleta del combustible en un MCI y de una coquización parcial del lubricante. Se centrifuga de nuevo la solución y se retira la parte líquida clara que queda en la parte superior y se sacan las partículas sólidas, se secan y se pesan. El contenido de insolubles en benceno se da en porcentaje por peso, y la diferencia entre los insolubles en pentano y en benceno constituyen el porcentaje por peso de productos oxidados (asfaltos, resinas, barnices, etc.) que son solubles en tolueno pero insolubles en pentano. La cuantía de esta diferencia proporciona por lo tanto una idea sobre el grado de alteración del aceite SAE usado. -

El porcentaje máximo permisible de insolubles en pentano en un aceite SAE para MCI con un nivel de detergencia moderado es de 1,5% por peso. El porcentaje máximo permisible de insolubles en pentano en un aceite SAE para MCI con un nivel de detergencia alto es de 2% por peso. Se acepta por lo general un porcentaje máximo de productos de la oxidación hasta 0,5% por peso para que el aceite no ofrezca problemas de corrosión sobre las superficies metálicas sobre las cuales se halla en contacto. Se toma este porcentaje más como una medida preventiva que como un parámetro de cambio, porque el grado de corrosividad depende de la concentración de peróxidos y de ácidos orgánicos que se hallen en el aceite usado.

4.5.15 Demulsibilidad – Método ASTM D1401 y ASTM D2711 El agua con el aceite forma una emulsión que, dependiendo del tipo de aceite, es estable o no. En el caso de aceites para mecanizado de piezas, se requiere que la emulsión sea altamente estable, mientras que en otros, como los aceites para turbinas de vapor, sistemas hidráulicos, reductores de velocidad, compresores, transformadores y para sistemas de circulación de aceite se necesita que tengan buenas propiedades demulsificantes ya que pueden trabajar expuestos a la contaminación con agua, requiriéndose por lo tanto, que la emulsión sea inestable, y ésta lo es, si desaparece al terminar la acción que la originó o después de un cierto tiempo de reposo. Si persiste, se trata de una emulsión estable. Un aceite posee buenas características de demulsibilidad cuando la mezcla de agua y de aceite se separa completamente en un minuto. Los factores que favorecen la estabilidad de las emulsiones son: - Una tensión interfacial suficientemente baja. – Viscosidades altas. - Diferencia mínima de densidades entre el agua y el aceite. - Presencia de sulfonatos por oxidación del aceite. Un aceite industrial ISO emulsionado por lo general presenta un color opaco y lechoso, pero este color desaparece y el acei te adquiere un color claro (si no está oxidado), cuando se calienta a una temperatura mínima de 100°C. La prueba de demulsibilidad se puede llevar a cabo mediante los siguientes métodos de evaluación: -

Evaluación de la demulsibilidad por el Método ASTM D1401: Se utiliza para los aceites sintéticos y para los de turbinas de vapor con una viscosidad entre un grado ISO 32 y un 100. Se lleva a cabo mezclando 40 cm3 (ml) de aceite con 40 cm3 (ml) de agua destilada, que se agitan durante 5 minutos, a una temperatura de 130°F; transcurrido este tiempo, se deja la mezcla en reposo y se chequea el tiempo requerido para que la emulsión de agua y de aceite se separen completamente. Los resultados obtenidos deben ser como mínimo 39 cm3 (ml) de aceite, 38 cm3 (ml) de agua destilada y 3 cm3 (ml) de emulsión para un tiempo de 20 minutos.

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL -

Evaluación de la demulsibilidad por el Método ASTM D2711: Se utiliza para cualquier tipo de aceite, incluyendo los que contienen aditivos Extrema Presión (EP). Es similar al método ASTM D1401, excepto que se mezclan 45 cm3 (mi) de aceite con 45 cm3 (ml) de agua destilada, y se agitan durante 5 minutos, a una temperatura de 180°F.

En ambos métodos de evaluación, la agitación ayuda a que la emulsión de un aceite con agua persista y simula las condiciones que se presentan cuando el aceite lubrica los mecanismos de las máquinas en movimiento, pero una vez que estos se encuentran en reposo, debe desaparecer inmediatamente, de lo contrario, ésta puede causar problemas de corrosión (materiales blandos) y de formación de herrumbre (materiales ferrosos) en todos los circuitos por donde fluya el aceite. Por otro lado, los ácidos orgánicos que empiezan a formarse en el aceite como resultado de su oxidación normal, se vuelven más corrosivos en presencia de agua y alguno de los inhibidores de la oxidación pueden ser disueltos por ella. Los aceites SAE para MCI no poseen aditivos antiemulsionantes debido a que estos reaccionan con los aditivos detergentes-dispersantes (fenatos y sulfonatos), descomponiendo el aceite. Ver Figura 4.12.

Figura 4.12 Método ASTM D1401 para evaluar las características de demulsibilidad de un aceite cuando se encuentra en presencia de agua. 4.5.16 Formación de espuma – Método ASTM D892 Entre las causas que favorecen la formación de espuma, se tienen: un bajo nivel de aceite en el depósito, tubo de retorno del aceite por encima del nivel normal, entrada de aire en la tubería de succión de la bomba, agua en el aceite, temperatura del aceite en el depósito por encima de los 60ºC. Los aceites de baja viscosidad (grado ISO entre 32 y 68), favorecen la resistencia a la formación de espuma porque liberan más fácilmente el aire que los de alta viscosidad (grado ISO 320 en adelante). Trazas de contaminación con agua, en los aceites con aditivos antiherrumbre y detergentes, causan espuma. Una burbuja de aire en el aceite cuando pasa de una zona de baja presión a otra de alta presión en la zona de fricción, da lugar a una compresión adiabática de la burbuja de aire, generando su implosión y un incremento en la temperatura que puede llegar hasta los 1000ºC; el aceite que rodea la burbuja de aire se quema y forma productos carbonosos que se depositan en las superficies de fricción y conductos de lubricación llegando a obstruirlos. La resistencia a la formación de espuma se evalúa por el método ASTM D892, que consiste en barbotear aire seco durante 5 minutos en 200 cm3 de muestra de aceite nuevo, a una temperatura de 75ºF, 200ºF y 75ºF respectivamente; se deja en reposo, y al cabo de 5 minutos se evalúa la cantidad de espuma presente en la muestra de aceite; luego se hace una segunda lectura a los 10 minutos,

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL obteniéndose de esta manera, la estabilidad de la espuma en el aceite. La cantidad máxima permisible de espuma presente en el aceite, deber ser: -

Secuencia I: A 24ºC a los 5 minutos, 10 cm3 de espuma y a los 10 minutos, 0 o trazas de espuma. Secuencia II: A 98ºC a los 5 minutos, 20 cm3 de espuma y a los 10 minutos, 0 o trazas de espuma. . Secuencia III: A 24ºC a los 5 minutos, 10 cm3 de espuma y a los 10 minutos, entre 0 y 5 cm3.

Ver Figura 4.13.

Figura 4.13 Resistencia a la formación de espuma, según el método ASTM D2. 4.5.17 Corrosión al cobre – Método ASTM D130 Este ensayo se lleva a cabo colocando una lámina de cobre, perfectamente pulida, dentro de la muestra de aceite en evaluación durante 3 horas a 100°C. Por la coloración que presente dicha lámina al finalizar el ensayo, se deduce el grado de corrosión que ha sufrido al compararla con una serie de patrones de colores. Cada color está designado por un número, que puede ser: 1a, 1b, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 3a, 3b, 4a, 4b y 4c. A los aceites que lubrican mecanismos que contienen babbitt, cobre, bronce y demás materiales blandos, es necesario periódicamente efectuarles esta prueba, aun más, si en un momento dado llegan a trabajar en presencia de agua. La prueba de lámina de cobre evalúa la tendencia del aceite para provocar corrosión en los metales blandos, y no la habilidad del aceite para prevenir la corrosión. Ver Figura 4.14.

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Figura 4.14 Patrón de colores para evaluar la corrosividad de un aceite de acuerdo con el método ASTM D130. 4.5.18 Herrumbre – Método ASTM D665 La herrumbre es causada por el agua y el aire sobre el hierro y el acero (materiales ferrosos). Su acción se previene con los aditivos de tipo polar que forman capas protectoras sobre las superficies metálicas, pero el porcentaje de estos (si supera el valor máximo permisible) en el aceite se debe controlar porque pueden ejercer una acción negativa sobre las propiedades an tiespumantes, antioxidantes y de demulsibilidad. La característica antiherrumbre se evalúa mediante la prueba ASTM D665, en la cual una muestra de 300 cm3 de aceite nuevo o usado, se mezclan con 30 cm3 (10%) de agua, y luego se introduce en ella una lámina pulida de acero carbón 1018, en la cual se chequea posteriormente el grado de herrumbre, reportado como “pasa” o “no pasa”. Problemas de herrumbre severos pueden ser el resultado de un alto grado de contaminación del aceite oxidado con agua. El agua utilizada para llevar a cabo esta prueba puede ser:

-

Agua destilada en el procedimiento A: se utiliza para la mayoría de los aceites. Agua sintética de mar en el procedimiento B: se utiliza para evaluar los aceites para turbinas de vapor, reductores de velocidad y fluidos hidráulicos.

Ver Figura 4.15.

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL Figura 4.15 Las propiedades antiherrumbre de un aceite se evalúan con agua destilada o con agua sintética de mar dependiendo del tipo de aceite. 4.5.19 Punto de anilina – Método ASTM D611 Consiste en calentar y agitar una mezcla constituida por partes iguales de aceite y de anilina y chequear la temperatura mínima a la cual se solubilizan, siendo el valor de esta temperatura igual al punto de anilina. La anilina utilizada es una amina aromática (fenil-amina o amino-benceno), cuya temperatura de solubilidad es tanto más baja cuanto más aromático sea el aceite. Dada su estructura molecular cíclica, esta anilina presenta una mayor solubilidad hacia los aceites aromáticos o nafténicos que hacia los parafínicos de cadena abierta. El punto de anilina tiene importancia al evaluar el comportamiento del aceite frente a los retenedores y sellos constituidos por materiales de caucho y elastómeros porque los puede ablandar o endurecer. Cuando el punto de anilina es bajo, hay tendencia a endurecer el caucho. Cuanto más viscoso sea un aceite, a igual contenido en aromáticos, más elevado será el punto de anilina. La anilina, las resinas y los lodos que se forman durante la oxidación y degradación de los aceites tienen una solubilidad muy semejante frente a ellos; por lo tanto, para disolver los lodos es necesario calentar el aceite por encima de su punto de anilina. 4.5.20 Estabilidad a la oxidación por TOST (Turbine Oxidation Stability Test) – Método ASTM D943. Esta prueba se emplea básicamente para los aceites de turbinas de vapor, en los cuales la calidad se da en términos de su resistencia a la oxidación. Consiste en mantener 300 cm3 de aceite nuevo a una temperatura de 95°C, en presencia de 60 cm3 de agua, oxígeno y un catalizador que puede ser hierro o cobre. Cada 50 a 200 horas de ensayo se sacan 10 cm3 de aceite y se le chequea el número de neutralización o TAN, ya sea por el método colorimétrico ASTM D974 o por el potenciométrico ASTM D664. El aceite sobrepasa la prueba si alcanza 1000 horas de ensayo como mínimo, con un TAN por debajo o máximo de 2 mgr KOH/gr.ac.us. La desventaja de esta prueba es el tiempo de duración que es bastante largo, lo cual ha hecho que cada día se utilice menos. Los aceites que se vayan a utilizar en la lubricación de turbinas de vapor deben sobrepasar esta prueba. En la actualidad hay aceites que al evaluarlos dan entre 2000 y 5000 horas para un TAN de 2 mgr KOH/gr.ac.us. Ver Figura 4.17.

Figura 4.17 Por el método ASTM D943, la estabilidad a la oxidación del aceite se evalúa sometiéndolo a una temperatura de 95ºC, a 60 cm3 de agua, oxígeno y un catalizador, como el cobre o el hierro. 4.5.21 Estabilidad a la oxidación por bomba rotativa (RPVOT) - Método ASTM D2272

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL Este método consiste en colocar una muestra del aceite nuevo o usado dentro de un recipiente hermético en el cual se encuentra alojada una bomba rotativa, inclinada 30° con respecto a la horizontal. Se le agrega agua al aceite y la bomba rotativa que gira a 100 rpm le inyecta oxígeno a la mezcla, a una presión de 90 psig. La emulsión se somete a una temperatura constante de 150°C, en presencia de un catalizador de cobre; a esta temperatura, la presión de la mezcla sube aproximadamente hasta 170 psig. El tiempo de inducción o el de reacción del aceite con el oxígeno, se mide a partir del momento en que la presión del oxígeno dentro del recipiente es de 170 psig hasta que desciende 25 psi. Teóricamente, 100 minutos de tiempo de inducción equivalen a un año vida de servicio del aceite. Este método, en el caso de los aceites usados, sirve para evaluar la vida residual o el contenido de aditivos antioxidantes que aún le quedan al aceite, al compararlo con la resistencia a la oxidación del aceite nuevo. El límite mínimo de minutos de ensayo para un aceite usado es de 100. Ver Figura 4.18.

Figura 4.18 Bomba rotativa para evaluar la resistencia a la oxidación de aceites nuevos y usados. 4.5.22 Estabilidad a la oxidación por Ruler CE 320 Es un instrumento que se utiliza para pruebas de oxidación en campo y permite obtener una medida aproximada de la evaluación de la oxidación por la bomba rotativa RPVOT. 4.5.23 Estabilidad a la oxidación por UPL (Userful Life Period) El método UPL o Userful Life Period, consiste en determinar el número de horas que requiere el aceite para absorber 15 cm3 de oxigeno electrolítico, a una temperatura de 150°C. Este tiempo es de 25 horas mínimo cuando se emplea cobre metálico como catalizador y de 15 horas mínimo si se usa cobre soluble. La oxidación se puede controlar si la temperatura máxima del aceite no es mayor de 60°C; por encima de esta temperatura, la rata de oxidación (TAN) del aceite se duplica cada vez que la temperatura aumenta 10°C. Por lo general la máxima temperatura del aceite en las turbinas de vapor se presenta a la salida de Los cojinetes lisos radiales y de empuje, pero no sobrepasa los 55°C. La oxidación también se puede medir por análisis infrarrojo (IR). 4.5.24 Contenido de inhibidor de oxidación – Método ASTM D2668 Determina la cantidad de aditivo antioxidante presente en el aceite. 4.5.25 Contenido de lodos – Método CIGRE, CERL o IP 280/80

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Evalúa la acidez soluble y volátil y los lodos formados durante el proceso de oxidación. Consiste en mantener una muestra de 25 mgr del aceite usado a 120°C, durante 168 horas y bajo una corriente de oxígeno de 1 litro/hora. El ensayo se puede realizar bajo las siguientes condiciones: - Sin catalizador y debe dar como máximo 0,1% por peso de productos oxidados. - Con catalizador de cobre metálico de 1 cm/gr de aceite y se tolera un máximo de 1% de productos oxidados. - Con 100 ppm de catalizador de cobre soluble y puede dar como máximo un 1% de productos oxidados. 4.5.26 Formación de lodos o barro ácido – Método ASTM D1313 Los lodos se forman como resultado de la mezcla de productos de la oxidación del aceite mineral con agua; este método de evaluación consiste en burbujear oxígeno en el aceite a presión atmosférica, a razón de 0,1 Iitro/hr, a 100°C, en presencia de un catalizador de cobre durante 64 y 164 horas, respectivamente. 4.5.27 Formación de barnices Los barnices se forman como resultado de la oxidación del aceite a altas temperaturas y se adhieren a las superficies metálicas de los mecanismos lubricados. El potencial que tiene el aceite ISO de formar barnices se evalúa con la prueba QSA (Quantitative Spectrophotometric Analisys) que especifica un indicador conocido como VPR; los valores de control son: OC (Operación Confiable) de 1 a 30 y EF (En Falla) igual o mayor de 70. Por encima de este valor se debe cambiar inmediatamente el aceite y hacerle al sistema de lubricación un flushing oleo químico. 4.5.28 Contenido de azufre – Método ASTM D1266, ASTM D129, ASTM D1662 Se determina quemando una muestra del aceite nuevo en presencia de una corriente de oxígeno presurizado; en los productos de la combustión el azufre se precipita como sulfato de bario en porcentaje por peso. A excepción de los aceites de tipo Extrema Presión (EP), en los cuales el azufre se les agrega como aditivo metálico para aumentar la capacidad de soporte de carga, en los demás aceites resulta ser un compuesto indeseable, y removerlo requiere costosos y complejos sistemas de tratamiento con hidrógeno. 4.5.29 Contenido de azufre corrosivo – Método ASTM D1275 La prueba se realiza a 122° o a 210°F por tres horas; se califica con "pasa" o "no pasa" dependiendo del nivel de corrosividad en la lámina de cobre (1a, 1b, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 3a, 3b). 4.5.30 Contenido de cloro – Método ASTM D808 y ASTM D1317 Para evaluar el contenido de cloro se puede emplear el método gravimétrico, ASTM D808 o el volumétrico, ASTM D1317. Ambos son aprobados para aceites nuevos o usados al igual que para las grasas. 4.5.31 Tensión interfacial (IFT) – Método ASTM D971 Se emplea para analizar las características de la interface que se forma cuando el aceite se contamina con agua, si ésta es débil, el aceite fácilmente se emulsiona cuando el contenido de agua en el aceite sobrepasa el máximo permisible de 0,5% por volumen. Los factores que influyen negativamente sobre esta propiedad son: - Naturaleza química del agua y del aceite. – Cantidad de agua en el aceite. - Temperaturas del aceite superiores a 50ºC, las cuales aumentan la miscibilidad entre el agua y el aceite. - Presencia de compuestos polares producto de la oxidación del aceite. La tensión

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL interfacial normalmente se le analiza a los aceites ISO para turbinas de vapor y dieléctricos, se evalúa en dinasxcm y los resultados obtenidos se comparan con los siguientes valores: -

En aceites para turbinas de vapor: -

-

Aceites nuevos: (30 - 40) dinasxcm. Aceites usados: (18 - 30) dinasxcm.

En aceites dieléctricos: -

Aceites nuevos: Mínimo 24 dinasxcm. Aceites usados: Mínimo 20 dinasxcm.

Si la prueba de tensión interfacial, en el caso de los aceites para turbinas de vapor, da por debajo de 18 dinasxcm, se debe cambiar parcialmente el aceite (máximo hasta un 10% por volumen por cada vez), porque aún cuando el sistema de lubricación de la turbina de vapor cuente con una centrífuga o con un equipo de termovacío, y estos sean capaces de mantener el volumen de agua por debajo del máximo permisible para OC (Operación Confiable) de 0,2% por volumen, es posible que el agua haya lavado parte de los aditivos antiherrumbre y antioxidantes, lo que da lugar a la formación de lodos y de emulsiones permanentes. Valores bajos de la tensión interfacial en aceites ISO usados indican una elevada tendencia del aceite a emulsionarse con el agua, disminución de sus características antiemulsionantes y puede indicar la presencia de lodos en el aceite debido a que los ácidos orgánicos y los esteres (lodos) son tensoactivos. Ahora bien, se ha podido comprobar que cuando la tensión interfacial del aceite baja a la mitad de su valor original, existen posibilidades de que el aceite haya alcanzado su nivel de saturación de lodos y sea necesario someterlo a un proceso de centrifugación o de termovacío para retirárselos, al igual que el agua que esté solubilizada con él. En la Tabla 4.2 se da una relación entre el valor de la tensión interfacial en aceites para turbinas de vapor y el % de probabilidad de que el aceite se emulsione o de que se presenten lodos en el aceite, como resultado de la presencia de agua por encima de 0,2% por volumen. Ver Figura 4.11. Tabla 4.2 Tensión Interfacial versus formación de lodos No

01 02 03 04 05 06 07

Tensión interfacial Dinasxcm 24

% de probabilidad que el aceite se emulsione o de que se presentes lodos 100 85 69 35 33 30 0

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Figura 4.11 La tensión interfacial es el grado de resistencia que ofrecen al separarse el aceite y el agua. 4.5.32 Rigidez dieléctrica – Método ASTM D877 y ASTM D1816 La rigidez dieléctrica es la capacidad de aislamiento eléctrico de los aceites, en kv, la cual es muy baja en los aceites lubricantes y muy alta en los aceites aislantes o dieléctricos utilizados en transformadores y en los compresores de refrigeración, en los cuales el aceite en algunos diseños, refrigera el embobinado del motor eléctrico. En los aceites de transformador nuevos, la rigidez dieléctrica debe ser como mínimo de 30 kv, y se debe cambiar o reacondicionar cuando llegue a 24. La rigidez dieléctrica, es afectada por el agua, polvo, sílice, etc. Ver Figura 4.16. -

-

Evaluación de la rigidez dieléctrica por el método ASTM D877: se determina la tensión en kv a la cual se produce un arco eléctrico permanente entre dos electrodos de 1 pulgada de diámetro separados 0,1 pulgadas y sumergidos en el aceite. Evaluación de la rigidez dieléctrica por el método ASTM D1816: los electrodos están colocados de 0,040 a 0,081 pulgadas, dependiendo de si el voltaje disponible es de 35 ó 60 kv.

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL Figura 4.16 Equipo para evaluar la rigidez dieléctrica de aceites de transformador, por el método ASTM D877. 4.5.33 Factor de potencia – Método ASTM D924 No existe ningún aislamiento ideal, ya que siempre una pequeña cantidad de corriente se fuga a través del material aislante, la cual puede ser resistiva o capacitiva. La relación entre la componente resistiva y la componente capacitiva se denomina factor de disipación y la relación entre la componente resistiva y la corriente total que circula por el aislamiento se denomina factor de potencia. Todo sistema de aislamiento sin importar su condición tiene una cantidad medible de pérdidas dieléctricas, ocasionadas por envejecimiento o deterioro del material aislante o por oxidación, humedad o contaminación del aceite dieléctrico. La prueba de factor de potencia permite evaluar las pérdidas dieléctricas (que se manifiestan en energía pérdida que se transforma en calor), ocasionadas por el estado del aceite dieléctrico. Esta prueba se realiza a 25ºC y a 100ºC; a 25ºC permite diagnosticar si hay problemas de oxidación o de humedad en el aceite dieléctrico, mientras que a 100ºC detecta la presencia en el aceite dieléctrico de contaminantes como barnices, materiales sólidos, o partículas coloidales. El aceite dieléctrico nuevo, limpio y seco presenta un valor del factor de potencia a 25ºC, del orden de 0,0005 (0,05%), pero este valor empieza a aumentar a medida que el aceite dieléctrico se oxida o se contamina. 4.6 PRUEBAS A LAS PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS DE LA GRASA 4.6.1 Estabilidad a la oxidación - Método ASTM D942 En la realización de esta prueba, se depositan 4 gramos en cada uno de los 5 platos de un recipiente cilíndrico hermético, denominada bomba de oxígeno. Se coloca la tapa superior del cilindro y se inyecta oxígeno hasta alcanzar una presión de 100 psig. El cilindro presurizado se coloca dentro de un baño de aceite, a una temperatura de 98°C, durante 24 horas, al cabo de las cuales se toma la presión y 100 horas más tarde se anota la caída de presión, y se evalúa la estabilidad a la oxidación de la grasa, de acuerdo con los siguientes resultados: -

100 – 95 psig: excelente estabilidad. Menor de 95 y 90 psig: Buena estabilidad. Menor de 90 y 85 psig: Estabilidad regular. Menor de 85: Mala estabilidad.

Ver Figura 4.19.

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL Figura 4.19 Recipiente cilíndrico para evaluar la estabilidad de la oxidación de las grasas. 4.6.2 Porcentaje de cambio de la consistencia – Método ASTM D217 Consiste en evaluar el cambio de la consistencia de la grasa causado por el golpeteo. Inicialmente se somete una muestra de grasa a 60 ciclos (carreras dobles), de un embolo con 51 agujeros con un diametro de ¼ de pulgada, y luego a otra muestra de la misma grasa, a 10.000 ciclos, con un embolo de 270 agujeros con un diámetro de 1/6 de pulgada, en el trabajador de grasa patrón, a una temperatura de 25°C. Una vez finalizado este proceso, se le determina a ambas muestras de grasa, la penetración trabajada en el penetrómetro. Ver Figura 4.20. Con los valores conocidos de la penetración trabajada a 10.000 y a 60 ciclos, se determina el porcentaje de cambio en la consistencia de la grasa, mediante la siguiente ecuación: % de cambio en la consistencia de la grasa = (P10000 - P60)/P10000, adimensional, Ecuación 4.3 Donde: P10000: Penetración a 10.000 ciclos, adimensional. P60: Penetración a 60 ciclos, adimensional. El valor hallado de la Ecuación 4.3 se relaciona con los siguientes porcentajes de cambio en la consistencia de la grasa: -

0 - 5%: excelente estabilidad. Menor de 5 y 15%: Buena estabilidad. Menor de 15 y 30%: Estabilidad regular. Menor de 30%: Mala estabilidad.

Figura 4.20 Proceso de evaluación del cambio en la consistencia de la grasa mediante el método ASTM D217. 4.6.3 Punto de goteo – Método ASTM D566 y ASTM D2265 El punto de goteo es la temperatura a la cual el espesador y el aceite que constituyen la grasa se separan. -

Evaluación del punto de goteo mediante el método ASTM D566: se llena una copa con la grasa que va a ser probada y luego se coloca la copa dentro de un tubo de ensayo, el cual

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-

debe contar con un termómetro y un tapón en la parte superior. El tubo de ensayo se sumerge parcialmente dentro de un baño de aceite, cuya temperatura se aumenta hasta que salga la primera gota de aceite por el orificio de la copa. En ese momento se anotan las lecturas de los termómetros de la copa y del baño de aceite, se promedian y la temperatura resultante es el punto de goteo de la grasa. La temperatura límite de utilización de una grasa debe ser de 30°C por debajo de su punto de goteo. Evaluación del punto de goteo mediante el método ASTM D566: es el mismo procedimiento que el método ASTM D566, excepto que se utiliza un bloque o lamina de aluminio como fuente de calor. Esto permite medir puntos de goteo por encima de los 625°F, lo cual no se puede lograr con el baño de aceite.

Ver Figura 4.21.

Figura 4.21 El termómetro del tubo de ensayo va acoplado por la punta con la copa donde va alojada la grasa. 4.6.4 Resistencia al lavado por agua - Método ASTM D1264 Consiste en aplicarle a un rodamiento de peso conocido, 4,05 gramos de la grasa que se va a evaluar y ponerlo a girar mediante un motor eléctrico a 630 rpm, dentro de un receptáculo hermético en el cual se hace circular una corriente de agua, a una presión, caudal, temperatura y tiempo determinados. Se para el motor, se desmonta el rodamiento y se pesa. La diferencia de peso existente con el peso total inicial del rodamiento y la grasa, será debida a la pérdida de grasa. Este valor comparado con la cantidad de lubricante depositado inicialmente da el porcentaje de pérdida por arrastre o solubilidad. Ver Figura 4.22.

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Figura 4.22 Por el método ASTM D-1264 se evalúa la resistencia de la grasa al lavado por agua. 4.6.5 Resistencia al agua destilada y al agua de mar Se determina recubriendo dos chapas de acero con la grasa que se va a evaluar hasta lograr un espesor de 0,5 mm; una chapa se sumerge en un recipiente que contenga 500 cm3 de agua destilada y la otra en otro recipiente con agua de mar sintética, se agita el agua durante una hora a 24ºC. Una vez terminados los ensayos, se miden los espesores de las películas de la grasa y se toman como tales. Ver Figura 4.23.

Figura 4.23 El agua destilada o el agua de mar sintética deben estar a un temperatura de 24°C. 4.6.6 Estabilidad mecánica o al laminado – Método ASTM D1813 También se conoce como laminado en el aparato Shell Roller y consiste en someter durante 4 horas una muestra de 5 gramos de grasa a un movimiento de vaivén en un pistón perforado, o a una agitación continua con un rodillo excéntrico que gira a 160 rpm dentro de un cilindro. Ver Figura 4.24. Para evaluar la estabilidad mecánica de la grasa, es necesario conocer la penetración trabajada antes y después del ensayo. Con estos datos, conocidos en la Ecuación 4.4, se calcula el porcentaje de cambio en la consistencia de la grasa. Esta prueba es importante para determinar la capacidad de la grasa para lubricar rodamientos.

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL % de cambio en la consistencia de la grasa = (Pae - Pde)/Pae, adimensional, Ecuación 4.4 Donde: Pae: Penetración antes del ensayo, adimensional. Pde: Penetración después el ensayo, adimensional. El valor hallado de la Ecuación 4.34se relaciona con los siguientes porcentajes de cambio en la consistencia de la grasa: -

0 – 10%: excelente estabilidad. Menor de 10 y 25%: Buena estabilidad. Menor de 25 y 60%: Estabilidad regular. Menor de 60%: Mala estabilidad.

Figura 4.24 Estabilidad mecánica con el aparato Shell Roller según ASTM D-1831 4.6.7 Separación del aceite - Método ASTM D1742 Se pesan 10 gramos de la grasa y se colocan en un cono de malla metálica. Se suspende éste en la parte superior de un vaso de ensayo limpio, de peso conocido, y se coloca una tapa sobre la superficie de la grasa. Se introduce el vaso en un horno, a 100°C durante 50 horas. Al cabo de este tiempo se saca el vaso y se deja enfriar la grasa, a temperatura ambiente. Se retira el cono y se pesa de nuevo el vaso. La diferencia de peso, da la cantidad de aceite que se ha separado de la grasa. Esta característica es importante para determinar la cantidad de aceite que se separa de la grasa durante el almacenamiento. Ver Figura 4.25.

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Figura 4.25 El método ASTM D1742 permite determinar la cantidad de aceite que se separa de la grasa durante el almacenamiento. 4.7 PRUEBAS PARA EVALUAR LOS ADITIVOS DEL LUBRICANTE Para evaluar los aditivos metálicos que contiene el lubricante se utilizan dos métodos: -

Análisis por infrarrojo diferencial: Ver Numeral 4.8.5. Espectrofotometría por absorción atómica: Ver Numeral 4.9.3.

4.8 ANÁLISIS PARA EVALUAR LA CONTAMINACION DEL ACEITE 4.8.1 Agua y sedimentos (BSW) – Método ASTM D95, ASTM D96 y ASTM D1744 Antes de evaluar si el aceite contiene agua, por algún método ASTM, se le hace la prueba de la plancha, conocida como “crepitación” o “chisporroteo”, que consiste en dejar caer una cuantas gotas de aceite sobre una superficie metálica que se encuentre a una temperatura superior a los 100ºC, y si suena, es que contiene un 0,2% o más, por volumen de agua. En este caso se le determina la cantidad en % por volumen, de agua presente en el aceite, mediante uno de los siguientes métodos: -

-

Evaluación del contenido de agua por el método ASTM D95: se obtiene el agua por destilación y el sedimento mediante la extracción con un solvente o por filtración en caliente. En este caso el aceite se calienta bajo reflujo con un solvente inmiscible en agua, el cual se destila conjuntamente con el agua presente en la muestra de aceite. El solvente y el agua se condensan y se separan en una trampa, el agua ocupa la parte graduada y el solvente retorna al balón. Evaluación del contenido de agua por el método ASTM D96: se obtiene agua y sólidos por centrifugación (BSW).

Los aceites exentos de agua presentan un color claro y brillante, mientras que una apariencia turbia u opaca puede indicar su presencia. El contenido de agua en una muestra de aceite usado por debajo de 0,1% por volumen no representa ningún problema, entre 0,1% y 0,2% el contenido se considera alto, pero es controlado por los aditivos antiemulsionantes, antioxidantes y anticorrosivos que el aceite posee; por encima de 0,2% es crítico y es necesario eliminarle dicha cantidad de agua, ya sea por filtros coalescentes, centrifugación o por termovacío y buscar la causa que lo origina. Entre las más probables se encuentran cambios bruscos en la temperatura de funcionamiento, operación a baja temperatura acompañada de una deficiente ventilación del depósito de aceite, serpentines de enfriamiento rotos, etc. En las turbinas de vapor indica fugas de vapor a través de los sellos de carbón o de laberinto hasta el sistema de lubricación. Ver Figura 4.26.

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Figura 4.26 Por el método ASTM D-95 se halla el agua por destilación, y el resultado se da por la relación entre el volumen de agua obtenido y el volumen total de la muestra de aceite usado. 4.8.2 Aeroemulsión o atrapamiento de aire - DIN 5381 Este método se basa en la observación, por medio de una balanza de Mohr, del ritmo de separación del aire que quedó en suspensión en forma de diminutas burbujas, en la muestra de aceite, después de haberlo sometido a un proceso de soplado o de dispersión, en condiciones controladas. La balanza de Mohr determina continuamente la densidad de la mezcla de aceite-aire y el ensayo se basa en la medida del tiempo que tarda el aceite en alcanzar una retención de aire inferior a un límite previamente establecido. Las aeroemulsiones se forman cuando las partículas de aire retenidas en el aceite tienen un diámetro entre 101 y 104 micras. son difíciles de eliminar y causan los mismos inconvenientes que la espuma. 4.8.3 Conteo de partículas - ISO 4406-99 La norma ISO 4406-99 especifica el código de limpieza de un aceite con base en tres números que corresponden a los códigos estandarizados en la Tabla 4.3, que indican, el primero, el número de partículas mayores ó iguales a 4 m; el segundo a 6 m y el último a 14 m, presentes en 100 cm3 de una muestra del aceite evaluado. Por ejemplo un código ISO 20/17/13 indica, de la Tabla 4.3, que hay presentes en la muestra de aceite entre 500.000 y 1´000.000 de partículas mayores ó iguales a 4 m; entre 64.000 y 130.000 a 6 m y entre 4.000 y 8.000 a 14 m. De acuerdo con el mecanismo lubricado, se recomienda un nivel de limpieza ISO 4406-99 que se especifica en la Tabla 4.5; en la práctica, se evalúa el nivel de limpieza del aceite que lubrica el mecanismo y se compara con el valor que aparece en dicha tabla; y se concluye si el nivel de limpieza del aceite es aceptable ó no. El análisis de la cantidad de partículas presentes en el aceite se debe hacer para cada rango de partículas, ya que debido a su tamaño pueden generar problemas diferentes de desgaste en los mecanismos lubricados. Si las partículas entre 4 y menor de 6 m están por fuera del rango establecido en la Tabla 4.5 para ese mecanismo es un indicativo de que se está presentando

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL desgaste erosivo y se debe cambiar o filtrar el aceite y analizar las causas que lo están generando (falta de venteo o su estado es defectuoso, bajo Indice de Viscosidad del aceite, viscosidad del aceite menor o mayor que la recomendada ó presión de aplicación del aceite mayor que la requerida si el sistema de lubricación es por circulación), sin embargo este tipo de desgaste no es crítico, pero se deben tomar las medidas correctivas necesarias ya que de lo contrario a mediano ó a largo plazo puede llegar a causar la falla catastrófica del mecanismo. Si las partículas mayores o iguales a 6 m están por fuera del código ISO, es señal inequívoca de que un daño más grave se está presentando en el mecanismo y por consiguiente se debe complementar el Conteo de Partículas con otras técnicas de análisis de desgaste como la Espectrofotemetría de Emisión Atómica y la Ferrografía para tener un panorama analítico de mayor amplitud que permita tomar decisiones más acertadas. El conteo de partículas se lleva a cabo mediante la utilización de un Contador de Partículas (funciona con una base óptica láser) que permite una medición absoluta de las partículas (no especifica el tipo de material) de 4 micras en adelante presentes en una muestra del aceite. Estos equipos trabajan de acuerdo con las normas internacionales de filtración ISO 4406-99 y NAS 1638. La norma ISO 4406-99 se utiliza para evaluar el nivel de limpieza de los aceites industriales y la NAS 1638 para los aceites utilizados en aeronáutica. Una vez que el análisis de desgaste por Espectrofotometría por Absorción Atómica a un aceite industrial ISO indique que hay un contenido de algún metal por fuera de su tendencia normal (existe la posibilidad de un problema de desgaste), se analiza cómo dio el Conteo de Partículas del aceite, ya que una de las causas del desgaste de los mecanismos es por la presencia de contaminantes en el aceite como polvo, partículas sólidas y metálicas, agua, emulsiones, burbujas de aire, lodo, etc, y por consiguiente el aceite se debe filtrar o cambiar.

Tabla 4.3 Nivel de limpieza del aceite según ISO 4406-99 Código ISO 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13

Número de partículas por cada 100 cm3 Más de Hasta 8´000.000 16´000.000 4´000.000 8´000.000 2´000.000 4´000.000 1´000.000 2´000.000 500.000 1´000.000 250.000 500.000 130.000 250.000 64.000 130.000 32.000 64.000 16.000 32.000 8.000 16.000 4.000 8.000

Número de partículas por cada 1 cm3 Más de Hasta 80.000 160.000 40.000 80.000 20.000 40.000 10.000 20.000 5.000 10.000 2.500 5.000 1.300 2.500 640 1.300 320 640 160 320 80 160 40 80

Código ISO 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Número de partículas por cada 100 cm3 Más de Hasta 2.000 4.000 1.000 2.000 500 1.000 250 500 130 250 64 130 32 64 16 32 8 16 4 8 2 4 1 2

Número de partículas por cada 1 cm3 Más de Hasta 20 40 10 20 5 10 2,5 5 1,3 2,5 0,64 1,3 0,32 0,64 0,16 0,32 0,08 0,16 0,04 0,08 0,02 0,04 0,01 0,02

Tabla 4.4 Nivel de limpieza del aceite según NAS 1638 Código NAS

00 0 1

> 5-15 125 250 500

Número máximo de partículas por cada 100 cm3 Tamaño de partículas en micras m > 15 - 25 > 25 - 50 > 50 - 100 22 4 1 44 8 2 89 16 3

> 100 0 0 1

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1.000 2.000 4.000 8.000 16.000 32.000 64.000 128.000 256.000 512.000 1.024.000

178 356 712 1.425 2.850 5.700 11.400 22.800 45.600 91.200 182.400

32 63 126 253 506 1.012 2.025 4.050 8.100 16.200 32.400

6 11 22 45 90 100 360 720 1.440 2.880 5.760

1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1.024

En la Tabla 4.5 se especifica el código ISO de limpieza que debe cumplir el aceite de acuerdo con el tipo de máquina donde esté trabajando. Tabla 4.5 Código ISO de limpieza de acuerdo con el tipo de máquina

No

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17

Componente

Sistema hidráulico con bomba de engranajes. Sistema hidráulico bomba de pistones, paletas. Transmisión automotriz mecánica. Transmisión automotriz automática. Reductor de velocidad, motorreductor. Compresor de pistón simple y de doble efecto. Compresor de tornillo, axial, centrífugo. Motor eléctrico, ventilador. Soplador de lóbulos, álabes. Turbina hidráulica. Turbina de vapor, gas. Bomba de pistones. Bomba centrífuga. Molino de cemento. Molino papelero. Molino azucarero. Motor MCI.

Mecanismo

Engranajes. Pistones, paletas, rodamientos. Engranajes, rodamientos. Engranajes, sincronizadores, rodamientos Engranajes, rodamientos, cojinetes lisos. Pistón, cojinetes lisos. Tornillos, rodamientos, cojinetes lisos. Rodamientos, cojinetes lisos. Rodamientos, cojinetes lisos. Cojinetes guía, empuje y patines. Cojinetes lisos, empuje. Pistones, rodamientos, cojinetes lisos. Rodamientos. Cojinetes lisos. Rodamientos. Cojinetes lisos. Gasolina, diesel, gas.

Sistemas hidráulicos Presión del sistema Psig Hasta Más de 3000 3000

18/16/13 17/15/12

Condición de lubricación en el mecanismo Hidrodinámica o HD

Elastohidrodiná mica o EHL

19/18/16 17/16/14 19/18/16 18/17/15 17/16/14 18/17/15 17/16/14 17/16/14 18/17/15 18/17/15 17/16/14

18/17/15 16/15/13 18/17/15

17/15/12 16/15/11

18/17/15 18/17/15 19/18/16 No aplica.

17/16/14

4.8.4 Dilución por combustible – Método ASTM D322 La dilución por combustible es la contaminación que presentan los aceites SAE para MCI durante su funcionamiento en el motor; una dilución por gasolina o gasoil, por encima del valor máximo permisible, puede tener serias consecuencias sobre el nivel de desempeño de la lubricación y la integridad del motor, debido a la disminución de la viscosidad, del punto de inflamación y de la calidad del aceite. La dilución por combustible puede ser originada por una de las siguientes causas:

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL

-

-

Anillos y/o cilindros desgastados. Excesiva cantidad de combustible en la relación aire/combustible (mezcla demasiado rica). Largos períodos de funcionamiento a bajas temperaturas. La temperatura del agua de enfriamiento del motor debe ser de 82°C (180°F) y la temperatura del aceite en el carter del motor de 71°C (160°F). Ventilación deficiente del cárter (sistema PCV) por estar obstruido el respiradero del motor. Acelerar demasiado rápido. Bombear el acelerador con el motor apagado. Estrangulación excesiva del motor. Dejar trabajar el motor durante largo tiempo sin carga. Prender y apagar el motor frecuentemente. Demasiado juego en las guías de las válvulas. En algunos tipos de bombas de combustible cuando el diafragma está deteriorado. Cuando el regulador termostático de los gases del exhosto está pegado o funciona mal. Gasolina que contiene un alto porcentaje de hidrocarburos pesados (se volatilizan a una temperatura muy alta).

La dilución por combustible en los aceites para MCI se evalúa de la siguiente manera: -

Evaluación del contenido de combustible en aceites para motores a gasolina: se utiliza el método ASTM D322, que consiste en agregar 500 cm3 de agua al aceite por cada 25 cm3 de éste que se vaya a analizar y se somete a una temperatura tal que sea igual a la del punto de ebullición del agua. En este caso se aprovecha la mayor volatilidad del combustible, el cual se evapora primero que el aceite y lo hace junto con el agua. Estos vapores se hacen pasar por un condensador en donde se licúan, la mezcla obtenida se coloca en un tubo graduado (en cm3 o en ml), que permite determinar la cantidad de gasolina obtenida ya que ésta, por ser menos densa que el agua, va a aparecer en la parte superior. El volumen de agua agregado a la muestra de aceite debe ser alto, con el fin de que garantice que en todo momento, durante la prueba a alta temperatura va a haber suficiente cantidad de ésta hasta que se evapore la totalidad del combustible presente. Además se debe conservar la temperatura en el punto de ebullición del agua. Esta se debe mantener constante hasta que en el condensado que se obtiene de agua y de gasolina no aparezca más gasolina después de transcurridos 15 minutos. Se determina el volumen de gasolina y se halla el porcentaje por volumen con respecto a la muestra original que se tenía de aceite.

-

Evaluación del contenido de combustible en aceites para motores a diesel: para los aceites de motores Diesel no existe una prueba estandarizada para obtener el combustible por destilación, debido a que el grado de volatilización del ACPM o gasoil es menor, y por lo tanto se requerirían mayores temperaturas para evaporarlos, lo cual, a su vez, daría lugar a que las fracciones más livianas del aceite se evaporen, dando por consiguiente resultados incorrectos. El método que se emplea está basado en determinar la viscosidad de la muestra de aceite usado, y luego, con la viscosidad del aceite original y la viscosidad del combustible empleado, hallar el grado de dilución utilizando el Gráfico 4.1. Si la viscosidad del combustible diesel no se conoce, se puede suponer con bastante aproximación una viscosidad de 38 SSU a 100°F.

En los aceites para MCI de gasolina se permite un porcentaje máximo de dilución por combustible del 2% por volumen y en los de MCI diesel del 5% por volumen. Por encima de estos valores el aceite pierde sus propiedades lubricantes, disminuye su viscosidad y da lugar a fricción metal – metal entre los mecanismos lubricados. La dilución por combustible en este tipo de aceites se puede verificar también analizándole su punto de inflamación; si disminuye, el aceite está contaminado con combustible. Una de las principales causas de la dilución del aceite por combustible es el tráfico en las ciudades durante las horas pico, donde el vehículo funciona con paradas y arrancadas frecuentes. De

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL ahí que el aceite por lo general se deba cambiar por dilución con combustible, aun cuando todavía le queda una buena reserva alcalina (TBN). Ver Figura 4.27.

TBN = 7

Figura 4.27 El tráfico en las ciudades durante las horas pico, o bajo condiciones de trabajo pesado, deteriora el aceite por dilución, aun cuando su reserva alcalina (TBN) todavía sea buena. Así por ejemplo, para un 5% de combustible en un aceite para motores diesel (contenido máximo permisible) el aceite aún puede tener un TBN de 7, que es un valor aceptable. 4.8.5 Análisis infrarrojo diferencial (DIR) Permite analizar un aceite usado comparándolo con el original. El método consiste en hacer pasar un haz de luz infrarroja a través de una delgada película del aceite sin usar, y de otra del aceite usado; esto da en cada caso una determinada longitud de onda. La diferencia es el resultado de la absorción de longitud de onda en centímetros o en micrones, por parte del aceite usado, la cual está relacionada directamente con el tipo de contaminante que el aceite posee. El análisis por infrarrojo diferencial (DIR) en la práctica, se utiliza principalmente para los aceites de tipo automotriz SAE para motores de combustión interna para identificar los siguientes tipos de contaminantes (OC: Operación Confiable y EF: En falla): -

-

-

Oxidación: OC: 14 abs. / cm y EF: 16 abs. / cm. Agua: OC: 5 abs. / cm y EF: 10 abs. / cm. Sulfatación: 13 abs. / cm y EF: 15 abs./cm. se producen al quemarse el combustible en la cámara de combustión. Nitración: OC: 13 abs/cm y EF: 15 abs. / cm. La nitración se forma durante el proceso de combustión debido al paso de gases de manera anormal a través del cilindro y de los anillos hasta el carter del motor. Combustible: OC: 10 abs / cm y EF: 20 abs. / cm. Hollín: OC: 15 abs. / cm y EF: 20 abs. / cm. Puede ser debida a problemas con los inyectores (calibración o fugas), combustión (mezcla rica en combustible que no se quema totalmente), viajes cortos, marcha en vacío, etc. Las consecuencias de tener un alto contenido de hollín son espesamiento del aceite y aumento de la rata de desgaste en los mecanismos del motor. Glicoles: OC: 9 abs. / cm y EF: 15 abs. / cm.

Cuando el resultado del análisis infrarrojo diferencial es una línea recta, indica que el aceite no tiene algún tipo de contaminante y que sus características son iguales a las del aceite original. En la Figura 4.28 se muestra la curva de un DIR. Los "picos" afilados invertidos representan regiones de absorción diferencial y son las características de mayor interés para la evaluación de la muestra del aceite usado. En la escala horizontal inferior se da la longitud de onda absorbida en micrones, correspondiendo un valor para cada uno de los "picos" del diagrama, el cual a su vez está relacionado con un contaminante específico.

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Punto(1) Punto(2) Punto(3) Punto(4)

2,9 5,9 6,2 11,7

Agua Productos de la oxidación Nitratos orgánicos. Dilución de combustible.

Figura 4.28 Curva típica de un análisis infrarrojo diferencial por absorción para un aceite SAE de MCI 4.8.6 Análisis termogravimétrico El análisis termogravimétrico (TGA), se emplea principalmente para determinar la cantidad de hollín en el aceite. 4.9 ANÁLISIS DE DESGASTE A LOS COMPONENTES DE MAQUINAS El desgaste es multifacético y no hay una manera exacta de definir este fenómeno altamente costoso para los departamentos de mantenimiento; sin embargo se puede considerar como la pérdida de material que sufre un elemento, en este caso mecánico, que hace que su forma geométrica cambie y que su funcionamiento se vuelva errático y antifuncional. El análisis de la tendencia normal al desgaste de un mecanismo permite elaborar la curva de vida tribológica para cada uno de los elementos metálicos que lo constituyen. Ver Figura 4.29.

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Figura 4.29 Curva de vida tribológica de los anillos de un MCI (motor de combustión interna) Hay múltiples razones por las cuales en un mecanismo se puede presentar el desgaste ya sea adhesivo, por fatiga superficial, erosivo, abrasivo, o corrosivo; cualquiera de ellos puede ser el resultado de la fricción metal-metal entre las superficies de fricción en movimiento relativo de los mecanismos que trabajan bajo condiciones de película fluida o mixta, ya sea por problemas de sobrecargas dinámicas, enfriamiento defectuoso, o por contaminación con líquidos o con partículas sólidas, en una concentración por encima de la máxima permisible. Frecuentemente la lubricación de engranajes y rodamientos tiene lugar bajo circunstancias de lubricación límite o mixta, alejadas de la zona de lubricación hidrodinámica. En estas condiciones los aditivos metálicos de extrema presión (EP) tienen una acción influyente para evitar daños severos en las superficies de fricción. Existen diferentes tipos de equipos para evaluar la capacidad de la capa límite metálica 1 que poseen los lubricantes para evitar el contacto directo metal-metal, el desgaste adhesivo, el desgaste por fatiga superficial, y los fenómenos destructivos de la soldadura, rayado y desprendimiento del material en las superficies rozantes. 4.9.1 PRUEBAS DE DESGASTE Ensayo de bomba hidráulica Vickers En este ensayo los elementos rozantes son las partes móviles de una bomba de paletas Vickers, por la que se hace circular el aceite hidráulico a ensayar; por la pérdida de peso de anillos y paletas, se deducen las propiedades antidesgaste del fluido hidráulico. Ver Figura 4.30.

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Figura 4.30 Prueba de desgaste en bomba de paletas Vickers Prueba Timken de Extrema Presión – ASTM D2782 En esta prueba se utilizan como piezas básicas de rozamiento, un bloque estacionario de acero sobre el cual gira un anillo cilíndrico a una velocidad de 800 rpm; durante 10 minutos se somete a una carga creciente en lbf y el lubricante se alimenta entre él y el bloque estacionario. Al final de este período de tiempo, el bloque es analizado. La carga para la cual los bordes de las ranuras producidas no muestran irregularidades debidas al arrastre de metal se reporta como la carga Timken OK en libras. La carga aplicada en libras, para evaluar el índice de desgaste según el tipo de aceite, se puede clasificar de la siguiente manera: -

Aceite con aditivos antidesgaste AW: Mayor de 10 y 20 lbf. Aceite con aditivos EP1: Mayor de 20 y 40 lbf. Aceite con aditivos EP2: Mayor de 40 y 60 lbf. Aceite con aditivos EP3: Mayor de 60 y 80 lbf.

Esta prueba no es realmente evaluativa para engranajes sometidos a altas presiones porque sólo tiene en cuenta el deslizamiento, mientras que en un engranaje se presenta tanto éste como la rodadura. Por otro lado se evidencia el hecho de que los aceites con mayor capacidad de carga Extrema Presión (EP1 y EP2) para engranajes hipoidales e helicoidales, dan resultados bajos en la prueba Timken. Ver Figura 4.31.

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Figura 4.31 El anillo (probeta) se recubre con la película límite metálica 1 del lubricante que se va a evaluar. Prueba de cuatro bolas ASTM D2783 y ASTM D2596 En este ensayo los elementos rozantes son cuatro bolas de acero de 12,7 mm de diámetro, unidas en contacto puntual y formando un conjunto a modo de tetraedro equilátero. Se colocan tres bolas dentro de un agujero circular, no pasante, donde caben con una tolerancia mínima entre sí y permanecen estacionarias durante la prueba. La cuarta bola se coloca sobre las otras tres y se pone a girar a 1800 rpm, durante 10 segundos, bajo la acción de una carga fija, que puede ser por ejemplo 150 kgf. Al cabo de ese tiempo, se para el eje vertical que sostiene la cuarta bola, se verifica que no se hayan soldado, si es así, se reporta esa carga, como la “carga a la soldadura” y se repite otra vez el ensayo, con cuatro bolas nuevas, pero bajo la aplicación de una carga menor de 100 kgf; si no se sueldan las 4 bolas y el diámetro de la huella de desgaste en el punto de aplicación de la carga es inferior a 4 mm, se reporta esta carga como la “carga que pasa” y se repite de nuevo el ensayo con 4 bolas nuevas. Esta vez la prueba se hace con una carga de 125 kgf durante 10 segundos; se evalúa el estado de las 4 bolas, si no se sueldan, se reporta esta carga, como la “carga que pasa” y termina la prueba, si se sueldan las 4 bolas, se reporta como la “carga que pasa” la de 100 kgf. Este procedimiento es el mismo que se sigue para cualquier capacidad de carga de los aditivos metálicos del lubricante. La prueba termina, o porque las 4 bolas se sueldan entre sí, o porque el diámetro de la huella de desgaste es superior a 4 mm. La capacidad de carga, en esta prueba, de los aceites y grasas que contienen los diferentes tipos de aditivos metálicos AW o EP es la siguiente: -

Aceites y grasas con aditivos metálicos antidesgaste AW: Mayor de 50 y 150 kgf. Aceites y grasas con aditivos Extrema Presión EP1: Mayor de 150 y 350 kgf. Aceites y grasas con aditivos Extrema Presión EP2: Mayor de 350 y 750 kgf. Aceites y grasas con aditivos Extrema Presión EP3: Mayor de 750 y 1350 kgf.

La prueba ASTM D2783 se utiliza para evaluar la capacidad de carga de los aditivos metálicos en los aceites y la prueba ASTM D2596 para las grasas. Ver Figura 4.32.

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Figura 4.32 Prueba con la máquina de cuatro bolas para evaluar la capacidad de carga de los aditivos metálicos utilizados como AW o EP. Prueba FZG - DIN 51354 En esta prueba se emplean juegos de engranajes normalizados, que operan a 90°C y giran a una velocidad lineal de 8,3 m/s. Cada 15 minutos se va incrementando la carga, y se mide, por diferencia de peso, el material desprendido de los dientes. Se considera que la prueba termina cuando la pérdida de peso es superior a 10 mgr o por apreciación visual. A nivel industrial esta prueba no se considera muy representativa de las condiciones reales de funcionamiento de los engranajes porque uno de los elementos de mayor severidad en servicio son las cargas de choque o los cambios bruscos de carga, y en este ensayo no se tienen en cuenta estas consideraciones. Ver Figura 4.33.

Figura 4.33 Máquina FZG para evaluar la capacidad de carga de los aditivos metálicos. Prueba ALMEN

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En esta prueba una varilla cilíndrica gira dentro de un casquillo abierto, el cual se presiona contra aquella. Se añaden pesos de 0,9 kg, a intervalos de 10 segundos y se registra la relación existente entre la carga y la iniciación del rayado. Ver Figura 4.34.

Figura 4.34 La varilla cilíndrica está sumergida en un baño con el aceite a cuyos aditivos metálicos se les va a evaluar su capacidad de carga. Prueba SAE Se hacen girar dos rodillos a diferentes velocidades y en el mismo sentido. La carga en lbf se aumenta gradualmente hasta que se registre el fallo de la superficie de fricción de los rodillos. Aunque en esta prueba hay combinación de rodamiento y deslizamiento que caracteriza el funcionamiento de los engranajes, se utiliza muy poco porque no considera ninguna frecuencia de choque. Ver Figura 4.35. La capacidad de carga, en esta prueba, de los diferentes aditivos metálicos AW o EP es la siguiente: -

Aditivos metálicos antidesgaste AW: Mayor de 50 y 125 lbf. Aditivos metálicos Extrema Presión EP1: Mayor de 125 y 250 lbf. Aditivos metálicos Extrema Presión EP2: Mayor de 250 y 350 lbf. Aditivos metálicos Extrema Presión EP3: Mayor de 350 y 550 lbf.

Figura 4.35 En la prueba SAE uno de los rodillos se sumerge parcialmente en un baño con el aceite cuyos aditivos metálicos se van a evaluar. Prueba FALEX Se hace girar un anillo cilíndrico entre dos bloques de material duro y en forma de V, que se presionan constantemente contra la varilla, con una intensidad que aumenta gradualmente. La

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL carga aplicada en lbf y el torque se registran en los calibradores. Ver Figura 4.36. La capacidad de carga, en esta prueba, de los diferentes aditivos metálicos AW o EP es la siguiente: -

Aditivos metálicos antidesgaste AW: Mayor de 150 y 450 lbf. Aditivos metálicos Extrema Presión EP1: Mayor de 450 y 900 lbf. Aditivos metálicos Extrema Presión EP2: Mayor de 900 y 2350 lbf. Aditivos metálicos Extrema Presión EP3: Mayor de 2350 y 4500 lbf.

Figura 4.36 En la prueba FALEX la varilla cilíndrica se recubre con una película del aceite cuyos aditivos metálicos se van a evaluar. Prueba del Indice PQ El Indice PQ se utiliza para detectar partículas ferrosas en el aceite mayores de 10 micras; se evalúa con un instrumento conocido con el nombre de ANALEX pq, que trabaja en el rango de 25 a 30000; los valores bajos significan una menor concentración de partículas ferro magnéticas, para una mejor validez de los resultados obtenidos, se deben tener en cuenta las tendencias obtenidas a través del tiempo. 4.9.2 Espectrofotometría por emisión o absorción atómica El análisis por espectrofotometría de emisión o de absorción atómica, es la prueba básica del contenido de metales en ppm (partes por millón) que se le realiza a los aceites usados para cada elemento metálico presente en la muestra, que puede provenir del desgaste de los mecanismos, contenido de aditivos metálicos o contaminantes metálicos externos que pueden ingresar hasta el aceite. Un solo análisis del contenido de metales a una muestra de aceite usado, no es representativo para sacar conclusiones acerca de lo que está sucediendo en el interior de la máquina, sólo una secuencia programada periódicamente permitirá obtenerlas. Cuando en un análisis aparezca un elevado contenido de metales, es necesario investigar inmediatamente la causa que lo originó; para ello se debe observar el estado de los filtros de aire y de aceite, su calidad, la fecha de cambio, cómo y dónde se tomó la muestra de aceite, etc. Simultáneamente se debe analizar otra muestra del mismo aceite para corroborar los resultados anteriores. Si son similares, es necesario investigar más a fondo la causa porque es posible que se presente un daño grave en los componentes de la máquina. Dentro del intervalo de cambio del aceite se pueden llevar a cabo uno ó más análisis del contenido de metales, el número dependerá del tipo de máquina y de sus condiciones de operación. Principio de funcionamiento de espectrofotometría por absorción atómica La ciencia de la espectrofotometría ha dado origen a tres técnicas de uso analítico: la emisión, la fluorescencia y la absorción, siendo la más común es la espectrofotometría por absorción atómica. El

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL principio básico de este procedimiento analítico puede describirse como el inverso de los métodos de emisión para la determinación de partículas metálicas. En todas las técnicas de emisión (llama, arco, chispa, fluorescencia por rayos X, y activación neutrónica), la muestra se excita de algún modo para hacer que ésta emita radiación de interés. Sin embargo, no puede evitarse que la muestra emita radiación que no sea de interés. Por lo tanto, el analista debe emplear un sistema de filtros para seleccionar la radiación en la que se halla interesado. Luego mide la intensidad de la radiación y por comparación con patrones se determina la concentración en ppm del elemento deseado en la muestra. En absorción atómica se lleva a cabo el proceso inverso; el elemento de interés en la muestra no se excita, sino que simplemente se disocia de sus enlaces químicos y se coloca en un estado no excitado, no ionizado y en su nivel mínimo de energía. En estas condiciones, el elemento es capaz de absorber radiación emitida en líneas discretas de ancho de banda angosta (las mismas líneas que serían emitidas por el elemento al excitarse). La disociación se efectúa actualmente, con muy pocas excepciones, quemando la muestra en una llama. El diseño del quemador es uno de los factores críticos en un sistema de absorción atómica, y hacia él se han encaminado muchos esfuerzos para mejorarlo. En la Figura 4.37 se muestra el principio básico de absorción atómica. Una luz procedente de una lámpara de cátodo hueco se pasa a través de una llama, pero la luz de la fuente se divide en dos, mientras que la luz de la llama se deja inalterada. Como la luz desviada da lugar a una corriente alterna en el detector, este sistema se conoce como simple alterno. El circuito electrónico está diseñado para amplificar únicamente la señal proveniente de la llama. La mayor parte de los equipos convencionales operan de acuerdo con este principio.

Figura 4.37 Equipo de espectrofotometría por absorción atómica y principios básicos de funcionamiento. Ventajas de la espectrofotometría por absorción atómica Un buen análisis de espectrofotometría por absorción atómica ofrece una invaluable información que si el usuario la interpreta correctamente, le permite obtener las siguientes ventajas: -

Evita reparaciones innecesarias en los componentes de las máquinas. Predice fallas que se están iniciando en uno o en varios componentes. Evalúa la calidad del lubricante utilizado. Reduce el tiempo de mantenimiento predictivo, porque antes de parar la máquina se conocen los mecanismos que es necesario cambiar.

Desventajas de la espectrofotometría por absorción atómica -

Solo permite evaluar partículas de un tamaño inferior a las 10 micras.

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL 4.9.3 Ferrografía Analítica La tendencia en la actualidad es reducir hasta llegar a eliminar el mantenimiento preventivo y trabajar de acuerdo con la predicción de la vida disponible, Vd, de los mecanismos de los componentes de las máquinas. La clave fundamental del mantenimiento predictivo es la capacidad para generar en forma simultánea el diagnóstico basado en la condición y la predicción basada en el diagnóstico del estado de los componentes de las máquinas. -

El diagnóstico basado en la condición y sin la predicción basada en el diagnóstico es de poca utilidad en la práctica industrial, en donde se requiere saber cuándo hay que intervenir. Por otro lado, la predicción sin diagnóstico basado en la condición es inducir a intervenciones tan ciegas que normalmente deparan sorpresas al desarmar, convirtiendo esta operación en un mantenimiento correctivo al tener que cambiar elementos mecánicos que se encontraban aún dentro de la Curva Tribológica de Vida Disponible, pero que al tratar de montarlos de nuevo, no acoplan correctamente debido a que el desgaste no es uniforme en todas las superficies friccionantes.

Normalmente el control de la lubricación se ha limitado a la vigilancia del nivel de aceite y a la posible degradación de éste, detectada mediante pruebas físico-químicas; todo esto es un control defensivo de la lubricación (CDL). La nueva visión tribológica se une al mantenimiento predictivo bajo la forma del control ofensivo de la lubricación (COL) orientada a prevenir predictivamente una lubricación anormal, considerando su interacción con el diagnóstico basado en la condición y la predicción basada en el diagnóstico, teniendo como complemento otras técnicas de monitoreo como la termografía, las vibraciones y la ferrografia. Comparativamente se tiene que el aceite circula a través de la zona de fricción de todos los mecanismos en movimiento, tal como lo hace la sangre en el cuerpo humano, recolectando innumerables partículas originadas por el desgaste normal o anormal de los mecanismos, entrada de impurezas del ambiente o por sustancias procedentes de la oxidación del lubricante, de las cuales se puede extraer una gran cantidad de información sobre el estado de la película lubricante, h o, y del nivel de desgaste de los mecanismos; en otras palabras, contiene y entrega un registro del proceso de formación de cada partícula de desgaste o del tipo de contaminante. Para poder detectar procesos de lubricacion, mecánicos u operacionales anormales una importante alternativa es utilizar la ferrografía, la cual analiza la concentración, el tamaño, la forma y la procedencia de las partículas metálicas presentes en el aceite. La ferrografía es la técnica más exitosa y de mayor validez y amplitud de uso en la industria, la minería y plantas de servicios, la cual ha sido utilizada desde 1984 a nivel mundial, destacándose como una técnica que detecta, cuantifica, alerta, pronostica y diagnostica problemas de lubricación, mecánicos u operacionales que pueden llegar a ser de gran seriedad. La Ferrografía analítica capta partículas metálicas en el rango de 0,1 a 500 micras con lo cual cubre el rango de la espectrofotometría por absorción atómica, obteniéndose por lo tanto, mediciones completas en los intervalos de todos los posibles tipos de desgaste que se pueden presentar, como son el desgaste normal, anormal y catastrófico. -

Desgaste normal: partículas de un tamaño menor o igual a 10 micras. Desgaste anormal: partículas de un tamaño mayor de 10 hasta 100 micras. Desgaste catastrófico: partículas de un tamaño mayor de 100 micras.

La ferrografía analítica consiste en un método escalonado de detección, separación y conteo (cuantitativa) y estratificación, análisis y reconocimiento (cualitativo) de las partículas metálicas presentes en el aceite, pudiendo detectar a tiempo posibles problemas mecánicos y que mediante el análisis de los datos históricos y su tendencia, permite adicionalmente hacer la predicción del agravamiento de dicho problema y determinar el momento preciso en que es necesario parar la máquina para intervenirla. Finalmente y a nivel de laboratorio, la ferrografía con la ayuda del microscopio y de patrones de reconocimiento, realiza un análisis de la forma y del tamaño de las partículas del desgaste, permitiendo

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL asegurar un diagnóstico más preciso del origen de un problema mecánico, de su naturaleza y evolución a través del tiempo. Componentes del equipo de ferrografia analítica -

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Dos ferrógrafos de lectura directa, que permiten la toma periódica en línea de los valores cuantitativos de las partículas de desgaste. Estos datos almacenados en serie y asistidos por un programa de computador, permiten la detección temprana de un problema mecánico y el seguimiento de éste. Un ferrógrafo analítico dual, en el cual se estratifican las muestras automáticamente por diversas órdenes de tamaño. Un ferroscopio que permite, mediante un microscopio de diferentes aumentos (100, 400, 800, 1.000, etc.), de luz polarizada y filtros ópticos, la obtención de los ferrogramas. Este equipo lleva incorporada una cámara fotográfica que permite tomar microfotografías de los ferrogramas. Un atlas de partículas el cual permite mediante la comparación, el rápido reconocimiento del tipo de partículas de desgaste y su posible origen. Hardware de computación constituido por un computador (640 KB), una unidad de disco duro (60 MB) y una impresora. Software para el procesamiento en serie de las muestras, el cual almacena lectura, formas históricas, proyecta tendencias y alerta sobre problemas.

Método de evaluación La Ferrografía analítica consiste en tomar una muestra del aceite usado, ver Figura 4.38a), y pasarla inicialmente por el ferrógrafo de lectura directa (contador de partículas), ver Figura 4.38b), donde se clasifican las partículas en dos grupos, de acuerdo con su tamaño. Si la concentración de partículas mayores de 10 µm sobrepasa un límite preestablecido (normalmente por encima de 100), se le hace el ferrograma a la muestra de aceite; de lo contrario, no es necesario porque no hay indicios de que se esté presentando algún tipo de falla en el mecanismo. En caso positivo, se vierte parte de la muestra de aceite (3 cm3 aproximadamente) en una probeta plana, ver Figura 4.38(c), y se coloca en el ferrógrafo analítico dual, ver Figura 4.38(d), sometiéndola a un campo magnético en el cual quedan orientadas paralelamente las partículas ferrosas que contengan el aceite. Posteriormente, se calienta la probeta en un horno, ver Figura 4.38(e), para eliminar las trazas de aceite y luego se lleva al ferroscopio dual o microscopio, ver Figura 4.38(f), y por medio de aumentos, se analiza el material de la partícula, el tamaño y su forma. Es muy importante conocer los materiales que conforman los diferentes mecanismos¸ una buena práctica, consiste en tomar patrones de los materiales que constituyen el mecanismo al cual se le va a evaluar el desgaste, y tenerlos de referencia con fines comparativos, ver Figura 4.38(g).

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(g) Figura 4.38 Elementos que constituyen un equipo de ferrografía analítica. (a) Muestra del aceite usado que se va a evaluar. (b) Ferrógrafo de lectura directa. (c) Probeta plana con la información de la muestra de aceite. (d) Ferrógrafo análitico dual. (e) Horno para calentar la muestra de aceite. (f) Ferroscopio dual o microscopio. (g) Horno para calentar muestra de aceite y para quemar la probeta cuando sea necesario. (h) Patrones del material del mecanismo al cual se le va a evaluar el desgaste. -

El tipo de material: permite determinar cuál mecanismo se está desgastando de manera anormal en la máquina. El tamaño de la partícula: indica la gravedad de la falla. La forma de la partícula: indica el tipo de desgaste que se está presentando.

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TRIBOLOGÍA INDUSTRIAL Mediante el análisis del ferrograma se pueden identificar los siguientes tipos desgaste: -

Desgaste adhesivo normal: En la Figura 4.39(a), se pueden observar las marcas de deslizamiento suaves en la zona de fricción en uno de los cojinetes lisos de apoyo del eje de un turbocompresor centrífugo y en el ferrograma unas partículas alargadas relativamente uniformes. Este tipo de desgaste es una condición normal siempre que la máquina se pone en operación o se detiene (menos crítico), debido a las condiciones de fricción sólida y de película límite que se presentan en la zona de fricción; en este caso solo está presente la capa límite metálica 1 y en menor grado la capa límite de untuosidad 2.

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Desgaste adhesivo crítico: En la Figura 4.39(b), se aprecia el cojinete liso de apoyo del eje de un motor eléctrico, con rayaduras por deslizamiento profundas y en el ferrograma partículas por deslizamiento, largas e irregulares. Este tipo de desgaste se presentó como resultado de problemas de desalineamiento que dan lugar a sobrecargas dinámicas que incrementan las pérdidas de energía por fricción, las cuales se transforman en calor, aumentan la temperatura de operación y causan la pérdida parcial de la capa fluida 3 de la película lubricante, ho, modificando el coeficiente de fricción, en este caso de fluido a mixto con un buen porcentaje de sólido, lo cual acarrea problemas de desgaste adhesivo crítico, conllevando a una parada no programada de la máquina.

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Desgaste adhesivo catastrófico: En la Figura 4.39(c), se muestran los patines pivotantes de un cojinete de empuje de una turbina de vapor de condensación, en los cuales se rompió totalmente la película lubricante, ho, (capa fluida 3, capa límite de untuosidad 2 y la capa límite metálica 1), debido a problemas críticos de cargas axiales en los rodetes de la turbina de vapor como resultado de baja eficiencia en el condensador de superficie, conllevando a la destrucción del cojinete de empuje (dados y disco); en el ferrograma realizado se muestran partículas de babbitt de un tamaño mayor a100 μm y en forma de “ojaldras”.

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Desgaste por fatiga superficial: En la Figura 4.39(d), se pueden observar los rodillos cónicos de un rodamiento de contacto angular que opera bajo condiciones de lubricación hidrodinámica (HD), en el cual se presentaron problemas de sobrecargas dinámicas por alto torque que conllevaron a que la película lubricante, h o, disminuyera de espesor, pero dentro del rango del factor de seguridad de la película lubricante, h o, de 1 < λ ≤ 2,5; esto conlleva a que los esfuerzos de Hertz sobre las superficies de fricción se incrementen y aceleren el desgaste por fatiga superficial, propiciando el descostrado o spalling de la superficie de los rodillos, conduciendo a la falla catastrófica del rodamiento. El ferrograma muestra partículas de acero, delgadas, planas y angulosas en el rango de 10 a 100 micras.

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Desgaste erosivo: En la Figura 4.39(e), se muestra el eje de una turbina de vapor, erosionado por la presencia de partículas sólidas menores de 10 micras debido al uso de un aceite ISO con un código de contaminación 21/20/19. En el ferrograma se muestran partículas ligeramente redondeadas.

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Desgaste abrasivo: En la Figura 4.37(f), se pueden observar los dientes de un engranaje con señales de rayaduras ocasionadas por la presencia de partículas de una dureza superior a la de los dientes. En el ferrograma se muestra la forma de las partículas desprendidas de un tamaño superior a las 10 micras.

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Desgaste corrosivo: En la Figura 4.39(g), se aprecian los dientes de un engranaje cilíndrico de dientes doble helicoidales con señales de desgaste corrosivo en su etapa inicial ocasionado por el uso de un aceite ISO con un TAN por fuera de especificaciones. El ferrograma muestra partículas de un color rojizo de un tamaño menor a las 10 micras.

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(g) Figura 4.39 Desgaste (a) adhesivo normal en uno de los cojinetes de apoyo del eje de un turbo compresor. (b) Adhesivo crítico en el cojinete liso de apoyo del je de un motor eléctrico. (c) Adhesivo catastrófico en los dientes de un engranaje. (d) Por Fatiga superficial. (e) Erosivo. (f) Abrasivo. (g) Corrosivo. El ferrograma permite analizar adicionalmente metales no ferrosos, como el aluminio, plata, cromo, cadmio, magnesio, molibdeno, titanio, zinc; aleaciones de cobre y de plomo estaño. Las partículas metálicas son reconocidas como no ferrosas por un modelo de deposición no magnética sobre los ferrogramas. En lugar de alinearse centralmente en el campo magnético, ocupando un lugar en una hilera ordenada de partículas ferrosas, se depositan con orientación aleatoria, probabilística o entre hileras de partículas ferrosas. Otros compuestos que son identificables por medio de la ferrografía son los óxidos (que se pueden clasificar en rojos y negros), los polímeros antifricción, el bisulfuro de molibdeno, polvo del medio ambiente, polvo de carbón, asbestos, materiales de filtros y residuos de empaquetaduras y retenedores. Espectrofotometría por absorción atómica (EAA) versus ferrografía Estos dos métodos de evaluación del desgaste de los mecanismos lubricados permiten analizar la posibilidad de que se esté presentando un problema crítico de desgaste adhesivo; la ferrografía se utiliza cuando los resultados de la espectrofotometría por absorción atómica (EAA), en ppm, y el monitoreo de la temperatura de operación por termografía y las vibraciones muestran los siguientes resultados: -

Caso 1: El valor del contenido de metales por EAA, en ppm, da por encima de la tendencia normal al desgaste, y los valores de la temperatura de operación, T op, por termografía y las vibraciones dan por fuera del valor Normal ya sea en alarma (OF: Operación en Falla) o en corte (EF: En falla): En este caso se hace un análisis por ferrografía para verificar el posible desgaste adhesivo crítico o la falla que se puede estar presentando, ya que es factible que las partículas mayores de 10 micras (μm) estén siendo trituradas continuamente por los mecanismos lubricados.

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Caso 2: El valor del contenido de metales por EAA, en ppm, da por debajo de la tendencia normal al desgaste, y los valores de la temperatura de operación, T op, por termografía y las vibraciones dan por fuera del valor Normal, ya sea en alarma (OF: Operación en Falla) o en corte (EF: En falla): En este caso se hace un análisis por ferrografía para verificar el posible desgaste adhesivo incipiente que se puede estar presentando.

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Caso 3: El valor del contenido de metales por EAA, en ppm, da por encima de la tendencia normal al desgaste, y los valores de la temperatura de operación, T op, por termografía y las vibraciones están dentro de los valores normales (OC: Operación Confiable): En este caso se hace un análisis por ferrografía para verificar el posible desgaste adhesivo incipiente que se puede estar presentando.

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Caso 4: El valor del contenido de metales por EAA, en ppm, da por debajo de la tenencia normal al desgaste, y los valores de la temperatura de operación, T op, por termografía y las vibraciones están dentro de los valores normales (OC: Operación Confiable): En este caso no se hace un análisis por ferrografía porque todos los parámetros están normales.

La ferrografía permite, por sí sola, predecir y diagnosticar el estado mecánico de los componentes de una máquina, siendo una tecnología más concluyente; sin embargo, se estaría subutilizando y resultaría costoso, si el análisis por EAA, la temperatura de operación, T op, y las vibraciones están dentro de los valores normales (OC: Operación Confiable). Los siguientes casos ilustran mejor las ventajas de la ferrografía con respecto a la EAA: Caso 1 Al analizar por EAA una muestra de aceite de una caja de engranajes del sistema de transmisión de un ferrocarril, presentó un valor de 3000 ppm de hierro (Fe), aunque la lectura del espectrofotómetro dio un valor inusualmente elevado, con respecto a la tendencia al desgaste de 100 ppm, un ferrograma preparado con esta muestra de aceite mostró un desgaste adhesivo normal. Una subsecuente inspección visual al desarmar la caja de engranajes y observar los engranajes y rodamientos, mostró una condición satisfactoria. El aceite se cambió y nuevamente fue colocada en servicio, se monitoreo por termografía y por vibraciones y no mostró ningún tipo de problema. El análisis de la alta concentración de hierro (Fe) en el aceite, permitió concluir que las partículas de hierro (Fe) desprendidas inicialmente, al trabajar el aceite en un ambiente cerrado (carcasa de la caja de engranajes), las partículas menores a 10 micras estaban siendo continuamente trituradas entre las superficies de fricción de los engranajes, aumentando de esta manera la población de partículas en el aceite cuyo tamaño era menor que el espesor de la película lubricante (los engranajes en este reductor de velocidad trabajan bajo condiciones de lubricación EHL), incentivando un desgaste erosivo normal a través del tiempo pero no un desgaste adhesivo crítico o catastrófico. Caso 2 En una planta cementera, el reductor de velocidad de 5000 kw, de cuatro ejes y una relación de transmisión de 1:60 que acciona uno de los molinos de bolas, presentó en el análisis por EAA un desgaste adhesivo normal en cuanto al nivel de partículas de hierro (Fe) con un valor de 80 ppm con respecto a su tendencia normal al desgaste de 180 ppm. No obstante por termografía y vibraciones mostraba una condición OF (Operación en Falla), por lo que se utilizó la ferrografía para hacer un análisis minucioso del problema antes de tomar la decisión de parar y desarmar para inspeccionar las piezas que estaban presentando problemas. Las muestras de aceite analizadas ferrográficamente mostraban partículas ferrosas de un tamaño superior a 10 μm, que confirmaban un desgaste por fatiga superficial crítico; con base en estos resultados se tomó la decisión de parar y desarmar el reductor de velocidad y se encontraron los engranajes del eje 3 y 4, con graves problemas de desgaste por fatiga superficial, lo que conllevó la cambio inmediato de dichos engranajes. De los casos anteriores se puede concluir que al utilizar la EAA para determinar la condición mecánica de una máquina, y en un momento tomar decisiones para intervenirla, es necesario

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV complementarla con las técnicas de diagnóstico y predicción, como son la termografía, y las vibraciones, y de acuerdo con los resultados obtenidos se recurre a la ferrografía, antes de tomar decisiones que pueden conllevar a la parada innecesaria de una máquina y afectar negativamente la productividad de la planta. El conteo de partículas, de acuerdo con ISO 4406-99, tiene como objetivo evaluar el nivel de contaminación del aceite y su incidencia en el desgaste erosivo y abrasivo, más que para diagnosticar un problema de desgaste adhesivo incipiente, crítico o catastrófico. 4.10 INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL ANÁLISIS A LAS PROPIEDADES FISICOQUIMICAS DEL ACEITE Los análisis de laboratorio son una valiosa herramienta dentro del desarrollo de los programas de mantenimiento, siempre y cuando los resultados se sepan interpretar. Poco o nada se ganaría con mandar al laboratorio un sin número de muestras de aceite usado de las máquinas críticas y esenciales, si en el momento de obtener los resultados el usuario no tiene los conceptos bien claros para interpretar y correlacionar las diferentes pruebas efectuadas. Es igualmente importante que a las muestras que se envíen al laboratorio se le realicen los análisis que realmente necesiten, porque, dependiendo del tipo de aceite puede requerir más o menos pruebas, las cuales pueden resultar importantes para un tipo de aceite e inservibles para otro. Las pruebas efectuadas que no se requieran elevan innecesariamente el costo del análisis y aumentan el tiempo requerido por los analistas para la interpretación de los resultados. En la Tabla 4.6 se dan los valores condenatorios de las propiedades físico-químicas del aceite de acuerdo a fabricantes de máquinas en general, especificando los valores máximos y mínimos permisibles para las diferentes pruebas de laboratorio efectuadas bajo normas ASTM e ISO, referenciadas de acuerdo a la condición de confiabilidad OC y EF, así: -

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OC: Operación Confiable: significa que el parámetro analizado garantiza el logro de la Vida Disponible, Vd, del mecanismo lubricado y el desgaste es normal. OF: Operación en Falla: significa que el parámetro analizado no garantiza el logro de la Vida Disponible, Vd, propicia un desgaste anormal como consecuencia de los diferentes tipos de desgaste que se pueden presentar en el mecanismo lubricado. EF: En Falla: significa que el parámetro analizado no garantiza el logro de la Vida Disponible, Vd, y puede dar lugar a la falla catastrófica del mecanismo lubricado, porque puede estar propiciando el desgaste adhesivo. Tabla 4.6 Limites condenatorios de las propiedades físico-químicas del aceite de acuerdo a pruebas ASTM

01. Gravedad específica, gr/cm3 Método ASTM D287 Descripción: Solo sirve para comprobar otras características como la viscosidad, contenido de insolubles en Pentano y el TAN. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO: 0,91 gr/cm3.  Aceite contaminado con otro de mayor Condición EF aceites ISO: 0,96 gr/cm3 viscosidad. Condición OC aceites SAE de MCI: 0,91gr/cm3.  Aceite oxidado. Condición EF aceites SAE de MCI: 0,96 gr/cm3 Condición OC aceites SAE de transmisión y diferencial: 0,91 gr/cm3. Condición EF aceites SAE de transmisión y diferencial: 0,96 gr/cm3. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Condición OC aceites ISO: 0,87 gr/cm3.  Aceite contaminado con otro de menor Condición EF aceites ISO: 0,80 gr/cm3. viscosidad. Condición OC aceites SAE de MCI: 0,87gr/cm3.  Aceite contaminado con combustible. Condición EF aceites SAE de MCI: 0,80 gr/cm3. Condición OC aceites SAE de transmisión y diferencial: 0,87gr/cm3. Condición EF aceites SAE de transmisión y diferencial: 0,80 gr/cm3. 02. Viscosidad cSt/40ºC y cSt/100ºC Método ASTM D88/D445 Descripción: Permite evaluar el espesor de la película lubricante, h o. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO:  Aceite contaminado con otro de mayor 1. ho máximo a la Top mínima, por el Gráfico ASTM D341, en análisis de viscosidad. confiabilidad.  Aceite oxidado. 2. Más el 10% del valor de la viscosidad en cSt/40ºC o en cSt a  Aceite emulsionado. 100ºC. Condición EF aceites ISO: 1. Más el 20% del ho máximo a la Top mínima, por el Gráfico ASTM D341, en análisis de confiabilidad. 2. Más el 20% del valor de la viscosidad en cSt/40ºC o en cSt a 100ºC. Condición OC aceites SAE de MCI: Más el 10% del valor de la viscosidad en cSt/40ºC o en cSt a 100ºC. Condición EF aceites SAE de MCI: Más el 20% del valor de la viscosidad en cSt/40ºC o en cSt a 100ºC. Condición OC aceites SAE de transmisión y diferencial: 1. ho máximo a la Top mínima, por el Gráfico ASTM D341, en análisis de confiabilidad. 2. Más el 10% del valor de la viscosidad en cSt/40ºC o en cSt a 100ºC. Condición EF aceites SAE de transmisión y diferencial: 1. Más el 20% del ho máximo a la Top mínima, por el Gráfico ASTM D341, en análisis de confiabilidad. 2. Más el 20% del valor de la viscosidad en cSt/40ºC o en cSt a 100ºC. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO:  Aceite contaminado con otro de menor 1. ho mínimo a la Top máxima, por el Gráfico ASTM D341, en análisis de viscosidad. confiabilidad.  Cizalladura o degradación del aditivo 2. Menos el 10% del valor de la viscosidad en cSt/40ºC o en cSt a mejorador del Indice de Viscosidad. 100ºC.  Aceite contaminado con agua en estado Condición EF aceites ISO: libre o diluida. 1. Menos el 20% del ho mínimo a la Top máxima, por el Gráfico ASTM D341, en análisis de confiabilidad. 2. Menos el 20% del valor de la viscosidad en cSt/40ºC o en cSt a 100ºC. Condición OC aceites SAE de MCI: Menos el 10% del valor de la viscosidad en cSt/40ºC o en cSt a 100ºC. Condición EF aceites SAE de MCI: Menos el 20% del valor de la viscosidad en cSt/40ºC o en cSt a 100ºC. Condición OC aceites SAE de transmisión y diferencial: 1. ho mínimo a la Top máxima, por el Gráfico ASTM D341, en análisis de confiabilidad. 2. Menos el 10% del valor de la viscosidad en cSt/40ºC o en cSt a 100ºC.

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Condición EF aceites SAE de transmisión y diferencial: 1. Menos el 20% del ho mínimo a la Top máxima, por el Gráfico ASTM D341, en análisis de confiabilidad. 3. Menos el 20% del valor de la viscosidad en cSt/40ºC o en cSt a 100ºC. 03. Indice de Viscosidad, adimensional Método ASTM D567 Descripción: Permite evaluar la estabilidad de la película lubricante, h o y de los aditivos mejoradores de IV. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO: Valor original.  Aceite mezclado con otro de mayor Indice Condición EF aceites ISO: No hay límite. de Viscosidad. Condición OC aceites SAE de MCI: Valor original.  Aceite oxidado. Condición EF aceites SAE de MCI: No hay límite. Condición OC aceites SAE de transmisión y diferencial: Valor original. Condición EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No hay límite. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO: Valor original.  Aceite mezclado con otro de menor Indice Condición EF aceites ISO: No hay límite. de Viscosidad. Condición OC aceites SAE de MCI: Valor original.  Cizalladura o degradación del aditivo Condición EF aceites SAE de MCI: No hay límite. mejorador del Indice de Viscosidad. Condición OC aceites SAE de transmisión y diferencial: Valor  Aceite contaminado con combustible. original. Condición EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No hay límite. 04. Punto de Inflamación, ºC Método ASTM D92 Descripción: Es importante en aceites de compresores que compriman gases con H2S, propano e isobutano. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF aceites ISO: No hay límite. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No hay límite. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No hay límite. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO: 200ºC.  Aceite mezclado con otro de un Punto de Condición EF aceites ISO: 180ºC. Inflamación mayor. Condición OC aceites SAE de MCI: 200ºC.  Aceite contaminado con combustible o con Condición EF aceites SAE de MCI: 180ºC. gases ricos en combustible como el H2S, Condición OC aceites SAE de transmisión y diferencial: 200ºC. propano, iso-butano. Condición EF aceites SAE de transmisión y diferencial: 180ºC. 05. Número Acido Total, mgrKOH/gr.ac.us. Método ASTM D664 Descripción: Indica el grado de oxidación del aceite ISO usado. No es un parámetro definitivo en el cambio del aceite usado porque pueden haber gases corrosivos diluidos en el aceite que aún no atacan las superficies metálicas de los mecanismos lubricados. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO: 80% del valor máximo permisible.  Aceite sometido a temperaturas de Condición EF aceites ISO: 100% del valor máximo permisible. operación continuas superiores a los 50ºC. El valor máximo permisible es igual a: Incremento sobre el valor  Sistema de enfriamiento defectuoso. original de:  Aceite contaminado con agua. - 0,5 para aceites con aditivos AW. - 0,7 para aceites con aditivos EP.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV - 0,3 para aceites para turbinas de vapor, gas e hidráulicas.  Aceite operando en presencia de - 0,6 para aceites de compresores de aire y de refrigeración. materiales catalizadores de la oxidación - 0,7 para fluidos hidráulicos. como el hierro y el cobre. - 0,3 para aceites dieléctricos.  Base lubricante Grupo I. - 0,7 para aceites térmicos.  Bajo contenido de aditivos antioxidantes. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica.  Consumo de los aditivos antioxidantes. Condición OC aceites SAE de transmisión y diferencial: 80% del  Prolongados períodos de tiempo de valor máximo permisible. almacenamiento del aceite. Condición EF aceites SAE de transmisión y diferencial: 100% del  Almacenamiento a la intemperie o valor máximo permisible. inadecuado. El valor máximo permisible es igual a: Incremento sobre el valor original de: - 0,5 en aceites con aditivos AW. - 0,7 en aceites con aditivos EP. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC t EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. 06. Número Básico Total, mgrKOH/gr.ac.us. Método ASTM D664 Descripción: Permite evaluar el desempeño de los aditivos detergentes – dispersantes en los aceites SAE para MCI. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF aceites ISO: No aplica. - Almacenamiento inadecuado. Condición OC aceites SAE de MCI: gasolina: 8; diesel: 12; marinos: 40; crudo: 40; gas: 4. Condición EF aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF aceites ISO: No aplica.  Base lubricante Grupo I. Condición OC aceites SAE de MCI: gasolina: 3; diesel: 6; marinos:  Bajo contenido de detergentes20; crudo: 20; gas: 2. dispersantes. Condición EF aceites SAE de MCI: gasolina: 2; diesel: 5; marinos: 15;  Relación aire-combustible rica en crudo: 15; gas: 1. combustible. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No  Filtro de aire taponado. aplica.  Combustible con excesivo contenido de hollín.  Funcionamiento del motor a bajas temperaturas o excesivo tiempo en ralentí. 07. Oxidación por infrarrojo DIR Descripción: Es importante para evaluar el nivel de oxidación de los aceites SAE parta MCI. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF aceites ISO: No aplica. Condición OC aceites SAE de MCI: 14 abs / cm. Condición EF aceites SAE de MCI: 16 abs / cm. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF aceites ISO: No aplica.  Sistema de enfriamiento defectuoso. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica.

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Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. 08. Estabilidad a la oxidación por bomba rotativa, RPVOT, minutos Método ASTM D2272 Descripción: Evalúa la vida de servicio del aceite. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF aceites ISO: No tiene límite.  Ninguna. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO: 25% del valor original.  Temperaturas de operación por encima de Condición EF aceites ISO: 100 minutos. 50ºC. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica.  Aceite contaminado con agua. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No  Presencia de materiales catalizadores de la aplica. oxidación como el hierro y el cobre.  Base lubricante Grupo I.  Ausencia o bajo contenido de aditivos antioxidantes. 09. Residuos de Carbón Conradson, %peso Método ASTM D189/D524 Descripción: A altas temperaturas de operación se presenta la formación de carbón. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO:  Temperaturas de operación superiores a  Hasta 0,1% por peso en aceites para cilindros de compresores de 80ºC. simple o de doble efecto y para aceites de transferencia de calor.  Sobre-lubricación en cilindros de  Hasta 0,2% por peso para cualquier otro tipo de aceite. compresores. Condición EF aceites ISO:  Bases lubricantes Grupo I.  Hasta 0,2% por peso en aceites para cilindros de compresores de simple o de doble efecto y para aceites de transferencia de calor.  Hasta 0,4% por peso para cualquier otro tipo de aceite. Condición OC aceites SAE de MCI: Hasta 0,2% por peso. Condición EF aceites SAE de MCI: Hasta 0,4% por peso. Condición OC aceites SAE de transmisión y diferencial: Hasta 0,2% por peso. Condición EF aceites SAE de transmisión y diferencial: Hasta 0,4% por peso. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF aceites ISO: 0,0% por peso. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: 0,0% por peso. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: 0,0% por peso. 10. Demulsibilidad, emulsión/tiempo Método ASTM D1401 Descripción: Permite verificar la capacidad que tiene un aceite para turbinas de vapor de separase del agua dentro de un intervalo de tiempo especifico. El método ASTM D2711 se utiliza para los demás tipos de aceite incluyendo los EP. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO: El aceite y el agua deben quedar en una - Oxidación del aceite. relación de 39 cm3 de aceite, 38 cm3 de agua y 3 cm3 de emulsión en - Contaminación con agua en exceso. un tiempo máximo de 20 minutos. - Agotamiento de los aditivos de Condición EF aceites ISO: El aceite y el agua deben quedar en una demulsibilidad. relación de 25 cm3 de aceite, 15 cm3 de agua y 40 cm3 de emulsión en

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un tiempo máximo de 60 minutos. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC aceites SAE de transmisión y diferencial: El aceite y el agua deben quedar en una relación de 39 cm3 de aceite, 38 cm3 de agua y 3 cm3 de emulsión en un tiempo máximo de 20 minutos. Condición EF aceites SAE de transmisión y diferencial: El aceite y el agua deben quedar en una relación de 25 cm3 de aceite, 15 cm3 de agua y 40 cm3 de emulsión en un tiempo máximo de 60 minutos. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO: El mínimo posible por debajo del - Base lubricante Grupo I. permisible. Condición EF aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. 11. Estabilidad a la espuma, ml ó cm3/min Método ASTM D892 Descripción: Permite verificar la capacidad que tiene el aceite de eliminar la espuma dentro de un período de tiempo determinado. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO: - Oxidación del aceite. - Secuencia I: A 24ºC, al cabo de 5 minutos de estar en reposo el - Contaminación con agua. aceite, después de la agitación, deben haber máximo 10 cm3 de - Agotamiento de los aditivos espuma y al cabo de 10 minutos en reposo, 0 cm3 o trazas. antiespumantes. - Secuencia II: A 93ºC, al cabo de 5 minutos de estar en reposo el - Aireación del aceite. aceite, después de la agitación, 20 cm3 de espuma y al cabo de - Altas temperaturas de operación. 10 minutos en reposo, 0 cm3 o trazas. - Secuencia III: A 24ºC, al cabo de 5 minutos de estar en reposo el aceite, después de la agitación, 10 cm3 de espuma y al cabo de 10 minutos en reposo, 0 cm3 o 5 cm3. Condición EF aceites ISO: - Secuencia I: A 24ºC, al cabo de 5 minutos de estar en reposo el aceite, después de ser agitado, deben haber máximo 20 cm3 de espuma y al cabo de 10 minutos en reposo, 10 cm3. - Secuencia II: A 93ºC, al cabo de 5 minutos de estar en reposo el aceite, después de ser agitado, 40 cm3 de espuma y al cabo de 10 minutos en reposo, 20 cm3. - Secuencia III: A 24ºC, al cabo de 5 minutos de estar en reposo el aceite, después de la agitación, 20 cm3 de espuma y al cabo de 10 minutos en reposo, 15 cm3. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO: El mínimo posible por debajo del permisible. Condición EF aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. 12. Corrosión, número/letra Método ASTM D130 Descripción: Evalúa la corrosividad del aceite con respecto a materiales blancos o a aleaciones de babbitt.

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Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO: Hasta 2a en mecanismos donde hay - Oxidación del aceite. cobre, bronce, plata, estaño y/o niquel (metales blancos). - Contaminación con agua. Condición EF aceites ISO: Hasta 3b en mecanismos donde hay - Agotamiento de los aditivos anticorrosivos. cobre, bronce, plata, estaño, y/o niquel (metales blancos). - Altas temperaturas de operación. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. - Uso de aditivos antidesgaste (AW) o Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No extrema presión (EP) de tipo corrosivo. aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. 13. Herrumbre, adimensional Método ASTM D665 Descripción: Se evalúa cuando el aceite ha operado con volúmenes de agua por encima del máximo permisible y hay presencia de mecanismos con materiales ferrosos. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF aceites ISO: Pasa. - Oxidación del aceite. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. - Contaminación con agua. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No - Agotamiento de los aditivos antiherrumbre. aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF aceites ISO: No pasa. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. 14. Insolubles en Pentano, %peso Método ASTM D893 Descripción: Permite evaluar la cantidad de carbón y de hollín en los aceites SAE para MCI y la cantidad de productos de la oxidación en los aceites ISO. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO:  Productos resultantes de la oxidación del 1. 0,005% por peso en turbinas vapor, hidráulicas, gas. aceite. 2. 0,5% por peso en reductores de velocidad.  Metales procedentes del desgaste de 3. 0,1% por peso en compresores de aire y refrigeración. mecanismos. 4. 1% por peso en transferencia de calor.  Metales de los aditivos de tipo metálico en el 5. 0,2% por peso en cualquier otro tipo de aceite. aceite, como el zinc, fósforo, cloro, azufre, etc. Condición EF aceites ISO:  Carbón formado por una combustión 1. 0,006% por peso en turbinas vapor, hidráulicas, gas. incompleta. 2. 0,6% por peso en reductores de velocidad.  Base lubricante Grupo I. 3. 0,15% por peso en compresores de aire y refrigeración. 4. 2% por peso en transferencia de calor. 5. 0,3% por peso en cualquier otro tipo de aceite. Condición OC aceites SAE de MCI: 1,5% por peso para MCI gasolina y diesel; 0,5% por peso en gas. Condición EF aceites SAE de MCI: 2% por peso para MCI gasolina y diesel; 1% por peso en gas. Condición OC aceites SAE de transmisión y diferencial: 0,2% por peso. Condición EF aceites SAE de transmisión y diferencial: 0,3% por peso. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar

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Condición OC y EF aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. 15. Contenido de Ceniza, % peso Método ASTM D482/874 Descripción: Especifica la cantidad de metales provenientes de los aditivos metálicos del aceite. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF aceites ISO: No aplica. - Mala calidad de los aditivos detergentesCondición OC aceites SAE de MCI: 0,1% peso. dispersantes, o con un contenido por encima Condición EF aceites SAE de MCI: 0,3% peso. del máximo. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No - Metales de desgaste de los mecanismos. aplica. - Contaminantes metálicos en el ambiente. - Filtro de aire defectuoso. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. 16. Tensión Interfacial, Dinasxcm Método ASTM D971 Descripción: Evalúa la capacidad de separar el agua del aceite por centrifugación. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO: El máximo posible. Condición EF aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC aceites SAE de transmisión y diferencial: Lo máximo posible. Condición EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO: Para aceites de:  Contaminación con agua. 1. Turbinas de vapor: 30.  Oxidación del aceite. 2. Sistemas hidráulicos: 25.  Agotamiento de los aditivos de demulsibilidad. 3. Dieléctricos: 30. 4. Para otros tipos de aceite: 20. Condición EF aceites ISO: Para aceites de: 1. Turbinas de vapor: 20. 2. Sistemas hidráulicos: 18. 3. Dieléctricos: 25. 4. Para otros tipos de aceite: 10. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC aceites SAE de transmisión y diferencial: Para cualquier tipo de aceite: 20. Condición EF aceites SAE de transmisión y diferencial: Para cualquier tipo de aceite: 10. 17. Factor de potencia Hz/ºC Método ASTM D924 Descripción: Determina las pérdidas dieléctricas y por lo tanto la cantidad de energía disipada como calor en el aceite aislante a 25ºC y a 100ºC. Aporta a la evaluación del estado del aceite dieléctrico. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO: Para aceites dieléctricos: 0,3%. - Contaminación por partículas sólidas. Condición EF aceites ISO: Para aceites dieléctricos: 0,7%. - Oxidación del aceite.

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Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. - Contaminación con agua. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO: Para aceites dieléctricos del orden de 0,05%. Condición EF aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. 18. Rigidez Dieléctrica, Kv Método ASTM D877/D1816 Descripción: Evalúa la capacidad dieléctrica de los aceites para transformador. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO dieléctricos y para compresores de - Base lubricante Grupo I. refrigeración: El máximo posible. - Alto contenido de aromáticos en la base Condición EF aceites ISO dieléctricos y para compresores de lubricante. refrigeración: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC aceites ISO dieléctricos y para compresores de refrigeración: 40 kv. Condición EF aceites ISO dieléctricos y para compresores de refrigeración: 35 kv. Condición OC aceites ISO para turbomaquinaria: 15 kv. Condición EF aceites ISO para turbomaquinaria: 10 kv. Condición OC y EF aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF aceites SAE de transmisión y diferencial: No aplica. Cuando los fabricantes de las máquinas dan los valores mínimo y máximos para cada uno de los parámetros analizados, se deben tener en cuenta éstos y no los especificados en la Tabla 4.6. 4.11 INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS DEL ANALISIS AL CONTENIDO DE ADITIVOS DEL LUBRICANTE En la Tabla 4.8 se dan los valores mínimo permisibles del contenido de aditivos en el aceite según las pruebas ASTM, referenciados de acuerdo a la condición de confiabilidad OC y EF, así: Tabla 4.7 Limites condenatorios para el contenido de aditivos en el aceite 01. Silicio (Si), ppm Descripción: Se utiliza como aditivo antiespumante. Valor máximo permisible Condición OC para aceites ISO: Depende de la formulación del aceite. Condición EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC para aceites SAE de MCI: Depende de la formulación del aceite. Condición EF para aceites SAE de MCI: No aplica.

Causas posibles que la pueden afectar

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Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: Depende de la formulación del aceite. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: 20% del valor original para  Contaminación del aceite con agua. cualquier tipo de aceite.  Altas temperaturas de operación. Condición EF para aceites ISO: 10% del valor original para  Aireación del aceite. cualquier tipo de aceite. Condición OC para aceites SAE de MCI: 20% del valor original para gasolina y diesel. Condición EF para aceites SAE de MCI: 10% del valor original para gasolina y diesel. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 20% del valor original para cualquier tipo de aceite. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 10% del valor original para cualquier tipo de aceite. 02. Zinc (Zn), ppm Descripción: Se utiliza como aditivo antidesgaste (AW), antioxidante y para inhibir la nitración. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: Depende de la formulación del aceite. Condición EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC para aceites SAE de MCI: Depende de la formulación del aceite. Condición EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: Depende de la formulación del aceite. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: Para cualquier tipo de aceite: 20%  Reacción con las superficies de fricción. del valor original en lubricación y 30% en lubricación EHL.  Pare y arranque de los mecanismos. Condición EF para aceites ISO: Para cualquier tipo de aceite: 10%  Contaminación del aceite con agua. del valor original en lubricación HD y 15% en lubricación EHL Condición OC para aceites SAE de MCI: 20% del valor original para gasolina y 30% para diesel. Condición EF para aceites SAE de MCI: 10% del valor original para gasolina y 15% para diesel. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: Para cualquier tipo de aceite: 20% en lubricación HD y 30% en lubricación EHL. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: Para cualquier tipo de aceite: 10% del valor original en lubricación HD y 15% en lubricación EHL 03. Fósforo (P), ppm Descripción: Se utiliza como aditivo Extrema Presión de tipo EP1 y antioxidante. . Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: Depende de la formulación del aceite. Condición EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC para aceites SAE de MCI: Depende de la formulación del aceite.

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Condición EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: Depende de la formulación del aceite. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: Para cualquier tipo de aceite: 15%  Reacción con las superficies de fricción. en lubricación HD y 20% en lubricación EHL.  Pare y arranque de los mecanismos. Condición EF para aceites ISO: Para cualquier tipo de aceite: 5%  Contaminación del aceite con agua. del valor original en lubricación HD y 10% en lubricación EHL. Condición OC para aceites SAE de MCI: 20% del valor original para motores a gasolina y 30% para diesel. Condición EF para aceites SAE de MCI: 10% del valor original para motores a gasolina y 15% para diesel. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: Para cualquier tipo de aceite: 20% en lubricación HD y 30% en ubricación EHL. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: Para cualquier tipo de aceite: 10% del valor original en lubricación HD y 15% en lubricación EHL 04.Calcio (Ca), ppm Descripción: Se utiliza como aditivo detergente - dispersante en aceites SAE para MCI y como agente limpiador en aceites hidráulicos de aplicación industrial ISO. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC para aceites SAE de MCI: Depende de la formulación del aceite. Condición EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica.  Limpieza interna del motor. Condición OC para aceites SAE de MCI: 20% del valor original en  Contaminación del aceite con agua. gasolina y 30% para diesel.  Bajo contenido de aditivos detergentes. Condición EF para aceites SAE de MCI: 10 % del valor original para gasolina y 100 ppm para diesel. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 05. Boro (B), ppm Descripción: Se utiliza como aditivo Extrema Presión de tipo EP1. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC para aceites SAE de MCI: Depende de la formulación del aceite. Condición EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO utilizados en lubricación EHL:  Limpieza interna del motor. 20% del valor original.  Contaminación del aceite con agua. Condición EF para aceites ISO utilizados en lubricación EHL:  Bajo contenido de aditivos detergentes. 10% del valor original.

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Condición OC para aceites SAE de MCI: 10% del valor original para gasolina y 20% para diesel. Condición EF para aceites SAE de MCI: 5% del valor original para gasolina y 10 % para diesel. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 20% del valor original. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 10% del valor original. 07. Magnesio (Mg), ppm Descripción: Se utiliza como aditivo detergente - dispersante. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC para aceites SAE de MCI: Depende de la formulación del aceite. Condición EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica.  Limpieza interna del motor. Condición OC para aceites SAE de MCI: 15% del valor original y  Contaminación del aceite con agua. 20 % para diesel.  Bajo contenido de aditivos detergentes. Condición EF para aceites SAE de MCI: 10% del valor original para gasolina y 10% para diesel. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 07. Molibdeno (Mo), ppm Descripción: Se utiliza como aditivo Extrema Presión de tipo EP1. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC para aceites SAE de MCI: Depende de la formulación del aceite. Condición EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: Hasta 20% del valor original en  Limpieza interna del motor. aceites con aditivos EP2.  Contaminación del aceite con agua. Condición EF para aceites ISO: Hasta 10% del valor original en los  Bajo contenido de aditivos detergentes. aceites con aditivos EP2. Condición OC para aceites SAE de MCI: 15% del valor original en gasolina y 20% en Diesel. Condición EF para aceites SAE de MCI: 10% del valor original en gasolina y 15% en Diesel. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: Hasta 20% del valor original en los aceites con aditivos EP2. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: Hasta 10% del valor original en aceites con aditivos EP2. 4.12 INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS DEL ANALISIS CONTAMINACION DEL ACEITE POR LIQUIDOS Y PARTICULAS SOLIDAS

AL

NIVEL

DE

En la Tabla 4.8 se dan los valores máximos permisibles del nivel de contaminación del aceite según las pruebas ASTM e ISO, referenciadas de acuerdo a la condición de confiabilidad OC y EF, así:

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Tabla 4.8 Limites condenatorios del aceite de acuerdo al nivel de contaminación por líquidos y partículas sólidas según pruebas ASTM e ISO 01. Agua y sedimentos, %volumen, Método ASTM D95/96 y abs / cm por Análisis Infrarrojo Diferencial (DIR) Descripción: Se evalúa para evitar que se rompa la película lubricante h o , que se presente corrosión y herrumbre en los mecanismos lubricados y por lo tanto que genere un desgaste adhesivo, fatiga superficial y corrosivo anormales. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO:  Condensación de agua en el carter o 1. 0,2% por volumen para cualquier tipo de aceite. depósito de aceite (ISO). 2. 0,005% por volumen para los aceites de transformador y  Válvula PCV (Venteo positivo del carter) transferencia de calor. atascada o defectuosa (SAE para MCI). 3. 0,007% por volumen para los aceites de refrigeración.  Sellos defectuosos. Condición EF para aceites ISO:  Falta venteo. 1. 0,5% por volumen para cualquier tipo de aceite.  Almacenamiento incorrecto a la intemperie. 2. 0,01% por volumen para los aceites de transformador,  Tubos de enfriadores de aceite rotos. transferencia de calor. 3. 0,02% por volumen para los aceites de refrigeración. Condición OC para aceites SAE de MCI: 5 abs / cm por DIR para gasolina, diesel y gas. Condición EF para aceites SAE de MCI: 10 abs / cm por DIR para gasolina, diesel y gas. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 0,2% por volumen para cualquier tipo de aceite. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 0,5% por volumen para cualquier tipo de aceite. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 02. Dilución por combustible, %volumen, Método ASTM D322 y abs / cm por Análisis Infrarrojo Diferencial (DIR) Descripción: Se evalúa para evitar que se rompa la película lubricante ho, en los mecanismos de los MCI y por lo tanto que genere un desgaste adhesivo anormal. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No se avalúa.  Motor en ralentí durante largo tiempo. Condición OC para aceites SAE de MCI: 2% por volumen, ASTM  Marcha en vacío a baja temperatura. D322 y 10 abs / cm, DIR, para gasolina y diesel.  Desgaste de anillos y cilindros Condición EF para aceites SAE de MCI: 5% por volumen, ASTM  Mala carburación ó filtro de aire obstruido. D322 y 12 abs / cm, para gasolina y diesel.  Ventilación del carter deficiente (PCV). Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y  Inyectores defectuosos. diferencial: No se evalúa. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 03. Contaminación por partículas sólidas Método ISO 4406-99

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Descripción: Se evalúa para controlar el desgaste erosivo y abrasivo en los mecanismos lubricados de las máquinas industriales. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: Ver Tabla 4.3 - ISO 4406-99 de  Venteo defectuoso. acuerdo a cada tipo de mecanismo o componente lubricado. Se  Mal almacenamiento, manejo y aplicación aceptan 2 códigos de contaminación por encima del código ISO del aceite. 4406-99 recomendado.  Aceite nuevo por fuera de especificaciones. Condición EF para aceites ISO: Se aceptan 4 códigos de  Proceso de filtración del aceite deficiente. contaminación por encima del código ISO 4406-99 recomendado.  Bombas, recipientes, mangueras Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. contaminados. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: Ver Tabla ISO 4409-99 de acuerdo a cada tipo de mecanismo o componente lubricado. Se aceptan 2 códigos de contaminación por encima del código ISO 4406-99 recomendado. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: Se aceptan 4 códigos de contaminación por encima del código ISO 4406-99 recomendado. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 04. Contaminación por Silicio - Sílice (Si), ppm Espectrofotometría por absorción atómica Descripción: Se evalúa para controlar el desgaste erosivo y abrasivo en los mecanismos lubricados de las máquinas industriales y automotrices. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: 20 ppm para cualquier tipo de  Venteo defectuoso. aceite.  Mal almacenamiento, manejo y aplicación Condición EF para aceites ISO: 35 ppm, para cualquier tipo de del aceite. aceite. Condición OC para aceites SAE de MCI: 20 ppm para  Aceite nuevo contaminado. cualquier tipo de aceite.  Proceso de filtración del aceite deficiente. Condición EF para aceites SAE de MCI: 50 ppm para cualquier  Bombas, recipientes y mangueras tipo de aceite. contaminados. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial:  Filtro de aire defectuoso o inadecuado. 20 ppm para cualquier tipo de aceite. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 35 ppm para cualquier tipo de aceite. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 05. Contaminación con Sodio (Na), ppm Espectrofotometría por absorción atómica Descripción: Se evalúa para detectar el ingreso de partículas del ambiente hasta el aceite. Es frecuente en aceites que operan en componentes de máquinas cercanas al mar. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: 30 ppm sobre el valor original para  Venteo defectuoso. cualquier tipo de aceite.  Mal almacenamiento, manejo y aplicación Condición EF para aceites ISO: 40 ppm sobre el valor original para del aceite. cualquier tipo de aceite.  Aceite nuevo contaminado.  Proceso de filtración del aceite deficiente.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Condición OC para aceites SAE de MCI: 30 ppm sobre el valor  Bombas, recipientes, mangueras original para cualquier tipo de aceite. contaminados. Condición EF para aceites SAE de MCI: 40 ppm sobre el valor  Filtro de aire defectuoso o inadecuado. original para cualquier tipo de aceite. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 30 ppm sobre el valor original para cualquier tipo de aceite. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 40 ppm sobre el valor original para cualquier tipo de aceite. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 06. Contaminación por Potasio (K), ppm Espectrofotometría por absorción atómica Descripción: Se evalúa para detectar el ingreso de partículas del ambiente hasta el aceite. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: 30 ppm para cualquier tipo de  Venteo defectuoso. aceite.  Mal almacenamiento, manejo y aplicación Condición EF para aceites ISO: 40 ppm para cualquier tipo de del aceite. aceite.  Aceite nuevo contaminado. Condición OC para aceites SAE de MCI: 30 ppm para cualquier  Proceso de filtración del aceite deficiente. tipo de aceite.  Bombas, recipientes, mangueras Condición EF para aceites SAE de MCI: 40 ppm para cualquier contaminados. tipo de aceite.  Filtro de aire defectuoso o inadecuado. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 30 ppm para cualquier tipo de aceite. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 40 ppm para cualquier tipo de aceite. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 07. Contaminación con Vanadio (V), ppm Espectrofotometría por absorción atómica Descripción: Se evalúa para detectar el ingreso de partículas del ambiente hasta el aceite. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: 20 ppm para cualquier tipo de  Combustible no quemado. aceite. Condición EF para aceites ISO: 30 ppm para cualquier tipo de aceite. Condición OC para aceites SAE de MCI: 20 ppm para cualquier tipo de aceite. Condición EF para aceites SAE de MCI: 30 ppm para cualquier tipo de aceite. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 20 ppm para cualquier tipo de aceite. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 30 ppm para cualquier tipo de aceite. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica.

pág. 103

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 08. Contaminación por Bario (Ba), ppm Espectrofotometría por absorción atómica Descripción: Se evalúa para detectar el ingreso de partículas del ambiente hasta el aceite. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: 20 ppm para cualquier tipo de  Anticongelante del radiador. aceite. . Condición EF para aceites ISO: 30 ppm para cualquier tipo de aceite. Condición OC para aceites SAE de MCI: 20 ppm para motores a gasolina y diesel y 40 ppm para motores de ferrocarril y marinos. Condición EF para aceites SAE de MCI: 30 ppm para motores a gasolina y diesel y 40 ppm para motores de ferrocarril y marinos. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 20 ppm para cualquier tipo de aceite. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 30 ppm para cualquier tipo de aceite. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 09. Contaminación con Hollín, abs / cm DIR Descripción: Evalúa la eficiencia del proceso de combustión del motor de combustión interna. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No se aplica. - Exceso de combustible en el proceso de Condición OC para aceites SAE de MCI: 15 abs / cm para combustión. cualquier tipo de aceite. - Combustible de mala calidad. Condición EF para aceites SAE de MCI: 20 abs / cm para - Filtro de aire defectuoso o en mal estado. cualquier tipo de aceite. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 10. Contaminación por Sulfatación, abs / cm DIR Descripción: Evalúa la presencia de azufre en el combustible. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No se aplica. - Contenido de azufre en el aceite por fuera Condición OC para aceites SAE de MCI: 13 abs / cm para de especificaciones. cualquier tipo de aceite. - Bajo nivel de detergencia - dispersancia Condición EF para aceites SAE de MCI: 15 abs / cm para del aceite utilizado. cualquier tipo de aceite. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 11. Contaminación por Nitración, abs / cm DIR Descripción: Evalúa la presencia de barnices, lacas y gomas en las zonas más calientes del motor. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No se aplica. - Contenido de azufre en el aceite por fuera Condición OC para aceites SAE de MCI: 13 abs / cm para de especificaciones. cualquier tipo de aceite. - Bajo nivel de detergencia - dispersancia Condición EF para aceites SAE de MCI: 15 abs / cm para del aceite utilizado. cualquier tipo de aceite. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 12. Contaminación con Glicol, abs / cm DIR Descripción: Evalúa el estado del radiador (sistema de enfriamiento) del motor de combustión interna. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica.  Anticongelante del radiador. Condición OC para aceites SAE de MCI: 9 absorbancias / cm para cualquier tipo de aceite. Condición EF para aceites SAE de MCI: 15 absorbancias / cm con respecto al valor original para cualquier tipo de aceite. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 4.13 INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS DEL ANALISIS AL NIVEL DE DESGASTE EN COMPONENTES DE MAQUINAS Tendencia al desgaste El contenido en ppm de los diferentes metales presentes en la muestra de aceite usado debe estar dentro de la tendencia normal al desgaste del mecanismo; si está por encima existe la "posibilidad" de que se estén presentando problemas de sobrecargas dinámicas sobre el mecanismo, como por ejemplo, desalineamientos, desbalanceos, etc. Los principales inconvenientes que presenta la espectrofotometría por absorción atómica para tomarla como herramienta única en la toma de decisiones sobre la criticidad del desgaste de un mecanismo es que no permite evaluar las partículas mayores de 10 micras, ni la cantidad ni su forma. No es lo mismo tener 100 ppm de hierro de un tamaño de 20 micras que de 2 micras. Por lo tanto, cuando el contenido de un determinado metal de un mecanismo se sale de forma continua y periódica (cada vez que se cumple la frecuencia de cambio del aceite) de la tendencia normal al desgaste, y tiene una tendencia ascendente (si es constante es posible que hayan variado las características del lubricante utilizado) es necesario recurrir inicialmente a la técnica del Conteo de Partículas y finalmente a la Ferrografia, para verificar si el incremento de la tendencia normal al desgaste del mecanismo reviste alguna gravedad y es

pág. 105

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV necesario por lo tanto programar la parada de la máquina, y reemplazar el componente que presenta un desgaste anormal. Si durante la vida disponible del mecanismo, el desgaste está dentro de la tendencia normal al desgaste, no es necesario recurrir a la Ferrografia, pero si, en la etapa del envejecimiento moral o de vida remanente, para determinar exactamente en que momento se debe parar la máquina para reemplazarle el componente que está presentando un desgaste anormal. La tendencia normal al desgaste es típica para cada mecanismo y tipo de lubricante y se determina (cuando el fabricante de la máquina no la especifica) con base en la duración del aceite que se está utilizando; puede ser diferente si se cambia el tipo de lubricante. La presencia de metales dentro de la tendencia normal al desgaste es normal y tiene su origen en el desgaste adhesivo que se presenta cuando el mecanismo se pone en operación o se detiene, debido a la fricción sólida y fricción metal-metal que tiene lugar cuando la película límite se desgasta, o cuando la lubricación es elastohidrodinámica o cuando en lubricación hidrodinámica, la capa fluida 3 se desestabiliza y la condición del flujo pasa de laminar a turbulento. Un buen lubricante se caracteriza porque da lugar a una tendencia normal al desgaste mínima. Cuando dentro de una frecuencia de cambio del aceite, éste se analiza varias veces, el contenido de cada metal es acumulativo llegando al valor de la tendencia constante cuando se cumple la frecuencia de cambio del aceite. El desgaste es multifacético y no hay una manera exacta de definir este fenómeno altamente costoso para los departamentos de mantenimiento; sin embargo se puede considerar como la pérdida de material que sufre un mecanismo, como resultado de cualquiera de los diferentes tipos de desgaste que se pueden presentar, que hacen que su forma geométrica cambie, las tolerancias y ajustes aumenten y que su funcionamiento se vuelva errático y antifuncional. El análisis de la tendencia normal al desgaste de un mecanismo permite elaborar la curva tribológica de vida disponible para cada uno de los elementos metálicos que lo constituyen. Hay múltiples razones por las cuales se puede presentar en un mecanismo lubricado el desgaste adhesivo, por fatiga superficial, abrasivo, erosivo o corrosivo, como resultado de la fricción metal-metal entre dos superficies que se mueven la una con respecto a la otra, por la presencia de partículas sólidas en una concentración por encima de la máxima permisible ya sea bajo condiciones de lubricación EHL ó hidrodinámica o como resultado de la oxidación del aceite. Ver Figura 4.40.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Tendencia al desgaste ascendente

Tendencia Constante Normal Tendencia normal al desgaste 55

50

45

Contenido de particulas ppm

40

35

30

25

20

15

10

5

0

00

1

CA CA AL

AL

AL

AL AL CA: Cambio de aceite AL: Analisis de laboratorio

Años

2 CA CA AL

3

CA CA

AL AL AL Contenido de Fe ¬ 50 ppm Contenido de Cu ¬ 25 ppm Contenido de Si ¬ 10 ppm

AL

AL AL AL AL AL AL AL AL CA: Cambio de aceite AL: Análisis de laboratorio Contenido de hierro: 50 ppm Contenido de cobre: 30 ppm Contenido de aluminio: 10 ppm

45

CA AL

AL

AL

CA AL AL

AL

CA AL

AL

40

Conenido de Cu ppm

35

30

25

20

15

10

5

0 0

1

AL

Desgaste normal

AL

CA AL

Desgaste anormal

2 Años

AL

AL

CA AL

3

AL

Tendencia constante normal Tendencia constante ascendente

AL

AL

Tendencia normal al desgaste contenido de aluminio: 25 ppm Tendencia ascendente contenido de aluminio: 30, 35, 50 ppm

Tendencia Constante Normal y Constante Ascendente 50

0

CA AL

Figura 4.40 (a) Tendencia normal al desgaste de Fe, Cu y Al en ppm de los mecanismos de una máquina. (b) Tendencia ascendente en el contenido de Cu en ppm de un mecanismo. En ambos casos el aceite se cambia cada año y se analiza cada 3 meses. 4.13.1 Máquinas industriales En las máquinas industriales el origen de las partículas metálicas proviene de los aditivos antidesgaste (ditiosfosfato de zinc) o Extrema Presión (fósforo, cloro, azufre, tungsteno, grafito, boro,

pág. 107

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV bisulfuro de molibdeno) y de los mecanismos lubricados como engranajes y rodamientos (hierro y cobre), o de los cojinetes lisos (cobre, estaño, molibdeno, plata). La tendencia al desgaste en los mecanismos de los componentes de las máquinas industriales tiene un valor igual o menor que el contenido de metales en la condición OC (Operación Confiable) y por lo tanto el desgaste es Normal; entre este valor y la condición EF (En Falla), el desgaste es Anormal; y por encima de la condición EF, se presentará en cualquier momento la falla catastrófica del mecanismo. En la Tabla 4.9 se especifican los niveles de desgaste según la cantidad de partículas metálicas presentes en el aceite ISO y su origen, referenciados para fabricantes de máquinas industriales en general, especificándolos de acuerdo a la condición de confiabilidad OC y EF.

Tabla 4.9 Nivel de desgaste por EAA de diferentes componentes industriales de acuerdo a la condición OC y EF No

Componente

30

50

40

60

20

30

12

03 04 05 06 07 08

Alternativo de simple efecto. Alternativo de doble efecto. Tornillo CCH. Tornillo CCS. Centrífugo. Axial. Lóbulos. Paletas.

Contenido de metales de desgaste - ppm Cobre Estaño Cromo Niquel OC EF OC EF OC EF OC EF 01. Compresor 15 25 10 15 15 30 10 15

30 25 35 35 35 20

45 35 45 45 45 35

20 15 25 25 20 20

30 25 35 35 30 30

15 -

01

Ventilador.

10

16

5

8

01 02 03

Reductor de velocidad. Reductor sinfín-corona. Motorreductor.

100 50 30

150 75 45

10 30 5

15 45 10

01

Motor eléctrico.

10

15

5

8

01 02 03

Vapor. Hidráulica. Gas.

30 30 30

50 50 50

10 10 10

15 15 15

Hierro OC EF 01 02

16

12

16

12

25 15 10 10 02. Ventilador 03. Reductor de velocidad 10 15 10 04. Motor eléctrico 05. Turbina 10 10 10 06. Sistema hidráulico

Origen Aluminio OC EF 20

30

Cilindros, anillos, cojinetes lisos.

16

12

16

Cilindros, anillos, cojinetes lisos.

25 15 15 -

15 15 -

25 25 -

Tornillos, cojinetes, rodamientos. Engranajes, cojinetes, rodamientos Eje, cojinetes lisos. Eje, cojinetes lisos. Rodamientos. Rodamientos.

-

-

-

Eje, cojinetes lisos, rodamientos.

15 -

-

-

Engranajes, cojinetes, rodamientos Tornillo, corona, rodamientos. Engranajes, rodamientos.

-

-

-

Eje, cojinetes lisos, rodamientos.

15 15 15

15 15 15

20 20 20

Eje, cojinetes lisos y de empuje. Eje, cojinetes guía y de empuje. Eje, cojinetes lisos.

pág. 108

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

01

Sistema hidráulico.

25

40

10

20

10

01 02

Centrífuga. Alternativa.

10 50

15 70

5 10

8 15

5

01 02 03

Cemento. Papelero. Azucarero.

50 40 60

70 60 80

30 20 35

45 35 45

20 20 30

15

10 15 07. Bomba 8 08. Molino 25 35 40

10

15

10

15

Bomba, servo, válvula direccional.

5

10

10 10

15 15

Rodamientos. Eje, cojinetes lisos.

20 15 20

35 25 35

Eje, cojinetes lisios. Eje, cojinetes lisos. Eje, cojinetes lisos.

Notas:

(1) CCH significa Cámara de Compresión Húmeda. (2) CCS significa Cámara de Compresión Seca. (3) Si el fabricante de la máquina especifica otros valores para el contenido de partículas metálicas de desgaste, se deben tener en cuenta estos como límites condenatorios. (4) Los valores especificados en la tabla, se pueden obtener con base en datos históricos del contenido de partículas metálicas de desgaste de los mecanismos de las máquinas. (5) Cuando el nivel de desgaste sea EF, antes de tomar cualquier decisión con respecto a parar la máquina e intervenirle los mecanismos afectados, se deben analizar los resultados de la evaluación de la temperatura de operación por termografía y d las vibraciones y según el caso se lleva a cabo un análisis por Ferrografía.

4.13.2 Motores de combustión interna (MCI) Es muy importante conocer el origen de las partículas metálicas presentes en el aceite SAE para MCI, con el fin de determinar si provienen de los mecanismos lubricados, de contaminantes externos o internos al motor o de los aditivos metálicos del aceite. Por ejemplo; un contenido de hierro (Fe) por encima de la tendencia normal al desgaste, por lo regular proviene de los cilindros, mientras que si es de cromo (Cr), se debe asociar a los anillos cuando estos son cromados; este desgaste anormal, puede ser consecuencia de problemas de dilución del aceite con combustible, el cual adelgaza la película lubricante, haciendo que ésta se rompa o desaparezca a lo largo de la carrera del pistón en el cilindro y se presente desgaste adhesivo. La zona más crítica de lubricar en un motor de combustión interna es el punto muerto superior, ya que allí se presentan continuamente condiciones de fricción sólida y por lo tanto de película límite. Un alto contenido de silicio (Si), es el resultado de filtros de aire ineficaces, sucios o mal montados, que dan lugar a desgaste erosivo y abrasivo, principalmente en la zona del punto muerto superior del cilindro en la cámara de combustión. En la Tabla 4.10, se especifica el origen de las partículas metálicas presentes en el aceite SAE para MCI. El desgaste de los mecanismos de un motor de combustión interna (MCI), bien rodado, que cuenta con un buen mantenimiento y que utiliza el aceite y los filtros (aire, combustible y aceite) adecuados, es estable y está dentro de la tendencia normal al desgaste, entre intervalos fijos del cambio de aceite, durante el ciclo de vida disponible (Vd) del motor, y luego tiende a aumentar, etapa en la cual es necesario intervenir el motor para reemplazarle las partes que presentan el máximo desgaste permisible. Los resultados de los análisis de desgaste varían de un tipo de motor a otro, y hasta entre dos motores (diesel o a gasolina) similares; por lo tanto, cada motor tiene su propia tendencia normal al desgaste, y sólo se podrá concluir que una variación en el contenido de metales, durante su ciclo de vida disponible (Vd) es anormal, si se cuenta con dicha tendencia. La tendencia normal al desgaste, la especifica el fabricante del motor; cuando no es posible conocerla se obtiene haciéndole análisis periódicos al contenido de metales de desgaste al aceite cuando el motor está en condiciones estándar, cuenta con un correcto mantenimiento, con buenos sistemas de filtración y opera bajo condiciones normales. Si las condiciones de trabajo varían, la tendencia al desgaste también variará, obviamente, siempre y cuando el motor trabaje bajo condiciones normales de operación. Así por ejemplo, ver Figura 4.39, si el contenido de hierro (Fe) en ppm en un aceite SAE 15W40, API CI-4, que lubrica un motor diesel turboalimentado, que ha sido drenado cada 15.000 km durante 160.000 km, debido a que el TBN ha llegado a su valor mínimo permisible de 6 mgrKOH/gr. ac. us, y con los

pág. 109

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV demás parámetros (viscosidad, oxidación, dilución por combustible, hollín, nitración, y glicoles) dentro de especificaciones, muestra una tendencia de 50 ppm, debido a que a los 15.000 km fue de 48 ppm, 30.000 km de 53 ppm, 45.000 km de 51 ppm, 60.000 km de 46 ppm, 75,000 km de 49 ppm, 90.000 km de 52 ppm, 105.000 de 47 ppm, 120.000 km de 56 ppm, 135.000 km de 49 ppm y 160.000 km de 46 ppm, quiere decir que su tendencia normal la desgaste es de 50 ppm. En empresas de transporte que cuenten con un gran número de vehículos, y que se requiera determinar la vida de servicio del aceite (kilómetros recorridos) y el nivel de protección de éste hacia el motor, es necesario primero clasificar el parque automotor, en donde queden en cada grupo aquellos que operan bajo condiciones similares, como tipo de combustible, tonelaje, modelo, marca, tipo de motor, sistema de filtración, tipo de carretera, cantidad y tipo de aceite, calidad en la conducción y recorridos (intermitentes o continuos) y última reparación efectuada. De cada grupo se selecciona el 25% y se le hacen los muestreos respectivos al aceite, tanto físico-químicos como de espectrografía. Las conclusiones que se obtengan serán válidas solo para cada grupo. Un aceite puede estar aún aceptable desde el punto de vista de sus propiedades físico-químicas (viscosidad, dilución TBN, etc.), pero si el contenido de metales está por encima de la tendencia normal al desgaste, será necesario reducir los intervalos de cambio del aceite o cambiar el tipo de aceite que se está utilizando. Bajo ninguna circunstancia se debe permitir el funcionamiento del motor por encima de su tendencia normal al desgaste porque esto puede afectar considerablemente la vida disponible del motor. Así como se evalúa el contenido de hierro (Fe), es necesario analizar los demás metales de desgaste que pueden estar presentes en un momento dado en el aceite, como plomo, cobre, estaño, aluminio, cromo, plata, sílice, etc. Cuando el aceite SAE para MCI se analiza a intervalos de tiempo iguales, durante el intervalo de vida de servicio, el contenido de metales es acumulativo, de tal forma que la tendencia normal al desgaste es el último dato obtenido. Así por ejemplo, si un aceite SAE para MCI se analiza cada 2.000 km dentro de un intervalo de vida de servicio de 10.000 km, y el contenido de hierro (Fe) en ppm en cada análisis es de 40,80,120,160, y 200, se puede concluir que la tendencia normal al desgaste del motor en cuanto al hierro es de 200 ppm. (Se han asumido múltiplos exactos; en la práctica esto puede variar ligeramente). Durante el período inicial del rodaje de un motor, el contenido de metales es alto (desgaste adhesivo, erosivo y abrasivo) por el asentamiento que se está presentando en los diferentes mecanismos lubricados (cilindros, anillos, cigüeñal, guías de válvulas, levas, etc), luego se normaliza a lo largo de su vida disponible (durante este período se logra obtener la tendencia normal de desgaste del motor), y por último, al final de la vida disponible, vuelve y se incrementa como resultado del aumento en las holguras, las cuales impiden el correcto enfriamiento del mecanismo y por lo tanto la formación de la película lubricante (ho) presentándose finalmente la fricción metal-metal y el desgaste adhesivo de dichos mecanismos. En la Tabla 4.10 se especifican los niveles de desgaste permisibles según la cantidad de partículas metálicas presentes en el aceite SAE para MCI, y su origen, referenciados para fabricantes de MCI en general, especificándolos de acuerdo a la condición de confiabilidad OC y EF. Estos valores permiten contar con parámetros de comparación para tener una idea de cuál debe ser más o menos la presencia normal de un metal en el aceite. Bajo ninguna circunstancia se deben tomar como valores absolutos. Tabla 4.10 Tendencia al desgaste (condición OC) para fabricantes de MCI en general No

01

Material

Hierro.

Símbolo químico

Fe

Gasolina OC 50

EF 80

Motor de combustión interna Gas Diesel Automotores Ferrocarril OC EF OC EF OC EF 80 120 100 120 100 130

pág. 110

Marinos OC EF 100 120

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

02 03 04 05 06 07 08

Cobre. Estaño. Cromo. Niquel. Aluminio. Plomo. Plata.

Cu Sn Cr Ni Al Pb Ag

15 20 20 10 20 40 50

40 40 50 40 50 50 60 40 50 30 20 30 20 40 15 25 20 30 30 40 60 40 50 40 50 40 60 12 12 15 10 25 15 20 15 20 40 40 60 20 40 20 40 40 50 60 40 50 50 60 50 70 50 70 70 30 50 100 200 6 13 10 12 Causa probable 01. Hierro (Fe): Cilindros, camisas, muñones cigüeñal. 05. Niquel (Ni): Vástago válvulas, muñones del cigüeñal. 02. Cobre (Cu): Casquetes de bancada y cabeza biela. 06. Aluminio (Al): Pistones del motor. 03. Estaño (Sn): Radiador. 07. Plomo (Pb): Casquetes de bancada. 04. Cromo (Cr): Anillos de los pistones. 08. Plata (Ag): Casquetes de bancada aleaciones plata. Nota: (1) Si el fabricante del MCI especifica otros valores, se deben tener en cuenta como límites condenatorios.

En la Tabla 4.11 se especifican los niveles de desgaste permisibles en partes por millón (ppm) según la cantidad de partículas metálicas presentes en el aceite SAE para MCI, y su origen, referenciados para fabricantes de MCI como Caterpillar, Cummins, Detroit, Diesel y Mack, especificándolos de acuerdo a la condición de confiabilidad OC y EF. Tabla 4.11 Tendencia al desgaste (condición OC) para fabricantes específicos de MCI No

Material

Símbolo químico

Motor de combustión interna (MCI) Cummins Detroit Mack 3208 Demás 290 350 Demás 8471 6492 Demás modelos modelos modelos OC EF OC EF OC EF OC EF OC EF OC EF OC EF OC EF OC EF OC EF 01 Hierro Fe 80 90 50 60 80 90 60 80 60 80 60 80 90 98 90 98 90 98 90 96 02 Cobre Cu 12 18 45 55 45 55 20 30 20 30 20 30 23 28 23 28 23 28 35 40 03 Estaño Sn 20 25 20 25 20 25 17 23 17 23 17 23 20 25 20 25 20 25 25 30 04 Cromo Cr 15 20 15 20 15 20 17 23 17 23 17 23 15 25 15 25 15 25 17 28 05 Niquel Ni 10 14 12 16 14 18 8 12 10 12 10 12 14 20 16 22 18 24 20 26 06 Aluminio Al 15 20 15 20 15 20 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 07 Plomo Pb 70 80 70 80 70 80 60 80 60 80 60 80 70 90 70 90 70 90 60 80 Análisis del origen del elemento metálico 01. Hierro (Fe): Camisas, vástago de las válvulas, muñones cigüeñal. 05. Niquel (Ni): Casquetes de cabeza de biela y de bancada. 02. Cobre (Cu): Buje del pie de biela, balancín, casquetes, radiador. 06. Aluminio (Al): Pistones, casquetes y de cabeza de biela. 03. Estaño (Sn): Casquetes de bancada y de cabeza de biela. 07. Plomo (Pb): Casquetes de cabeza de biela y bancada. 04. Cromo ( Cr): Anillos, radiador. Caterpillar 3406

4.13.3 Transmisiones y diferenciales En la Tabla 4.12 se especifican los límites condenatorios aproximados en partes por millón (ppm), para la de los diferentes metales que pueden estar presentes en una muestra de aceite de transmisión, diferencial y sistema hidráulico, especificándolos de acuerdo a la condición de confiabilidad OC y EF.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Tabla 4.12 Tendencia al desgaste (condición OC y EF) para diferentes tipos de componentes automotrices No

Material

01 02 03 04 05 06 07 08 09

Hierro Cobre Estaño Cromo Niquel Aluminio Plomo Antimonio Manganeso

Símbolo químico

Fe Cu Sn Cr Ni Al Pb Sb Mn

Transmisión OC 100 40 20 10 20 80 40 10 10

EF 140 60 40 30 30 100 50 20 15

Componente Diferencial OC 75 50 10 10 5 50 70 5 5

EF 90 60 20 20 10 60 90 10 10

Causa probable Sistema hidráulico OC EF 75 90 70 80 30 40 40 50 10 20 50 60 50 60 25 35 10 20

Engranajes, rodamientos. Bujes, rodamientos. Cilindros. Cilindros. Bujes. Cilindros. Bujes. Bujes. Bujes.

Nota: (1) Si el fabricante de los componentes automotrices especifica otros valores, se deben tener en cuenta como límites condenatorios.

En la Tabla 4.13, se hace un resumen de los valores para la condición OC y EF de las propiedades físico-químicas de aceites ISO y SAE, contenido de aditivos, nivel de contaminación y desgaste de mecanismos. Tabla 4.13 Resumen de los valores OC y EF de las propiedades físico-químicas, contenido de aditivos, nivel de contaminación y desgaste de mecanismos.

No 01 No 01

No 01 02 03 04 05 06 07 No

01 02 03

1. PROPIEDAD FISICO - QUIMICA 1.1 Gravedad específica, gr/cm3 - Método ASTM D287 ISO SAE Componente Disminuye: OC Disminuye: EF Aumenta: OC Aumenta: EF Todo tipo de componente. x x 0,87 0,80 0,91 0,96 1.2 Viscosidad cSt a 40ºC y a 100ºC - ASTM D445 ISO SAE Componente Disminuye OC Disminuye. EF Aumenta: OC Aumenta: EF Todo tipo de componente. x x Vvalor aceite nuevo Vvalor aceite nuevo Vvalor aceite nuevo + Vvalor aceite nuevo + 10%Vvalor aceite nuevo 20%Vvalor aceite nuevo 10%Vvalor aceite nuevo 20%Vvalor aceite nuev 1.3 Número Acido Total, mgrKOH/gr.ac.us. - Método ASTM D664 ISO SAE Componente Aumenta: OC Aumenta: EF Turbina de vapor, gas, hidráulica. x 0,8(VValor aceite nuevo + 0,3) (VValor aceite nuevo + 0,3) Compresor de aire, refrigeración, gas. x 0,8(VValor aceite nuevo + 0,6) (VValor aceite nuevo + 0,6) Molino papelero, azúcar. x 0,8(VValor aceite nuevo + 0,5) (VValor aceite nuevo + 0,5) Sistema hidráulico, sistema térmico. x 0,8(VValor aceite nuevo + 0,7) (VValor aceite nuevo + 0,7) Transformador. x 0,8(VValor aceite nuevo + 0,3) (VValor aceite nuevo + 0,3) Transmisión, diferencial aceite AW. x x 0,8(VValor aceite nuevo + 0,5) (VValor aceite nuevo + 0,5) Transmisión, diferencial aceite EP. x x 0,8(VValor aceite nuevo + 0,7) (VValor aceite nuevo + 0,7) ISO SAE Componente 1.4 Número Básico Total, 1.5 Oxidación por infrarrojo - DIR mgrKOH/gr.ac.us. - Método ASTM D664 Disminuye: OC Disminuye: EF Aumenta: OC Aumenta: EF MCI gasolina. x 4 2 14 16 MCI diesel. x 6 4 12 14 MCI estacionario, marino (petróleo). x 20 15 16 18

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

04 No

01 02 03 04 No

01 02 03 04 05 06 No 01 02 03 04 No

01 02 03 04 05 06 No

01 02 03 04 No

01 02 03

MCI gas

x

2 1 4 6 1.6 Estabilidad a la oxidación por 1.7 Demulsibilidad, emulsión/tiempo bomba rotativa, RPVOT, minutos - Método ASTM D1401 Método ASTM D2272 Disminuye: OC Disminuye: EF Aumenta: OC Aumenta: EF Turbina de vapor, gas, hidráulica. x 100 50 (aceite/agua/emu (aceite/agua/emu lsión) - (39/38/3) lsión) - (25/15/40 Compresor centrífugo, tornillo. x 80 20 cm3 en 20 cm3 en 6 Generador, sistema hidráulico. x 80 20 minutos. minutos. Transmisión, diferencial. x x 100 50 ISO SAE Componente 1.8 Estabilidad a la espuma, 1.9 Corrosión, número/letra minutos/ml ó cm3 - Método ASTM Método ASTM D130 D892 Aumenta: OC Aumenta: EF Aumenta: OC Aumenta: EF Turbina de vapor, gas, hidráulica. x Secuencia I y III a 24ºC: minutos/ 2a 3b máximo cm3 de espuma Compresor centrífugo, tornillo. x Sistema hidráulico. x 5/10 10/0 Generador, soplador, ventilador. x Secuencia II a 93ºC: minutos/ máximo cm3 de espuma Transmisión, diferencial. x x Sistema circulatorio. x 5/20 10/0 1.10 Residuos de Carbón Conradson, %peso - Método ASTM D189/D524 ISO SAE Componente Aumenta: OC Aumenta: EF Compresor de pistón simple efecto. x 0,1 0,2 Compresor de pistón doble efecto. x 0,05 0,1 Sistema térmico. x 0,1 0,2 Reductor de velocidad. x 0,2 0,4 ISO SAE Componente 1.11 Insolubles en Pentano, %peso 1.12 Herrumbre, adimensional Método ASTM D893 Método ASTM D665 Aumenta: OC Aumenta: EF Disminuye: OC Disminuye. EF Todo tipo de componente industrial. x x Pasa No pasa Turbina de vapor, gas, hidráulica. x 0,005 0,006 Compresor centrífugo, tornillo CCH. x 0,1 0,15 Sistema hidráulico industrial y x 0,1 0,15 automotriz. Transmisión y diferencial automotriz. x x 0,5 0,6 Sistemas térmicos. x 1 2 Componente

ISO

SAE

Componente

ISO

SAE

MCI diesel. Compresor de refrigeración. Transformador. Turbomaquinaria. Componente

Turbina de vapor, gas, hidráulica. Compresor centrífugo, tornillo CCH. Transformador.

x

1.13 Contenido de Ceniza, % peso Método ASTM D482/874 Aumenta: OC Aumenta: EF 0,1 0,3

x x x ISO

1.14 Rigidez Dieléctrica, Kv - Método ASTM D877/D1816 Disminuye: OC Disminuye: EF 40 40 15

35 35 10

SAE

x x x 2.

No

Componente

ISO

SAE

01 02 03

Componente industrial lubricación HD. Componente industrial ubricación EHL. MCI gasolina, gas.

x x

x x x

1.15 Tensión Interfacial, Dinasxcm Método ASTM D971 Disminuye: OC Disminuye: EF 30 20 25 18 30 25 CONTENIDO DE ADITIVOS Disminuye: OC Porcentaje (%) de disminución con respecto al valor original Si Zn P Ca Bo Mg Mo 20 20 15 20 20 30 20 20 20 20 20 20 20 20 10 15 15

1.16 Factor de potencia Hz/ºC a 25ºC y a 100ºC - Método ASTM D924 Aumenta: OC Aumenta: EF

0,3

0,7

Disminuye EF Porcentaje (%) de disminución con respecto al valor original Si Zn P Ca Bo Mg Mo 10 10 5 10 10 15 10 10 10 10 10 10 10 10 5 8 8

pág. 113

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

04 05 06

MCI diesel, marino. Transmisión y diferencial automotriz lubricación HD. Transmisión y diferencial automotriz lubricación EHL.

x x

20 20

30 20

30 20

30 -

20 -

20 -

20 -

10 10

15 10

15 10

15 -

10 -

10 -

10 -

x

20

30

30

-

20

-

20

10

15

15

-

10

-

10

3. No

Componente

01 02 03 04 05 No

Componente lubricación HD y EHL. Transformador, sistema térmico. Compresor de refrigeración. Transmisión, diferencial. MCI gasolina y diesel. Componente

01 No

MCI gasolina y diesel. Componente

01 02 03

Componente industrial lubricación HD Componente industrial lubricación EHL Transmisión y diferencial automotriz lubricación HD. Transmisión y diferencial automotriz lubricación EHL MCI gasolina, diesel, gas. Componente

04 05 No 01 02 03

No

CONTAMINACION POR LIQUIDOS Y SOLIDOS SAE 3.1 (a) Agua y sedimentos ASTM D95 Aumenta: OC Aumenta: EF x 0,2 0,5 x 0,005 0,01 x 0,007 0,02 x x 0,2 0,5 x 0,2 0,5 ISO SAE 3.2(a) Dilución por combustible, % vol. ASTM D322 x 2 5 ISO SAE 3.3Partículas sólidas (4, 6 y 14) Método ISO 4406-99 Aumenta: OC Aumenta: EF x 2 códigos 4 códigos x 1 código 2 códigos x 2 códigos 4 códigos ISO

x x ISO

Componente industrial lubricación HD y EHL. MCI gasolina, diesel, gas. Transmisión y diferencial automotriz lubricación HD y EHL.

x

Componente

ISO

x x

01 02 03 No

Componente lubricación HD y EHL. MCI gasolina, diesel, gas. Transmisión y diferencial. Componente

ISO

01 No

MCI gasolina, Diesel. Componente

ISO

01

MCI gasolina, Diesel.

No 01 02 03 04 05 06 07

Componente Compresor pistón simple efecto Compresor de pistón de doble efecto. Compresor de tornillo CCH. Compresor de tornillo CCS. Compresor centrífugo, axial. Compresor de lóbulos. Compresor de paletas.

SAE

x

ISO

x x x x x x x

SAE

1 código

5 10 3.2(b) Dilución por combustible abs/cm Diferencial infrarrojo 10 12 3.4 Silicio (Si), ppm Aumenta: OC 30 20 30

Aumenta: EF 40 30 40

20

30

2 códigos

No aplica 3.5 Sodio (Na) Aumenta: OC Aumenta: EF 30 40 30 30

3.1(b) Agua, abs/cm Diferencial infrarrojo Aumenta: OC Aumenta: EF

20 50 3.6 Potasio (K), ppm Aumenta: OC Aumenta: EF 30 40

40 40

3.7 Vanadio (V), ppm Aumenta: OC Aumenta: EF 20 30 x 20 30 x 20 30 SAE 3.9 Hollín, abs/cm Infrarrojo diferencial Aumenta: OC Aumenta: EF 15 20 SAE 3.11 Nitración, abs/cm Diferencial infrarrojo Aumenta: OC Aumenta: EF 13 15 4. DESGASTE DE MECANISMOS SAE Aumenta: OC Fe Cu Sn Cr Ni Al Pb 30 15 10 15 10 20 10 40 15 10 15 10 12 15 30 20 12 12 12 12 15 25 15 35 15 5 10 15 35 20 20 20 -

30 30

40 40

3.8 Bario (Ba), ppm Aumenta: OC Aumenta: EF 20 30 20 30 20 30 3.10 Sulfatación, abs/cm Diferencial infrarrojo Aumenta: OC Aumenta: EF 13 15 3.12 Glicol, abs/cm Diferencial infrarrojo Aumenta: OC Aumenta: EF 9 15

Fe 50 60 45 35 45 45 35

Cu 25 25 30 25 25 30 30

Aumenta: EF Sn Cr Ni 15 30 15 15 30 15 16 16 16 9 15 -

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Al 30 16 16 25 -

Pb 20 25 20 -

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Ventilador. Reductor de velocidad. Reductor sinfín-corona. Motorreductor. Motor eléctrico. Turbina de vapor. Turbina hidráulica. Turbina de gas. Sistema hidráulico industrial. Bomba centrífuga. Bomba alternativa. MCI gasolina. MCI diesel automotores. MCI diesel ferrocarril. MCI diesel marinos. MCI gas. Transmisión. Diferencial. Sistema hidráulico automotriz. Molino de cemento. Molino papelero. Molino azucarero.

x x x x x x x x x x x

10 100

x x x x x x x x x x

50 30 10 30 30 30 25 10 50 50 100 100 100

80 100

75 50 50 40 70

5 10 30 5 5 10 10 10 15 5 10 15 40 50 40 40 40 50 35 30 20 50

10 12 12 12 10 5 20 20 15 20 20 20 10 30 20 20 -

10 20 40 40 40 40 10 10 40 -

10 10 10 10 10 5 10 10 15 15 12 20 5 10 20 15 -

15 15 15 10 10 10 20 20 20 40 40 80 50 50 -

4.12 INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS DEL ANALISIS CONTAMINACION DEL ACEITE POR LIQUIDOS Y PARTICULAS SOLIDAS

10 10 10 40 50 50 50 40 40 70 50 -

16

8 15 45 10 8 15 15 15 20 8 15 40 50 60 50 50 60 60 50 45 35 70

150

75 45 15 50 50 50 40 15 70 80 120 130 120 120 140

90 65 70 60 90

AL

15 25 25 25 15 8 30 40 25 30 30 40 20 40 25 35 -

NIVEL

15 30 50 50 60 60 30 20 50 -

15 15 15 15 15 10 12 25 20 20 15 30 10 20 35 25 -

DE

En la Tabla 4.8 se dan los valores máximos permisibles del nivel de contaminación del aceite según las pruebas ASTM e ISO, referenciadas de acuerdo a la condición de confiabilidad OC y EF, así: Tabla 4.8 Limites condenatorios del aceite de acuerdo al nivel de contaminación por líquidos y partículas sólidas según pruebas ASTM e ISO 01. Agua y sedimentos, %volumen, Método ASTM D95/96 y abs / cm por Análisis Infrarrojo Diferencial (DIR) Descripción: Se evalúa para evitar que se rompa la película lubricante h o , que se presente corrosión y herrumbre en los mecanismos lubricados y por lo tanto que genere un desgaste adhesivo, fatiga superficial y corrosivo anormales. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO:  Condensación de agua en el carter o 4. 0,2% por volumen para cualquier tipo de aceite. depósito de aceite (ISO). 5. 0,005% por volumen para los aceites de transformador y  Válvula PCV (Venteo positivo del carter) transferencia de calor. atascada o defectuosa (SAE para MCI). 6. 0,007% por volumen para los aceites de refrigeración.  Sellos defectuosos. Condición EF para aceites ISO:  Falta venteo. 4. 0,5% por volumen para cualquier tipo de aceite.  Almacenamiento incorrecto a la intemperie. 5. 0,01% por volumen para los aceites de transformador,  Tubos de enfriadores de aceite rotos. transferencia de calor. 6. 0,02% por volumen para los aceites de refrigeración. Condición OC para aceites SAE de MCI: 5 abs / cm por DIR para gasolina, diesel y gas. Condición EF para aceites SAE de MCI: 10 abs / cm por DIR para gasolina, diesel y gas.

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25 25 25 15 15 15 40 40 40 50 60 100

60 60 -

15 15 15 60 60 70 70 50 50 90 60 -

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 0,2% por volumen para cualquier tipo de aceite. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 0,5% por volumen para cualquier tipo de aceite. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 02. Dilución por combustible, %volumen, Método ASTM D322 y abs / cm por Análisis Infrarrojo Diferencial (DIR) Descripción: Se evalúa para evitar que se rompa la película lubricante ho, en los mecanismos de los MCI y por lo tanto que genere un desgaste adhesivo anormal. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No se avalúa.  Motor en ralentí durante largo tiempo. Condición OC para aceites SAE de MCI: 2% por volumen, ASTM  Marcha en vacío a baja temperatura. D322 y 10 abs / cm, DIR, para gasolina y diesel.  Desgaste de anillos y cilindros Condición EF para aceites SAE de MCI: 5% por volumen, ASTM  Mala carburación ó filtro de aire obstruido. D322 y 12 abs / cm, para gasolina y diesel.  Ventilación del carter deficiente (PCV). Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y  Inyectores defectuosos. diferencial: No se evalúa. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 03. Contaminación por partículas sólidas Método ISO 4406-99 Descripción: Se evalúa para controlar el desgaste erosivo y abrasivo en los mecanismos lubricados de las máquinas industriales. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: Ver Tabla 4.3 - ISO 4406-99 de  Venteo defectuoso. acuerdo a cada tipo de mecanismo o componente lubricado. Se  Mal almacenamiento, manejo y aplicación aceptan 2 códigos de contaminación por encima del código ISO del aceite. 4406-99 recomendado.  Aceite nuevo por fuera de especificaciones. Condición EF para aceites ISO: Se aceptan 4 códigos de  Proceso de filtración del aceite deficiente. contaminación por encima del código ISO 4406-99 recomendado.  Bombas, recipientes, mangueras Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. contaminados. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: Ver Tabla ISO 4409-99 de acuerdo a cada tipo de mecanismo o componente lubricado. Se aceptan 2 códigos de contaminación por encima del código ISO 4406-99 recomendado. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: Se aceptan 4 códigos de contaminación por encima del código ISO 4406-99 recomendado. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 04. Contaminación por Silicio - Sílice (Si), ppm Espectrofotometría por absorción atómica

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Descripción: Se evalúa para controlar el desgaste erosivo y abrasivo en los mecanismos lubricados de las máquinas industriales y automotrices. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: 20 ppm para cualquier tipo de  Venteo defectuoso. aceite.  Mal almacenamiento, manejo y aplicación Condición EF para aceites ISO: 35 ppm, para cualquier tipo de del aceite. aceite. Condición OC para aceites SAE de MCI: 20 ppm para  Aceite nuevo contaminado. cualquier tipo de aceite.  Proceso de filtración del aceite deficiente. Condición EF para aceites SAE de MCI: 50 ppm para cualquier  Bombas, recipientes y mangueras tipo de aceite. contaminados. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial:  Filtro de aire defectuoso o inadecuado. 20 ppm para cualquier tipo de aceite. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 35 ppm para cualquier tipo de aceite. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 05. Contaminación con Sodio (Na), ppm Espectrofotometría por absorción atómica Descripción: Se evalúa para detectar el ingreso de partículas del ambiente hasta el aceite. Es frecuente en aceites que operan en componentes de máquinas cercanas al mar. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: 30 ppm sobre el valor original para  Venteo defectuoso. cualquier tipo de aceite.  Mal almacenamiento, manejo y aplicación Condición EF para aceites ISO: 40 ppm sobre el valor original para del aceite. cualquier tipo de aceite.  Aceite nuevo contaminado. Condición OC para aceites SAE de MCI: 30 ppm sobre el valor  Proceso de filtración del aceite deficiente. original para cualquier tipo de aceite.  Bombas, recipientes, mangueras Condición EF para aceites SAE de MCI: 40 ppm sobre el valor contaminados. original para cualquier tipo de aceite.  Filtro de aire defectuoso o inadecuado. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 30 ppm sobre el valor original para cualquier tipo de aceite. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 40 ppm sobre el valor original para cualquier tipo de aceite. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 06. Contaminación por Potasio (K), ppm Espectrofotometría por absorción atómica Descripción: Se evalúa para detectar el ingreso de partículas del ambiente hasta el aceite. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: 30 ppm para cualquier tipo de  Venteo defectuoso. aceite.  Mal almacenamiento, manejo y aplicación Condición EF para aceites ISO: 40 ppm para cualquier tipo de del aceite. aceite.  Aceite nuevo contaminado. Condición OC para aceites SAE de MCI: 30 ppm para cualquier  Proceso de filtración del aceite deficiente. tipo de aceite.  Bombas, recipientes, mangueras Condición EF para aceites SAE de MCI: 40 ppm para cualquier contaminados. tipo de aceite.  Filtro de aire defectuoso o inadecuado.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 30 ppm para cualquier tipo de aceite. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 40 ppm para cualquier tipo de aceite. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 07. Contaminación con Vanadio (V), ppm Espectrofotometría por absorción atómica Descripción: Se evalúa para detectar el ingreso de partículas del ambiente hasta el aceite. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: 20 ppm para cualquier tipo de  Combustible no quemado. aceite. Condición EF para aceites ISO: 30 ppm para cualquier tipo de aceite. Condición OC para aceites SAE de MCI: 20 ppm para cualquier tipo de aceite. Condición EF para aceites SAE de MCI: 30 ppm para cualquier tipo de aceite. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 20 ppm para cualquier tipo de aceite. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 30 ppm para cualquier tipo de aceite. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 08. Contaminación por Bario (Ba), ppm Espectrofotometría por absorción atómica Descripción: Se evalúa para detectar el ingreso de partículas del ambiente hasta el aceite. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC para aceites ISO: 20 ppm para cualquier tipo de  Anticongelante del radiador. aceite. . Condición EF para aceites ISO: 30 ppm para cualquier tipo de aceite. Condición OC para aceites SAE de MCI: 20 ppm para motores a gasolina y diesel y 40 ppm para motores de ferrocarril y marinos. Condición EF para aceites SAE de MCI: 30 ppm para motores a gasolina y diesel y 40 ppm para motores de ferrocarril y marinos. Condición OC para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 20 ppm para cualquier tipo de aceite. Condición EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: 30 ppm para cualquier tipo de aceite. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 09. Contaminación con Hollín, abs / cm DIR Descripción: Evalúa la eficiencia del proceso de combustión del motor de combustión interna.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No se aplica. - Exceso de combustible en el proceso de Condición OC para aceites SAE de MCI: 15 abs/cm para cualquier combustión. tipo de aceite. - Combustible de mala calidad. Condición EF para aceites SAE de MCI: 20 abs/cm para cualquier - Filtro de aire defectuoso o en mal estado. tipo de aceite. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 10. Contaminación por Sulfatación, abs / cm DIR Descripción: Evalúa la presencia de azufre en el combustible. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No se aplica. - Contenido de azufre en el aceite por fuera Condición OC para aceites SAE de MCI: 13 abs/cm para cualquier de especificaciones. tipo de aceite. - Bajo nivel de detergencia - dispersancia Condición EF para aceites SAE de MCI: 15 abs/cm para cualquier del aceite utilizado. tipo de aceite. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 11. Contaminación por Nitración, abs / cm DIR Descripción: Evalúa la presencia de barnices, lacas y gomas en las zonas más calientes del motor. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No se aplica. - Contenido de azufre en el aceite por fuera Condición OC para aceites SAE de MCI: 13 abs/cm para cualquier de especificaciones. tipo de aceite. - Bajo nivel de detergencia - dispersancia Condición EF para aceites SAE de MCI: 15 abs/cm para cualquier del aceite utilizado. tipo de aceite. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. 12. Contaminación con Glicol, abs / cm DIR Descripción: Evalúa el estado del radiador (sistema de enfriamiento) del motor de combustión interna. Valor máximo permisible Causas posibles que la pueden afectar Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica.  Anticongelante del radiador. Condición OC para aceites SAE de MCI: 9 absorbancias/cm para cualquier tipo de aceite.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Condición EF para aceites SAE de MCI: 15 absorbancias/cm con respecto al valor original para cualquier tipo de aceite. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica. Valor mínimo permisible Condición OC y EF para aceites ISO: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de MCI: No aplica. Condición OC y EF para aceites SAE de transmisiones y diferencial: No aplica.

Causas posibles que la pueden afectar

4.14 FORMATOS PARA REPÒRTAR RESULTADOS DE ANALISIS DE LABORATORIO A ACEITES ISO Y SAE El formato de la Tabla 4.14 se utiliza para reportar los resultados de los análisis de laboratorio efectuados a la viscosidad de los aceites industriales ISO y SAE para transmisiones y diferenciales en cSt/40ºC y en cSt/100ºC, el TAN, mgrKOH/gr.ac.us., contenido de aditivos, contaminación por líquidos, por partículas sólidas, por partículas metálicas y el contenido de metales de desgaste, ppm; permite adicionalmente analizar la información obtenida, y sacar las recomendaciones que sean necesarias. Cada parámetro con el fin de facilitar su análisis, se evalúa de acuerdo con un factor, f x, modificador de vida disponible, Vd, el cual se compara con respecto a 1 de la siguiente manera: -

-

-

Operación Confiable (OC) cuando fx > 1: mantiene la Vida Disponible, Vd, garantizando que los diferentes tipos de desgaste que se presentan son normales. La x del subíndice de f se refiere a cualquiera de los parámetros analizados. En Falla (EF) cuando fx < 1: reduce de forma drástica la Vida Disponible, Vd, hasta tal punto que puede dar lugar a la falla catastrófica del mecanismo lubricado debido a un desgaste adhesivo crítico. Operación en Falla (OF) cuando OC: f x < 1.0 y EF: fx > 1: reduce la Vida Disponible, Vd, del mecanismo, debido a que acelera principalmente el desgaste por fatiga superficial.

Para comprender mejor el uso de la Tabla 4.14, se recomienda estudiar y analizar el Ejemplo 4.3 y Ejemplo 4.4. En el caso del análisis de la viscosidad de los aceites industriales ISO y SAE para transmisiones y diferenciales, cuando el componente de la máquina en el cual trabaja el aceite no está incluido en un programa de confiabilidad que involucre simultáneamente junto con el análisis del aceite en el laboratorio, la toma de la temperatura de operación en la zona de fricción, T op zona de fricción, por termografía y las vibraciones de forma espectral, se toman como valores condenatorios los que se especifican en la Tabla 4.6; mientras que si dicho componente está incluido en un programa de confiabilidad, es necesario hacer uso del Gráfíco ASTM D341, Viscosidad - Temperatura, y analizar la película lubricante, h o, en función de la viscosidad del aceite usado en cSt/40ºC y en cSt/100ºC, temiendo en cuenta la temperatura de operación, T op zona de fricción mínima y máxima en la zona de fricción.

Tabla 4.14 Resultados de los análisis de laboratorio de acuerdo con los valores permisibles para la condición OC y EF del aceite industrial ISO - AW / EP 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Nombre Proceso industrial Ciudad País Dirección

1. Datos de la empresa y del funcionario responsable 1.6 Nombre del funcionario 1.7 Cargo 1.8 Correo electrónico 1.9 Celular 1.10 Teléfono fijo

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2. Datos del laboratorio y del funcionario responsable 2.6 Cargo 2.7 Correo electrónico 2.8 Celular 2.9 Teléfono fijo 2.10 3. Especificaciones de la máquina y del componente 3.1 Fecha toma de muestra de aceite 3.4 Código máquina 3.2 Ciudad 3.5 Componente 3.3 Máquina 3.6 Código componente 4. Especificaciones del aceite 4.1 Clase Mineral Sintético Vegetal 4.6 Marca del lubricante. 4.2 Tipo Aceite Grasa Sólido 4.7 Volumen de aceite, galones.. 4.3 Categoría H1 H2 H3 4.8 Cantidad añadida entre cambios, galones. 4.4 Clasificación ISO AW EP1 EP2 EP3 4.9 Temperatura del aceite en el carter, ºC. SAE API 4.10 Frecuencia cambio aceite. Horas Kilómetros 4.5 Nombre del lubricante 4.11 Fecha del último cambio de aceite. 5.Pruebas básicas Factor, fx , modificador de Vida Disponible, Vd No Factor fx modificador de Aceite Valor permisible Cálculo del Condición vida disponible Vd Ver Tablas 4.6, 4.8, 4.10 y 4.13 factor, fx de acuerdo con el tipo de Resultados OC → fx > 1 OC: Operación componente de laboratorio EF → fx < 1 Confiable OF: OC → fx < 1.0 y EF → fx > 1 OF: Operación en Falla. EF: En falla. Valor VPERMISIBLE VPERMISIBLE fx fx OC OF EF Nuevo Usado OC EF OC EF VREALN VREALU (VPERM-OC ) (VPERM-EF ) 5.1 Factor de viscosidad, fviscosidad cSt/40ºC y fviscosidad cSt/100ºC , ASTM D445 = VPERMISBLE OC Y EF / VREALU Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.6 y Tabla 4.13 Aumento de la viscosidad del aceite usado con respecto a la del aceite nuevo Factor de viscosidad, fviscosidad cSt/40ºC y fviscosidad cSt/100ºC , ASTM D445 = VPERMISBLE OC Y EF / VREALU VREALN VREALU No Parámetro VPERM-OC VPERM-EF VPER. OC / VREALU A VPER. EF / VREALU OC OF EF 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

Nombre Ciudad País Dirección Nombre del funcionario

40º Y A 100ºC

5.1.1 5.1.2

No

OF

EF

Parámetro OC OF EF/ VREALU TAN PERM. OC Y EF / REALU 5.3 Factor del contenido de aditivos metálicosppm, EAA: fZinc , fFósforo , fCalcio , fBario , fSodio , fMagnesio = VREALU / VPERMISBLE OC Y EF Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.7 y Tabla 4.13 VREALN VREALU Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VREALU / VPER. OC VREALU / VPER. EF OC OF Silicio REALU / PERM. OC Y EF Zinc REALU / PERM. OC Y EF Fósforo REALU / PER. OC Y EF Calcio REALU / PERM. OC Y EF. Boro REALU / PERM. OC Y EF Magnesio REALU / PER OCYEF MolibdenoREALU / PER OCYEF

EF

OC A 40º Y A 100ºC

5.1.3 5.1.4

No 5.2.1

No 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5 5.3.6 5.3.7

A 40º Y A 100ºC

VPERM. OC Y EF / REALU A 40ºc VPERM. OC Y EF / REALU A100ºc Disminución de la viscosidad del aceite usado con respecto a la del aceite nuevo Factor de viscosidad, fviscosidad cSt/40ºC y fviscosidad cSt/100ºC , ASTM D445 = VREALU / VPERMISBLE OC Y EF VREALN VREALU Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISBLE EF VREALU / VPERM. VREALU / VPERM.

OC

EF A 40º Y A 100ºC

VREALU / PERM. OC Y EF A 40ºC VREALU / PERM. OC Y EF A 100ºC 5.2 Factor de TAN, fTAN mgrKOH/gr.ac.us ,ASTM D664 = VPERMISBLE OC Y EF / VREALU Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.6 y Tabla 4.13 VREALN VREALU VPERMISBLE OC VPERMISBLE EF VPERM. OC/ VREALU VPERM.

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EF

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

5.4 Factor de contaminación por líquidos y partículas sólidas, fagua, %vol. ASTMD 95, fPartículas 4,6,14 μm, ISO 4406-99 = VPERMISBLE OC Y EF / VREAL Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.3, Tabla 4.8 y Tabla 4.13 VREALN VREALU No Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VPER OC / VREALU VPER EF / VREALU OC OF EF 5.4.1 Agua PERM. OC Y EF / REALU 5.4.2 Partículas ISO 4406 / cm3. 4 μm PERM. OC Y EF / REALU 6 μm PERM. OC Y EF / REALU 14 μm PERM. OC Y EF / REALU 5.5 Factor de contaminación por partículas metálicas, ppm , EAA, fSilice, , fvanadio , fBoro , fBario = VPERMISBLE OC Y EF / VREALU Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.8 y Tabla 4.13 VREALN VREALU No Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VPER OC / VREALU VPER EF / VREALU OC OF EF 5.5.1 Sílice PERM. OC Y EF / REALU 5.5.2 Sodio PERM. OC Y EF / REALU 5.5.3 Potasio PER. OC Y EF / REALU 5.5.4 Vanadio PER. OC Y EF / REALU 5.5.5 Bario PERM. OC Y EF / REALU 5.6 Factor por contenido de metales de desgaste, ppm , EAA, fHierro , fAluminio , fCromo , fEstaño , fCobre , fPlomo , fPlata = VPERMISBLE OC Y EF / VREALU Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.9, Tabla 4.12 y Tabla 4.13 VREALN VREALU No Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VPER OC / VREALU VPER EF / VREALU OC OF EF 5.6.1 Hierro PERM. OC Y EF / REALU 5.6.2 Cobre PERM. OC Y EF / REALU 5.6.3 Estaño PERM. OC Y EF / REALU 5.6.4 Cromo PERM. OC Y EF / REALU 5.6.5 Niquel PERM. OC Y EF / REALU 5.6.6 Aluminio PER. OC Y EF / REALU 5.6.7 Plomo PERM. OC Y EF / REALU 6. Pruebas especiales (las siguientes se toman como ejemplo) 6.1 Factor de Tensión interfacial, Dinasxcm, ASTM D971 = VREALU / VPERMISBLE OC Y EF Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver Tabla 4.6 y Tabla 4.13 VREALN VREALU No Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VREALU / VPER. OC VREALU / VPERM. EF OC OF EF 6.1 Tens. I. REALU / PERM. OC Y EF 6.2 Demulsibilidad, aceite/agua/emulsión, 20 y 60 minutos, ASTM D1401 = VREALU / VPERMISBLE OC Y EF Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver Tabla 4.6 y Tabla 4.13 VREALN VREALU No Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VREALU / VPER. OC VREALU / VPERM. EF OC OF EF 6.2 Demul. REALU / PERM. OCY EF 6.3 Rigidez dieléctrica, Kv, ASTM D877 = VREALU / VPERMISBLE OC Y EF Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver Tabla 4.6 y Tabla 4.13 VREALN VREALU No Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VREALU / VPER. OC VREALU / VPERM. EF OC OF EF 6.3 Rigid. D. REALU / PER. OC Y EF 6.4 Estabilidad a la oxidación en bomba rotativa (RPVOT), minutos, ASTM D2272 = VREALU / VPERMISBLE OC Y EF Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver Tabla 4.6 y Tabla 4.13 VREALN VREALU No Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VREALU / VPER. OC VREALU / VPER. EF OC OF EF 6.4 RPVOTREALU / PERM. OC Y EF Recomendaciones Generales: 1) 2) 3) 4) 5)

Viscosidad, cSt/40ºC, ASTM D445: Condición ... Viscosidad, cSt/100ºC, ASTM D445: Condición … Oxidación por TAN, mgrKOH/gr.ac.us., ASTM D664: Condición … Contenido de aditivos, ppm, EAA: Condición … Nivel de contaminación por partículas sólidas: mayores de 4 micras en Condición OC; mayores de 6 micras en Condición OC; mayore de 14 micras, ISO 4406-99: Condición … 6) Contaminación por partículas metálicas, ppm, EAA: Condición … 7) Contenido de metales de desgaste, ppm, EAA: Condición ... 8) Tensión Interfacial, Dinas x cm, ASTM D971: Condición ... 9) Rigidez Dieléctrica, kv, ASTM D877: Condición … 10) Demulsibilidad, aceite/agua/emulsión, ASTM D1401: Condición …

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 11) Estabilidad a la oxidación por bomba rotativa, minutos, ASTM D2272: Condición …

El formato de la Tabla 4.15 se utiliza para reportar los resultados de los análisis de laboratorio efectuados a la viscosidad de los aceites automotrices SAE para MCI en cSt/40ºC y en cSt/100ºC, el TBN, mgrKOH/gr.ac.us., contenido de aditivos, contaminación por líquidos, por partículas sólidas, por partículas metálicas y el contenido de metales de desgaste, ppm; permite adicionalmente analizar la información obtenida, y sacar las recomendaciones que sean necesarias. Cada parámetro con el fin de facilitar su análisis, se evalúa de acuerdo con un factor modificador de Vida Disponible, Vd, el cual se compara con respecto a 1, de la siguiente manera: -

-

-

Operación Confiable (OC) cuando fx > 1: mantiene la Vida Disponible, Vd, garantizando que los diferentes tipos de desgaste que se presentan son normales. La x del subíndice de f se refiere a cualquiera de los parámetros analizados. En Falla (EF) cuando fx < 1: reduce de forma drástica la Vida Disponible, Vd, hasta tal punto que puede dar lugar a la falla catastrófica del mecanismo lubricado debido a un desgaste adhesivo crítico. Operación en Falla (OF) cuando OC: f x < 1.0 y EF: fx > 1: reduce la Vida Disponible, Vd, del mecanismo, debido a que acelera principalmente el desgaste por fatiga superficial.

Para comprender mejor el uso de la Tabla 4.15, se recomienda estudiar y analizar el Ejemplo 4.5. Tabla 4.15 Resultados de los análisis de laboratorio de acuerdo con los valores permisibles para la condición OC y EF del aceite automotriz SAE/API 1. Datos de la empresa y del funcionario responsable 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Nombre Proceso industrial Ciudad País Dirección

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

Nombre Ciudad País Dirección Nombre del funcionario

3.1 3.2 3.3

Fecha toma de muestra de aceite Ciudad Máquina

4.1 4.2 4.3 4.4

Clase Tipo Categoría Clasificación

4.5

No

Mineral Aceite H1 ISO SAE Nombre del lubricante

Factor fx modificador de vida disponible Vd

1.6 Nombre del funcionario 1.7 Cargo 1.8 Correo electrónico 1.9 Celular 1.10 Teléfono fijo 2. Datos del laboratorio y del funcionario responsable 2.6 Cargo 2.7 Correo electrónico 2.8 Celular 2.9 Teléfono fijo 2.10 3. Especificaciones de la máquina y del componente 3.4 Código máquina 3.5 Componente 3.6 Código componente 4. Especificaciones del aceite Sintético Vegetal 4.6 Marca del lubricante. Grasa Sólido 4.7 Volumen de aceite, galones.. H2 H3 4.8 Cantidad añadida entre cambios, galones. AW EP1 EP2 EP3 4.9 Temperatura del aceite en el carter, ºC. API 4.10 Frecuencia cambio aceite. Horas 4.11 Fecha del último cambio de aceite. 5.Pruebas básicas Factor, fx , modificador de Vida Disponible, Vd

Aceite Resultados de laboratorio

Valor

Valor permisible Ver Tablas 4.6, 4.8, 4.10 y 4.13 de acuerdo con el tipo de componente

VPERMISIBLE

VPERMISIBLE

Kilómetros

Cálculo del factor, fx OC → fx > 1 EF → fx < 1 OF: OC → fx < 1.0 y EF → fx > 1

fx

fx

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Condición

OC: Operación Confiable OF: Operación en Falla. EF: En falla. OC OF EF

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

No

Nuevo Usado OC EF OC EF VREALN VREALU (VPERM-OC ) (VPERM-EF ) 5.1 Factor de viscosidad, fviscosidad cSt/40ºC y fviscosidad cSt/100ºC , ASTM D445 Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.6 y Tabla 4.13 Aumento de la viscosidad del aceite usado con respecto a la del aceite nuevo Factor de viscosidad, fviscosidad cSt/40ºC y fviscosidad cSt/100ºC , ASTM D445 = VPERMISBLE OC Y EF / VREALU Parámetro VREALN VREALU VPERM-OC VPERM-EF VPER. OC / VREALU VPER. EF / VREALU A 40º Y A 100ºC

5.1.1 5.1.2

No

VPERM. OC Y EF / REALU A 40ºC VPERM. OC Y EF / REALU A100ºC Disminución de la viscosidad del aceite usado con respecto a la del aceite nuevo Factor de viscosidad, fviscosidad cSt/40ºC y fviscosidad cSt/100ºC , ASTM D445 = VREALU / VPERMISBLE OC Y EF Parámetro VREALN VREALU VPERMISIBLEOC VPERMISBLE EF VREALU / VPER. OC VREALU / VPER. EF A 40º Y A 100ºC

5.1.3 5.1.4

No 5.2.1

OC

OF

EF

OC

OF

EF

A 40º Y A 100ºC

A 40º Y A 100ºC

VREALU / PERM. OC Y EF A 40ºC VREALU / PERM. OC Y EF A100ºC 5.2 Factor de TBN, , fTBN mgrKOH/gr.ac.us , ASTM D664 = VREALU / VPERMISBLE OC Y EF Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver Tabla 4.6 y Tabla 4.13 VREALN VREALU VPERMISBLE OC VPERMISBLE EF VREALU / VPER. OC VREALU / VPER. EF

Parámetro OC OF EF TBN REALU / PERM. OC Y EF 5.3 Factor del contenido de aditivos metálicosppm, EAA: fZinc , fFósforo , fCalcio , fBario , fSodio , fMagnesio = VREALU / VPERMISBLE OC Y EF Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.7 y Tabla 4.13 No Parámetro VREALN VREALU VPERMISIBLEOC VPERMISIBLE EF VREALU / VPER. OC VREALU / VPER. EF OC OF EF 5.3.1 Silicio REALU / PERM. OC Y EF 5.3.2 Zinc REALU / PERM. OC Y EF 5.3.3 Fósforo REALU / PER. OC Y EF 5.3.4 Calcio REALU / PERM. OC Y EF. 5.3.5 Boro REALU / PERM. OC Y EF 5.3.6 MagnesioREALU / PER. OCYEF 5.3.7 MolibdenoREALU / PER OCYEF 5.4 Factor de contaminación por líquidos y partículas sólidas, fCombustible, %vol, ASTMD 322, (fCombustible abs. / cm , fHollín, abs. / cm , fSulfatación, abs./ cm fNitración, abs / cm , fGliool , abs / cm , fOxidación, abs / cm , fAgua , abs / cm, ), abs/cm, DIR = = VPERMISBLE OC Y EF / VREALU Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver Tabla 4.8 y Tabla 4.13 No Parámetro VREALN VREALU VPERMISIBLEOC VPERMISIBLE EF VPER OC / VREALU VPER EF / VREALU OC OF EF 5.4.1 Comb. PERM. OC Y EF / REALU 5.4.2 Comb. PERM. OC Y EF / REALU 5.4.3 Hollín PERM. OC Y EF / REALU 5.4.4 SulfataciónPER.OCYEF/REALU 5.4.5 NitraciónPERM.OCYEF/ REALU 5.4.6 Glicol PERM. OC Y EF / REALU 5.4.7 OxidaciónPERM.OCYEF/REALU 5.4.8 Agua PERM. OC Y EF / REALU 5.5 Factor de contaminación por partículas metálicas, ppm , EAA, fSilice, , fvanadio , fBoro , fBario = VPERMISBLE OC Y EF / VREALU Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.8 y Tabla 4.13 No Parámetro VREALN VREALU VPERMISIBLEOC VPERMISIBLE EF VPER OC / VREALU VPER EF / VREALU OC OF EF 5.5.1 Sílice PERM. OC Y EF / REALU 5.5.2 Sodio PERM. OC Y EF / REALU 5.5.3 Potasio PERM. OC Y EF/ REALU 5.5.4 Vanadio PER. OC Y EF / REALU 5.5.5 Bario PERM. OC Y EF / REALU 5.6 Factor por contenido de metales de desgaste, ppm , EAA, fHierro , fAluminio , fCromo , fEstaño , fCobre , fPlomo , fPlata = VPERMISBLE OC Y EF / VREALU Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.9, Tabla 4.12 y Tabla 4.13 No Parámetro VREALN VREALU VPERMISIBLEOC VPERMISIBLE EF VPER OC / VREALU VPER EF / VREALU OC OF EF 5.6.1 Hierro PERM. OC Y EF / REALU 5.6.2 Cobre PERM. OC Y EF / REALU 5.6.3 Estaño PERM. OC Y EF / REALU 5.6.4 Cromo PERM. OC Y EF / REALU

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5.6.5 5.6.6 5.6.7

Niquel PERM. OC Y EF / REALU Aluminio PER. OCYEF / REALU Plomo PERM. OC Y EF / REALU

Recomendaciones Generales: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)

Viscosidad, cSt/40ºC, ASTM D445: Condición ... Viscosidad, cSt/100ºC, ASTM D445: Condición … Oxidación por TBN, mgrKOH/gr.ac.us., ASTM D664: Condición … Contenido de aditivos, ppm, EAA: Condición … Contaminación por líquidos: Condición ….. Contaminación por partículas metálicas, ppm, EAA: Condición … Contenido de metales de desgaste, ppm, EAA: Condición ...

4.15 INTERVALOS DE DRENAJE DEL ACEITE El análisis periódico de las propiedades físico-químicas y del nivel de contaminación del aceite según las pruebas ASTM e ISO permiten determinar los intervalos de cambio del aceite ISO y SAE para MCI y para transmisiones y engranajes automotrices. Estas frecuencias de cambio varían para cada tipo de aceite, pero pueden estar dentro de los siguientes intervalos de tiempo: -

Aceites minerales industriales ISO y SAE para transmisiones y diferenciales con IV entre 90 y 120: Si trabajan entre 40º y 50ºC se cambian cada 10.000 horas de operación aproximadamente. Por cada 10ºC de incremento en la temperatura de operación, por encima de los 50ºC se reduce a la mitad la frecuencia de cambio del aceite.

-

Aceites sintéticos industriales ISO y SAE para transmisiones y diferenciales con IV mayor de 140: Si trabajan entre 40º y 50ºC se cambian cada 50.000 horas de operación aproximadamente. Por cada 10ºC de incremento en la temperatura de operación, por encima de los 50ºC se reduce a la mitad la frecuencia de cambio del aceite.

-

Aceites vegetales industriales ISO y SAE para transmisiones y diferenciales con IV mayor de 140: Si trabajan entre 40º y 50ºC se cambian cada 25.000 horas de operación aproximadamente. Por cada 10ºC de incremento en la temperatura de operación, por encima de los 50ºC se reduce a la mitad la frecuencia de cambio del aceite.

-

Aceites SAE para MCI: Se cambian de acuerdo con las recomendaciones especificadas en la Tabla 4.15. Tabla 4.15 Intervalos de drenaje para aceites multígrados con especificación API CI recomendados por algunos fabricantes de motores Diesel No

01 02 03 04 05 06 07

Fabricante

Cummins. Mack carter pequeño. Mack carter grande. Caterpillar sin filtro auxiliar. Caterpillar con filtro auxiliar. Detroit Diesel de 2 tiempos. Detroit Diesel de 4 tiempos.

Frecuencia de cambio del aceite Kilómetros Mineral Sintético SHC Vegetal 25.000 40.000 30.000 25.000 40.000 30.000 35.000 50.000 40.000 15.000 20.000 17.000 30.000 50.000 40.000 10.000 15.000 12.000 20.000 40.000 30.000

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Notas: (1) Para consumos de aceite de un galón por cada 225 a 280 galones de combustible. (2) Para combustibles con un contenido máximo de 0,1% por peso de azufre. (3) Cuando los aceites SAE para MCI diesel se cambian por horas de operación se recomiendan 500 horas como mínimo. (4) Para aceites SAE para MCI a gasolina con especificación API SL o SM, la frecuencia de cambio del aceite puede ser de cada 10.000 km de recorrido, teniendo en cuenta la calidad del filtro de aire, combustible y aceite.

4.15 TOMA DE LA MUESTRA DE LUBRICANTE El procedimiento para la toma de muestras de aceite o de grasa de mecanismos lubricados debe ser tal que garantice que los resultados obtenidos si son representativos de la condición real en la que se encuentra trabajando el lubricante, ya que de lo contrario, dichos resultados conducirán a la toma de decisiones erradas que conllevarán a grandes pérdidas de producción y altos costos de mantenimiento para la empresa. Los siguientes aspectos se deben tener en cuenta para definir correctamente el procedimiento para la toma de las muestras del lubricante que está dentro del programa de análisis de laboratorio: -

Tipo de máquina: industrial ISO o automotriz SAE. Identificación del tipo de componente. Sistema de lubricación: Si es por salpique o por circulación de aceite. Filtros: Si cuenta con filtros de aire, venteo, aceite y combustible. Punto de muestreo o de puertos: Ubicación del punto donde se va a tomar la muestras de lubricante. Cantidad de puntos o de puertos de muestreo: De acuerdo con el sistema de lubricación se define la cantidad de puntos donde se van a tomar las muestras de aceite. Cantidad de lubricante que se debe tomar: Dependiendo de las pruebas de laboratorio que se le vayan a efectuar al lubricante, se define que cantidad de lubricante (aceite o grasa) que se debe tomar del componente de la máquina.

4.15.1 Toma de muestras de aceite La toma de la muestra de aceite depende de si la máquina es industrial o automotriz, siendo en todos los casos mucho más sencillo tomar la muestra de aceite en una máquina automotriz, ya sea en el motor, transmisión o diferencial, que en una máquina industrial, donde se presentan muchas más variables, siendo una de las más importantes si el componente lubricado con aceite cuenta o no con puertos de muestreo, lo que conlleva a que los procedimientos utilizados sean claros y precisos. Toma de muestras de aceite en componentes de máquinas industriales con puertos de muestreo En las máquinas industriales básicamente hay dos sistemas de lubricación, salpique y circulación, que es necesario tener en cuenta para definir dónde se van a tomar las muestras de aceite y cuántas de deben tomar de acuerdo con los objetivos que se tengan en cuanto a la información que se debe obtener del aceite, dentro de los programas de confiabilidad que se estén desarrollando en la empresa. -

Toma de muestras de aceite en máquinas con sistemas de lubricación por salpique: En este caso el aceite se encuentra localizado en el carter de la máquina y es salpicado por alguno de los mecanismos que la constituyen (engranajes, anillos, cangilones, etc) hasta la zona de fricción de los mecanismos lubricados, donde forma la película lubricante h o, reduce la fricción,

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV enfria, amortigua y evacua impurezas, y luego regresa de nuevo al carter para reacondicionarse y repetir sucesivamente el mismo ciclo mientras la máquina esté operando o el aceite llegue al final de su vida de servicio y sea necesario cambiarlo. La información que contiene el aceite, con respecto a la formación de ácidos débiles o fuertes debido al proceso de oxidación, contaminantes sólidos y líquidos, y elementos metálicos de aditivos, contaminantes metálicos y metales de desgaste de los mecanismos lubricados, se vuelven miscibles con él, permanecen en suspensión y recirculan permanentemente, llegando de nuevo hasta la zona de fricción de los mecanismos. Los elementos miscibles con el aceite, algunos se solubilizan y otros se vuelven no solubles, precipitándose los más pesados, como los metales de desgaste mayores de 50 micras, el agua libre, los lodos y las gomas al fondo del carter, y las lacas y barnices se adhieren a las paredes del carter; esta situación hace que al momento de tomar la muestra de aceite, se deba hacer de tal manera que se obtenga la mayor información posible de la condición global del aceite. Con el fin de garantizar que la muestra de aceite usado que se tome en la máquina, es representativa de la condición global en que se encuentra el aceite, es necesario tomarla a la temperatura de operación del aceite en el carter de la máquina, esto permite que el aceite al tener menor viscosidad, trate de generar condiciones de flujo turbulento en el carter, lo cual hace que los elementos no solubles presentes en el fondo del carter de la máquina. se agiten, que el agua libre, barnices y lodos se traten de mezclar de nuevo con el aceite, propiciando la condición ideal para tomar la muestra de aceite. Las máquinas actuales cuyos mecanismos se lubrican por salpique, por lo regular no traen de fábrica los puntos de muestreo definidos e implementados, conllevando a que el usuario de los programas de análisis de análisis de aceite tome las muestras de aceite del drenaje del carter o que recurra al uso de la bomba de vacío o lo que se conoce popularmente como el “vampiro”. En cualquier de los dos casos se presentan imprecisiones que pueden conllevar a diagnósticos que no son. Por lo tanto se recomienda analizar y definir el punto o puerto de monitoreo, instalar en este lugar las facilidades requeridas y normatizar a nivel del personal de mantenimiento, lubricación, proceso o confiabilidad, de que siempre se tomen la muestras de aceite en dicho puerto. El puerto de muestreo debe quedar ubicado a 2/3 de la altura (h) del nivel del aceite desde el fondo del carter a la superficie del aceite en el carter, teniendo en cuenta que quede en dirección contraria la sentido de giro del elemento que salpica el aceite (engranajes, anillo, etc). No se debe tomar como referencia el indicador el nivel de aceite. Otro aspecto importante, es que se localice en la zona de mayor temperatura del carter, ya que allí habrá mayor turbulencia del aceite; para este propósito, es recomendable tomar una termografía del carter de la máquina en operación con el identificar la zona más caliente. En el punto definido, y cuando la máquina se pueda sacar de servicio, y drenar la totalidad del aceite, se hace una perforación de un diámetro de ¼”, se limpia la viruta que hubiera podido quedar en el interior del carter, se instala un niple de 5 cms de longitud, una válvula de bola, un codo y un tapón macho, todos de ¼” en acero inoxidable 304. Se marca este punto con la siguiente leyenda: “Puerto de muestreo de aceite”. Ver Figura 4.41

Venteo

ISO 220 EP2

Rótulo de lubricación

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Indicador del nivel de aceite

Puerto para tomar la muestra de aceite

2/3h

h

Aceite

Válvula de drenaje

Figura 4.41 Ubicación del punto o puerto para la toma de las muestras de aceite en sistemas de lubricación por salpique. -

Toma de muestras de aceite en máquinas con sistemas de lubricación por circulación: Las máquinas que cuentan con sistemas de lubricación por circulación pueden tener como depósito de aceite el mismo carter de la máquina, o además de éste, un depósito independiente y cuentan por lo regular con una o dos bombas de engranajes, una de las cuales, generalmente es accionada por uno de los ejes de la máquina; dos enfriadores de aceite y dos filtros. En este caso, la muestra de aceite del depósito se toma en el carter de la máquina, independientemente si cuenta con un depósito de aceite adicional o no, debido a que en el carter de la máquina se presenta mayor turbulencia y por lo tanto la muestra de aceite que se tome es más representativa de la condición del aceite, que si se tomase del depósito de aceite, donde éste está expuesto a una menor turbulencia. El puerto de muestreo del aceite en el carter debe estar localizado a 1/3 de la altura h medida desde el fondo del carter hasta la superficie del aceite; si no es factible colocar el puerto de muestreo en el carter de la máquina, se monta en el depósito de aceite siguiendo el mismo procedimiento que el especificado anteriormente, pero teniendo presente que los resultados de los análisis de laboratorio que se obtengan no son 100% representativos de la condición real del aceite. Esta muestra de aceite permite evaluar la condición global del estado físico-químico del aceite, nivel de contaminación y desgaste de los mecanismos lubricados. Como el sistema de lubricación por circulación cuenta con filtros de aceite, es necesario evaluar su eficiencia para determinar en qué momento se deben cambiar, por lo que se debe montar un puerto de muestreo a la entrada del cada filtro de aceite y otro a la salida; en cada uno de estos se toma una muestra de aceite de 100 cm3 para hacerle conteo de partículas según la norma ISO 4406-99, y de esta manera poder calcular la relación de filtración β x, donde x está relacionada con el tamaño de las partículas según que sean de 4, 6 y 14 micras. A partir del valor de βx, se calcula la eficiencia e del filtro de aceite, para 4, 6 y 14 micras, y si ésta es menor o igual al 50%, para 4, 6, o 14 micras, se debe programar el cambio del filtro de aceite. Si el sistema de lubricación cuenta con varios filtros de aceite, se debe calcular la eficiencia e para cada uno de ellos, para lo cual es necesario montarles también un puerto de muestreo del aceite antes y después. La eficiencia del filtro de aceite se calcula de la siguiente ecuación:

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e = (1 – 1/ βx)x100, % Ecuación 4.3

Donde: e: Eficiencia del filtro de aceite, % βx, Relación de filtración, donde x se refiere al tamaño de las partícula, ya sea de 4, 6 o de 14 micras, adimensional. Se calcula del número de partículas sólidas de 4, 6 o de 14 micras presentes antes del filtro (NPAF) sobre el número de partículas sólidas del mismo tamaño después del filtro (NPDF). En los sistemas de lubricación por circulación de aceite, donde es factible montar un puerto de muestreo a la salida del mecanismo lubricado, es recomendable hacerlo, ya que permite evaluar en un momento dado, un estado anormal de desgaste adhesivo, en dicho mecanismo, evitando que se presente una falla catastrófica del mismo. La muestra tomada en este punto no se debe tomar para evaluar las propiedades físico-químicas del aceite, nivel de contaminación, ni tendencia al desgaste de los diferentes elementos metálicos que conforman la metalurgia del mecanismo, ya que son valores puntuales; solo se debe tener en cuenta para detectar una condición anormal de desgaste de las superficies de fricción del mecanismo. Así por ejemplo, si la cantidad de metales (Fe, Cu, Sn, etc) que reporte la muestra de aceite tomada en este punto, es inusualmente alta en un momento dado, o sea, que es superior a la que normalmente se ha reportado en cada uno de los análisis de laboratorio que se le han efectuado con anterioridad, es porque es factible que dicho mecanismo esté presentando alguna condición dinámica anormal que está haciendo que la película lubricante h o se rompa (capa fluida 3, capa límite de untuosidad 2 y capa límite metálica 1) y se esté presentando fricción metal-metal; en este caso se comparan los resultados obtenidos del contenido de metales, con la condición dinámica monitoreada por vibraciones y temperatura de operación, que se chequearon cuando se tomó la muestra de aceite. Es muy importante tener en cuenta que el monitoreo del aceite para su análisis de laboratorio, se debe efectuar bajo la filosofía de la Lubricación Centrada en la Confiabilidad – LCC, y que por tanto cuando se tome la muestra de aceite se debe tomar la temperatura de operación por termografía, y las vibraciones; los valores tomados con estas tres técnicas, son complementarias para evaluar el estado de la película lubricante y por ende el nivel de desgaste del mecanismo lubricado. La cantidad de partículas metálicas en ppm que se encuentren en el aceite evaluado de estos puertos de muestreo, no se puede comparar con la tendencia al desgaste del mecanismo en cuanto a cada metal evaluado, ya que la tendencia al desgaste es acumulativa entre frecuencias de cambio del aceite. Las muestras de aceite tomadas en los diferentes puertos de muestreo permiten evaluar los siguientes aspectos, ver Figura 4.42: -

Puerto de muestreo en el carter o depósito de aceite de la máquina (PMC): Permite evaluar la condición global de las propiedades físico - químicas del aceite, nivel de contaminación y desgaste global de todos los mecanismos lubricados.

-

Puerto de muestreo antes del filtro de aceite (PMAF): Permite evaluar la cantidad de partículas sólidas y metálicas que se encuentran en el aceite antes del filtro (CPAF) de 4, 6 y 14 micras.

-

Puerto de muestreo después del filtro de aceite (PMDF): Permite evaluar la cantidad de partículas sólidas y metálicas que se encuentran en el aceite después del filtro (CPDF) de 4, 6 y 14 micras.

-

Puerto de muestreo después del enfriador de aceite (PMDE): Opcional, permite evaluar la cantidad de partículas sólidas y metálicas que se encuentran en el aceite

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV después del enfriador de aceite (CPDE) de 4, 6 y 14 micras, debe coincidir con la cantidad de partículas que hay después del filtro de aceite, si es mayor es porque los tubos del enfriador están desprendiendo partículas metálicas. -

Puerto de muestreo a la salida de cada mecanismo (PMSM): Permite evaluar una condición anormal de desgaste aisladamente para cada mecanismo cuando se puede montar un puerto de muestreo a la salida de cada uno de ellos. Manómetro

Termómetro

Mecanismo

Rótulo de lubricación ISO 68 AW

Venteo

PMDE

PMSM

Indicador del nivel de aceite

Depósito de aceite Manómetro Bomba

Termómetro

Aceite

PMAF Enfriador de aceite

PMDF

Filtro de aceite

h 2/3h

PMC

Termómetro

Válvula de drenaje

Figura 4.42 Ubicación de los puertos para la toma de las muestras de aceite en sistemas de lubricación por circulación. Toma de muestras de aceite en componentes de máquinas industriales sin puertos de muestreo

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV La toma de la muestra de aceite en los componentes de las máquinas industriales que no cuentan con puertos de muestreo es imprecisa y en algunos casos es difícil de tomar, por lo que es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos: -

Si no se pueden tomar con el mecanismo en operación, se debe hacer inmediatamente se detenga, con el fin de que todas la impurezas (materiales solubles y no solubles) se hallen en suspensión en el aceite y los resultados que se obtengan sean lo más representativos posible.

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Nunca se debe tomar del fondo del depósito o del filtro de aceite porque en estos lugares se encuentra la mayor concentración de impurezas las cuales, en la mayoría de los casos, no recirculan con el aceite.

-

Se debe tomar en lo posible en días que no llueva ya que el agua puede entrar fácilmente al depósito y contaminar el aceite y como éstos son higroscópicos, especialmente por encima de los 50ºC, se emulsionan, y rompen la película lubricante, h o, dando lugar, en muchos casos a la falla catastrófica de los mecanismos lubricados.

Toma de la muestra de aceite en componentes de máquinas industriales por la válvula de drenaje de aceite del carter o depósito -

-

-

-

La muestra de aceite se toma por la válvula de drenaje de aceite del carter o depósito. Se quita el tapón de la válvula de drenaje, se coloca un recipiente debajo de la válvula de drenaje, se abre la válvula de drenaje y se deja salir el agua, si hay presencia de ésta, y se cierra la válvula de drenaje. Se coloca un recipiente limpio debajo de la válvula de drenaje, se abre la válvula de drenaje y se deja salir un 10% del volumen de aceite alojado en el carter o depósito del componente, este aceite usado vuelve y se le aplica al componente por el orificio de llenado. Una vez completada esta operación se cierra la válvula de drenaje. Se le coloca la etiqueta al frasco donde se va a tomar la muestra de aceite y se llenan los datos correspondientes. Se coloca el frasco para la toma de la muestra de aceite debajo de la válvula de drenaje, se abre la válvula de drenaje hasta que llene el frasco hasta un 90% de su capacidad. Se cierra la válvula de drenaje y se le coloca la tapa al frasco; se le coloca el tapón a la válvula de drenaje. Se debe evitar la entrada de polvo al interior del frasco, antes y después de la toma de la muestra de aceite, para ello el frasco solo se debe abrir en el momento de introducir en su interior el aceite usado y luego se debe cerrar herméticamente. Se envía la muestra de aceite al laboratorio para su respectivo análisis.

Toma de la muestra de aceite en componentes de máquinas industriales con la bomba de vacío o “vampiro” La bomba manual de vacío o “vampiro” es un dispositivo utilizado para facilitar la toma de la muestra de aceite, cuando el sistema de lubricación o el carter del componente de la máquina no cuenta con puertos de muestreo, ver Figura 4.43(a) y Figura 4.43(b), y se utiliza de la siguiente manera:

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Componentes de la bomba de vacío o “vampiro”: 123456-

Manguera plástica. Embolo de la bomba de vacío. Tapa del frasco. Frasco certificado. Cuerpo central de la bomba de vacío. Conector de la manguera al cuerpo central.

Figura 4.43 (a) Componentes de la bomba de vacío. (b) Uso de la bomba de vacío o “vampiro”. -

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La longitud de la manguera plástica (1) del “vampiro” debe ser tal que llegue hasta 2/3 de la altura del nivel de aceite, medido desde la superficie del aceite hasta el fondo del carter o depósito de aceite, para ello se debe medir la altura exterior de la carcasa o depósito de aceite, y restarle 1/3 de la altura del nivel de aceite, luego se le suman 20 cm más que es la distancia a la cual va a estar el vampiro del orificio de entrada de aceite al componente; se corta la cantidad de manguera que se requiera con base en el resultado obtenido. Se coloca un frasco certificado (4) en el cuerpo central (5) del “vampiro”. Se introduce un extremo de la manguera plástica (1) por el orificio de llenado de aceite al componente y el otro por el orificio del conector (6), teniendo cuidado de que el extremo de la manguera no toque el fondo del frasco certificado (4). Cuando se introduzca la manguera plástica (1) del “vampiro” corroborar de que el extremo no toque el fondo del carter o depósito de aceite ni haga contacto con superficies interiores contaminadas. Si el aceite en el carter del componente de la máquina está a una temperatura por encima de los 60ºC, la manguera plástica (1) del “vampiro” no se debe dejar mucho tiempo en contacto con el aceite ya que se puede ablandar y disolver en el aceite. La manguera plástica (1) del “vampiro” solo tiene sirve para un muestreo; su uso para varias máquinas, contamina las muestras subsiguientes debido a las trazas que van quedando de cada uno de los aceites usados extraídos de los componentes de las máquinas. Se acciona el émbolo de la bomba de vacío hacia afuera hasta que el frasco certificado (4) se llene hasta un 90% de su volumen. Se desmonta el frasco certificado (4) con la muestra de aceite y se coloca otro limpio y seco y se toma una segunda muestra de aceite, se tapa el frasco.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

-

Se desecha la primera muestra de aceite que se tomó y la segunda se rotula con los datos especificados en el Numeral 4.15.5.

Toma de muestras de aceite en componentes de máquinas automotrices La toma de la muestra de aceite usado al motor de combustión interna, a la transmisión y al diferencial se hace mediante la utilización de la bomba de vacío o “vampiro” siguiendo los mismos pasos especificados para este dispositivo. 4.15.2 Toma de muestras de grasa Las grasas que lubrican los mecanismos de los componentes de las máquinas, con poca frecuencia se analizan en el laboratorio, debido a que en la mayoría de los casos la cantidad de grasa utilizada es muy poca, el punto donde trabaja es de difícil acceso, los materiales de desgaste presentes en la grasa no están mezclados con ella de manera uniforme debido a su consistencia y la cantidad que se pueda tomar no resultaría suficiente para hacerle todas las pruebas ASTM que se requieren. Solo en casos muy especiales se tomarían muestras de grasas en servicio y en el caso de las grasas nuevas, no hay problema, debido a que se puede tomar la cantidad que se requiera sin ningún inconveniente. En el caso de las grasas usadas, si el objetivo del análisis de laboratorio es determinar si las propiedades físico-químicas de la grasa garantizan que el valor del factor de seguridad de la película lubricante λ se encuentra dentro del rango de confiabilidad de Operación Confiable (OC) de acuerdo al tipo de lubricación (EHL o HD), no se cumpliría con este objetivo, por lo que lo recomendable es evaluar la película lubricante ho (que forma la grasa en la zona de fricción, bajo las condiciones operacionales de velocidad, carga dinámica, temperatura de operación, y rugosidad de las superficies de fricción) por medio de las vibraciones y la termografía . 4.15.3 Aspectos a tener en cuenta durante el procedimiento de toma de la muestra de lubricante -

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De ser posible, se debe tomar a la misma hora del día y cuando la máquina esté sometida a las condiciones más críticas de operación. La primera que se tome no se debe tener en cuenta, sino la siguiente para que sea representativa de la condición real a la que se encuentra el lubricante. Se debe tomar antes de añadir aceite nuevo o grasa nueva, ya que cuando se agrega y se mezcla con el lubricante usado, su condición cambia, haciendo que los contaminantes y estado físico-químico sea diferente al estado real en que se encontraba en ese momento. Se debe evitar que al tomarla, el aceite o la grasa se contamine con polvo del ambiente, ya que éste contiene silicio, dando, lugar a un contenido de este material en el lubricante usado que no es real; por otro lado, puede entrar el polvo hasta el lubricante que se encuentra en contacto con el mecanismo lubricado dando lugar a desgaste erosivo y abrasivo. Se deben usar guantes en el momento de tomar la muestra de lubricante, puesto que es posible que esté por encima de los 50ºC. Se debe usar máscara para evitar que las posibles salpicaduras del lubricante puedan causarle quemaduras en el rostro. No se debe hablar sobre la muestra de lubricante usado destapada, ya que la saliva puede dar lugar a una evaluación incorrecta en el contenido de agua.

4.15.4 Cantidad de muestra de lubricante que se debe enviar al laboratorio La cantidad de muestra de aceite o de grasa que se debe enviar al laboratorio se especifica en la Tabla 4.16, dependiendo de las propiedades físico-químicas que se le vayan a analizar.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Tabla 4.16 Cantidad de muestra de aceite o de grasa para enviar al laboratorio

No

Prueba de laboratorio

1. Análisis de aceites Método ASTM

ISO SAE Máquina MCI Engranajes industrial 1.1 Análisis de rutina para los aceites: volumen de muestra de aceite 100 cm 3 (ml) Viscosidad, cSt/40ºC y cSt/100ºC. D445 x x x TAN, mgrKOH/gr.ac. us. D664 x x TBN, mgrKOH/gr.ac. us. D2896. x Contenido de agua, % por volumen. D95 x x Contenido partículas ≥ 4, 6, 14 micras. ISO 4406-99 x x Contenido de metales. EAA, (ppm) x x x Combustible, refrigerante, hollín, oxidación, glicoles. Infrarrojo x 1.2 Análisis especiales para los aceites: volumen de muestra de aceite 500 cm 3 (ml) Punto de inflamación, ºC. D92. x x Demulsibilidad. D1401. x x Estabilidad a la espuma. D892. x x Análisis infrarrojo. x RPVOT (vida remanente del aceite). D2272 x Corrosión en lámina de cobre. D130. x x Prueba de desgaste de 4 bolas. D2783 x x 2. Análisis de grasas Prueba de laboratorio Método NLGI NLGI ASTM Máquina Articulaciones, ruedas, industrial cardán, etc, máquina automotriz 1.3 Análisis de rutina para las grasas: cantidad de muestra de grasa 500 gramos Consistencia. D217 x x Punto de goteo, ºC. D586-D2265 x x 1.4 Análisis especiales para las grasas: cantidad de muestra de grasa 1000 gramos Tipo de espesador. x x Factor de giro. x Viscosidad aparente. x Protección contra la corrosión. x x Estabilidad a la oxidación. D942 x x Resistencia al lavado por agua. x x Prueba de desgaste de 4 bolas. D2596 x x

01 02 03 04 05 06 07 01 02 03 04 05 06 07 No

01 02 01 02 03 04 05 06 07

4.15.5 Frascos y envases para la toma de la muestra de lubricante Para la toma de las muestras de lubricante se utilizan los siguientes recipientes: -

Para el aceite: Se utilizan frascos certificados limpios y secos con tapas herméticas, puede ser de vidrio o de un plástico duro y transparente, que no lo ablande con el aceite caliente (60ºC o más) en el momento de tomar la muestra y que no se deteriore en contacto con el aceite. La capacidad del frasco debe ser superior al volumen de la muestra de aceite que se va a tomar y se debe llenar con aceite, máximo hasta el 90% de su volumen total, con el fin de que el aire caliente que queda entre la tapa y la superficie del aceite tenga espacio para expandirse. El frasco con la muestra de aceite se coloca en otro recipiente de mayor tamaño de color negro, herméticamente

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV tapado, para evitar que al frasco se le adhiera polvo del ambiente y para proteger el lubricante de la luz solar; hay aceites como los de transformador y los de turbinas de vapor que son sensibles a los rayos solares y pueden afectar su nivel de oxidación. -

Para la grasa: Se utilizan envases metálicos de latón con tapas herméticas de una capacidad ligeramente mayor que la cantidad de grasa que se va a tomar (500 o 1000 gramos).

4.15.6 Identificación de la muestra de lubricante La muestra de aceite o de grasa se debe identificar correctamente con el fin de evitar confusiones en el momento de asignarle los valores obtenidos de las diferentes pruebas de laboratorio efectuadas a dicho lubricante. Al frasco que contiene la muestra del lubricante usado, se le debe colocar una etiqueta con la siguiente información: -

Fecha de toma de la muestra de aceite. Nombre de la empresa. Nombre de la máquina. Nombre del componente. Nombre y marca del aceite o de la grasa. Temperatura de operación del aceite o de la grasa. Volumen de aceite, galones o de grasa, gramos del componente. Fecha del último cambio de aceite o de reengrase. Cantidad agregada desde el último cambio. Medio en el cual trabaja la máquina.

En algunos casos, cuando el aceite trabaja bajo condiciones críticas de operación, es aconsejable colocar otros datos adicionales, los cuales junto con el reporte del laboratorio, sirven para determinar con mayor exactitud cuál ha sido el comportamiento del aceite y de esta manera sacar conclusiones y correctivos más precisos. Los datos adicionales son: (1) Presencia de demasiada cantidad de espuma. (2) Emulsionamiento del aceite. (3) Variación en su color. (4) Presencia de olores anormales, como a quemado en los aceites ISO, a amoniaco en los de refrigeración o a gasolina, en los aceites SAE para MCI. 4.15.7 Tiempo de entrega de la muestra de lubricante al laboratorio y entrega de resultados La eficacia del programa de análisis de lubricantes y su incidencia en el programa de confiabilidad de máquinas rotativas depende de cuánto tiempo se demore en llegar la muestra de aceite o de grasa al laboratorio, lo ideal sería que fuese inmediato, pero en la mayoría de los casos no es factible, por lo tanto la meta es que no se demore más de dos días en llegar y dos días más para la entrega de resultados. 4.16 ANALISIS DE RESULTADOS DE LABORATORIO Ejemplo 4.1 Al analizar por espectrofotometría de absorción atómica, EAA, una muestra del aceite SAE 75w90, API GL-5, de una caja de engranajes de un ferrocarril, dio un valor de 3000 ppm para el contenido de hierro (Fe). Como este contenido de Fe está por encima de la tendencia normal especificada por el fabricante de la caja de engranajes de 100 ppm, se requiere analizar la criticidad del problema que se puede estar presentando. Solución: Como la espectrofotometría de absorción atómica solo evalúa el contenido de metales para un tamaño de partículas menor o igual a 10 micras (μm), se requiere evaluar si debido al contenido de Fe de 3000 ppm hay algún tipo de desgaste que se está presentando de una manera anormal

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV y cuál es su criticidad. Para determinar esto se recurrió a la ferrografía, la cual reveló que el desgaste adhesivo que se estaba presentando era normal y que el contenido de 3000 ppm Fe era porque las partículas de Fe estaban siendo continuamente partidas en pequeños pedazos, los cuales se añadían a la población que permanecía en suspensión en el aceite, dando como resultado una elevada concentración de partículas cuyo tamaño era menor que el espesor de la película lubricante, h o, tanto de los engranajes como de los rodamientos, no implicando, por lo tanto ningún tipo de riesgo para la vida disponible de dichos mecanismos. La causa del problema se determinó por el espectro de vibraciones que mostró sobrecargas operacionales, sin rotura de la película lubricante, ho. Ejemplo 4.2 El aceite ISO 460 EP2 utilizado en la lubricación de un reductor de velocidad de dos pares de engranajes cilíndricos de dientes helicoidales, de un sistema de laminación en una planta siderúrgica, presentó en el análisis de espectrofotometría por absorción atómica, un contenido de hierro (Fe) de 60 ppm con respecto a su tendencia normal al desgaste de 120 ppm, no obstante el monitoreo por termografía en la zona de fricción (engranajes de mayor torque) presentaba una temperatura de operación de 58ºC que estaba por encima del valor normal de 55ºC (OF: Operación en falla) y el de vibraciones, en los rodamientos del eje que soporta el engranaje de salida, fue de 17 mm/s, también por encima del valor normal de 14 mm/s (OF: Operación en falla). Como esta condición de trabajo está por fuera de la ventana operativa confiable (OC: Operación Confiable) para el reductor de velocidad, se requiere analizar la criticidad del problema que se puede estar presentando y los correctivos que se deben llevar a cabo. Solución: El análisis del espectro de vibraciones mostraba problemas de incremento de torque en el reductor de velocidad debido a una mayor exigencia de producción en los rodillos de laminación; como la temperatura de operación de 58ºC versus 55ºC y los valores de vibración de 17 mm/s versus 14 mm/s estaban por fuera de la ventana operativa confiable (OC) a pesar de que el análisis espectrográfico 60 ppm de Fe versus 120 ppm de tendencia normal al desgaste en cuanto al contenido de Fe, no mostraba problemas de algún tipo de desgaste crítico, se recurrió a la ferrografía para determinar si estaba ocurriendo desgaste adhesivo que pudiera conllevar a la falla catastrófica del reductor de velocidad. Las muestras de aceite analizadas ferrográficamente mostraban partículas ferrosas grandes (por encima de 10 µm) y de forma geométrica alargada y angulosa, que confirmaban que se estaba presentando un desgaste adhesivo anormal. De acuerdo con los resultados obtenidos, se desarmó el reductor de velocidad y se encontraron los dientes del segundo par de engranajes con graves problemas de desgaste adhesivo destructivo, se procedió al cambio de los engranajes y rodamientos afectados y se recomendó volver a las condiciones normales de operación, o en su defecto llevar cabo el análisis tribológico respectivo. Ejemplo 4.3 Una máquina de proceso continuo para la producción de mortadela en una fábrica de alimentos cuenta con un sistema de transmisión constituido por un motorreductor con un motor eléctrico de 3,7 kw, cuyo eje gira a 1800 rpm a una frecuencia de 60 hertz; un eje principal horizontal que recibe el torque del motorreductor por medio de un acople de tipo “lines”, y luego se lo transmite a 28 sistemas de tornillo sinfín-corona, Ver Figura 1 y Figura 2, acoplados entre sí por un acople de tipo rígido. El aceite mineral que se utiliza en el motorreductor es un ISO 460 EP 2 que tiene 50 cSt a 100ºC. El rango de la temperatura de operación, Top, en la zona de fricción (punto más caliente en los engranajes de mayor torque) está entre 53ºC y 59ºC. Este sistema de transmisión está incluido en el programa de confiabilidad, por lo que se le toman muestras de aceite para su análisis en el laboratorio cada 2000 horas de operación, junto con el monitoreo de la temperatura de operación por termografía, vibraciones y consumo de energía en el motor eléctrico. En la Tabla 1, se especifican los datos del aceite nuevo ISO 460 EP2 y los resultados del último análisis de laboratorio

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV efectuado al aceite usado, luego de 8000 horas de operación desde el último cambio de aceite. La frecuencia de cambio del aceite ISO 460 EP2 por condición es cada 12.000 horas de operación. La temperatura de operación, Top, en la zona de fricción de los engranajes de mayor torque dio 55ºC evaluada por termografía; los valores de las vibraciones en todos los mecanismos están dentro del rango OC y el consumo de energía en el motor eléctrico es normal. Se requiere determinar: Pruebas básicas: 1- Evaluar en qué condición se encuentra la viscosidad del aceite, cSt/40ºC, cSt/100ºC, ASTM D445. 2- Especificar si el aceite ISO se debe cambiar por oxidación, TAN, mgr KOH/gr.ac.us., ASTM D664. 3- Evaluar el contenido de aditivos metálicos en el aceite ISO, ppm, EAA. 4- Evaluar la condición del nivel de contaminación del aceite ISO por partículas sólidas, ISO 4406-99; por agua, % vol., ASTM D95 y por partículas metálicas del ambiente, ppm, EAA. 5- Analizar la condición del nivel de desgaste adhesivo de los mecanismos de reductor de velocidad para los diferentes tipos de metales, ppm, EAA. 6- Evaluar si la frecuencia de cambio del aceite puede seguir siendo a las 12.000 horas de operación o se puede ampliar.

Figura 1 Motorreductor del sistema de transmisión de la máquina de proceso continuo para la producción de mortadela lubricado con un aceite ISO 460 EP 2

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Figura 2 Sistema de transmisión por tornillo sinfín-corona lubricado con un aceite ISO 220 EP1

Solución: En la Tabla 1 se especifican los valores de los parámetros del aceite nuevo y del aceite usado con base en los resultados de los análisis de laboratorio y los valores permisibles para la condición OC y EF tomados de la Tabla 4.6, Tabla 4.8 y Tabla 4.10 y las recomendaciones con respecto al estado del aceite ISO 460 EP2 y de los mecanismos del motorreductor. Tabla 1 Resultados de laboratorio de acuerdo con los valores permisibles para la condición OC y EF de los parámetros analizados al aceite ISO 460 EP2 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

No

1. Datos de la empresa y del funcionario responsable 1.6 Nombre del funcionario 1.7 Cargo 1.8 Correo electrónico 1.9 Celular 1.10 Teléfono fijo 2. Datos del laboratorio y del funcionario responsable Nombre 2.6 Cargo Ciudad 2.7 Correo electrónico País 2.8 Celular Dirección 2.9 Teléfono fijo Nombre del funcionario 2.10 3. Especificaciones de la máquina y del componente Fecha toma de muestra de aceite 3.4 Código máquina Ciudad 3.5 Componente Máquina 3.6 Código componente 4. Especificaciones del aceite Mineral Clase Sintético Vegetal 4.6 Marca del lubricante. Aceite Tipo Grasa Sólido 4.7 Volumen de aceite, galones.. H2 Categoría H1 H3 4.8 Cantidad añadida entre cambios, galones. 460 EP2 Clasificación ISO AW EP1 EP3 4.9 Temperatura del aceite en el carter, ºC. SAE API 4.10 Frecuencia cambio aceite. Horas Nombre del lubricante 4.11 Fecha del último cambio de aceite. 5.Pruebas básicas Factor, fx , modificador de Vida Disponible, Vd Factor fx modificador de Aceite Valor permisible Cálculo del vida disponible Vd factor, fx Nombre Proceso industrial Ciudad País Dirección

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Kilómetros

Condición

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Resultados de laboratorio

Ver Tablas 4.6, 4.8, 4.10 y 4.13 de acuerdo con el tipo de componente

OC → fx > 1 EF → fx < 1 OF: OC → fx < 1.0 y EF → fx > 1

Valor

VPERMISIBLE VPERMISIBLE fx fx OC EF OC EF (VPERM-OC ) (VPERM-EF ) 5.1 Factor de viscosidad, fviscosidad cSt/40ºC y fviscosidad cSt/100ºC , ASTM D445 Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.6 y Tabla 4.13 Aumento de la viscosidad del aceite usado con respecto a la del aceite nuevo VREALN VREALU VPERM-OC VPERM-EF VPERM. OC/ VREALU VPERM. EF/ VREALU Nuevo VREALN

No

Parámetro

Usado VREALU

A 40º Y A 100ºC

5.1.1 5.1.2 No

VPERM. OC Y EF / REALU VPERM. OC Y EF / REALU Parámetro

No 5.2.1

No 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5 5.3.6 5.3.7

No 5.4.1 5.4.2

No 5.5.1 5.5.2 5.5.3 5.5.4 5.5.5

No 5.6.1 5.6.2

OC

OF

EF

OC

OF

EF

OF

EF

OF

EF

A 40º Y A 100ºC

A 40ºc A100ºc

Disminución de la viscosidad del aceite usado con respecto a la del aceite nuevo VREALN VREALU VPERMISIBLE OC VPERMISBLE EF VREALU / VPERM. VREALU / VPERM. OC A 40º Y A 100ºC

5.1.3 5.1.4

OC: Operación Confiable OF: Operación en Falla. EF: En falla. OC OF EF

VREALU / PERM. OC Y EF A 40ºc VREALU / PERM. OC Y EF A100ºc

EF A 40º Y A 100ºC

460 50

445 0,9x460= 414 0,8x460 = 368 445/414 = 1,07 445/368 = 1,20 x 47 0,9x47 = 42,3 0,8x47 = 37,6 47/42,3 = 1,11 47/37,6 = 1,25 x 5.2 Factor de TAN, fTAN mgrKOH/gr.ac.us ,ASTM D664 Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.6 y Tabla 4.13 VREALN VREALU Parámetro VPERMISBLE OC VPERMISBLE EF VPERM. OC/ VREALU VPERM. EF/ VREALU OC TAN PERM. OC Y EF / REALU 0,50 0,78 0,8(0,5+0,7) = (0,5+0,7)=1,2 0,96/0,78 = 1,23 1,2/0,78 = 1,53 x 0,96 5.3 Factor del contenido de aditivos metálicosppm, EAA: fZinc , fFósforo , fCalcio , fBario , fSodio , fMagnesio Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.7 y Tabla 4.13 VREALN VREALU Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VREALU/VPERM. OC VREALU/VPERM. EF OC Silicio REALU / PERM. OC Y EF 0 0 Zinc REALU / PERM. OC Y EF 100 40 50 30 40/50 = 0,8 40/30 = 1,33 Fósforo REALU/ PERM. OC Y EF 550 260 100 50 260/100 = 2,6 260/50 = 5,2 x Calcio REALU / PERM. OC Y EF. 0 0 20 10 Boro REALU / PERM. OC Y EF 0 0 20 10 MagnesioREALU/PERM. OCYEF 0 0 25 10 MolibdenoREALU/PERMOCYEF 0 0 25 10 5.4 Factor de contaminación por líquidos y partículas sólidas, fagua, %vol. ASTMD 95, fPartículas 4,6,14 μm, ISO 4406-99 Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.3, Tabla 4.8 y Tabla 4.13 VREALN VREALU Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VPERM OC/VREALU VPERM EF/VREALU OC Agua PERM. OC Y EF/ REALU 0 0,15 0,2 0,5 0,2/0,15 = 1,33 0,5/0,15= 3,33 x Partículas ISO 4406 / 18/17 21/20/ cm3. /15 18 4 μm PERM. OC Y EF/ REALU 250 2000 500 2000 500/2000 = 0,25 2000/2000 = 1 6 μm PERM. OC Y EF/ REALU 130 1000 250 1000 250/1000 = 0,25 1000/1000= 1 14 μm PERM. OC Y EF/ REALU 80 250 64 250 64/250 = 0,25 2507250 = 1 5.5 Factor de contaminación por partículas metálicas, ppm , EAA, fSilice, , fvanadio , fBoro , fBario Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.8 y Tabla 4.13 VREALN VREALU Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VPERM OC/VREALU VPERM EF/VREALU OC Sílice PERM. OC Y EF / REALU 0 45 30 60 30/45 = 0,66 60/45 = 1,33 Sodio PERM. OC Y EF / REALU 0 5 20 30 20/5 = 4 30/5 = 6 x Potasio PERM. OC Y EF/ REALU 0 0 20 40 20/0 = >> 1 40/0= >>1 x Vanadio PERM. OC Y EF/REALU 0 1 20 40 20/1 = 20 40/1 = 40 x Bario PERM. OC Y EF / REALU 0 45 30 60 30/45 = 0,66 60/45 = 1,33 5.6 Factor por contenido de metales de desgaste, ppm , EAA, fHierro , fAluminio , fCromo , fEstaño , fCobre , fPlomo , fPlata Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.9, Tabla 4.12 y Tabla 4.13 VREALN VREALU Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VPERM OC/VREALU VPERM EF/VREALU OC Hierro PERM. OC Y EF / REALU 0 125 30 45 30/125 = 0,24 45/125 = 0,36 Cobre PERM. OC Y EF / REALU 0 24 5 10 5/24 = 0,20 10/24 = 0,41

pág. 139

x

OF

EF

x x x

OF x

EF

x

OF

EF x x

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

5.6.3 5.6.4 5.6.5 5.6.6 5.6.7

Estaño PERM. OC Y EF / REALU Cromo PERM. OC Y EF / REALU Niquel PERM. OC Y EF / REALU Aluminio PERM. OCYEF/ REALU Plomo PERM. OC Y EF / REALU

0 0 0 0 0

0 0 0 0 125

30

45

30/125 = 0,24

45/125 = 0,36

x

Recomendaciones Generales: 1) 2) 3) 4)

Viscosidad cSt/40ºC, ASTM D445: condición OC. Viscosidad cSt/100ºC, ASTM D445: condición OC. TAN, mgr KOH/gr.ac.us, ASTM D664: condición OC. Zinc, ppm, EAA: condición OF, se recomienda hacerle seguimiento en el próximo análisis de laboratorio al comportamiento de este meta no obstante esta situación no es riesgosa ya que el contenido de fósforo está en condición OC. 5) Fósforo, ppm, EAA: condición OC. 6) Agua, %vol. , ASTM D95: condición OC. 7) Partículas, ISO 4406-99: (1) 4 micras, condición OF, se debe filtrar el aceite. (2) 6 micras, condición OF, se debe filtrar el aceite. (3) 1 micras, condición OF, se debe filtrar el aceite. 8) Sílice (Si), ppm, EAA: condición OF, se debe revisar el venteo del reductor de velocidad. 9) Hierro (Fe), ppm, EAA: condición EF, el desgaste adhesivo pude ser severo en los mecanismos que contienen este material, se debe revisar los valores tomados de la temperatura de operación, T op, por termografía y los de vibración, o en su defecto hacer una ferrografía 10) Cobre (Cu), ppm, EAA: condición EF, el desgaste adhesivo es crítico en los mecanismos que contienen este material, se deben revisa los valores tomados de la temperatura de operación, T op, por termografía y los de vibración, o en su defecto hacer una ferrografía. 11) Se debe filtrar el aceite que se encuentra en servicio y tomar de nuevo muestra de aceite a las 2000 horas de operación. Chequear temperatura de operación y vibraciones.

Ejemplo 4.4 El sistema de lubricación del turbogenerador TG1 de una planta productora de azúcar, contiene 3000 galones del aceite Turboil 46 de marca Katrox; como parte del análisis de confiabilidad que se le hace al aceite de esta máquina cada 3 meses, se le tomó una muestra de aceite y se envió al laboratorio para su respectivo análisis. En esta oportunidad se le hicieron a la muestra de aceite usado, las pruebas básicas y otras pruebas especiales, con el fin de descartar condiciones anormales que se pudieran presentar con el aceite en servicio. En la Tabla 1, se especifican los datos del aceite nuevo Turboil 46 y los resultados de este último análisis de laboratorio efectuado, luego de 2160 horas de operación desde el último análisis de laboratorio. La temperatura de operación, TopST, en la zona de fricción (Sistema Tribológico) del cojinete liso de mayor temperatura fue de 55ºC evaluada por termografía; los valores de las vibraciones en todos los mecanismos están dentro del rango OC. Se requiere determinar: Pruebas básicas: 1- Evaluar en qué condición se encuentra la viscosidad del aceite, cSt/40ºC y cSt/100ºC, ASTM D445. 2- Especificar si el aceite ISO se debe cambiar por oxidación, TAN, mgr KOH/gr.ac.us., ASTM D664. 3- Evaluar el contenido de aditivos metálicos en el aceite ISO, ppm, EAA. 4- Evaluar la condición del nivel de contaminación del aceite ISO por partículas sólidas, ISO 4406-99, por agua, % vol., ASTM D95, y por partículas metálicas en el ambiente, ppm, EAA. 5- Analizar la condición del nivel de desgaste adhesivo de los mecanismos del turbogenerador para los diferentes tipos de metales, ppm, EAA. Pruebas especiales: 6- Evaluar la tensión interfacial, dinasxcm, ASTM D971, del aceite con el agua, para determinar su capacidad de separarse del agua.

pág. 140

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 7- Evaluar la demulsibilidad del aceite, aceite/agua/emulsión, ASTM D1401, con el fin de evaluar el estado de los aditivos antiemulsionantes del aceite. 8- Evaluar la rigidez dieléctrica, kv, ASTM D877, para determinar la capacidad que tiene le aceite de no dejar pasar la energía estática que se genera a través de la película lubricante, ho. 9- Evaluar la vida remanente, RPVOT, ASTM D2272, del aceite luego de 22.000 horas de servicio acumuladas. Solución: En la Tabla 1 se especifican los valores de los parámetros del aceite nuevo y del aceite usado con base en los resultados de los análisis de laboratorio y los valores permisibles para la condición OC y EF tomados de la Tabla 4.6, Tabla 4.8 y Tabla 4.10 y las recomendaciones con respecto al estado del aceite Turboil 46 y de los mecanismos del turbogenerador. Tabla 1 Resultados de los análisis de laboratorio al aceite Turboil 46 del Turbogenerador TG-1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

No

1. Datos de la empresa y del funcionario responsable 1.6 Nombre del funcionario 1.7 Cargo 1.8 Correo electrónico 1.9 Celular 1.10 Teléfono fijo 2. Datos del laboratorio y del funcionario responsable Nombre 2.6 Cargo Ciudad 2.7 Correo electrónico País 2.8 Celular Dirección 2.9 Teléfono fijo Nombre del funcionario 2.10 3. Especificaciones de la máquina y del componente Fecha toma de muestra de aceite 3.4 Código máquina Ciudad 3.5 Componente Máquina 3.6 Código componente 4. Especificaciones del aceite Clase Mineral Sintético Vegetal 4.6 Marca del lubricante. Tipo Aceite Grasa Sólido 4.7 Volumen de aceite, galones.. Categoría H1 H2 H3 4.8 Cantidad añadida entre cambios, galones. Clasificación ISO AW EP1 EP2 EP3 4.9 Temperatura del aceite en el carter, ºC. SAE API 4.10 Frecuencia cambio aceite. Horas Kilómetros Nombre del lubricante 4.11 Fecha del último cambio de aceite. 5.Pruebas básicas Factor, fx , modificador de Vida Disponible, Vd Factor fx modificador de Aceite Valor permisible Cálculo del Condición vida disponible Vd Ver Tablas 4.6, 4.8, 4.10 y 4.13 factor, fx de acuerdo con el tipo de Resultados OC → fx > 1 OC: Operación componente de laboratorio EF → fx < 1 Confiable OF: OC → fx < 1.0 y EF → fx > 1 OF: Operación en Falla. EF: En falla. Valor VPERMISIBLE VPERMISIBLE fx fx OC OF EF Nuevo Usado OC EF OC EF VREALN VREALU (VPERM-OC ) (VPERM-EF ) 5.1 Factor de viscosidad, fviscosidad cSt/40ºC y fviscosidad cSt/100ºC , ASTM D445 Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.6 y Tabla 4.13 Aumento de la viscosidad del aceite usado con respecto a la del aceite nuevo Nombre Proceso industrial Ciudad País Dirección

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

No

VREALN

Parámetro

VREALU

VPERM-OC

VPERM-EF

VPERM. OC/ VREALU A 40º Y A 100ºC

5.1.1 5.1.2 No

VPERM. OC Y EF / REALU

47,72

48,07

52,44

OC A 40º Y A 100ºC

5.1.3 5.1.4

No 5.2.1

No 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5 5.3.6 5.3.7

EF/ VREALU

OC

OF

EF

OC

OF

EF

OC x

OF

EF

OC

OF

EF

A 40º Y A 100ºC

48,07/47,72= 52,44 / 47,72 = 1,03 1,098 VPERM. OC Y EF / REALU A100ºc 6,5 7,06 7,15 7,8 7,15/7,06 = 1,01 7,8/ 7,06 = 1,10 Disminución de la viscosidad del aceite usado con respecto a la del aceite nuevo VREALN VREALU Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISBLE EF VREALU / VPERM. VREALU / VPERM. A 40ºc

43,7

VPERM.

x x

EF A 40º Y A 100ºC

VREALU / PERM. OC Y EF A 40ºc VREALU / PERM. OC Y EF A100ºc 5.2 Factor de TAN, fTAN mgrKOH/gr.ac.us ,ASTM D664 Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.6 y Tabla 4.13 VREALN VREALU Parámetro VPERMISBLE OC VPERMISBLE EF VPERM. OC/ VREALU VPERM. EF/ VREALU TAN PERM. OC Y EF / REALU 0,5 0,34 0,8[0,5 + [0,5 + 0,8[0,5 + [0,5 + 0,3] = 0,64 0,3] = 0,80 0,3]/0,34 = 1,88 0,3]/0,34 = 2,35 5.3 Factor del contenido de aditivos metálicosppm, EAA: fZinc , fFósforo , fCalcio , fBario , fSodio , fMagnesio Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.7 y Tabla 4.13 VREALN VREALU Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VREALU/VPERM. OC VREALU/VPERM. EF Silicio REALU / PERM. OC Y EF 0 0 Zinc REALU / PERM. OC Y EF 17 15 10 17/15 = 1,13 17710 = 1,7 x Fósforo REALU/ PERM. OC Y EF 37 15 10 37/15 = 2,46 37/10 = 3,7 x Calcio REALU / PERM. OC Y EF. 0 20 10 NA NA Boro REALU / PERM. OC Y EF 0 20 10 NA NA MagnesioREALU/PERM. OCYEF 0 25 10 NA NA MolibdenoREALU/PERMOCYEF 0 25 10 NA NA

17 37 0 0 0 0

5.4 Factor de contaminación por líquidos y partículas sólidas, fagua, %vol. ASTMD 95, fPartículas 4,6,14 μm, ISO 4406-99 Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.3, Tabla 4.8 y Tabla 4.13 VREALN VREALU No Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VPERM VPERM OC OF OC/VREALU EF/VREALU 5.4.1 Agua PERM. OC Y EF/ REALU 0 0 0,2 0,5 0,2/0 > 1 x 5.4.2 Partículas ISO 4406 / 17/1 19/17 19/18/16 21/20/18 cm3. 6/14 /13 4 μm PERM. OC Y EF/ REALU 1300 5000 5000 20000 5000 / 5000 > x 1 6 μm PERM. OC Y EF/ REALU 640 1300 2500 10.000 2500 /1300 > 1 x 14 μm PERM. OC Y EF/ REALU 160 80 640 2500 640/80 > 1 x 5.5 Factor de contaminación por partículas metálicas, ppm , EAA, fSilice, , fvanadio , fBoro , fBario Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.8 y Tabla 4.13 No 5.5.1 5.5.2 5.5.3 5.5.4 5.5.5

No 5.6.1 5.6.2 5.6.3 5.6.4 5.6.5 5.6.6 5.6.7

VREALN VREALU Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VPERM OC/VREALU VPERM EF/VREALU Sílice PERM. OC Y EF / REALU 0 0 20 35 >>> 1 >>> 1 Sodio PERM. OC Y EF / REALU 0 0 30 40 >>> 1 >>> 1 Potasio PERM. OC Y EF/ REALU 0 0 30 40 >>> 1 >>> 1 Vanadio PERM. OC Y EF/REALU 0 0 20 30 >>> 1 >>> 1 Bario PERM. OC Y EF / REALU 0 0 20 30 >>> 1 >>> 1 5.6 Factor por contenido de metales de desgaste, ppm , EAA, fHierro , fAluminio , fCromo , fEstaño , fCobre , fPlomo , fPlata Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.9, Tabla 4.12 y Tabla 4.13 VREALN VREALU Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VPERM OC/VREALU VPERM EF/VREALU Hierro PERM. OC Y EF / REALU 0 0 30 50 >>> 1 >>> 1 Cobre PERM. OC Y EF / REALU 0 0 10 15 >>> 1 >>> 1 Estaño PERM. OC Y EF / REALU 0 0 0 0 >>> 1 >>> 1 Cromo PERM. OC Y EF / REALU 0 0 0 0 >>> 1 >>> 1 Niquel PERM. OC Y EF / REALU 0 0 0 0 >>> 1 >>> 1 Aluminio PERM. OCYEF/ REALU 0 0 0 0 >>> 1 >>> 1 Plomo PERM. OC Y EF / REALU 0 0 0 0 >>> 1 >>> 1 6. Pruebas especiales 6.1 Factor de Tensión interfacial, Dinasxcm, ASTM D971

pág. 142

EF

OC x x x x x

OF

EF

OC x x x x x x x

OF

EF

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver Tabla 4.6 y Tabla 4.13 VREALU VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VREALU/VPERM. OC VREALU/VPERM. EF 35 31,4 30 20 31,4/30 = 31,4/20 = 6.2 Demulsibilidad, aceite/agua/emulsión, 20 y 60 minutos, ASTM D1401 Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver Tabla 4.6 y Tabla 4.13 VREALN VREALU Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VREALU/VPERM. OC VREALU/VPERM. EF Demulsib. REALU/ PERM. OCY EF 40/40 39/38 39/38/3:20 25/15/40: 60 39/39 =1 39/25 = 1,56 /0/20 /3:20 6.3 Rigidez dieléctrica, Kv, ASTM D877 Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver Tabla 4.6 y Tabla 4.13 VREALN VREALU Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VREALU/VPERM. OC VREALU/VPERM. EF Rigidez D. REALU/PERM. OCYEF 20 19,8 15 10 19,8/15 = 1,32 19.8/10 = 1,98 6.4 Estabilidad a la oxidación en bomba rotativa (RPVOT), minutos, ASTM D2272 Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver Tabla 4.6 y Tabla 4.13 VREALN VREALU Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VREALU/VPERM. OC VREALU/VPERM. EF RPVOTREALU / PERM. OC Y EF 1000 840 250 100 840/250 = 3,36 840/100 = 8,4

No 6.1

Parámetro Tensión I. REALU/PERM. OC Y EF

No 6.2

No 6.3

No 6.4

VREALN

OC x

OF

EF

OC x

OF

EF

OC x

OF

EF

OC x

OF

EF

Recomendaciones Generales: 1) 2) 3) 4) 5)

Viscosidad, cSt/40ºC, ASTM D445: Condición OC. Viscosidad, cSt/100ºC, ASTM D445: Condición OC. Oxidación por TAN, mgrKOH/gr.ac.us., ASTM D664: Condición OC. Contenido de aditivos, ppm, EAA: Condición OC. Nivel de contaminación por partículas sólidas: mayores de 4 micras en Condición OC; mayores de 6 micras en Condición OC; mayore de 14 micras, ISO 4406-99: Condición OC. 6) Contaminación por partículas metálicas, ppm, EAA: Condición OC. 7) Contenido de metales de desgaste, ppm, EAA: Condición OC. 8) Tensión Interfacial, Dinas x cm, ASTM D971: Condición OC. 9) Rigidez Dieléctrica, kv, ASTM D877: Condición OC. 10) Demulsibilidad, aceite/agua/emulsión, ASTM D1401: Condición OC. 11) Estabilidad a la oxidación por bomba rotativa, minutos, ASTM D2272: Condición OC. El aceite del Turbogenerador TG-1 se encuentra en óptimas condiciones.

Ejemplo 4.5 En el motor diesel de un camión de reparto se está utilizando un aceite SAE 15w40, API CI-4. A los 10.000 km de recorrido del vehículo después del último cambio de aceite, se le tomó una muestra para su análisis en el laboratorio. La capacidad del carter de vehículo es de 3 galones de aceite, la cantidad de aceite añadida durante los 10.000 km fue de ¼ de galón, la muestra extraída del carter del motor presentaba olor a gasolina, el color del aceite era negro y el tipo de servicio del vehículo es intermitente y trabaja en la ciudad. En la Tabla 1, se especifican los datos del aceite nuevo SAE 15w40, API CI-4 y los resultados del análisis de laboratorio efectuado al aceite usado SAE 15w40, API CI-4. Se requiere determinar: Pruebas básicas: 1- En qué condición se encuentra la viscosidad del aceite SAE, cSt/40ºC y cSt/100ºC, ASTM D445. 2- Especificar si el aceite SAE se debe cambiar por bajo nivel de detergencia-dispersancia, TBN, mgrKOH/gr.ac.us. 3- Evaluar el contenido de aditivos metálicos en el aceite SAE, ppm, EAA. 4- Evaluar la condición del nivel de contaminación del aceite SAE por combustible, glicoles, hollín, y por partículas del ambiente, abs/cm, DIR. 5- Analizar la condición del nivel de desgaste adhesivo de los mecanismos de motor diesel, para los diferentes tipos de metales, ppm, EAA.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 6- Evaluar si la frecuencia de cambio del aceite SAE es a los 10.000 km o se puede ampliar. Solución: En la Tabla 1 se especifican los valores de los parámetros del aceite nuevo y del aceite usado con base en los resultados de los análisis de laboratorio y los valores permisibles para la condición OC y EF tomados de la Tabla 4.6, Tabla 4.8 y Tabla 4.10 y las recomendaciones con respecto al estado del aceite SAE 15w40, API CI-4, y de los mecanismos del motor diesel.

Tabla 1 Resultados de los análisis de laboratorio de acuerdo con los valores permisibles para la condición OC y EF del aceite automotriz SAE 15w40 – MCI

1. Datos de la empresa y del funcionario responsable 1.6 Nombre del funcionario 1.7 Cargo 1.8 Correo electrónico 1.9 Celular 1.10 Teléfono fijo 2. Datos del laboratorio y del funcionario responsable 2.1 Nombre 2.6 Cargo 2.2 Ciudad 2.7 Correo electrónico 2.3 País 2.8 Celular 2.4 Dirección 2.9 Teléfono fijo 2.5 Nombre del funcionario 2.10 3. Especificaciones de la máquina y del componente 3.1 Fecha toma de muestra de aceite 3.4 Código máquina 3.2 Ciudad 3.5 Componente 3.3 Máquina 3.6 Código componente 4. Especificaciones del aceite 4.1 Clase Mineral Sintético Vegetal 4.6 Marca del lubricante. 4.2 Tipo Aceite Grasa Sólido 4.7 Volumen de aceite, galones.. 4.3 Categoría H1 H2 H3 4.8 Cantidad añadida entre cambios, galones. 4.4 Clasificación ISO AW EP1 EP2 EP3 4.9 Temperatura del aceite en el carter, ºC. SAE API 4.10 Frecuencia cambio aceite. Horas Kilómetros 4.5 Nombre del lubricante 4.11 Fecha del último cambio de aceite. 5.Pruebas básicas Factor, fx , modificador de Vida Disponible, Vd No Factor fx modificador de Aceite Valor permisible Cálculo del Condición vida disponible Vd Ver Tablas 4.6, 4.8, 4.10 y 4.13 factor, fx de acuerdo con el tipo de Resultados OC → fx > 1 OC: Operación componente de laboratorio EF → fx < 1 Confiable OF: OC → fx < 1.0 y EF → fx > 1 OF: Operación en Falla. EF: En falla. Valor VPERMISIBLE VPERMISIBLE fx fx OC OF EF Nuevo Usado OC EF OC EF VREALN VREALU (VPERM-OC ) (VPERM-EF ) 5.1 Factor de viscosidad, fviscosidad cSt/40ºC y fviscosidad cSt/100ºC , ASTM D445 Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.6 y Tabla 4.13 Aumento de la viscosidad del aceite usado con respecto a la del aceite nuevo VREALN VREALU No Parámetro VPERM-OC VPERM-EF VPERM. OC/ VREALU VPERM. EF/ VREALU OC OF EF 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Nombre Proceso industrial Ciudad País Dirección

A 40º Y A 100ºC

5.1.1 5.1.2

VPERM. OC Y EF / REALU VPERM. OC Y EF / REALU

A 40º Y A 100ºC

A 40ºc A100ºc

Disminución de la viscosidad del aceite usado con respecto a la del aceite nuevo

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

No 5.1.3 5.1.4

Parámetro VREALU / PERM. OC Y EF A 40ºc VREALU / PERM. OC Y EF A100ºc

VREALN

VREALU

VPERMISIBLE OC

VPERMISBLE EF

VREALU / VPERM.

VREALU / VPERM.

OC A 40º Y A 100ºC

EF A 40º Y A 100ºC

105 15

OC

OF

EF

92 0,9x105=94,5 0,8x105 = 84 92/94,5 = 0,96 92/84 = 1,09 x 13 0,9x15= 13,5 0,8x15 = 12 13/13,5= 0,96 13/12=1,08 x 5.2 Factor de TBN, , fTBN mgrKOH/gr.ac.us , ASTM D664 Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver Tabla 4.6 y Tabla 4.13 VREALN VREALU No Parámetro VPERMISBLE OC VPERMISBLE EF VREALU/VPERM. OC VREALU/VPERM. EF OC OF EF 5.2.1 TBN REALU / PERM. OC Y EF 12 8,5 6 5 8,5/6 = 1,41 8,5/5 = 1,7 x 5.3 Factor del contenido de aditivos metálicosppm, EAA: fZinc , fFósforo , fCalcio , fBario , fSodio , fMagnesio Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.7 y Tabla 4.13 VREALN VREALU No Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VREALU/VPERM. OC VREALU/VPERM. EF OC OF EF 5.3.1 Silicio REALU / PERM. OC Y EF 5.3.2 Zinc REALU / PERM. OC Y EF 900 290 50 20 290/50 = 5,8 290/20 = 14,5 x 5.3.3 Fósforo REALU/ PERM. OC Y EF 1200 380 100 50 380/100 = 3,8 380/50 = 7,6 x 5.3.4 Calcio REALU / PERM. OC Y EF. 390 120 200 100 120/200 = 0,6 120/100 = 12 x 5.3.5 Boro REALU / PERM. OC Y EF 0 4 20 40 20/4 = 5 40/4= 10 x 5.3.6 MagnesioREALU/PERM. OCYEF 150 118 100 50 118/100 = 1,18 118/50 = 2,36 x 5.3.7 MolibdenoREALU/PERMOCYEF 80 65 60 40 65/60 = 1,08 65/40 = 1,62 x 5.4 Factor de contaminación por líquidos y partículas sólidas, fCombustible, %vol, ASTMD 322, (fCombustible abs. / cm , fHollín, abs. / cm , fSulfatación, abs./ cm fNitración, abs / cm , fGliool , abs / cm , fOxidación, abs / cm , fAgua , abs / cm, ), abs/cm, DIR Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver Tabla 4.8 y Tabla 4.13 VREALN VREALU No Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VPERM OC/VREALU VPERM EF/VREALU OC OF EF 5.4.1 Comb. PERM. OC Y EF / REALU 0 3,5 2 5 2/3,5 = 0,57 5/3,5 = 1,42 x 5.4.2 Comb. PERM. OC Y EF / REALU 0 1 10 12 10/1 = 10 12/1 = 12 x 5.4.3 Hollín PERM. OC Y EF / REALU 0 20 15 20 15/20 = 0,75 20/20= 1,0 x 5.4.4 SulfataciónPER.OCYEF/REALU 0 5 13 15 13/5 = 2,6 15/5 = 3 x 5.4.5 NitraciónPERM.OCYEF / REALU 0 2 13 15 13/2 = 6,5 15/2 = 7,5 x 5.4.6 Glicol PERM. OC Y EF / REALU 0 2 9 15 9/2 = 4,5 15/2 = 7,5 x 5.4.7 OxidaciónPERM.OCYEF/REALU 0 0 14 16 14/0 = >> 1,0 16/0 = >> 1,05 x 5.4.8 Agua PERM. OC Y EF / REALU 0 1 5 10 5/1 = 5 10/1 = 10 x 5.5 Factor de contaminación por partículas metálicas, ppm , EAA, fSilice, , fvanadio , fBoro , fBario Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.8 y Tabla 4.13 VREALN VREALU No Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VPERM OC/VREALU VPERM EF/VREALU OC OF EF 5.5.1 Sílice PERM. OC Y EF / REALU 0 45 20 50 20/45 = 0,44 50/45 = 1,11 x 5.5.2 Sodio PERM. OC Y EF / REALU 0 20 70 90 70/20 = 1,8 90/20 = 2,4 x 5.5.3 Potasio PERM. OC Y EF/ REALU 0 30 80 90 80/30 = 2,66 90/30 = 3,0 x 5.5.4 Vanadio PERM. OC Y EF/REALU 0 5 20 30 20/5 = 4 30/5 = 6 x 5.5.5 Bario PERM. OC Y EF / REALU 0 45 20 50 20/45 = 0,44 50/45 = 1,11 x 5.6 Factor por contenido de metales de desgaste, ppm , EAA, fHierro , fAluminio , fCromo , fEstaño , fCobre , fPlomo , fPlata Para el VPERMISIBLE – OC y VPERMISIBLE – EF , ver la Tabla 4.9, Tabla 4.12 y Tabla 4.13 VREALN VREALU No Parámetro VPERMISIBLE OC VPERMISIBLE EF VPERM OC/VREALU VPERM EF/VREALU OC OF EF 5.6.1 Hierro PERM. OC Y EF / REALU 0 80 100 120 100/80 = 1,25 120/80 = 1,5 x 5.6.2 Cobre PERM. OC Y EF / REALU 0 5 20 40 20/5 = 4 40/5 = 8 x 5.6.3 Estaño PERM. OC Y EF / REALU 0 8 40 50 40/8 = 5 50/8 = 6,25 x 5.6.4 Cromo PERM. OC Y EF / REALU 0 3 20 40 20/3 = 6,3 40/3 = 13,3 x 5.6.5 Niquel PERM. OC Y EF / REALU 0 7 40 50 40/7 = 5,71 50/7 = 7,14 x 5.6.6 Aluminio PERM. OCYEF/ REALU 0 16 50 60 50/16 = 3,12 60/16 = 3,75 x 5.6.7 Plomo PERM. OC Y EF / REALU 0 0 10 25 No contiene 6.4 RPVOTREALU / PERM. OC Y EF 0 0 100 200 No contiene Recomendaciones Generales: (1) (2) (3) (4) (5) (6)

Viscosidad cSt a 40ºC, ASTM D445: condición OF, se recomienda cambiarlo. Viscosidad cSt a 100ºC, ASTM D445: condición OF, se recomienda cambiarlo. TBN, mgrKOH/gr.ac.us. , ASTM D664: condición OC, la detergencia-dispersancia está en optimas condiciones. Calcio, ppm, EAA: condición OF, se recomienda hacerle seguimiento al comportamiento de este aditivo. Combustible, ppm, EAA: condición OF, se deben revisar los inyectores. Hollín, ppm, EAA: condición OF, se deben revisar los inyectores y el estado del filtro de aire.

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(7) Sílice, ppm, EAA: condición OF, se debe revisar el filtro de aire. (8) Desgaste adhesivo: normal en todos los mecanismos del motor diesel.

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Capítulo 5

FUNDAMENTOS SOBRE LUBRICACION

1. DEFINICION La lubricación se define como la interposición entre dos superficies que se encuentran en movimiento relativo la una con respecto a la otra de una sustancia cualquiera conocida con el nombre de lubricante. Un buen lubricante debe disminuir al máximo el desgaste de las superficies lubricadas, el calor generado por fricción, el consumo de energía, el ruido, y el impacto negativo sobre el ambiente cuando finalmente se deseche, como resultado de su proceso de oxidación normal. Sin el empleo del lubricante adecuado, las superficies metálicas de los mecanismos lubricados se soldarían, dejando inservible la máquina y convirtiéndola en chatarra en unos cuantos minutos. Cuando las superficies son lubricadas la única fricción que se debe presentar es entre las capas del lubricante así la lubricación sea del tipo fluida ó EHL. Un mecanismo puede quedar bien ó mal lubricado, dependiendo de factores tales como la viscosidad del aceite utilizado, la cantidad aplicada, el método de lubricación ó la frecuencia entre relubricaciones. Aún hoy en día hay personas que trabajan en el mantenimiento mecánico de las máquinas que piensan que lubricar es simplemente aplicar un aceite ó una grasa lo cual es un grave error. 2. PELÍCULA LUBRICANTE La película lubricante permite separar las rugosidades de dos superficies que se encuentran en movimiento relativo evitando que entren en contacto directo metal-metal. La película lubricante puede ser sólida en el momento de la puesta en marcha de un mecanismo ó constituida por la unión de capas laminares cuyo número es alto si la lubricación es fluida y bajo si es EHL. El espesor de la película lubricante define el tipo de lubricación y aumenta con la viscosidad del aceite y con la velocidad de operación del mecanismo. Una de las capas que constituyen la película lubricante, ya sea bajo condiciones de lubricación fluida ó EHL, se adhiere fuertemente a la superficie en movimiento, otra a la estacionaria (ó en movimiento según el caso) y las demás se deslizan entre sí como resultado del esfuerzo a la cizalladura que se presenta entre ellas. La estabilidad de la película lubricante que se adhiere a la superficie metálica depende del índice de viscosidad del aceite, el cual si es alto reduce las probabilidades de que el tipo de flujo cambie de laminar a turbulento y que por lo tanto dicha película lubricante no se desprenda de la superficie metálica. 3. TIPOS DE LUBRICACION La película lubricante que se forma entre dos superficies metálicas define el tipo de lubricación bajo el cual va a trabajar un mecanismo; las que se presentan en cualquier tipo de mecanismo lubricado son sólida ó límite, fluida, elastohidrodinámica e hidrostática. Cuando el mecanismos lubricado alcanza la velocidad nominal de operación, solo puede quedar trabajando bajo condiciones de lubricación fluida ó Elastohidrodinámica (EHL), lo que hace que sea muy importante por parte de los responsables del correcto funcionamiento de los equipos rotativos, conocer la diferencia entre lubricación fluida y EHL, ya que son muchos los daños que se presentan en la práctica por no tener claros estos conceptos. A mediados de los años de 1850, debido al desarrollo vertiginoso de la máquina de vapor y del ferrocarril en Inglaterra, la lubricación dejó de ser un arte y se empezaron a plantear las primeras

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV formulaciones matemáticas mediante las cuales se buscaba una concordancia con los resultados prácticos de la lubricación de los elementos de máquinas. Hasta esta época el hombre lubricaba las máquinas basado en muchos años de experiencia, la cual se transmitía de una generación a otra, pero que en la práctica a medida que el diseño y la construcción de nuevas máquinas se iba presentando, los lubricantes utilizados hasta entonces no daban los resultados esperados y por prueba y error se debían buscar los lubricantes que verdaderamente sirvieran para esta aplicación en particular. Esta forma de encontrar el lubricante correcto resultaba muy costosa, por lo que era necesario recurrir a metodologías más precisas y fundamentar ecuaciones mediante las cuales al asignarles las variables de velocidad, carga y temperatura, principalmente, se pudiese hallar la viscosidad del aceite requerido. Bajo las nuevas filosofías de entender y llevar a cabo la lubricación se desarrollaron teorías que eran aplicables perfectamente a mecanismos que operaban bajo condiciones de lubricación fluida, que eran las que se presentaban prácticamente en los mecanismos de todas las máquinas construidas hasta entonces. Con el reemplazo de la madera por el carbón como combustible en las calderas de los ferrocarriles en Inglaterra, surgió la minería y con ella nuevas máquinas cuyas condiciones de operación eran muy diferentes a las conocidas hasta entonces. Los mecanismos de estas nuevas máquinas estaban sometidos a bajas velocidades, altas cargas, y con frecuencia eran cargas de impacto, como en el caso de los molinos para triturar y pulverizar el carbón. Como las teorías aplicables a la lubricación en ese entonces estaban basadas solamente en la lubricación fluida, estos mecanismos se desgastaban, aún cuando se lubricaran, por que los diseñadores de dichas máquinas contrarrestaban el desgaste adhesivo que se presentaba empelando materiales más resistentes al desgaste, pero muy pesados, que conllevaban a elevados consumos de energía, tanto para poderlos mover como por fricción, generando altos costos en los procesos de producción. Solo fue hasta la década de los años 50´s, cuando mediante las investigaciones realizadas por Dowson y Higginson, se pudo llegar a diferenciar exactamente cuáles elementos de máquinas trabajan bajo condiciones de lubricación fluida y cuáles bajo EHL, lo cual conllevó al control del desgaste y a que los mecanismos alcanzaran su vida de diseño. Lubricación sólida ó límite Una de las condiciones más críticas en la operación de un mecanismo es en el momento en que se pone en marcha ya sea por primera vez (aún más crítica) ó después de que ha permanecido detenido durante un período de tiempo determinado. Cuando la velocidad nominal de operación de un mecanismo (engranajes, rodamientos, cojinetes lisos, cadenas, etc), disminuye, las rugosidades de las dos superficies se acercan y un gran número de ellas interactúan hasta que finalmente, cuando la velocidad es igual a cero, se entrelazan de manera semejante a como quedan los dientes de dos serruchos cuando se superponen. Es fácil imaginar lo que sucedería si en la realidad se tomasen dos serruchos y se colocaran de tal forma que todos sus dientes quedaran entrelazados y luego se le aplicara a uno de ellos una fuerza lo suficientemente alta como para ponerlo en movimiento. Como es obvio lo más probable es que un buen número de dichos dientes se fracturarían quedando inservibles los dos serruchos. Pues bien, en los mecanismos de las máquinas puede suceder lo mismo cuando se lubrican de una manera inadecuada, se utiliza un lubricante incorrecto ó éste se sigue utilizando, cuando ya se haya oxidado. En el momento de la puesta en marcha de un mecanismo un buen número de las crestas de las rugosidades de las dos superficies se encuentran entrelazadas y su separación dependerá de la untuosidad (lubricidad) ó de los aditivos antidesgaste del lubricante que se esté utilizando; esta propiedad del lubricante se conoce como película sólida ó límite la cual aísla las rugosidades de las dos superficies metálicas, permitiendo que en el momento de la puesta en marcha del mecanismo dichas rugosidades no se “suelden” sino que se deslicen la una con respecto a la otra y se deformen elásticamente debido a las propiedades elásticas del material. Cuando el fabricante del equipo diseña los mecanismos tiene en cuenta que cuando se pongan en marcha, las rugosidades de las

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV superficies metálicas se deformen, para una determina carga, dentro de la zona elástica del material y muy por debajo de su punto de fluencia. Si la carga es mayor que la especificada por el fabricante del equipo, la deformación de la rugosidad puede quedar dentro de la zona plástica de tal manera que cuando dicha rugosidad vuelva a interactuar con otra se fracturará dando lugar al desgaste adhesivo del mecanismo. “Teóricamente” durante la puesta en marcha de un mecanismo no hay desgaste siempre y cuando el lubricante garantice la formación de la película límite y el material tenga la elasticidad adecuada; sin embargo en la práctica cuando se desgasta la película límite se presenta el contacto metal-metal entre las rugosidades de las dos superficies y persiste hasta que el aditivo antidesgaste del lubricante reaccione nuevamente con dichas rugosidades normalizando la situación e impidiendo que continúe el desgaste adhesivo y por lo tanto el desprendimiento de partículas metálicas. La eficiencia de un buen lubricante para evitar el desgaste adhesivo en condiciones de película límite depende de la velocidad de reacción de sus compuestos de untuosidad ó de sus aditivos antidesgaste con las superficies metálicas, del espesor de la película sólida ó límite y del coeficiente de fricción de dicha película sólida. El valor del coeficiente de fricción sólida del lubricante juega un papel muy importante en la reducción del desgaste adhesivo ya que entre mas bajo sea su valor, la rata de desgaste de la película sólida será menor y por lo tanto también el número de contactos metal-metal dentro de un período de tiempo determinado. Ver Figura 2.4. Lubricación fluida A medida que el mecanismo va incrementado su velocidad, las crestas de las dos superficies chocan menos y se van separando lentamente debido al bombeo de aceite originado por el movimiento de dichas superficies; antes que el mecanismo alcance su velocidad nominal de operación se presenta una condición intermedia entre lubricación sólida y fluida conocida como lubricación mixta; en este caso solo una parte de la carga es soportada por la acción hidrodinámica y la otra, por la película sólida que recubre las rugosidades que aún interactúan. Una selección incorrecta de la viscosidad del aceite al igual que una disminución de ésta en operación puede dar lugar a que el mecanismo quede funcionando bajo condiciones de lubricación mixta. Una vez que el mecanismo queda operando a su velocidad de régimen y si ésta es lo suficientemente alta, las rugosidades de las dos superficies quedarán completamente aisladas y “flotando” entre sí de manera semejante a como navega un barco sobre la superficie del agua y se tendrán por lo tanto condiciones de lubricación fluida ó hidrodinámica; en este tipo de lubricación es más influyente la velocidad del mecanismo que la viscosidad del aceite. En lubricación fluida las rugosidades de las dos superficies quedan completamente cubiertas por una capa del lubricante y las demás se deslizan entre sí presentándose entre ellas fricción fluida; la intensidad de esta fricción depende del valor del coeficiente de fricción del lubricante utilizado y del espesor de la película lubricante. La lubricación fluida debe tener características de flujo laminar para garantizar que la capa limite que se encuentra adherida a las dos superficies metálicas no se desprenda (velocidad cero) evitando que el desgaste erosivo que se presenta durante la explotación normal del mecanismo sea superior a su valor normal; este tipo de flujo se caracteriza por tener un Número Reynolds menor ó igual a 2000. En la práctica, sin embargo, si se pretendiera garantizar condiciones de flujo laminar permanentemente en la película fluida la viscosidad del aceite debería ser constante con la temperatura, lo cual en la actualidad con la tecnología disponible en lubricación no es factible, por lo que es necesario utilizar lubricantes con un índice de viscosidad (IV) lo más alto posible (mayor de 100) para garantizar que el tipo de flujo de la película lubricante no pase de laminar a turbulento durante los cambios en la temperatura de operación que se presenta como resultado de las fluctuaciones en la temperatura ambiente entre el día y la noche y mucho más en aquellos países donde hay estaciones. En lubricación se considera que la película lubricante es turbulenta a partir de 2000 debido a que las pequeñas burbujas que empiezan a formarse una vez que llegan a la zona de carga “explotan” fatigando las rugosidades y haciendo que finalmente se desprendan pequeñas

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV partículas metálicas las cuales incrementan el desgaste erosivo normal. El Número Reynolds (Re) que define el tipo de flujo se puede calcular de la siguiente ecuación: Re  v d /

Ecuación No1

Donde: -

Re: Número Reynolds, adimensional. v: Velocidad lineal del mecanismo. d: Diámetro de la tubería, en este caso es igual al espesor de la película lubricante (h o). : Viscosidad cinemática del aceite a la temperatura de operación del mecanismo.

Se puede observar de la Ecuación No1 que el parámetro que más influye en las condiciones de flujo de la película lubricante es la viscosidad del aceite, la cual disminuye a medida que la temperatura de operación aumenta (esta temperatura está influenciada por la temperatura ambiente y por el incremento de temperatura debido a la fricción fluida en la película lubricante), este último parámetro es constante mientras que la temperatura ambiente es variable) dando lugar a que si la viscosidad disminuye significativamente con el aumento en la temperatura de operación (aceite con un bajo índice de viscosidad) las condiciones de flujo de la película lubricante pueden pasar de laminar a turbulento y por lo tanto propiciar un incremento en el desgaste erosivo de las superficies metálicas del elemento lubricado. Los otros parámetros de la ecuación de Reynolds como la velocidad (v) de régimen del mecanismo por ser constante no tiene ninguna incidencia mientras que el espesor de la película lubricante (ho) al variar ligeramente con los cambios en la temperatura de operación puede incidir en la misma proporción en el tipo de flujo, pero en un porcentaje muy bajo con respecto a la que tiene la viscosidad. La tendencia normal al desgaste erosivo en lubricación fluida es característica de cada aceite y se puede reducir con aceites de alto índice de viscosidad (IV), por lo regular de tipo sintético, mejorando la limpieza del aceite por encima del valor recomendado por la Norma ISO 4406 y manteniendo la temperatura de operación del mecanismo en un valor igual ó menor a los 50 °C. La teoría de la lubricación hidrodinámica fue descubierta en la década de 1880 por el inglés Beauchamp Tower; este científico realizó un experimento consistente en poner a girar un eje soportado en un cojinete liso sumergido en aceite con la carga actuando hacia arriba y colocando un tapón en un orificio practicado en la parte superior del cojinete liso, cuando el eje alcanzó su velocidad nominal de operación el tapón fue expulsado suavemente de su alojamiento comprobando de esta manera que bajo estas condiciones de operación el aceite desarrollaba una presión hidráulica que mantenía separadas las dos superficies metálicas. Posteriormente el tapón fue reemplazado por un manómetro y se comprobó que la presión hidráulica de la película lubricante era aproximadamente el doble de la presión mecánica calculada como la relación entre la carga que actuaba sobre el cojinete liso (W), y el área proyectada, que es equivalente al producto de la longitud por el diámetro del cojinete (LD). Con base en los resultados obtenidos se realizaron otros experimentos para determinar la distribución de la presión hidráulica a lo largo de la periferia de todo el cojinete liso. La influencia de la velocidad del mecanismo y de la viscosidad del aceite en el establecimiento de la lubricación fluida -

Los factores que inciden en el establecimiento de la lubricación fluida son la velocidad del mecanismo y la viscosidad del aceite que se está utilizando, pero cada uno de ellos influye de una manera específica dependiendo de las circunstancias que se presenten en el mecanismo lubricado. Si el mecanismo opera a altas velocidades, este factor será el más influyente en el logro de la lubricación fluida ó hidrodinámica y para estos casos se utilizan aceites de baja

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV viscosidad y tanto más baja será ésta, cuanto más alta sea la velocidad de funcionamiento; por el contrario, si la velocidad es muy baja, es factible que la lubricación hidrodinámica por velocidad no se logre alcanzar y sea necesario compensar la falta de velocidad con aceites de alta viscosidad, pero entonces se presenta el inconveniente del consumo de energía por fricción fluida en el interior de la película lubricante, que será tanto mayor cuanto mayor sea la viscosidad del aceite, dando lugar a que si se quiere lograr una condición de lubricación hidrodinámica mediante el uso de aceites de alta viscosidad, no sea factible desde el punto de vista energético y de las altas temperaturas que se van a presentar en el mecanismo lubricado. En este ultimo caso se considera que la lubricación es EHL, y se deben emplear por lo tanto aditivos de EP y la viscosidad del aceite que se debe utilizar se selecciona de tal manera que garantice un consumo de energía por fricción razonable pero que adicionalmente ayude a formar una película que proteja las superficies lubricadas sin llegar a ser fluida. -

La viscosidad es el factor mas importante en el establecimiento de la película hidrodinámica cuando para una velocidad dada se tiene un valor especifico de viscosidad, en este caso, el factor que más impacta la película hidrodinámica es la viscosidad porque es la única variable que hay y si esta se reduce (altas temperaturas, sobrecargas, dilución del aceite por combustible, etc.), la condición de lubricación hidrodinámica puede llegar a ser EHL sin que el aceite tenga aditivos EP dando lugar a que se presente el contacto metal-metal y por consiguiente el desgaste adhesivo entre las superficies lubricadas.

Lubricación elastohidrodinámica ó EHL En la industria hay un buen número de mecanismos como engranajes de hornos cementeros, cojinetes lisos de rodillos laminadores, rodamientos de cilindros secadores en textileras y papeleras, mecanismos de palas eléctricas y mecánicas, transmisiones de camiones carboneros, etc., en los cuales las cargas transmitidas son tan altas y las velocidades tan bajas que el suministro de aceite por la acción de bombeo de los mismos mecanismos hacia las zonas sometidas a fricción es mínimo haciendo que las rugosidades de las dos superficies en operación nunca se separen dando lugar a que permanentemente interactúen, requiriéndose por lo tanto la utilización de aceites de alta viscosidad, con aditivos que tengan la capacidad suficiente de formar una película sólida ó límite de una resistencia al desgaste adhesivo mayor que la película límite que se forma en los mecanismos cuyas superficies interactúan solamente en el momento del arranque y que luego se separan, por la acción hidrodinámica del lubricante utilizado. Este tipo de lubricación se denomina Elastohidrodinámica (EHL) y los aditivos utilizados se conocen con el nombre de Extrema Presión (EP), cuya característica más importante es que tienen la capacidad suficiente de soportar altas cargas de compresión y esfuerzos cortantes sin que se rompa la película límite. La lubricación EHL fue descubierta por los profesores británicos Duncan Dowson y Gordon Higginson en la década de los años 50¨s, pero Duncan Dowson fue la persona que más tiempo le dedicó durante su larga carrera ingenieril, al estudio de la Tribología. A continuación se detallan algunos aspectos importantes del desarrollo de Duncan Dowson: -

Duncan Dowson, fue un ingeniero mecánico inglés de la Universidad Británica de Leeds, quien le dedicó más de 40 años al estudio y difusión de la Tribología a nivel mundial y uno de los grandes descubridores de las teorías de la lubricación Elastohidrodinámica, aplicable hoy en día no solo a controlar el desgaste adhesivo en engranajes, rodamientos, cojinetes lisos ó en cualquier tipo de elemento mecánico sometido a altas cargas y a bajas velocidades, sino también en la lubricación de las articulaciones humanas. Duncan Dowson nació en 1918 en un pequeño pueblo llamado Kirkbymoorside en el sur de Inglaterra, era hijo único de un herrero de nombre Wilfred Dowson por quien Duncan siempre mostró una gran admiración y de quien con frecuencia decía: “Mi padre era extremadamente diestro en su profesión hasta tal punto de ser un artista. Diseñaba sus propios herrajes; hacía trabajos para los notables de la sociedad y para la iglesia y participaba en exposiciones. Sentía una gran debilidad por los herrajes ornamentales

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV lo que lo llevó a fabricar un sinnúmero de portones para las haciendas de la época, que aun hoy en día están en pie”. Dowson siempre quiso trabajar con su padre y convertirse en uno de los mejores herreros de la época, sin embargo las recomendaciones insistentes de su madre Hannah lo llevaron por los caminos de la academia, iniciando sus estudios en Ingeniería de Minas en la Universidad de Leeds, pero al poco tiempo de iniciarlos se cambió de carrera y terminó graduándose en Ingeniería Mecánica. Su tesis doctoral la hizo sobre las teorías de la lubricación hidrodinámica aplicadas al movimiento de elementos mecánicos. En ese entonces el comentaba: “En resumen, todos los mecanismos de las máquinas flotan sobre unas delgadas capas de líquidos que obedecen a las leyes de la hidrodinámica; era la aplicación de esas leyes a estos problemas, lo que me intrigaba. Algo en lo que nunca había pensado”. En 1952 Dowson se trasladó a Coventry y se unió a W.G. Armstrong en la compañía de aviación Whiteworth. Un encuentro casual en un tren con su antiguo profesor de la cátedra de lubricación Christophersson le hizo cambiar sus planes de continuar su carrera industrial en Canadá y en cambio aceptó un cargo de docente en la Universidad de Leeds suponiendo que permanecería allí por dos o tres años solamente, sin embargo se quedo allí desde entonces. -

Dowson en la Universidad de Leeds, trabajó con profundidad en los temas de Hidrodinámica y Tribología impulsando el estudio de los problemas de la lubricación y el desgaste tanto en la teoría como en la práctica. En los años 60´s fue el primer profesor en desarrollar y dictar una materia sobre Tribología, lo cual para la época era un gran riesgo dedicarse a esto (aún hoy en día lo es). En ese entonces, decía Dowson: “Cuando la gente habla de lubricación, piensa solo en una lata de aceite y en un trapo sucio, y hay una gran dosis de verdad en ello; por ejemplo, los rodamientos son demasiado sencillos y es fácil desatenderlos. Sin embargo, continuaba diciendo, el tema es económicamente relevante, ya que si el rodamiento soporta el rodillo de laminación del acero en una siderúrgica, su reemplazo puede generar altos costos de mantenimiento y altas pérdidas en la producción de la planta”.

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En 1964 Dowson hizo parte de un grupo de trabajo convocado por el gobierno británico para estudiar la importancia de la lubricación como medida preventiva para reducir el desgaste en los rodamientos; dos años más tarde el gobierno emitió un informe oficial en el cual constataba que prestando mayor atención a la lubricación y al diseño de los rodamientos la industria británica podría ahorrar hasta 500 millones de libras anualmente. Este estudio fue la base de los primeros estudios serios sobre Tribología; palabra que en ese entonces fue creada por un editor del diccionario de ingles de la Universidad de Oxford, partiendo de las raíces griegas Tribos: fricción y logos: tratado. El término Tribología surgió como una necesidad de abarcar en un solo concepto materias tan relegadas como lubricación, rozamiento y desgaste. En los años 90´s como resultado de la necesidad de contar con procesos industriales más productivos la Tribología ha adquirido un nuevo status y la investigación actual se basa en las cuatro décadas de trabajo llevadas a cabo por Dowson y sus colegas.

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Dowson fue el autor del libro Historia de la Tribología, una verdadera joya de la literatura técnica en la cual se hace un recuento histórico del desarrollo tecnológico del hombre desde la edad de piedra (período paleolítico, mesolítico y neolítico), pasando por las culturas de Mesopotamia, India, China, Grecia, Persia y el Imperio Romano hasta llegar a nuestros días. Se analizan con profundidad aspectos tan importantes como el descubrimiento del fuego por el hombre primitivo, su evolución e incidencia definitiva en su desarrollo genético, cultural, político y tecnológico. El diseño y fabricación de las primeras herramientas y armas; la fabricación de la rueda del alfarero, la invención de la rueda maciza y luego la radial, y de los primeros rodamientos de rodillos y radiales. Este libro fue un proyecto de once años que escribió como un tributo a la memoria de su hijo Stephen quien murió de cáncer en los huesos en el año de 1968 a la corta edad de 12 años.

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El verdadero aporte de Dowson a la Tribología esta basado en los trabajos desarrollados conjuntamente con otro docente, Gordon Higginson sobre las teorías Elastohidrodinámicas

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV aplicadas a los engranajes de reductores de velocidad, las cuales permitieron analizar y resolver problemas de desgaste adhesivo en engranajes cuyas causas hasta ese momento eran desconocidas. Gran parte del trabajo se basó en las investigaciones realizadas por Osborne Reynolds, quien en 1886 reconoció que las propiedades de una película lubricante podían ser previstas mediante la mecánica de los fluidos. -

Las primeras soluciones, dadas por Dowson y Higginson, que se basaban en factores tales como la deformación elástica, la reología y el contacto de los dientes de los engranajes, implicaron año y medio de cálculo manual. El resultado final fue el desarrollo de la teoría Elastohidrodinámica que explicaba porqué en la lubricación correcta de los dientes de los engranajes se debía tener en cuenta no solamente la viscosidad del aceite a utilizar sino también el uso de sustancias que ellos denominaron aditivos de Extrema Presión. Esta teoría la publicaron Dowson y Higginson en 1959 en Londres en un Congreso de la Asociación de Ingeniería Británica. Dowson comenta dicho acontecimiento de la siguiente manera: “Éramos dos jóvenes académicos de la ingeniería, excitados por lo que estábamos descubriendo. Una vez publicado nuestro trabajo esperábamos reacciones de nuestros colegas pero no pasó nada. Un día recibimos una carta de un veterinario de Australia quien había leído nuestro trabajo. El estaba preocupado porque sus toros de reproducción estaban siendo afectados por un problema de artritis lo cual le generaba grandes pérdidas económicas. El se preguntaba si nuestra teoría de la lubricación Elastohidrodinámica podía dar alguna explicación al problema de la artritis en las articulaciones de los animales. El interrogante de nuestro amigo el veterinario, nos abrió un nuevo camino de investigación y es así como hoy en día hemos llegado a la conclusión de que la lubricación de las articulaciones humanas es netamente de tipo Elastohidrodinámico”.

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Desde 1960, Dowson, conformó un grupo de bioingeniería en la universidad de Leeds para trabajar en articulaciones artificiales junto al famoso cirujano John Chamley, ortopedista británico que desarrolló la primera prótesis completa de cadera que funcionó satisfactoriamente. La gran mayoría de los conceptos de la teoría de la lubricación Elastohidrodinámica, que se utiliza en los componentes de los equipos es aplicable a la lubricación de las articulaciones humanas. Este tema fascinaba a Dowson y se convirtió en su mayor interés.

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Dowson afirmaba que el estudio de la Tribología debe hacerse simultáneamente entre la industria y la universidad de tal forma que se puedan implementar a nivel práctico los conceptos teóricos que se hagan en los laboratorios de investigación, de lo contrario será muy difícil contar con nuevos desarrollos que permitan resolver los graves problemas de desgaste adhesivo que se presentan a diario en un buen número de equipos industriales. La frase famosa de Dowson era: “Amo el enseñar, amo ver a los estudiantes hacer progresos y asimilar conceptos, amo la comunicación y la investigación”.

Antes del desarrollo de las teorías de la lubricación EHL, se creía que todos los mecanismos diseñados hasta ese momento, independientemente de las condiciones operacionales, trabajaban bajo condiciones de lubricación fluida y que para obtenerla era suficiente con aplicar un aceite (ó una grasa ) de una determinada viscosidad, sin embargo en la práctica se presentaban problemas de desgaste adhesivo en aquellos mecanismos que funcionaban bajo condiciones de altas cargas y bajas velocidades, siendo más crítico, cuando el movimiento era oscilatorio, ó los períodos de operación eran muy cortos. El análisis de estos problemas de desgaste adhesivo condujo al desarrollo de las teorías de la lubricación EHL, fundamentadas en sus comienzos más en la experiencia y en la práctica de la lubricación diaria que en procesos de cálculos matemáticos; sin embargo desde su descubrimiento hasta los tiempos actuales se han desarrollado planteamientos matemáticos que permiten establecer con mucha precisión cuales mecanismos en realidad trabajan bajo condiciones de lubricación EHL y en cuales dicha lubricación es hidrodinámica. En la lubricación EHL, las rugosidades de las superficies de fricción trabajan siempre interactuando entre sí, y nunca llegan a separarse a la velocidad nominal de operación, en este caso las crestas

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV de las rugosidades permanentemente se están deformando elásticamente y el control del desgaste adhesivo y el consumo de energía dependerán de las características de la película límite adherida a las rugosidades y de la forma geométrica que tengan éstas. La película lubricante que forman los aditivos EP se puede denominar como sólida ó límite pero de unas características de soporte de carga y de resistencia al desgaste adhesivo mucho más resistentes que la que forman los aditivos antidesgaste en el caso de la lubricación hidrodinámica. En la lubricación EHL las condiciones de película límite son permanentes, ó sea que hay mucha similitud entre las condiciones de la puesta en marcha del mecanismo y cuando éste alcanza la velocidad de régimen ó nominal. La lubricación Elastohidrodinámica se divide en dos conceptos fundamentales en los cuales Elasto significa elasticidad, ó sea que las crestas de la rugosidad de una de las superficies del mecanismo en el momento de la interacción con las de la otra superficie se deforman elásticamente sin llegar al punto de fluencia del material bajo unas condiciones determinadas de carga y temperatura y luego una vez que termina de actuar la carga regresan a su posición original; Hidrodinámica significa que a pesar de que la velocidad de funcionamiento del mecanismo no es la óptima para que se desarrolle una película hidrodinámica, no obstante, ésta se forma a un nivel más microscópico debido a que el aceite que queda atrapado entre las dos crestas deformadas elásticamente ejerce una presión hidráulica entre ellas formando una película fluida de un espesor mucho menor que el que tendría la que se forma en un mecanismo que funciona bajo condiciones de lubricación fluida. El aumento de la viscosidad del aceite debido a la presión y la deformación elástica de las crestas de las superficies se combinan para atrapar el lubricante en el momento en que éste penetra en la zona de contacto; la viscosidad del aceite puede llegar a ser hasta cinco veces mayor que la viscosidad que tiene a la entrada de las rugosidades y la película lubricante puede desarrollar presiones hasta de 350.000 psi. En la lubricación hidrodinámica el espesor de la película lubricante puede ser del orden de los 5 m en adelante, mientras que en la lubricación EHL de 2 m ó menos. Estos espesores de película lubricante tan pequeños hacen más susceptibles al desgaste erosivo y abrasivo los mecanismos que funcionan bajo condiciones de lubricación EHL, siendo necesario por lo tanto mantener los aceites que se utilizan en su lubricación dentro de códigos ISO 4406 de limpieza más rigurosos. Lubricación fluida ó EHL Para determinar si un mecanismo trabaja bajo condiciones de lubricación fluida ó EHL, se calcula el factor de “seguridad de la película lubricante”  (lambda), el cual se halla de la relación del espesor de la película lubricante (ho) y la rugosidad promedio ( ) de las dos superficies del mecanismo lubricado. Si el valor del parámetro  es menor de 1, teóricamente las condiciones de lubricación son EHL y si es igual ó mayor a este valor es fluida. Sin embargo, si se considera que a partir de 1 la película lubricante es fluida se estará trabajando bajo condiciones de alto riesgo ya que si la temperatura ó la carga aumentan ligeramente, el espesor de la película lubricante disminuirá y por lo tanto  será menor de 1 cambiando las condiciones de lubricación fluida a EHL sin que el lubricante tenga los aditivos EP requeridos para esta nueva condición operacional debido a que la lubricación inicialmente era fluida y por lo tanto el aceite utilizado no tenía aditivos EP, presentándose por lo tanto el desgaste adhesivo de los elementos lubricados. Para evitar estos problemas se han establecidos valores de , mucho más conservativos, para los diferentes mecanismos lubricados a partir de los cuales la lubricación es EHL ó fluida, ver Tabla No1.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Tabla No1 Tipo de lubricación de acuerdo con el valor de  Valor de  No

Mecanismo

Tipo de lubricación

 2.50  2.00  1.50  2.50

< 2.50 01

Rodamientos

< 2.00

02

Cojinetes lisos

< 1.50

03

Engranajes

< 2.50

Para cada mecanismo hay un método de cálculo del valor de , los cuales se especifican en Numeral 10 “Selección del tipo de aditivo EP”. Rango de la lubricación fluida Por encima del valor de  que especifica las condiciones de lubricación fluida, es muy importante tener en cuenta el valor máximo permisible de este parámetro, ya que si es muy alto, el consumo de energía por fricción en el interior de la película lubricante se incrementará dando como resultado mayores temperaturas de operación, oxidación más acelerada del aceite y mayores costos por consumo de energía. En la Tabla No2, se especifica, con base en el parámetro , el rango de la lubricación fluida, con sus respectivos valores mínimo y máximo, los cuales hasta donde sea posible se deben tener en cuenta. Tabla No2 Rango de la lubricación fluida No

Mecanismo

Rango

01

Rodamientos

2.50    4.00

02

Cojinetes lisos

2.00    4.00

03

Engranajes

1.50    3.00

Criticidad de la lubricación EHL La criticidad de la lubricación EHL depende del valor del factor de seguridad de la película lubricante  (lambda), es mayor en la medida que  sea mucho menor del valor que la define como lubricación EHL, y de la forma como interactúen las rugosidades de las dos superficies metálicas, así si “deslizan” en situaciones de mecanismos como cojinetes lisos y engranajes sinfín-corona es más crítica que cuando “engranan” y “desengranan” como en el caso de rodamientos y engranajes de dientes rectos y helicoidales (en el diámetro de paso) entre otros. Dependiendo del valor de , el aceite debe tener aditivos de EP, de 1ra, 2da ó de 3ra generación. Ver Tabla No3.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Tabla No3 Tipo de aditivos de EP de acuerdo con el valor de  Tipo de aditivo EP Valor de  No

Mecanismo

1ra generación

2da generación

01

Rodamientos

0.5 ≤  < 2.5

0.1 ≤  < 0.5

02

Cojinetes lisos

0.5 ≤  < 2.0

0.1 ≤  < 0.5

03

Engranajes

0.5 ≤  < 1.5

0.1 ≤  < 0.5

3ra generación 0.05   < 0.1 0.05   < 0.1 0.05   < 0.1

Lubricación Hidrostática ó similar No existe

 < 0.05 No existe

Lubricación hidrostática Consiste en bombear aceite entre dos superficies estacionarias (normalmente un eje y un cojinete liso) altamente cargadas con el fin de separarlas evitando así que se presente el desgaste adhesivo en el momento en que una de ellas (ó las dos) se ponga en movimiento. Este tipo de lubricación se puede considerar como una lubricación hidrodinámica artificial a baja velocidad en la cual el aceite utilizado no requiere aditivos de Extrema Presión; es poco común y se utiliza casi exclusivamente en cojinetes lisos sobrecargados en el momento de la puesta en marcha como es el caso de los cojinetes de empuje verticales de generadores accionados por turbinas hidráulicas del tipo pelton, cojinetes lisos de molinos de bolas en la industria del cobre y del oro, etc. Estos cojinetes reciben el nombre de cojinetes hidrostáticos. Una vez que el mecanismo alcanza su velocidad nominal de operación la bomba sigue suministrando el flujo de aceite requerido para mantener separadas las dos superficies. Este tipo de lubricación requiere que el sistema de lubricación, cuente con una bomba auxiliar, ya que si la bomba que está trabajando sale de servicio, y no se cuenta con bomba auxiliar, el cojinete hidrostático fallaría catastróficamente. Adicionalmente, la mayoría de estos sistemas, tienen un depósito de aceite elevado, a una determinada altura, y con un gas (por lo regular N2), a una determinada presión, para que en caso de que falle la bomba auxiliar, garantice el suministro de aceite durante el tiempo de parada del eje. En los cojinetes lisos lubricados hidrostáticamente y que soportan ejes horizontales el aceite es atomizado a una presión mayor que la que desarrolla la carga sobre el área de trabajo a través de un bolsillo ubicado en la parte inferior de la superficie de fricción del cojinete liso. En los cojinetes de empuje verticales el bolsillo está ubicado en el eje que gira. 4. TIPOS DE LUBRICANTES Cuando se selecciona el lubricante para un mecanismo lubricado es necesario tener en cuenta si la lubricación es fluida ó EHL y en el último caso cual es el nivel de criticidad, de acuerdo con el valor de , ya que esto definirá la generación de aditivos Extrema Presión, que será necesario utilizar. Un buen número de los problemas de desgaste adhesivo que se presentan en los mecanismos se deben a que los lubricantes utilizados no poseen las características adecuadas para el tipo de película lubricante bajo la cual trabajan; por ejemplo, el caso más crítico es cuando se tienen condiciones de lubricación EHL y se utilizan lubricantes sin aditivos de EP; en el caso contrario, ó sea cuando la lubricación es fluida y se emplean lubricantes con aditivos EP, es menos crítica aunque inconveniente, ya que se pueden presentar problemas de desgaste corrosivo en los mecanismos lubricados. Otro caso no menos común, es dentro de la misma lubricación EHL, en la cual se utilizan aceites con aditivos EP, pero de una generación diferente a la que se sería obligatorio su uso.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Para lubricación límite El desempeño de un lubricante para condiciones de lubricación límite en el momento de la puesta en marcha de un mecanismo, ó cuando esta condición es permanente, depende muy poco de la viscosidad, pero si en un alto grado de la untuosidad ó de la afinidad química que éste tenga con respecto a las superficies metálicas. Los compuestos para lubricación límite son sustancias que tienen una fuerte afinidad por las superficies metálicas y cuando se encuentran adheridas a ellas resisten el esfuerzo cortante al interactuar las rugosidades de las dos superficies. Las características más importantes de estos compuestos deben ser una alta estabilidad química a elevadas temperaturas, alta velocidad de reacción con las superficies metálicas, bajo coeficiente de fricción sólida, baja toxicidad por efecto de los vapores ó por contacto con la piel al manipular los lubricantes y compatibilidad con las bases lubricantes y demás aditivos de los aceites y las grasas a los cuales se les añaden. El agua aunque tiene una buena viscosidad no se puede utilizar para condiciones de régimen límite porque carece de untuosidad y de afinidad química hacia las superficies metálicas, propiciando de manera inmediata el desgaste adhesivo y corrosivo. Los productos que comúnmente se emplean para condiciones de película límite y que finalmente puede llegar a ser fluida ó EHL, son: -

Acidos grasos. El ditiosfosfato de zinc, cuando la condición final de lubricación es fluida. Esteres clorados y tricresil-fosfato para condiciones de lubricación EHL. Tetracloruro de carbono. Parafinas cloradas.

Los ácidos grasos tienen características de untuosidad y se encuentran presentes en todos los aceites de origen vegetal, animal y de pescado; siendo los más importantes, el aceite esteárico (manteca de cerdo y sebo de carnero y de vaca), el palmítico (semilla de algodón y de palma) y el oleico (de origen vegetal y animal). Sus propiedades de untuosidad son de tipo molecular y se deben a la cadena hidrocarbonada de los grupos carboxílicos OH-O, en los cuales el extremo activo de la molécula se fija químicamente a la superficie metálica; la velocidad de reacción depende de la naturaleza del metal, de la carga y de la velocidad de deslizamiento; cuanto más larga sea la cadena hidrocarbonada y mayor el número de átomos de carbono más eficiente será la separación de las superficies metálicas y menor el coeficiente de fricción. Los aceites minerales de bases parafínicas puras carecen de grupos carboxílicos OH-O (son de carácter no polar y químicamente inactivos) por lo que son poco eficientes para condiciones de película límite, mientras que los asfálticos si los tienen lo cual los hace aptos para este tipo de lubricación, pero presentan como contraposición elevados coeficientes de fricción sólida. La utilización en la formulación de un aceite de los compuestos de untuosidad ó de los que reaccionan químicamente con las superficies metálicas depende de su compatibilidad con los demás aditivos del aceite, de las condiciones de operación del mecanismo y de los contaminantes a los cuales va a estar expuesto el aceite durante su vida de servicio. Por ejemplo, el ditiosfosfato de zinc no se puede utilizar donde hay presencia de agua como en el caso de los aceites para turbinas de vapor porque genera problemas de herrumbre en los elementos lubricados. Para lubricación hidrodinámica Para condiciones de lubricación hidrodinámica, la película lubricante debe tener una baja resistencia a la cizalladura (bajo coeficiente de fricción fluida) entre las diferentes capas que la constituyen de tal manera que permita reducir la cantidad de energía necesaria para hacer que la superficie móvil se desplace fácilmente sobre la estacionaria, un alto índice de viscosidad, alta resistencia a la oxidación y una mínima formación de carbón, lacas y gomas cuando el aceite se oxide. Se utilizan aceites de bajo y medio grado ISO. Los comúnmente utilizados son:

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Lubricantes minerales, son os más utilizados. Lubricantes sintéticos, se caracterizan por tener coeficientes de fricción fluida en promedio entre un 5 y un 20% por debajo de los aceites minerales, índices de viscosidad mayores de 150 (excepto los ésteres) y resistencia a la oxidación que permite intervalos de cambio con respecto a los minerales en promedio desde 5:1, hasta 20: 1, dependiendo del tipo de base sintética.

Para lubricación Elastohidrodinámica ó EHL Los aceites que se utilizan para lubricación EHL son de un grado ISO 68 en adelante, aunque son más comunes a partir de un grado ISO 150 para que la viscosidad ayude a formar la película fluida ó hidrodinámica que se presenta entre las crestas de las rugosidades cuando se deforman elásticamente en el momento de actuar la carga. Estos lubricantes deben tener aditivos de EP con una capacidad de carga mayor que el esfuerzo a la cizalladura que tiene lugar en el momento que las crestas entran en contacto y se deslizan entre sí, con el fin de evitar que se presente el contacto metal-metal y por lo tanto el desgaste adhesivo. La eficiencia de los aditivos EP, ya sean del tipo de untuosidad ó químico, depende de la velocidad conque reaccionen (reactividad) con las superficies metálicas, sin embargo si es muy reactivo en una aplicación donde no se necesita, es perjudicial, ya que se presentará una elevada corrosión química sobre las superficies metálicas. Los lubricantes para lubricación EHL pueden ser de 1ra, 2da ó 3ra generación según los aditivos que contengan y la utilización de uno u otro tipo, es obligatoria de acuerdo con la magnitud de la carga que actúa sobre el mecanismo lubricado, ó en otros casos, depende de los resultados que se quieran obtener, siendo los más importantes, la disminución del consumo de energía por menor fricción EHL, reducción del desgaste adhesivo en los mecanismos lubricados ó frecuencias más amplias entre cambios de aceite. CASO HISTORICO DE LUBRICACION EHL En una planta cementera después de haber alineado los rodillos de soporte de las llantas del Horno Rotatorio para la producción de clinker, la temperatura de operación de trabajo de la carcasa (Topcarcasa) de cada uno de los dos cojinetes lisos que soportan el rodillo No 1 (en total el Horno Rotatorio tiene 8 rodillos) subió de 30° a 50°C, con tendencia a seguir aumentando. El aceite utilizado era el Cylesso TK 460 (tipo Compound ó compuesto) de la Esso. Se analizó la causa del problema y se llegó a la conclusión que el incremento en la Topcarcasa se estaba presentando debido a que los pernos de anclaje de una de las carcasas de los cojinetes lisos se aflojaron dando lugar a que el rodillo se desalineara con respecto a la llanta del Horno Rotatorio y por lo tanto generara cargas adicionales sobre los cojinetes lisos que daban lugar al incremento en la Topcarcasa, disminución de la viscosidad del aceite, desprendimiento de los ácidos grasos del aceite compuesto y por lo tanto que se presentará el contacto metal-metal entre la superficie del eje y el casquete del cojinete liso. Para compensar la pérdida de viscosidad, y evitar la falla catastrófica de los cojinetes lisos se recomendó utilizar el aceite Cylesso TK 1000 de la Esso, que es un aceite de mayor viscosidad y de las mismas características que el aceite original. No obstante, aun implementando este nuevo aceite, la Topcarcasa siguió aumentando, por lo que se sugirió como una mejor alternativa emplear el aceite Meropa 1000 de Texaco; con este aceite, la Topcarcasa en los cojinetes lisos se estabilizó por un período de dos horas entre 80º-90°C, sin embargo intempestivamente subió a 150°C y los ejes se agarrotaron en los casquetes presentándose la falla catastrófica de los cojinetes lisos. Se cambiaron los cojinetes lisos, se alinearon y se les aplicó de nuevo el aceite Cylesso TK460 normalizándose la situación. Criticidad de la lubricación EHL Los cojinetes lisos de los rodillos que soportan las ruedas de un Horno Rotatorio para la producción de clinker son quizás uno de los casos más representativos de lubricación EHL, porque están

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV sometidos a elevadas cargas y los ejes giran a velocidades muy bajas, dando lugar a valores de  muy pequeños. La criticidad de la lubricación EHL en este caso se determina hallando el valor de , para lo cual es necesario calcular primero el valor del parámetro de Hersey (ns/P) y luego dividirlo por la constante 639,9 (ver Capítulo 3, Lubricación de Cojinetes Lisos, Tomo II). Datos técnicos de cada cojinete liso para condiciones normales de operación: -

Aceite: Cylesso TK 460 Velocidad del eje (ns): 30 rpm Carga (W): 16.000 kgf. Longitud del cojinete liso (L): 30 cm Diámetro del cojinete liso (D): 30 cm Temperatura de la película lubricante (T optrabajo): 50 °C Temperatura de la carcasa (Topcarcasa): 30 °C

Con los datos del cojinete liso, se calcula el parámetro de Hersey: ns/P = 200 Cps x 30 rpm / 17.77 kgf/cm2 = 337.64 ns/P = 337.64 Cps x rpm x cm2 / kgf. Donde:

 = 200 Cps (Centipoises), del Gráfico 3.1 (Capítulo 3) con el grado ISO 460 (aceite Cylesso TK460) y la Toptrabajo de 50°C; ns = 30 rpm; P = W/LD = 17,77 kgf/cm 2, donde L = 30 cm, D = 30 cm y W = 16.000 kgf. El coeficiente de seguridad  de la película lubricante es igual a:  = ns/P/639.9 = 337.64/639.9 = 0,52  = 0,52 Por lo tanto las condiciones de lubricación de los cojinetes lisos son del tipo EHL, y los aditivos EP del aceite deben ser del tipo compuesto de 1ra generación, debido a que el valor hallado de  es de 0,52, (ver Tabla No3) y la Topcarcasa es de 30ºC ( 50ºC). Este cálculo coincide con el aceite utilizado, ya que el aceite Cylesso TK460 cuenta aditivos EP a base de ácidos grasos ó compuestos y es de 1ra generación. Análisis del problema -

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El desalineamiento del rodillo con respecto a la llanta del Horno Rotatorio, dio lugar a una sobrecarga que elevó la Toptrabajo de los cojinetes lisos de apoyo del rodillo No1 del Horno Rotatorio. El incremento en la T opcarcasa del cojinete liso de 20ºC (pasó de 30º a 50ºC), se debió a que el cojinete liso sufrió el mismo incremento en la Toptrabajo, lo que significa que esta temperatura subió de 50ºC a 70ºC, ocasionando el desprendimiento de los ácidos grasos del aceite Cylesso TK460 de las rugosidades de las superficies metálicas del eje y del casquete, y consecuentemente que se presentara el desgaste adhesivo. La recomendación de utilizar el aceite Cylesso TK1000 para resolver el problema ó quizás para mantener una condición “estable” que permitiera programar la parada del Horno Rotatorio fue equivocada, ya que este aceite tiene el mismo tipo de aditivos EP a base de ácidos grasos que el aceite Cylesso TK460, y por lo tanto no reaccionan por encima de los 50ºC con las superficies metálicas. Posiblemente se utilizó este aceite para compensar la pérdida de viscosidad del aceite Cylesso TK460, con el incremento en la T optraqbajo, pero realmente lo que se debió haber hecho

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

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fue utilizar un aceite, inclusive de la misma viscosidad que el Cylesso TK460, cuyos aditivos EP reaccionaran a la nueva Toptrabajo con las superficies metálicas para evitar el contacto metal-metal. La decisión que se tomó posteriormente de utilizar el aceite Meropa 1000 con aditivos de EP del tipo químico, hubiera sido muy acertada cuando inicialmente la T optrabajo superó los 50ºC, sin embargo al utilizarlo reaccionaron con las rugosidades de las superficies metálicas del eje y los casquetes restableciendo la película EHL y estabilizando la T opcarcasa entre 80 - 90°C. Posiblemente el desgaste adhesivo que sufrió el eje y el casquete de cada cojinete liso fue crítico, dando lugar a la pérdida de un buen porcentaje de área de soporte de carga lo que conllevó a que definitivamente, aún utilizando el aceite Merota 1000, el daño fuera irreversible y se presentará finalmente la falla catastrófica de los cojinetes lisos.

Conclusiones -

-

El deterioro de los cojinetes lisos se hubiera podido evitar si se empieza a utilizar el aceite Meropa 1000 desde el momento en que se incrementó la T opcarcasa de los cojinetes lisos; con este aceite se hubiera estabilizado el funcionamiento de los cojinetes lisos y se hubiera podido programar la parada del Horno Rotatorio. Otra alternativa, para mantener una condición “estable” cuando la T optrabajo llegó a los 70ºC, hubiera podido ser la de haber utilizado un aceite con aditivos EP de 3ra generación. Posibilidades de accidentes ante el peligro de roturas de componentes de máquinas.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Capítulo 6

SELECCIÓN DEL TIPO DE ADITIVO EXTREMA PRESION - EP

1. INTRODUCCION En la práctica, cuando se tienen condiciones de lubricación Elastohidrodinámica (EHL), en los mecanismos lubricados de los equipos rotativos, con no poca frecuencia se presenta el caso de que el personal de mantenimiento no tiene claro que tipo de aditivo EP debe contener el lubricante que está ó va a utilizar, y puede terminar aplicando un lubricante con aditivos EP, que no le van garantizar una película límite con la suficiente capacidad de soporte de carga, produciéndose por lo tanto el contacto metal-metal entre las superficies lubricadas y consecuentemente el desgaste adhesivo de las mismas. En estos casos lo primero que se debe hacer es consultar la recomendación de lubricación del fabricante del equipo e interpretarla correctamente y si no es factible acceder a ella ó se presentan dudas con le que recomienda el fabricante, se debe recalcular la condición de lubricación del mecanismo lubricado. Los mecanismos de un equipo solo pueden trabajar bajo condiciones de lubricación fluida ó EHL, y para hallar cuál de las dos es la que se está presentando, es necesario calcular primero el parámetro  que define el tipo de película lubricante y de acuerdo con este valor, si es EHL, se define cuál es la criticidad de la misma y por lo tanto el tipo de aditivo EP que se debe utilizar. En el caso de la lubricación EHL, el valor del parámetro  determina si el lubricante debe tener aditivos de 1ra, 2da ó de 3ra generación, y mediante la Prueba de 4 bolas ASTM D2783, se comprueba si el lubricante que se va a utilizar si contiene el tipo de aditivos EP requeridos. Si no se tienen en cuenta estos dos aspectos, puede ocurrir que se presenten problemas de desgaste adhesivo en los mecanismos lubricados. 2. TIPOS DE LUBRICACION Lubricación Hidrodinámica Se presenta cuando las rugosidades en movimiento relativo de las superficies metálicas de los mecanismos lubricados, están completamente separadas por una serie de capas de aceite, evitando el contacto metal-metal y el desgaste adhesivo de las mismas. En este tipo de lubricación el consumo de energía por fricción depende de la resistencia a la cizalladura de la película fluida y el desgaste erosivo que se presenta es causado tanto por la presencia de partículas sólidas en el lubricante de un tamaño menor que el espesor de la película lubricante, como por la inestabilidad de la película límite debido a los cambios de temperatura (IV). Lubricación Elastohidrodinámica (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 elásticamente. Bajo estas condiciones de operación, 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.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 3. CALCULO DEL TIPO DE LUBRICACION En la práctica, para determinar si el tipo de lubricación en un mecanismo es fluida ó EHL, es necesario calcular el parámetro  de la película lubricante, el cual depende del mecanismo lubricado. En el caso de la lubricación EHL, el valor de  define adicionalmente el tipo de generación de lubricantes EP que se debe utilizar en el mecanismo lubricado. A continuación se especifican los métodos de cálculo de , para rodamientos, cojinetes lisos y engranajes, que son los mecanismos más comunes en los equipos rotativos. - Cálculo de  para rodamientos Para rodamientos el factor de seguridad  de la película lubricante se calcula de la siguiente ecuación:

 = ho / , adimensional Ecuación No1 Donde: ho : espesor de la película lubricante, m (pulg). Se calcula de: -

Para rodamientos de bolas y de rodillos cargados radialmente: ho = CD(Ln)0,74 , m (x10-6 m),  pulg (x10 –6 pulg). Ecuación No2 Para rodamientos axiales de bolas y de rodillos: ho = 0,00389 (RB 0,74 R R 0,26) (Ln)0,74 , m (x10-6 m),  pulg (x10 –6 pulg). Ecuación No3

Donde: C: Factor geométrico del rodamiento. Se selecciona de la Tabla No1, de acuerdo con el tipo de rodamiento. Tabla No1 Factor geométrico C No

Tipo de rodamiento

01 02 03

De bolas De rodillos cilíndricos De rodillos cónicos y de agujas

Anillo que gira Interior Exterior 8,65 x 10-4 9,43 x 10-4 8,37 x 10-4 8,99 x 10-4 8,01 x 10-4

D: Diámetro exterior del rodamiento, m (pulg). L: Parámetro del lubricante, seg. Se determina del Gráfico No1, en función del grado ISO del aceite y de la temperatura de operación del rodamiento. L también se pude calcular a partir de la ecuación: L =  x 1011 seg, donde  es un lubricante de presión-viscosidad en m2/N (pulg2/lb) y  es la viscosidad del aceite a la temperatura de operación en Nxs/m2 (lbxs/pulg2). n: velocidad del rodamiento, rpm. Si ambas pistas giran n es la diferencia de velocidades entre el aro interior y el exterior. RB : Radio de paso entre los elementos rodantes del rodamiento, m (pulg). RR: Radio de la esfera ó del rodillo en su longitud media, m (pulg). : Promedio geométrico de las rugosidades de los elementos rodantes y de las pistas de rodadura. Se calcula de la siguiente ecuación:

  ( 12 + 22)1/2, m (x10-6m), pulg (x10-6pulg)

Ecuación No4

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Donde: 1: Rugosidad promedio de la superficie del elemento rodante, m. 2 Rugosidad promedio del camino de rodadura ó de la pista sobre la cual se desplaza elemento rodante, m. El valor de  se determina de la Tabla No2, de acuerdo con el tipo de rodamiento. Gráfico No1

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Tabla No2 Valores típicos de  para diferentes tipos de rodamientos No 01 02 03

Tipo de rodamiento De bolas. De rodillos cilíndricos. De rodillos cónicos y de agujas.

Valor de 

m

pulg

0,059 0,118 0,076

2,33 4,66 2,99

- Cálculo de  para cojinetes lisos Para cojinetes lisos el factor de seguridad  de la película lubricante se calcula de la siguiente ecuación:

 = (ns /P) /639,9, adimensional Ecuación No5 Donde: : viscosidad absoluta del aceite a la temperatura de operación, centipoises (Cps). ns: velocidad de giro del eje, rpm. P: presión unitaria debida a la carga que soporta el cojinete liso, Kgf/cm2 (Lbf/pulg2). 639,9: es el valor numérico límite entre condiciones de lubricación EHL y fluida. Ver Gráfico No2 Gráfico No2 Condiciones de lubricación EHL y fluida en cojinetes lisos

- Cálculo de  para engranajes Para engranajes el factor de seguridad  de la película lubricante se determina del Gráfico No3 conociendo el valor de la velocidad lineal v en m/s (pulg/s), en el círculo primitivo de los engranajes. Si el reductor de velocidad tiene más de un par de engranajes, se considera los engranajes donde la velocidad lineal sea menor. En el Gráfico No3, se localiza el valor de v en la escala horizontal

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV inferior, en m/s ó en pulg/s, y se traza una línea vertical hasta que corte la curva, y por el punto de intersección se traza una línea horizontal hasta la escala vertical de la izquierda y se lee el valor de . Gráfico No3 Cálculo del  para engranajes

Selección del tipo de lubricante EP Una vez que se ha calculado el factor de seguridad  de la película lubricante se procede de la siguiente manera: -

-

Con el valor calculado de  se va a la Tabla No3 y se determina si las condiciones de lubricación del mecanismo lubricado son del tipo EHL ó fluida. Si las condiciones de lubricación son del tipo EHL, es necesario tener en cuenta si los aditivos EP que debe contener el lubricante son de 1ra, 2da ó de 3ra generación. Esto lo define el valor de  calculado, al compararlo con el valor de  que define cada generación de lubricantes. Si las condiciones de lubricación son del tipo fluida, el lubricante no requiere aditivos de EP.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Tabla No3 Tipo de película lubricante dependiendo del valor de  Tipo de película lubricante No

Mecanismo

01 Rodamiento 02 Cojinete liso 03 Engranajes

Lubricación Hidrodinámica (HD) – AW 2,5 ≤  ≤ 4,0 2,0 ≤  ≤ 4,0 1,5 ≤  ≤ 3,0

Lubricación Elastohidrodinámica (EHL) - EP 1ra generación EP1 0,5 ≤  < 2,5 0,5 ≤  < 2,0 0,5 ≤  < 1,5

2da generación EP2 0,1 ≤  < 0,5 0,1 ≤  < 0,5 0,1 ≤  < 0,5

3ra generación EP3 0,05   < 0,1 0,05   < 0,1 0,05   < 0,1

Lubricación Hidrostática No existe  < 0,05 No existe

Nota: (1) En el caso de cojinetes lisos, cuando se tienen valores del factor de seguridad de la película lubricante  menores de 0,05, el tipo de lubricación, necesariamente debe ser hidrostática. (2) En el caso de rodamientos y engranajes, cuando se tienen valores del factor de seguridad de la película lubricante  menores de 0,05, no hay lubricantes con aditivos EP disponibles en el mercado que soporten esta condición de lubricación, por lo que es necesario contar con rodamientos y engranajes con mayor capacidad de carga, o rediseñar el sistema. (3) AW o Anti Desgaste, quiere decir que el aceite debe tener aditivos metálicos antidesgaste, por lo regular a base de Ditiosfosfato de Zinc (ZnDP). (4) EP o Extrema Presión, quiere decir que el aceite debe tener aditivos metálicos de Extrema Presión. El tipo de componente EP depende de la generación del lubricante.

Verificación del tipo de lubricante EP Una vez que se ha determinado bajo que condiciones de lubricación trabaja el mecanismos se selecciona el tipo de lubricante. Si el tipo de lubricación es EHL, se debe verificar que el lubricante que se va a utilizar tenga los aditivos EP de acuerdo a la generación requerida, lo cual se hace verificando en la Prueba de desgaste de 4 bolas según el método ASTM 2783, cuál es la capacidad de carga, en kgf, del aditivo EP que contiene el lubricante. Este dato se consulta en la ficha técnica del lubricante que aparece en el catálogo del fabricante del lubricante. La capacidad de carga del lubricante, de acuerdo con la generación de aditivos EP que contenga es igual a: -

1ra generación: hasta 350 kgf. 2da generación: mayor de 350 kgf y hasta 750 kgf. 3ra generación: mayor de 750 kgf y hasta 1350 kgf.

Características de los lubricantes con aditivos EP - Lubricantes EP de 1ra generación (EP1) El desempeño de estos lubricantes es bueno, pero su coeficiente de fricción combinado fc (fricción sólida y fluida) es alto y dan lugar a un área de soporte de carga equivalente a un 25% del área aparente del mecanismo. De este tipo de lubricantes se tienen dos grupos generales: -

Compuestos ó “Compound” que son una mezcla de un 95-97% de aceite mineral ó sintético y un 3-5% de ácidos grasos; reaccionan con las superficies metálicas a temperaturas

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

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menores ó iguales a los 80°C en el punto de contacto, y por encima de este valor se desprenden dando lugar al contacto metal-metal y por lo tanto al desgaste del mecanismo. Compuestos de tipo químico como los esteres clorados, la manteca de cerdo sulfurada y el tricresilfosfato. Estos aditivos reaccionan químicamente con las superficies metálicas por encima de los 80°C en el punto de contacto; por debajo de esta temperatura su velocidad de reacción es muy baja ó no reaccionan. Cuando la temperatura de las rugosidades de un mecanismo que funciona bajo condiciones de lubricación EHL es fluctuante y puede variar entre menos y más 80°C se deben utilizar lubricantes que tengan aditivos a base de ácidos grasos y de tipo químico. Como en la práctica es difícil cuantificar en forma precisa la temperatura de 80°C en el punto de contacto, se toma como referencia para utilizar uno u otro tipo de aditivos EP una temperatura de 50°C en la superficie de la carcasa en la cual se encuentra alojado el mecanismo.

Lubricantes EP de 2da generación (EP2) Estos lubricantes se caracterizan porque son una mezcla de un 95-97% de aceite mineral ó sintético y un 3-5% de un lubricante de película sólida como el bisulfuro de molibdeno, grafito, tungsteno, Teflón ó boratos. El más utilizado en la actualidad es el bisulfuro de molibdeno. Este lubricante se caracteriza porque además de recubrir totalmente el perfil de las rugosidades de las dos superficies, rellena parte de los valles de las mismas, incrementando el área de soporte de carga a un 40% del área total del mecanismo. El coeficiente de fricción combinado de estos lubricantes es menor que el de los de 1ra generación. Lubricantes EP de 3ra generación (EP3) Estos lubricantes poseen aditivos de base órgano-metálica, a base de cloro y de fósforo, los cuales cuando las superficies de fricción están sometidas a elevadas presiones liberan átomos metálicos que eutécticamente bajan el punto de fusión de las crestas más sobresalientes, haciendo que se deformen plásticamente llenando los valles de las irregularidades de las superficies. El área de soporte de carga llega a ser hasta un 75% del área total del mecanismo. Estos lubricantes presentan los coeficientes de fricción combinados más bajos dentro del grupo de lubricantes EP. Las ventajas más importantes de los lubricantes de 3ra generación son el menor consumo de energía, menor fatiga de las piezas lubricadas al aumentar el área de soporte de carga, corrección de fallas como pitting incipiente ó descostrado en dientes de engranajes, reducción de la temperatura de operación, del nivel del ruido y las vibraciones. Son de obligatoria utilización si el factor de seguridad de la película lubricante , es menor de 0,07, independientemente del tipo de mecanismo lubricado.

Ejemplo No1 Pregunta: Se tiene un reductor de velocidad con un par de engranajes cilíndricos de dientes rectos, en el cual el piñón tiene un diámetro de paso de 20 cm, gira a 1800 rpm, y está soportado en dos rodamientos de bolas, cuyo diámetro exterior es de 14 cm. El engranaje gira a 300 rpm, está apoyado en dos cojinetes lisos ó “chumaceras”, y sobre cada una de ellas actúa una carga de 1000 kgf, el diámetro y la longitud del cojinete liso es de 8 cm. El aceite que se está utilizando en la lubricación del reductor de velocidad es de un grado ISO 220 y la temperatura de operación de 60°C. Se requiere calcular la condición de lubricación de cada mecanismo del reductor de velocidad y si son del tipo EHL, determinar la generación del tipo de aditivo EP que se debe utilizar. Respuesta:

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV - Para los rodamientos: De la Ecuación No1 ( = ho / ), se tiene que el valor de  es igual a 14,09; donde: -

ho es igual a 1,17 m, se calculó de la ecuación No2, con C = 8,65x10 -4; D = 0,14 m; L = 135 (del gráfico No1, con la Top = 60°C y un aceite de un grado ISO 220); n = 1800 rpm.  es igual a 0,083, se cálculo de la ecuación No4, con 1 = 2 = 0,059 m de la Tabla No1 para rodamientos de bolas.

Para  = 14,09 se tiene de la Tabla No3, que las condiciones de lubricación de los rodamientos son de película fluida. - Para los cojinetes lisos: De la Ecuación No5 ( = (ns /P) /639,9) se tiene que el valor de  es igual a 1,74; donde: -

 es igual a 58 Cps, se determinó del Gráfico 3.1 (libro Tribología y Lubricación Industrial y

-

Automotriz, Tomo I, 2da edición), para un aceite de grado ISO 220 y una Top de 60°C. ns es igual a 300 rpm. P es igual a 15,62 kgf/cm2 , se calculó de 1000 kgf/ (8cm x 8cm).

Para   1,74 se tiene de la Tabla No3, que las condiciones de lubricación de los cojinetes lisos son de película EHL. - Para los engranajes: Del Gráfico No3, se tiene que el valor de  es igual a 0,67; donde: -

-

v  dpns y es igual a 3,14 m/s. Se localiza este valor en la escala horizontal inferior del Gráfico No3 y se traza una línea vertical hasta que corte la curva, por el punto de intersección se traza una línea horizontal y se tiene que el valor de  es igual a 0,67. Para λ = 0,67 se tiene de la Tabla No3, que las condiciones de lubricación de los engranajes son de película EHL, y el tipo de aditivos que debe contener el aceite son de 2da generación (EP 2). El aceite conque se debe lubricar este reductor de velocidad debe ser de un grado ISO 220 con aditivos EP de 2da generación (EP2).

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Capítulo 7

SELECCION CORRECTA DE UN ACEITE INDUSTRIAL

1. INTRODUCCIÓN La correcta lubricación de los mecanismos de un equipo permite que estos alcancen su vida de diseño y que garanticen permanentemente la disponibilidad del equipo, reduciendo al máximo los costos de lubricación, de mantenimiento y las pérdidas por lucro cesante. Es muy importante, por lo tanto que el personal encargado de la lubricación de los equipos y quienes están a cargo de la administración y actualización de los programas de lubricación estén en capacidad de seleccionar correctamente el aceite ó la grasa, partiendo de las recomendaciones del fabricante del equipo, ó si estas no se conocen, calcular el lubricante correcto partiendo de los parámetros de diseño del mecanismo como cargas, velocidades, temperaturas, medio ambiente en el cual trabaja el equipo, etc. 2. SELECCIÓN DE UN ACEITE INDUSTRIAL Toda planta industrial, cualquiera que sea su magnitud debe utilizar lubricantes industriales. En equipos industriales al emplear lubricantes de tipo automotor no quiere decir necesariamente que se vaya a producir una falla catastrófica de los mismos, pero si puede dar lugar a una disminución considerable de su vida de servicio ó a que se presenten problemas que hacen inoperable la máquina como es el caso, por ejemplo, de utilizar aceites para motores de combustión interna (que cuentan con aditivos detergentes - dispersantes) en compresores alternativos de dos ó más etapas en los cuales la presencia de agua puede llegar a ser crítica dando lugar al emulsionamiento del aceite automotor ó en equipos rotativos donde en lugar de utilizar un aceite industrial, por ejemplo, de un grado ISO 100 se utiliza un SAE 90 ó un 140. En este último caso el exceso de viscosidad dará lugar a un incremento considerable en las pérdidas de energía por fricción fluida, a elevación de la temperatura de operación que acelerará la oxidación del aceite y la dilatación de los retenedores del equipo haciendo que se presenten fugas de aceite. Adicionalmente se tiene el sobre costo en la lubricación de los equipos rotativos de la planta porque los aceites automotores son entre 1,5 y 2 veces más costosos que los de tipo industrial. Por consiguiente, si una máquina industrial se está lubricando, ó se especifica en su lubricación un aceite de clasificación SAE, es recomendable hallar, de la Tabla No2, su equivalente en el sistema ISO e implementar su utilización. Sistema ISO La Organización Internacional para la Estandarización (ISO) estableció desde 1975 el sistema ISO para especificar la viscosidad de los aceites industriales, pero solo hasta 1979 fue puesta en práctica por la mayoría de los fabricantes de lubricantes. El sistema ISO clasifica la viscosidad de los aceites industriales en cSt a 40°C, mediante un número estándar que se coloca al final del nombre del aceite industrial. Este sistema reduce las posibilidades de que el usuario se equivoque en la selección del aceite a utilizar ó que mezcle lubricantes de diferentes viscosidades; facilita además hallar de manera inmediata el equivalente en viscosidad de un aceite con otro puesto que el nombre del aceite debe traer al final el grado ISO correspondiente. El Gráfico No1 permite pasar de un sistema de unidades de viscosidad a otro.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Así por ejemplo, si se tiene el aceite Tellus 68 de marca Shell y se sabe que este fabricante está utilizando la clasificación ISO en sus aceites industriales, entonces el número 68 del aceite Tellus indica que tiene una viscosidad de 68 cSt a 40°C. Para saber si el número que acompaña el nombre del aceite es un grado ISO es necesario conocer la clasificación ISO, ya que se puede presentar el caso de aceites que al final del nombre traen un número y sin embargo este no corresponde a un grado ISO como podría ser el caso de aceites como el Tellus 41, Teresso 72, Macoma 45, DTE 26, etc.; estos aceites se colocan a manera de ejemplo, ya que en hoy en día se especifican de acuerdo a la clasificación ISO. En la Tabla No1 se especifican los diferentes grados de viscosidad en el sistema ISO; los grados básicos de viscosidad están comprendidos entre el 2 y el 68, los siguientes grados ISO después del 68 se obtienen añadiendo uno ó dos ceros a partir del 10 hasta llegar al 1500. El límite mínimo y máximo de un grado ISO es el 10% de dicho grado. Tabla No1 Clasificación ISO para los aceites industriales Grado ISO

cSt/40ºC Mínimo Máximo

2 3 5 7 10 15 22 32 46 68 100 150 220 320 460 680 1000

1,98 2,88 4,14 6,12 9,00 13,50 19,80 28,80 41,40 61,20 90,00 135,00 198,00 288,00 414,00 612,00 900,00

1500

1350,00

2,42 3,52 5,06 7,48 11,00 16,50 24,20 35,20 50,60 74,80 110,00 165,00 242,00 352,00 506,00 748,00 1100,0 0 1650,0 0

Límites de viscosidad cSt/100ºC SSU/100ºF Mínim Máxim Mínim Máxim o o o o 32,8 34,4 36,0 38,2 40,4 43,5 47,2 52,0 57,6 65,3 75,8 89,1 105,0 126,0 149,0 182,0 214,0 262,0 317,0 389,0 469,0 575,0 709,0 871,0 1047,0 1283,0 1533,0 1881,0 2214,0 2719,0 3298,0 4048,0 4864,0 5975,0 7865,0

9079,0

SSU/210ºF Mínim Máxim o o 34,6 35,7 37,0 38,3 39,7 41,4 43,0 45,0 47,1 49,9 52,9 56,9 61,2 66,9 73,8 81,9 90,4 101,0 112,0 126,0 139,0 158,0 178,0 202,0 226,0 256,0 291,0

331,0

Características del sistema ISO Algunos aspectos importantes que es necesario tener en cuenta con la clasificación ISO son: -

Únicamente clasifica la viscosidad de los aceites industriales. Estandariza la viscosidad del aceite en cSt a 40°C. Sólo se relaciona con la viscosidad del aceite industrial y no tiene nada que ver con su calidad. El grado ISO aparece al final del nombre del aceite industrial, cualquiera que sea su marca.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Curvas características de los aceites industriales El Gráfico No2, ASTM D341, permite obtener la curva característica de viscosidad - temperatura para cualquier aceite industrial derivado del petróleo, entre un grado ISO 10 y 1500, con un índice de viscosidad (IV) entre 80 y 95. En la escala vertical de la izquierda se da la viscosidad del aceite en cSt (ó en mm2/s) y en la escala horizontal inferior, la temperatura en °C y en °F respectivamente. Para hallar el grado ISO correspondiente a un aceite industrial se ubica la viscosidad del aceite en cSt en la escala vertical de la izquierda y se traza una horizontal hasta que corte la vertical correspondiente a la temperatura dada; el punto de intersección de las líneas trazadas puede coincidir con alguna de las curvas que aparecen En el Gráfico No1, en cuyo caso, el número que la identifica sería el grado ISO del aceite industrial correspondiente; en caso contrario, se selecciona la curva más cercana al punto. Si el punto de intersección queda ubicado en la mitad de dos curvas se selecciona la curva del mayor grado ISO; en este caso es posible que se incremente ligeramente el desgaste erosivo del elemento lubricado debido al exceso de fricción fluida, pero no el desgaste adhesivo como podría ocurrir si se seleccionara la curva del aceite de menor grado ISO. La elevación de temperatura y el incremento en el consumo de energía, en caso que se seleccione el mayor grado ISO, no son críticos, ya que el exceso de viscosidad no es lo suficientemente alto como para que esto llegue a ser significativo. Las curvas graficadas se pueden prolongar dentro de un rango comprendido cerca del punto de fluidez hasta el punto de inflamación del aceite. En el Gráfico No3, se puede graficar la curva de cualquier aceite conociendo dos valores de la viscosidad a sus respectivas temperaturas de referencia. Pasos que se deben tener en cuenta en la selección del aceite industrial Siempre que se vaya a seleccionar el aceite para un equipo industrial se debe tener presente que se debe utilizar un aceite de especificación ISO y que cualquier recomendación que se dé, se debe llevar a este sistema. Los siguientes son los pasos que es necesario tener en cuenta en la selección del aceite para un equipo industrial: -

Consultar en el catálogo del fabricante del equipo, las recomendaciones del aceite que se debe utilizar. Seleccionar el grado ISO del aceite requerido a la temperatura de operación en los mecanismos lubricados, teniendo en cuenta la temperatura ambiente. Seleccionar un aceite industrial, en la misma marca que el lubricante que se está utilizando en la empresa. Aplicarle el aceite al equipo rotativo, teniendo en cuenta los procedimientos establecidos.

Forma correcta de recomendar el aceite Las siguientes son las formas como pueden aparecer en el catálogo del fabricante del equipo rotativo las especificaciones del aceite y el procedimiento que se debe seguir en cada caso para seleccionar correctamente el aceite. En cualquiera de ellas el fabricante debe especificar el rango de la temperatura de operación y el de la temperatura ambiente. Es muy importante que el fabricante sea claro al especificar el aceite, de lo contrario, el usuario del equipo rotativo se debe poner en contacto con él con el fin de que le aclare las dudas que pueda tener. Método No1:

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Dos valores de la viscosidad del aceite, en cualquier sistema de unidades de medida, a sus respectivas temperaturas de referencia, el rango de la temperatura de operación y el de la temperatura ambiente. Los pasos que se deben seguir en este caso son:  





Si las unidades de la viscosidad no están dadas en cSt, se pasan a este sistema mediante el Gráfico No1. En el Grafico No3, se traza la curva del aceite recomendado, con los dos valores de la viscosidad en cSt a sus respectivas temperaturas de referencia, en ºC ó en ºF. Por la curva hallada del aceite se sube hasta que corte la línea vertical correspondiente a 40ºC y por el punto de intersección se traza una línea horizontal y en la escala vertical de la izquierda se leen el número de cSt del aceite a 40 ºC. Luego por medio de la Tabla No1 se estandariza dicha viscosidad y se halla el grado ISO correspondiente. Se analiza si la temperatura de operación y la temperatura ambiente a la cual van a trabajar los mecanismos lubricados están dentro del rango especificado por el fabricante con respecto al aceite recomendado, si es así, el grado ISO del aceite hallado es el correcto, de lo contrario, es necesario hallar el nuevo grado ISO del aceite mediante la metodología expuesta en el tema Modificación del grado ISO de acuerdo con la temperatura de operación y ambiente. Con base en el Grado ISO del aceite seleccionado y teniendo en cuenta las propiedades físico-químicas del aceite recomendado, se selecciona el aceite a utilizar en la misma marca de los lubricantes utilizados en la empresa.

Método No2: Un valor de la viscosidad del aceite, en cualquier sistema de unidades de medida, a su respectiva temperatura de referencia, el índice de viscosidad, el rango de la temperatura de operación y el de la temperatura ambiente. Los pasos que se deben seguir en este caso son:   

Si las unidades de la viscosidad no están dadas en cSt, se pasan a este sistema mediante el Gráfico No1. En el Gráfico No4(a) ó 4(b), según el caso, con el valor de la viscosidad recomendada en cSt a 40ºC ó a 100ºC y el índice de viscosidad del aceite, se halla el otro valor de la viscosidad en cSt, a 40ºC ó a 100 ºC, según el caso. Los demás pasos son los mismos que los del caso anterior.

Método No3 Un valor de la viscosidad del aceite, en cualquier sistema de unidades de medida, a su respectiva temperatura de referencia, sin especificar el índice de viscosidad, el rango de la temperatura de operación ni el de temperatura ambiente. Este caso es quizás el más frecuente que se encuentra en la práctica y el que más conduce a problemas a corto ó a mediano plazo en los mecanismos lubricados. Lo más recomendable en este caso es ponerse en contacto con el fabricante del equipo rotativo y pedirle la información que falta para poder seleccionar correctamente el aceite. En caso tal de que esto no sea factible, se deben seguir los siguientes pasos: -

En el Gráfico No2, en la escala vertical de la izquierda se halla la viscosidad dada del aceite en cSt y se traza una línea horizontal por este valor. Si la viscosidad no está dada en cSt, se pasa a este sistema de unidades mediante el Gráfico No1. Luego en la escala horizontal inferior se localiza el valor de la temperatura de referencia en ºC ó en ºF, y por este valor se traza una línea vertical hasta que corte la línea horizontal de la viscosidad

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

-

en cSt. Se localiza el punto de intersección y se selecciona la curva del aceite más cercano a este punto con su correspondiente grado ISO. El IV del aceite seleccionado debe ser de 95, debido a que las curvas de los aceites especificados en este gráfico se hicieron con base en este IV. Si el punto de intersección da exactamente en la mitad de dos curvas se selecciona la del grado ISO mayor, en este caso es posible que se incremente ligeramente el desgaste erosivo del elemento lubricado debido al exceso de fricción fluida, pero no se presentará desgaste adhesivo como podría ocurrir si se seleccionara la curva del aceite de menor grado ISO. La elevación de temperatura y el incremento en el consumo de energía al seleccionar el aceite de mayor viscosidad no serán críticos, ya que el exceso de viscosidad no es lo suficientemente alto como para que esto llegue a ser significativo. Es necesario tener en cuenta que la curva del aceite seleccionado, en la práctica puede diferir de la curva real que el fabricante del equipo rotativo halló para calcular el grado ISO del aceite. Los pasos siguientes son los mismos que se tuvieron en cuenta en los dos casos anteriores, pero teniendo en cuenta que se va a asumir que la temperatura de operación del mecanismo y la temperatura ambiente en la cual va a trabajar el equipo rotativo están en concordancia con las que tuvo en cuenta el fabricante cuando calculó el grado ISO del aceite a utilizar en los mecanismos lubricados.

Método No4 Otras formas como el fabricante del equipo rotativo puede dar las recomendaciones de lubricación son las siguientes:  

El nombre y la marca del aceite a utilizar y las equivalencias en otras marcas de lubricantes. El grado ISO del aceite y las demás propiedades físico-químicas, como índice de viscosidad, punto de inflamación, punto de fluidez, etc. La viscosidad del aceite en el sistema AGMA ó en el SAE.



Estas recomendaciones son iguales al tercer caso analizado y se deben analizar como tal. La única diferencia es que el fabricante ya está recomendando el nombre y marca del aceite ó el grado ISO del aceite a utilizar. En el caso del grado AGMA y SAE, se halla su equivalencia en el sistema ISO por medio de la Tabla No2. Ejemplo No1 El fabricante de un compresor alternativo de pistones de simple efecto y de una etapa que comprime aire, recomienda para lubricar el cárter y el cilindro (la superficie del cilindro y los anillos del pistón se lubrican con el aceite salpicado por la cabeza de biela del cigüeñal) un aceite cuyas propiedades físico-químicas deben ser: -

Gravedad específica, 0,875 gr/cm3, ASTM D-287. Viscosidad 330 SSU/100°F, ASTM D-445. Punto de inflamación, 221°C, ASTM D-92. Punto de Fluidez, -12°C, ASTM D-97.

En la planta donde va a funcionar el compresor se cuenta con el aceite Turbine 100 de marca Shell, Se requiere determinar si este aceite es ó no equivalente al recomendado por el fabricante del compresor, con el fin de utilizarlo en su lubricación. Solución: Los datos especificados por el fabricante del compresor en su recomendación de lubricación están incompletos, ya que solo da un valor de la viscosidad y no especifica el rango de la temperatura de operación y ambiente para los cuales se recomienda este aceite. Por lo tanto el aceite que se seleccione en este caso puede diferir del que realmente se debe utilizar. En este caso el procedimiento para seleccionar el aceite correcto para lubricar el compresor alternativo

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV de pistones corresponde a la metodología “Un valor de la viscosidad del aceite, en cualquier sistema de unidades de medida, a su respectiva temperatura de referencia, sin especificar el índice de viscosidad, el rango de la temperatura de operación ni el de temperatura ambiente”. -

-

-

En el Gráfico No1 se localizan en la escala de la viscosidad en Segundos Saybolt Universal, 330 SSU y por este punto se traza una línea horizontal hasta que corte la escala de la viscosidad cinemática y se leen 81 cSt a 100°F. En el Gráfico No2 se localizan los 81cSt en la escala vertical de la izquierda y por este punto se traza una línea horizontal hasta que corte la línea vertical que se trazó con la temperatura de referencia de 100°F. Se localiza el punto de intersección y se tiene que queda más cerca del grado ISO 68, por lo tanto, se selecciona éste. Con el grado ISO 68 y con las demás propiedades físico-químicas del aceite y con el tipo de máquina a lubricar, en este caso un compresor alternativo de pistones que comprime aire se va a los catálogos de los fabricantes de lubricantes y se selecciona el que cumpla con todas las especificaciones dadas. El aceite Turbina 100 que se tiene disponible es más viscoso que el requerido, por lo tanto no se puede utilizar. Es necesario tener en cuenta que se debe seleccionar, hasta donde sea posible, la misma marca de lubricantes empleada en los demás equipos rotativos de la empresa. En este caso algunos aceites de diferentes marcas que podrían servir son: Turbine 68 (Shell), Nuto 68 (Esso), Regal 68 (Texaco), DTE Heavy Médium (Mobil), Turbina 68 (Terpel).

Ejemplo No2 En una empresa se adquiere un compresor de tornillo de cámara de compresión húmeda y las especificaciones del fabricante con respecto al aceite que se debe utilizar son: -

-

Viscosidad, 356 SSU/100ºF, ASTM D445. Viscosidad, 55 SSU/210ºF, ASTM D445. Índice de Viscosidad, 97, ASTM D97. Punto de inflamación, 445ºF, ASTM D92. Punto de fluidez, 0ºF, ASTM D97. Corrosión en lámina de cobre, 1b, 3 hr a 212ºF, ASTM D130. Prueba de espuma, 30/0, 10 y 0 ml de espuma, secuencia II, en 5 y 10 minutos, ASTM D892. La temperatura de operación en los rodamientos de apoyo de los rotores del compresor oscila entre 50ºC y 58ºC, y las propiedades físico-químicas del aceite recomendado son para un rango de temperatura ambiente entre 15ºC y 23ºC. La temperatura ambiente en la cual va a operar el compresor de tornillo es de 20ºC.

Solución: En este caso el procedimiento para seleccionar el aceite correcto para lubricar el compresor de tornillo de cámara de compresión húmeda, corresponde a la metodología “Dos valores de la viscosidad del aceite, en cualquier sistema de unidades de medida, a sus respectivas temperaturas de referencia, el rango de la temperatura de operación y el de la temperatura ambiente”. Los pasos que se deben seguir son los siguientes: -

Como los valores dados de la viscosidad del aceite no están en cSt, se pasan a estas unidades por medio del Gráfico No1 y se tiene que: 356 SSU/100ºF es igual 78 cSt/100ºF y 55 SSU/210 ºF es igual a 8,8 cSt/210ºF.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

-

-

-

Con los valores hallados de la viscosidad del aceite en cSt a 100ºF y 210ºF, se traza la curva del aceite en el Gráfico No3. En la escala horizontal inferior, se traza una línea vertical por 40 ºC hasta que corte la curva trazada, y por el punto de intersección se traza una línea horizontal hasta la escala vertical de la izquierda y se leen en dicha escala 68 cSt. La viscosidad de 68 cSt/40 ºC se estandariza en la Tabla No1 y se tiene que la viscosidad del aceite requerido corresponde a un grado ISO 68. Como la temperatura ambiente en la cual va a trabajar el compresor de tornillo es de 20ºC y está dentro del rango especificado por el fabricante de 15ºC y 23ºC, el grado ISO 68 del aceite hallado no es necesario modificarlo. Con el grado ISO del aceite hallado, se va al catalogo del fabricante de los lubricantes utilizados en la empresa, y se halla el aceite que sirva para lubricar compresores de cámara de compresión húmeda y que sea de un grado ISO 68. Además el aceite seleccionado debe cumplir con las demás propiedades físico-químicas especificadas por el fabricante del compresor. Por el valor del IV de 95, se puede concluir que se trata de un aceite mineral ó derivado del petróleo, ó sintético del tipo diéster. Si se quisiera utilizar un aceite sintético para lubricar este compresor de tornillo es necesario tener en cuenta la metodología respectiva para seleccionar correctamente el aceite sintético.

Modificación del grado ISO del aceite de acuerdo con al temperatura ambiente Cuando la temperatura de operación ó la temperatura ambiente en la cual va a trabajar el equipo rotativo es diferente al rango especificado por el fabricante, es necesario modificar el grado ISO del aceite requerido, ya que de lo contrario se presentarán los siguientes problemas en los mecanismos lubricados: -

-

Si la temperatura ambiente real es menor que la que tuvo en cuenta el fabricante del equipo rotativo en sus cálculos, la viscosidad del aceite seleccionado aumentará por encima del valor requerido, dando lugar a problemas de desgaste erosivo, altas temperaturas de operación, y mayor consumo de energía por exceso de fricción fluida en los mecanismos lubricados. Si la temperatura ambiente real es mayor que la que tuvo en cuenta el fabricante del equipo rotativo en sus cálculos, la viscosidad del aceite seleccionado disminuirá por debajo del valor requerido, dando lugar a problemas desgaste adhesivo, altas temperaturas de operación, y mayor consumo de energía por fricción sólida en los mecanismos lubricados.

Los siguientes son los pasos que es necesario tener en cuenta para modificar el grado ISO del aceite requerido: -

-

En el Gráfico No3 se traza la curva del aceite recomendado. En la escala horizontal inferior del Gráfico No3, se localiza el rango de la temperatura de operación y por dichos valores se trazan dos líneas verticales hasta que corte la curva del aceite recomendado, por los puntos de intersección se trazan dos líneas horizontales, las cuales definen el rango de la viscosidad de trabajo, en cSt. En la escala horizontal inferior del Gráfico No3, se localiza la temperatura de operación real del equipo rotativo, y se procede de la siguiente manera: - Si es menor que el valor del rango mínimo especificado por el fabricante del equipo rotativo, con el valor conocido de dicha temperatura de operación, se traza desde la escala horizontal inferior, una línea vertical hasta que corte la línea horizontal correspondiente a la viscosidad mínima requerida, por el punto de intersección se traza una curva (línea) paralela a la del aceite seleccionado y se lee la viscosidad del aceite en cSt a 40ºC, luego se estandariza el grado ISO del aceite hallado, mediante la Tabla No1. En este caso el grado ISO del aceite que se seleccione es menor que el del aceite recomendado por el fabricante del equipo rotativo. - Si es mayor que

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV el valor del rango máximo especificado por el fabricante del equipo rotativo, se procede de la misma manera que el caso anterior, pero con el valor conocido de la temperatura operación real. En este caso el grado ISO del aceite que se seleccione es mayor que el del aceite recomendado por el fabricante del equipo rotativo. La temperatura de operación (Top) de un mecanismo se define como: Top  Ta  Tf, ºC(ºF)

Ecuación No1

Donde: Top: Temperatura de operación, ºC (ºF). Ta: Temperatura ambiente, ºC (ºF). Tf: Incremento de temperatura por fricción, adimensional. Ejemplo No3 El fabricante del reductor sinfín-corona que acciona el eje vertical de una llenadora de botellas de cerveza, recomienda para su lubricación un aceite que debe tener una viscosidad de 230 cSt/40°C y 15 cSt/100°C. El aceite especificado es para un rango de temperatura ambiente entre 15° y 22°C y una temperatura de operación entre 38° y 45°C. Se requiere hallar lo siguiente: -

La nueva temperatura de operación, si el lugar donde va a funcionar el reductor sinfíncorona es de 32°C. El grado ISO del aceite requerido, teniendo en cuenta la nueva temperatura de operación.

Solución: - Temperatura de operación para una temperatura ambiente de 32ºC. Los pasos que se deben seguir son los siguientes: -

-

De la Ecuación No1, Top  Ta  Tf, ºC, se tiene el Tf, para la condiciones dadas inicialmente es igual a: Tf  38°-15°C  23°C ó también es igual a Tf  45°-22°C  23°C. Para la nueva condición de Ta, se tiene que la nueva Top  32° + 23°C  55°C, ó sea Top  55°C.

- Grado ISO del aceite requerido para una T op de 55ºC. Los pasos que se deben seguir son los siguientes: -

Con los valores dados de la viscosidad del aceite de 230 cSt/40°C y de 15 cSt/100°C, se traza la curva del aceite, en el Gráfico No3.

-

En la escala horizontal inferior, con los valores de la T op de 38º y 45ºC, correspondientes a Ta de 15° y 22°C, respectivamente, se trazan líneas verticales hasta que corten la curva del aceite recomendado y por los puntos de intersección se trazan líneas horizontales, las cuales demarcan el rango de la viscosidad en el cual se puede utilizar el mismo grado ISO del aceite recomendado.

-

Como la nueva Ta de 32ºC da lugar a una Top de 55ºC, y ésta está por fuera del rango máximo permisible de 45ºC, es necesario hallar el nuevo grado ISO del aceite requerido.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

-

En la escala horizontal inferior del Gráfico No3, se localiza el valor de la nueva T op de 55°C, y se traza una línea vertical hasta que corte la línea horizontal que define el valor máximo del rango de variación de la viscosidad.

-

Por el punto de intersección se traza una línea paralela a la “curva” del aceite y sobre esta nueva “curva” se lee la viscosidad en cSt a 40°C del aceite requerido. En este caso la viscosidad del aceite requerido es de 460 cSt/40°C, ó sea que el aceite debe ser de un grado ISO 460.

3. EQUIVALENCIAS ENTRE DIFERENTES SISTEMAS DE CLASIFICACION DE LA VISCOSIDAD Muchos fabricantes de maquinaria industrial acostumbran a dar sus especificaciones de lubricación en otros sistemas de clasificación de la viscosidad diferente al ISO y ello obliga, por lo tanto a hallar el grado de la viscosidad equivalente en este sistema. En la Tabla No2 se dan las equivalencias entre el sistema ISO, ASTM, AGMA y SAE (de motor y engranajes). Tabla No2 Equivalencias entre los diferentes sistemas de clasificación de la viscosidad

Grado ISO

Grad o AST M

Grado SAE Grado AGMA

Motor Unígrad o

10 15 22 32 46

75 105 150 215

1

0w, 5w 10w 10,15w

68,68EP

315

2, 2EP

20w,20

100,100EP

465

3,3EP

25w,30

150,150EP

700

4,4EP

40

220,220EP 320,320EP 460,460EP,460C 680,680EP,680C 1000,1000EP,1000 C 1500,1500EP,1500 C

1000 1500 2150 3150

5,5EP 6,6EP 7,7EP,7C 8,8EP,8C

50

4650

9,9EP,9C

7000

10,10EP,10 C

Multígrado

Engranajes Unígrad Multígrad o o

75W

10w30,20w2 0 5w50, 15w40 15w50, 20w40

80,80w

90

85w90 85w140

140

250

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Notas: (1) Cuando se halla el grado ISO equivalente de un aceite unigrado para motores de combustión interna su IV puede ser menor ó igual a 95; si es de especificación w debe ser mayor de 95 y si es multigrado, debe estar por encima de 110. Cuando se trate de aceites para engranajes se procede de la misma manera. (2) La C en los aceites especificados en el sistema ISO ó AGMA significa Compuesto ó aceites con aditivos a base de ácidos grasos para condiciones de lubricación EHL donde la temperatura de la carcasa del componente es menor ó igual a 50°C. (3) Cuando el fabricante recomienda el tipo de aceite a utilizar en cualquier sistema de unidades de viscosidad, referenciados a una temperatura especifica, es necesario hallar el grado ISO correspondiente (recuérdese que el grado ISO de un aceite está dado en cSt a 40°C) para lo cual es necesario, en primer lugar, convertir las unidades de viscosidad dadas a cSt (si éstas se dan en unidades diferentes a cSt), utilizando el Gráfico No1 y, en segundo lugar, con las unidades de viscosidad en cSt a cualquier temperatura, se halla el grado ISO correspondiente del Gráfico No2.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Gráfico No1 Carta de conversión de la viscosidad a cualquier temperatura

Gráfico No2

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Gráfico Viscosidad-temperatura para hallar el Grado ISO del aceite

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Gráfico No3 Gráfico Viscosidad-temperatura para trazar la curva de un aceite industrial

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Gráfico No4 (a) Gráfico para hallar el índice de viscosidad (IV) en función de la viscosidad del aceite en cSt a 40ºC y a 100ºC.

Gráfico No4 (b)

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Gráfico para hallar el índice de viscosidad (IV) en función de la viscosidad del aceite en cSt a 40ºC y a 100ºC.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Capítulo 8

SELECCION CORRECTA DE UN ACEITE AUTOMOTRIZ El vehículo es uno de los inventos más revolucionarios hechos por el hombre en los últimos tiempos, el cual le ha permitido tener un mayor nivel de comodidad, optimizar el tiempo y bajar los costos de su supervivencia en la tierra, además de que lo ha llevado al diseño de otras máquinas, aunque quizás no mejores en su esencia, por lo menos si en los medios de transporte, como el tren, avión, etc. MOTOR DEL VEHICULO El motor es el componente más importante de su vehículo y tiene una serie de elementos sometidos a fricción que incentivan el desgaste, el cual si no se controla puede dar lugar rápidamente a que el motor no funcione correctamente, sea costosa su operación y conlleve a su reparación antes de tiempo, implicando con esto el desembolso de grandes sumas de dinero, además de que no se puede disponer del vehículo. Los motores de los vehículos pueden ser a gasolina, Diesel o gas, siendo éste último, mecánicamente igual al de gasolina, pero que utiliza como combustible gas. El motor a gasolina fue inventado, diseñado y fabricado por el ingeniero alemán Nikolaus Otto en 1877 y el motor a compresión o Diesel por el ingeniero alemán Rudolf Diesel (en 1892. Estos inventos tuvieron como modelo el motor a vapor, perfeccionado por el inglés Watt en 1820. Estos dos motores se denominan de combustión interna (MCI) porque la generación de energía se lleva a cabo dentro de los cilindros del motor, mediante la combustión de un combustible derivado del petróleo, el cual puede ser gasolina o ACPM. Los motores de los vehículos pueden ser de dos o cuatro tiempos, dependiendo de si el proceso de combustión se lleva a cabo en una o dos vueltas del cigüeñal respectivamente. En este caso el programa AUTOLUB, va a estar orientado al cambio del aceite a tiempo en los motores de 4 tiempos, sean a gasolina, gas o Diesel. Ciclos del motor de 4 tiempos Los ciclos del motor a gasolina de 4 tiempos son: -

-

-

-

Admisión: succiona aire del ambiente, jugando un papel muy importante el filtro del aire. El aire se mezcla en el carburador o en el sistema de inyección con la gasolina, antes de entrar al cilindro. Se lleva a cabo durante media vuelta del cigüeñal (180º), y el pistón se mueve del Punto Muerto Superior (PMS) al Punto Muerto Inferior (PMI) en el cilindro. Compresión: comprime el aire desde el PMI al PMS, y antes de llegar a éste, la bujía produce la chispa haciendo que explote la mezcla de aire y gasolina. Este proceso se lleva a cabo durante media vuelta del cigüeñal (180º). Explosión: Al explotar la mezcla de aire y gasolina, el pistón es empujado violentamente del PMS al PMI y se produce la carrera de trabajo, haciendo que el cigüeñal gire y que el vehículo se mueva. Este proceso se lleva a cabo durante media vuelta del cigüeñal (180º). Escape: Los gases producidos durante la explosión del combustible, son evacuados al ambiente, cuando el pistón sube del PMI al PMS. Este proceso se lleva a cabo durante media vuelta del cigüeñal (180º).

Los ciclos del motor Diesel de 4 tiempos son los mismos del motor a gasolina de 4 tiempos, excepto que en el proceso de admisión solo succiona aire y lo comprime sin mezclarse con el combustible, y

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV al final de la carrera de compresión se inyecta el gasóleo (gasoil) o también llamado comúnmente ACPM, produciéndose la explosión y posteriormente la carrera de trabajo. Partes del motor de 4 tiempos Las partes más importantes del motor de 4 tiempos son: -

-

Culata: parte superior del motor, sirve de tapa para los balancines. Bloque: es el elemento más importante y en éste van alojados los cilindros. Carter: parte inferior del motor, sirve de depósito al aceite. Cilindro: parte donde desliza el pistón. Pistón: elemento que permite comprimir el aire (motor Diesel) o la mezcla de aire y gasolina (motor a gasolina). Anillos: elementos de desgaste montados en los pistones que permiten que el pistón se deslice en el cilindro y garantizan la estanqueidad del aire (motor Diesel) o la del aire y el combustible (motor a gasolina) en el cilindro del motor. Biela: elemento que une el pistón con el cigüeñal. Bulón: elemento que une el pistón con la biela. Cigüeñal: parte donde van montadas las bielas y que trasmite la potencia generada por la explosión del combustible al sistema de trasmisión del vehículo. Casquetes: elementos de desgaste que permiten que las bielas y el cigüeñal giren. Válvulas de admisión y de descarga: permiten la entrada de aire al cilindro y la salida de los gases de la combustión del combustible al ambiente. Balancines: permiten la apertura y cierre de las válvulas de admisión y de descarga. Arbol de levas: hace subir y bajar los balancines. Bomba de engranajes: permite la lubricación de los diferentes componentes del motor sometidos a fricción. Filtro del aire: retiene al máximo las partículas contaminantes presentes en el aire. Filtro de aceite: elimina al máximo las partículas de hollín y metálicas presentes en el aceite. Filtro de combustible: elimina al máximo las partículas contaminantes presentes en el combustible. Sistema de inyección: atomiza el combustible dentro del aire bajo unas determinadas condiciones de volumen y de presión.

Partes del motor de combustión interna Lubricación del motor de 4 tiempos El motor de 4 tiempos se lubrica por medio de una bomba de engranajes accionada por el árbol de levas, la cual succiona el aceite del carter del motor y lo hace fluir hasta el filtro de aceite y de allí a los casquetes principales de apoyo del cigüeñal. Una vez que el aceite los ha lubricado, una parte retorna al carter y la otra fluye por unos conductos internos hasta el casquete de cabeza de biela y de allí es salpicado por la fuerza centrifuga, originada por el giro del cigüeñal, hasta el cilindro, donde los anillos de compresión lo distribuyen a lo largo del cilindro y luego el anillo rascador de aceite localizado en la parte inferior del pistón, barre de nuevo el aceite obligándolo a que retorne al carter del motor. El aceite cuando fluye a la parte superior del pistón, por medio de los aditivos detergentesdispersantes que posee, lava el hollín, gomas, lacas y partículas carbonosas que se forman como resultado del proceso de combustión del combustible y que se adhieren a la cabeza del pistón y se introducen dentro de las ranuras del pistón y los anillos. Estos contaminantes son obligados a fluir con el aceite al carter del motor y de allí por medio de la bomba de engranajes quedan retenidos en el filtro de aceite.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV El espacio entre las ranuras de los pistones y los anillos deben estar lo más limpios posibles, con el fin de que los gases de la combustión fluyan a través del laberinto que se forma y de esta manera dichos gases pierdan presión y no fluyan hasta el carter del motor, manteniendo la presión del motor. Sistema de lubricación del motor de combustión interna Un aceite de motor de mala calidad o con un paquete de aditivos detergentes-dispersantes inadecuado no mantendrá limpio el espacio entre anillos y ranuras del pistón dando lugar a pérdidas de potencia del motor, mayor consumo de combustible, desgaste prematuro de las diferentes partes del motor, elevando considerablemente los costos de mantenimiento. PROCESO DE COMBUSTION DEL COMBUSTIBLE EN EL MOTOR Cuando la gasolina se quema en un motor se generan una gran cantidad de productos que se pueden catalogar como inofensivos, contaminantes y residuos carbonosos. Inofensivos: -

-

Nitrógeno: es un gas inerte, que con las altas temperaturas en el motor, forma pequeñas cantidades de óxido de nitrógeno. Oxígeno: si su mezcla con el combustible es demasiado rica o pobre, no podrá oxidar todos los enlaces de hidrocarburos y será expulsado con el resto de los gases de escape. Dióxido de carbono: no resulta nocivo para los seres vivos y constituye una fuente de alimentación para las plantas verdes (fotosíntesis). Sin embargo, si su concentración en la atmósfera es alta puede producir variaciones climáticas a gran escala (efecto invernadero). Vapor de agua: se produce por la oxidación del hidrógeno. Hidrógeno.

Contaminantes: -

-

Monóxido de carbono: en concentraciones superiores al 0,3% por volumen y tiempos de exposición altos puede provocar en la sangre la transformación irreversible de la hemoglobina (molécula encargada de transportar el oxígeno desde los pulmones a las células del organismo), en carboxihemoglobina, incapaz de cumplir esa función. La falta de oxígeno en la combustión puede conllevar a la formación monóxido de carbono en lugar de dióxido de carbono. Benceno (hidrocarburos): es venenoso y provoca irritaciones de piel, ojos y conductos respiratorios; si la concentración es alta, provocará mareos, dolores de cabeza y náuseas. Oxido de nitrógeno: irritan la mucosa y en combinación con los hidrocarburos y la humedad del aire producen ácido nitroso, causante de la lluvia ácida. Plomo: está presente en algunas gasolinas en forma de tetra-etilo de plomo para elevar su índice de octano. Al inhalarse puede provocar la formación de coágulos o trombos en la sangre.

Residuos carbonosos -

Hollín: se concentra en las ranuras del pistón y los anillos impidiendo que realicen correctamente su trabajo. Carbón: se adhiere a la cabeza del pistón, generando puntos calientes causantes del preencendido del combustible en el cilindro. Gomas ácidas: se adhieren a los anillos, causando su pegamiento en las ranuras. Lacas: se adhieren a la falda del pistón, reduciendo la transferencia de calor entre el pistón y el cilindro, dando lugar a mayores temperaturas de operación.

FORMULACION DEL ACEITE AUTOMOTRIZ

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Los aceites SAE para lubricación de motores de combustión interna están constituidos por una base lubricante que puede ser mineral, sintética o vegetal y por un paquete de aditivos orgánicos y metálicos cuya función es la de proteger la base lubricante para que lubrique correctamente los diferentes mecanismos del motor sometidos a fricción. Los aceites SAE contienen aditivos mejoradores del índice de viscosidad, antioxidantes, depresores del punto de fluidez, antidesgaste, detergentes, dispersantes y antiespumantes. Todos los aditivos que contiene le aceite SAE para motores, son importantes y se requieren, pero los que los diferencian de los demás aceites son los detergentes-dispersantes, que son imprescindibles en estos aceites, ya que lavan los residuos carbonosos que se generan durante el proceso de combustión del combustible y los mantienen en suspensión en la base lubricante para que finalmente queden retenidos en el filtro de aceite. Estos aditivos actúan también como antioxidantes, mejorando la resistencia del aceite a las altas temperaturas de operación. ESPECIFICACIONES DEL ACEITE PARA EL MOTOR DEL VEHICULO El aceite para la lubricación del motor a gasolina y Diesel debe cumplir con: -

Grado SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices). Nivel de calidad API (Instituto Americano del Petróleo).

Si el aceite no cumple con alguno de estos dos requerimientos, no se debe utilizar en la lubricación del motor, ya que su vida de servicio será muy inferior a la especifica da por el fabricante del motor. Grado SAE (Society of Automotive Engineers) de los aceites para automotores El grado SAE de un aceite para lubricación de motores de combustión interna solo indica el comportamiento del aceite a determinadas temperaturas, no tiene nada que ver con su calidad, contenido de aditivos, funcionamiento o tipo de aplicación. Cada tipo de motor requiere una viscosidad específica. La viscosidad es la espesura o poca densidad de un fluido a una determinada temperatura. Los aceites de motor deben fluir libremente en condiciones frías y mantener su densidad o espesura en condiciones de altas temperaturas. Los aceites con baja viscosidad se caracterizan por fluir libremente mientras que aceites con viscosidad alta mantienen su espesura, por tanto fluyen lentamente. La SAE clasificó a los aceites según su viscosidad adoptando como temperatura de referencia 100ºC y unidad de medida el centistoke (cSt). Se dividió el rango total de viscosidades de los aceites en grupos arbitrarios designados por los siguientes números: 10, 20, 30, 40 y 50; originalmente existió un grado 60 que luego fue suprimido. Esta clasificación no tuvo en cuenta que un aceite SAE 20 en condiciones de baja temperatura aumentaba considerablemente su viscosidad no siendo apto para una operación correcta en climas fríos. Surgieron así los aceites de tipo W (winter: invierno) que cubrirían esta deficiencia. Se amplió entonces la clasificación incorporando los grados SAE 0W, 5W, 10W, 20W y 25W, a los ya existentes. El grado SAE clasifica los aceites para motores a gasolina y Diesel en monogrados (unígrados) y multigrados. Ver Tabla No1. -

Aceites SAE monogrados: Se caracterizan porque en la especificación SAE solo tienen un grado de viscosidad y la resistencia a fluir en el momento de la puesta en marcha del motor es alta. Su viscosidad es inestable con los cambios de la temperatura de operación del motor, lo

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV cual conlleva a mayores niveles de desgaste en los componentes del motor sometidos a fricción y a un mayor consumo de combustible. Se clasifican entre un SAE 0W y un SAE 50. El número que aparece después de la especificación SAE indica solamente que a medida que este número es más alto su viscosidad es mayor, y se selecciona de acuerdo con la temperatura ambiente donde funciona el vehículo. -

Aceites SAE multigrados: Se caracterizan porque en la especificación SAE tienen dos grados de viscosidad: el primero puede ser desde el 0W y el segundo hasta el 50, por ejemplo el SAE 0W50. Esta especificación quiere decir que en el momento de la puesta en marcha del motor el aceite se comportará como un aceite de baja viscosidad SAE 0W, garantizando que llegará rápidamente a todos los puntos a lubricar, principalmente al 1er anillo de compresión en el cilindro, y que cuando alcance la temperatura de operación se comportará como un aceite de mayor viscosidad SAE 50. La formulación de los aceites multígrados se logra mediante la incorporación a la base lubricante de unos aditivos conocidos como mejoradores del Indice de Viscosidad (IV).

Los aceites multígrados, en los países donde no hay estaciones aparentemente no se deben utilizar, porque en ningún momento se presentarán temperaturas por debajo de los 0ºC. No obstante debido a la mayor estabilidad de su viscosidad con respecto a los aceites SAE monogrados, su uso en los vehículos actuales permite obtener los siguientes beneficios: -

Reducción del desgaste adhesivo en las partes lubricadas del motor, en el momento de la puesta en marcha y a las altas temperaturas de operación. Reducción en el consumo de combustible hasta en un 5%. Mayor duración de la batería y del sistema de arranque del motor. Mayor contenido de aditivos detergentes-dispersantes, y por lo tanto mayor limpieza interna en los componentes del motor. Mayores frecuencias entre cambios de aceite.

Los aceites SAE monogrados aparentemente presentan mayor viscosidad que los multigrados, porque el usuario desprevenido, compara su viscosidad a la temperatura ambiente del lugar donde se encuentre, pero esto es incorrecto, ya que la comparación se debe hacer es a 100ºC que es la temperatura a la cual trabaja el aceite en el motor. Bajo estas condiciones de trabajo, los aceites multigrados tienen mayor viscosidad que los aceites monogrados y por lo tanto garantizan una mejor película lubricante. Los aceites SAE monogrados tienden a dejarse de fabricar a nivel mundial, para aplicación de lubricación de motores de combustión interna de 4 tiempos a gasolina y diesel. Solamente se utilizarán cuando por diseño del motor el fabricante lo recomiende, pero serán unos pocos casos especiales.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Tabla No1 Aceites SAE monogrados y multigrados Monogrados

Multigrados

0W 5W 10W 15W 20W 25W 10 20 30 40 50 0W30 10W30 15W40 20W40 25W50

Viscosidad cinemática cSt/100ºC

3,8 3,8 4,1 5,6 5,6 9,3 2,3 hasta < 5,6 5,6 hasta < 9,3 9,3 hasta < 12,5 12,5 hasta < 16,3 16,3 hasta < 21,9 2 hasta < 14 10 hasta < 14 14 hasta < 16 14 hasta < 16 16 hasta < 19

Temperatura ambiente máxima de bombeo ºC - 40º hasta -10º - 35º hasta -10º - 30º hasta -10º - 25º hasta -10º - 20º hasta -10º - 15º hasta -10º

Temperatura ambiente máxima de trabajo ºC

- 10º hasta < 5º 5º hasta < 10º 10º hasta < 25º 25º hasta < 38º 38º en adelante - 40º hasta 25º - 30º hasta 25º - 25º hasta 38º - 20º hasta 38º - 15º hasta > 38º

Notas: 1. Los aceites multigrados referenciados en esta tabla, son los que normalmente se utilizan en los países del trópico donde no hay estaciones. En este caso, el primer grado SAE con la letra W del aceite multigrado puede ser cualquiera, excepto que el fabricante del vehículo lo recomiende expresamente, y el segundo debe estar acorde con la temperatura máxima esperada en el verano. 2. En los países donde hay estaciones se utilizan una infinidad de combinaciones entre los grados que tiene la especificación W, de acuerdo con la temperatura más baja en invierno y los que no la tienen, según la temperatura más alta esperada en el verano. Por ejemplo, si en el invierno se espera que la temperatura sea máximo de – 34ºC se tendrá que utilizar un SAE 5W, y si en el verano es de + 28ºC será un SAE 40, por lo tanto el aceite multigrado a utilizar debe ser el SAE 5W40.

Nivel de calidad API La API (Instituto Americano del Petróleo), tiene estandarizados los diferentes niveles de calidad de los aceites para lubricación de motores a gasolina y Diesel. Estas especificaciones de calidad son el complemento indispensable que debe acompañar a la viscosidad en el sistema SAE. Un aceite para servicio automotriz no quedará bien seleccionado si no se tiene en cuenta tanto el grado SAE como el nivel de calidad API.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Cumplir con las normas API y ser certificado por el API son dos cosas muy distintas. Cuando la empresa, su planta y sus productos son certificados por el API la receta está registrada y el API puede comprar aleatoriamente muestras para analizar y verificar que las están formulando correctamente. Cuando dice que "cumple con el API" no tiene ninguna fiscalización. La especificación API depende de si el aceite es para motores a gasolina o Diesel, así se tiene que cuando la especificación API empieza por la letra S, el aceite es para lubricación de motores a gasolina y cuando empieza por la letra C es para motores Diesel. Cada una de estas letras va acompañada de una segunda letra ubicada a la derecha, la cual depende, en los motores a gasolina del año de fabricación del vehículo y en los motores Diesel, del tipo de motor. Ver Tabla No2.

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Tabla No2 Especificación API para los motores a gasolina y Diesel

Clasificación API SA SB SC SD SE SF SG SH SJ SL

SM SN

Motores a gasolina Características Obsoleto. Motores antes de 1950. Obsoleto. Motores entre 1950 y1960. Obsoleto. Motores entre 1961 y 1965. Obsoleto. Motores desde 1966 y 1970. Obsoleto. Motores desde 1971 y 1980. Obsoleto. Motores desde 1981 y 1987. Obsoleto. Motores desde 1988 y 1992. Obsoleto. Motores desde 1992 y 1996. Vigente. Motores entre 1997 y 2000. Vigente. Motores a partir del año 2001.

Clasificación API CA CB CC CD CE CF/CF-2 CF-4 CG-4 CH-4 CI-4

Motores Diesel Características Obsoleta. Motores antes de 1950. Obsoleta. Motores entre 1950 y 1952. Obsoleta. Motores entre 1953 y 1954. Obsoleta. Motores entre 1955 y 1987. Obsoleta. Motores entre 1988 y 1992. Obsoleta. Motores entre 1993 y 1994. Obsoleta. Motores entre 1993 y 1994. Obsoleta. Motores desde 1994 y 1997. Vigente. Motores a partir del año 1998. Vigente. Menos consumo y formación de depósitos en el motor; mayor control del hollín.

Vigente. Motores a partir del año 2004, más amigable al ambiente. Vigente. Motores a partir del año 2009, con catalizadores de gases de última generación.

Notas: 1. El número 2 en la especificación API indica que es un aceite para motores Diesel de 2 tiempos. 2. El número 4 en la especificación API indica que es un aceite para motores Diesel de 4 tiempos.

ASPECTOS IMPORTANTES A TENER EN CUENTA AL SELECCIONAR EL ACEITE PARA EL MOTOR -

Utilice el grado SAE que le recomienda el fabricante del vehículo, en caso contrario selecciónelo de acuerdo con la temperatura ambiente del lugar donde funciona el vehículo. Ver Tabla No1. Utilice el grado API que le recomienda el fabricante del vehículo, en caso contario selecciónelo de acuerdo con el año de fabricación del vehículo. Ver Tabla No2. Siempre utilice un aceite del mismo grado SAE y especificación API que el seleccionado.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

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Si desea cambiar de marca de aceite, utilice el que sea equivalente al seleccionado inicialmente, de acuerdo con el grado SAE y API. Si no es factible conseguir el aceite de la especificación API requerida, debido al modelo de su vehículo, utilice la más próxima posible que se consiga comercialmente. Cambie el aceite del motor, por condición química y no por kilometraje u horas de trabajo. Siempre que cambie el aceite, cambie el filtro de aceite. Cambie el filtro de aire y de combustible, por cada tres cambios de aceite. Utilice filtros de aceite, de aire y de combustible de la mejor marca posibles. No utilice aceite SAE monogrados ni de especificaciones API obsoletas. Los aceites para motores a gasolina actuales, por ejemplo un aceite SAE 15W40, API SL, son aceites para frecuencias de cambio como mínimo de 8000 kilómetros de recorrido. Los aceites para motores Diesel actuales, por ejemplo un aceite SAE 15W40, API CH-4, son aceites para frecuencias de cambio como mínimo de 12.000 kilómetros de recorrido. No limpie el filtro de aire manualmente ni con aire, cámbielo por uno nuevo. No sobrepase el nivel de aceite requerido en el motor, ya que esto produce espuma en el aceite y da lugar a que el exceso se queme en la cámara de combustión. No mezcle aceites de diferentes marcas, aunque sean del mismo grado SAE y especificación API. De ser necesario espere el próximo cambio de aceite. Es factible agregarle modificadores de fricción al aceite, pero antes de hacerlo, es necesario que se asesore muy bien de un experto en lubricación, ya que de hacerlo de manera inadecuada puede averiar el motor. Revise el nivel de aceite por lo menos una vez al mes. No ponga en marcha el vehículo inmediatamente prenda el motor. Esto da lugar a altos niveles de desgaste, principalmente en el cilindro y los anillos. Nunca lave internamente el motor con algún producto o método recomendado, esto propiciará altos niveles de desgaste en los componentes del motor. Los aceites actuales son altamente detergentes – dispersantes y mantiene limpios los diferentes componentes del motor. Si en un motor se ha venido utilizando un aceite SAE monogrado durante mucho tiempo, no es recomendable empezar a utilizar un aceite SAE multigrado, porque estos aceites son mucho más detergentes - dispersantes que los monogrados. En motores en muy estado mecánico, es mejor utilizar aceites SAE monogrados que aceites SAE multigrados, porque laven menos y los residuos de carbón que dejan ayudan a compresionar el motor.

ESPECIFICACION DEL ACEITE AUTOMOTRIZ El aceite automotriz debe cumplir con las siguientes especificaciones: -

Aceites para motores a gasolina: SAE multigrado y especificación API empezando por la letra S de acuerdo al modelo del vehículo. Por ejemplo un aceite SAE 15W40, API SM. Aceites para motores a Diesel: SAE multigrado y especificación API empezando por la letra C de acuerdo al modelo del vehículo. Por ejemplo un aceite SAE 15W40, API CH-4. Aceites para motores a gasolina y Diesel: SAE multigrado y especificación API empezando con las letras S y C, de acuerdo al modelo del vehículo. Por ejemplo un aceite 15W40, API SL/CI. Aceites para motores a Gas: SAE multigrado y especificación API empezando por la letra S de baja especificación. Por ejemplo un aceite SAE 15W40, API SE, y referenciado como aceite para motores a gas.

ENGRANAJES AUTOMOTRICES En toda unidad automotor independientemente de la aplicación que s ele de, hay instalados sistemas de engranajes del más variado tipo, siendo los más importantes, los siguientes: -

Cajas sincronizadas.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

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Transmisiones automáticas. Diferenciales axiales.

FORMULACION DEL ACEITE AUTOMOTRIZ Los requerimientos mínimos de un aceite para sistemas de engranajes son los siguientes: -

Disminuir la fricción para controlar el contacto metal-metal entre los dientes de los engranajes y elementos rodantes y pistas de los rodamientos. Proteger los mecanismos lubricados de la corrosión. Evitar la formación de depósitos. Controlar la formación de espuma. No atacar los sellos y empaquetaduras. Modificar poco su viscosidad con la variación de la temperatura. Estabilidad a la oxidación y resistencia al envejecimiento.

Los aceites sistemas de engranajes automotrices se clasifican bajo el sistema SAE, pero contrario a los aceites SAE para lubricación del motor, no cuentan con aditivos detergentes - dispersantes, porque no los requieren, pero es muy importante tener en cuenta que este tipo de aceites son muy diferentes a los de especificación industrial, que son similares en cuanto a que no tiene aditivos detergentes – dispersantes, pero el paquete de aditivos que poseen, protege los mecanismos de los sistemas automotrices de las condiciones más severas de operación que se presentan en este tipo de componentes con respecto a las transmisiones industriales. Los aceites SAE para engranajes automotrices contienen aditivos mejoradores del índice de viscosidad, antioxidantes, depresores del punto de fluidez, antidesgaste, Extrema Presión y antiespumantes. ESPECIFICACIONES DEL ACEITE SAE PARA ENGRANAJES AUTOMOTRICES El aceite para engranajes automotrices debe cumplir con: -

Grado SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices). Nivel de calidad API (Instituto Americano del Petróleo).En algunos casos, como en el de las normas militares de USA, conocidas como MIL, fijan sus propias exigencias, pero que en la práctica son muy similares a las fijadas por API.

Si el aceite SAE no cumple con alguno de estos dos requerimientos, no se debe utilizar en la lubricación de engranajes automotrices, ya que su vida de servicio será muy inferior a la especifica da por el fabricante de este componente mecánico. Grado SAE (Society of Automotive Engineers) de los aceites para engranajes automotrices Los aceites SAE para engranajes automotrices, se clasifican en monogrados y multigrados y ha establecido la norma J306, para los aceites monogrados, que corresponde con la DIN 51512, y la SAE J306C para los aceites multígrados. El grado SAE, es un número empírico que no tiene una relación directa con alguna unidad de la viscosidad, sino que indica que a medida que este número es más alto, su viscosidad también lo es. Los aceites SAE con la letra W (Winter) son para invierno o bajas temperaturas y sin la letra W son para verano. Ver Tabla No3.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Tabla No3 Aceites SAE monogrados y multigrados para engranajes automotrices Monogrados

Multigrados

70W 75W 80W 85W 80 90 140 250 75W90 80W90 85W90 80W140 85W140

Viscosidad cinemática cSt/100ºC

4,1 hasta 4,4 4,1 hasta 4,4 7,0 hasta 9,4 11,0 hasta 13,0 8,6 hasta 11,3 13,5 hasta 24,0 24,0 hasta 41,0 41,0 hasta 60,0 14,5 hasta < 16,5 15,0 hasta < 16,5 17,5 hasta < 18,3 25,0 hasta < 28,0 24,1 hasta < 26,0

Temperatura ambiente máxima de bombeo ºC - 40º hasta -10º - 35º hasta -10º - 30º hasta -10º - 25º hasta -10º

Temperatura ambiente máxima de trabajo ºC

- 20º hasta -10º - 10º hasta 32º Mayor de 25º hasta 46º Mayor de 46º Desde - 42º hasta 32º Desde - 36º hasta 32º Desde - 20º hasta 32º Desde - 15º hasta 46º Desde - 10º hasta > 46º

Notas: 1. Los aceites multigrados referenciados en esta tabla, son los que normalmente se utilizan en los países del trópico donde no hay estaciones. En este caso, el primer grado SAE con la letra W del aceite multigrado puede ser cualquiera, excepto que el fabricante del vehículo lo recomiende expresamente, y el segundo debe estar acorde con la temperatura máxima esperada en el verano. 2. En los países donde hay estaciones se utilizan una infinidad de combinaciones entre los grados que tiene la especificación W, de acuerdo con la temperatura más baja en invierno y los que no la tienen, según la temperatura más alta esperada en el verano. Por ejemplo, si en el invierno se espera que la temperatura sea máximo de – 34ºC se tendrá que utilizar un SAE 80W, y si en el verano es de +28ºC será un SAE 90, por lo tanto el aceite multigrado a utilizar debe ser el SAE 80W90. 3. Si en la lubricación del motor se utiliza un aceite multigrado, también se debe utilizar en la lubricación de los engranajes.

Nivel de calidad API La calidad API (Instituto Americano del Petróleo), de los aceites para engranajes automotrices depende del tipo y de su condición operacional, la cual puede ser hidrodinámica o EHL. La especificación API, se identifica con las letras GL (Gear Lubricant), y con un número que va del 1 al 6. Un aceite para engranajes automotrices no quedará bien seleccionado si no se tiene en cuenta tanto el grado SAE como el nivel de calidad API. Esta información aparece tanto en el catalogo del fabricante del aceite como en el envase. Algunos fabricantes de transmisiones automotrices, además de la especificación API exigen que los aceites cumplan con una determinada especificación de las fuerzas militares de USA, denominadas MIL-L. Otros fabricantes tienen sus propias especificaciones como:

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

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Caterpillar con sus normas TO-2 y TO-4. Mercedes Benz con sus normas DB 236.6. Volkswagen con la norma TL 52726. Ford con su norma ESP-M2C166-H. Allison con su norma C-4.

En la Tabla No4, se especifica la clasificación API de los aceites para engranajes automotrices. Tabla No4 Especificación API para los aceites de engranajes automotrices Clasificación API GL-1

Tipo de engranajes

Condiciones de operación

Cilíndricos y cónicos de dientes rectos y helicoidales. Tornillo sin fin y corona.

Cargas ligeras y uniformes.

GL-3

Cónicos.

Cargas moderadas.

GL-4

Todos los tipos de engranajes.

Condiciones severas de deslizamiento, carga y velocidad. Condiciones muy severas de presión, choque y deslizamiento. Condiciones extremadamente severas de presión, choque y deslizamiento.

GL-2

GL-5 GL-6

Cargas ligeras y uniformes.

Características del aceite No contienen aditivos de Extrema Presión (EP), ni modificadores de fricción. Contienen aditivos antioxidantes, antiherrumbre, antiespumantes y depresores del punto de fluidez. Contienen aditivos antidesgaste y de untuosidad. Cumplen la norma MIL-L- 2105. Contenido medio de aditivos EP. Cumplen la norma MIL-L- 2105B. Alto contenido de aditivos EP. Alto contenido de aditivos EP, con modificadores de fricción.

ASPECTOS IMPORTANTES A TENER EN CUENTA AL SELECCIONAR EL ACEITE PARA LOS ENGRANAJES AUTOMOTRICES -

Utilice el grado SAE que le recomienda el fabricante del vehículo, en caso contrario selecciónelo de acuerdo con la temperatura ambiente del lugar donde funciona el vehículo. Ver Tabla No3. Utilice el grado API que le recomienda el fabricante del vehículo, en caso contrario selecciónelo de la Tabla No4. Siempre utilice un aceite del mismo grado SAE y especificación API que el seleccionado. Si desea cambiar de marca de aceite, utilice el que sea equivalente al seleccionado inicialmente, de acuerdo con el grado SAE y API. Cambie el aceite del motor, por condición química y no por kilometraje u horas de trabajo. No utilice aceite SAE monogrados ni de especificaciones API obsoletas. Los aceites para engranajes automotrices actuales, por ejemplo un aceite SAE 85W90, API GL5, son aceites para frecuencias de cambio como mínimo de 40000 kilómetros de recorrido. No sobrepase el nivel de aceite en las transmisiones, ya que esto produce altas temperaturas, y espuma en el aceite y dando lugar a que la lubricación sea deficiente. No mezcle aceites de diferentes marcas, aunque sean del mismo grado SAE y especificación API. De ser necesario espere el próximo cambio de aceite. Es factible agregarle modificadores de fricción al aceite, pero antes de hacerlo, es necesario que se asesore muy bien de un experto en lubricación, ya que de hacerlo de manera inadecuada puede averiar la transmisión.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV LUBRICACION DEL MOTOR DE COMBUSTION INTERNA POR CONDICION El motor del vehículo es el componente más importante y costoso, por lo que su cuidado es muy importante y se puede llevar a cabo mediante el análisis periódico del aceite en el laboratorio. El aceite del motor es un fluido que químicamente a medida que avanzan los kilómetros recorridos del vehículo se va degradando, cambiando su condición de basicidad a acidez, y va recogiendo información del estado mecánico del motor, ya que las partículas metálicas provenientes del desgaste del motor se van a acumulando en él. El análisis del estado del aceite SAE se debe hacer bajo las normas internacionales ASTM, las cuales tienen estandarizadas una serie de pruebas que permiten evaluar con mucha exactitud el estado del aceite y nivel de desgaste del motor. Las propiedades físico-químicas y nivel de desgaste de los componentes de un motor son: -

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Viscosidad cSt/100°C: ASTM D445. Evalúa el espesor de la película lubricante. TBN (Número Básico Total), mgr KOH/gr. ac. us.: ASTM D664. Evalúa la capacidad detergentedispersante del aceite y por lo tanto su habilidad para mantener lo más limpias posibles las diferentes partes del motor, en especial los anillos y las ranuras del pistón. Es la propiedad más sensible al cambio y la que más se afecta cuando los demás parámetros del aceite empiezan a salirse de los rangos establecidos. Punto de inflamación, °C, ASTM D92. Disminuye cuando hay problemas con el sistema de inyección de combustible al motor. Espectrofotometría de absorción atómica. Evalúa la cantidad metales presentes en el aceite provenientes del desgaste de las diferentes partes del motor.

Mediante la evaluación del TBN del aceite SAE es factible conocer el estado del aceite, su nivel de detergencia – dispersancia, su grado de oxidación o de descomposición química y su capacidad de mantener los pistones y anillos del motor, libres de gomas, lacas, hollín, y carbón, garantizando su correcto funcionamiento. El TBN del aceite SAE disminuye a medida que aumentan los kilómetros recorridos, hasta que llega a valor un mínimo permisible en el cual es necesario cambiar el aceite. En los motores a gasolina el valor mínimo permisible del TBN es el 35% de su valor original y para los motores Diesel del 50%. En los motores Diesel es más crítico debido a la mayor cantidad de hollín que genera el ACPM cuando se quema en el motor. Con la evaluación del TBN de un aceite SAE en servicio, se puede determinar la frecuencia de cambio del aceite de un vehículo particular, en el cual por razones económicas no se justificaría un análisis de laboratorio completo del aceite SAE. No obstante, si una vez que se define la frecuencia de cambio del aceite por el TBN, se presenta dentro de una frecuencia posterior una reducción prematura de su valor, es necesario llevar a cabo un análisis completo del aceite, para determinar las causas que están originado que el aceite se descomponga antes de tiempo y chequear adicionalmente el nivel de degaste de los diferentes componentes del motor.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Capítulo 9

EL IMPACTO DEL DESGASTE EN LOS MECANISMOS LUBRICADOS 1. INTRODUCCION El desgaste, cualquiera que sea la forma como se presente es sinónimo de improductividad y se define como: “Pérdida de material entre dos superficies que se encuentran en movimiento relativo y que se manifiesta por su funcionamiento errático, siendo necesario en la mayoría de los casos sacar de servicio el equipo rotativo del cual hacen parte esencial, y cambiarle las piezas defectuosas”. Las causas del desgaste no siempre se pueden determinar, conllevando a que en muchos casos sea imposible determinarlas aún cuando el mecanismo se haya lubricado correctamente. El desgaste, cualquiera que sea su origen, finalmente conduce al contacto metal-metal entre las superficies del mecanismo que se encuentran en movimiento relativo y se define como el deterioro sufrido por ellas a causa de la intensidad de la interacción de sus rugosidades superficiales; este tipo de desgaste puede llegar a ser crítico haciendo que las piezas de una máquina pierdan sus tolerancias y el mecanismo funcione de una manera errática ó que fallen catastróficamente quedando inservibles y causando consecuentemente costosos daños y elevadas pérdidas en el sistema productivo de la empresa. En cualquier caso el desgaste de un mecanismo es indeseable pero es imposible evitarlo ya que aun cuando se controlen las causas que lo originan, no será factible evitar la fatiga del material ya que ésta es una característica intrínseca de dicho material y conducirá a que finalmente el mecanismo se tenga que reemplazar. Si se desea que las máquinas alcancen sus mayores índices de productividad es necesario lograr que los componentes que las constituyen se cambien por fatiga y no por alguno de los muchos tipos de desgaste que se pueden presentar durante su explotación. 2. TIPOS DE DESGASTE Las superficies de los mecanismos lubricados de una máquina se pueden desgastar por las siguientes causas: -

Tipo de lubricante utilizado y a su tiempo de servicio. Contaminantes presentes en el aceite cuyo origen puede ser de ellos mismos ó de fuentes externas. Fallas intempestivas del sistema de lubricación. Sobrecargas debidas a problemas mecánicos u operacionales. Selección incorrecta del equipo rotativo para el tipo de trabajo que va a desarrollar, a un mal diseño ó al empleo de materiales inadecuados para las condiciones de operacionales de la máquina.

Las superficies correctamente lubricadas también se desgastan cuando se consume ó se rompe la película límite en el caso de la lubricación límite y EHL y se conoce como desgaste adhesivo ó del desprendimiento de dicha película de las rugosidades de las superficies metálicas cuando se tienen condiciones de lubricación fluida; en este último caso el desgaste es leve y genera partículas metálicas del orden de 1 a 2 m y se denomina desgaste erosivo. Los tipos de desgaste más comunes en orden de importancia son:

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Adhesivo Erosivo Abrasivo Corrosivo Fatiga superficial Cavitación Corrientes eléctricas

Desgaste Adhesivo El desgaste adhesivo es el más crítico ya que en la mayoría de los casos da lugar a la falla catastrófica del mecanismo lubricado quedando inservible y causando altas pérdidas en el proceso productivo. Se presenta como resultado del contacto metal-metal entre las superficies del mecanismo lubricado debido al adelgazamiento de la película lubricante en el caso de lubricación fluida ya sea por la presencia de contaminantes en el aceite (agua, gases, combustibles, etc.) ó a un bajo nivel de aceite, baja viscosidad ó baja presión en el sistema de lubricación; un alto nivel de aceite, una alta viscosidad y una alta presión en el sistema de lubricación también pueden dar lugar al desgaste adhesivo debido a que el exceso de fricción fluida en el aceite incrementa la temperatura de operación, haciendo que las superficies metálicas sometidas a fricción se dilaten y rocen, rompiendo en un momento dado la película límite. En la lubricación EHL el desgaste adhesivo se debe al rompimiento de la película límite formada por el aditivo EP del lubricante utilizado. En el desgaste adhesivo las superficies metálicas de las rugosidades se sueldan al no estar interpuesto un elemento tribológico que las separe, como por ejemplo, un aceite ó una grasa en la lubricación fluida ó la película límite formada por los aditivos de Extrema Presión (EP) en la lubricación EHL; las crestas de las rugosidades aunque tengan la capacidad de deformarse elásticamente no lo pueden hacer debido a que están soldadas y al seguir actuando la carga transmitida por el mecanismo hace que se fracturen dando lugar al desprendimiento de partículas ó fragmentos metálicos de diferentes tamaños; la energía liberada incrementa la temperatura de operación haciendo que las superficies que se encuentran en contacto metal-metal se aproximen aún más conduciendo finalmente a que el mecanismo se agarrote y la máquina se detenga. Cuando una máquina arranca ó para el desgaste adhesivo, en los mecanismos lubricados es mínimo siempre y cuando la película limite se encuentre en óptimas condiciones, de lo contrario será crítico, si ésta es escasa como resultado de la falta ó del agotamiento de los aditivos antidesgaste en el lubricante, en el caso de la lubricación fluida ó de los aditivos Extrema Presión, en la lubricación EHL, ó ya sea porque se está utilizando un lubricante inadecuado ó porque su vida de servicio ha sobrepasado el tiempo máximo permisible. Este tipo de desgaste en la mayoría de los elementos lubricados no se puede eliminar completamente, pero si se puede reducir considerablemente mediante la utilización de lubricantes que tengan óptimas propiedades de película límite. Cuando la lubricación es fluida el lubricante debe contar con aditivos antidesgaste que trabajen en el proceso de arrancada y parada de la máquina y en lubricación EHL con aditivos de EP que pueden ser ácidos grasos, fósforo, azufre, cloro, bisulfuro de molibdeno, grafito, etc, dependiendo de la generación del aditivo de EP. La única manera de evitar el desgaste adhesivo en el momento de la puesta en marcha de los mecanismos de un equipo es cuando se utiliza la lubricación hidrostática, pero en la práctica sería imposible y antieconómico colocárselo a todas las máquinas. Si se eliminara el desgaste adhesivo en el momento de la puesta en marcha del equipo, la vida disponible (Vd) de los mecanismos que lo constituyen sería mucho mayor que la esperada (V e). Desgaste Erosivo El desgaste erosivo es la pérdida lenta de material en las rugosidades de las dos superficies que se encuentran en movimiento relativo como resultado del impacto de partículas sólidas ó metálicas en suspensión en un aceite que fluye a alta presión de un tamaño mucho menor que el mínimo espesor

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV de la película lubricante (ho). Las partículas aunque sean de menor tamaño al entrar en la zona de alta presión no siguen un movimiento lineal sino que se desordenan chocando con las rugosidades, es posible que cuando empiezan a chocar no causen desgaste, pero si van fatigando las superficies hasta que finalmente dan lugar al desprendimiento de material; un desgaste erosivo lento siempre estará presente aunque el aceite circule a baja presión ya que ningún aceite es completamente limpio aún cuando cumpla con los estándares de limpieza de la Norma ISO 4406 de acuerdo con el tipo de mecanismo lubricado. El desgaste erosivo se puede presentar también, ya sea en lubricación fluida ó EHL, como resultado del empleo de un aceite de una viscosidad mayor que la requerida debido a que el exceso de capas en la película lubricante ”barren” la capa límite que se encuentra adherida a las superficies metálicas haciendo que dichas capas las desgasten por erosión. Cuando se tienen condiciones de flujo turbulento en la película lubricante se presenta el desgaste erosivo porque la película lubricante se mueve con respecto a las rugosidades, esto se puede presentar como resultado de la utilización de aceites con bajos Índices de Viscosidad que hacen que la viscosidad del aceite se reduzca considerablemente a la temperatura de operación del equipo, más cuando ésta es alta ó cuando se presentan elevados incrementos en la temperatura ambiente que hacen que las condiciones de flujo de la película lubricante cambien de laminar a turbulento como resultado del incremento en el Número Reynolds por encima de 2000. Desgaste Abrasivo El desgaste abrasivo es consecuencia de la presencia de partículas sólidas ó metálicas de un tamaño igual ó mayor que el espesor mínimo de la película lubricante y de la misma dureza ó superior a la de las superficies metálicas del mecanismo lubricado; el desgaste es mayor en la superficie más blanda. Las partículas sólidas como el silicio dan lugar a un considerable desgaste abrasivo debido a la elevada dureza de este material. Cuando las partículas del mismo tamaño que el mínimo espesor de la película lubricante se encuentran entre las dos superficies “ruedan” removiendo la película límite y desprendiendo material de ambas superficies. Cuando son de mayor tamaño se fracturan dando lugar a partículas del mismo tamaño que el mínimo espesor de la película lubricante y de un tamaño menor que propician el desgaste erosivo de dichas superficies metálicas ó el abrasivo si la carga que actúa sobre el mecanismo se incrementa ó la viscosidad del aceite se reduce ya sea por contaminación con agua ó con aceites de menor viscosidad. También es factible que se incrusten partículas en una de las superficies y actúen como una herramienta de corte, removiendo material de la otra. El desgaste abrasivo en un mecanismo se puede controlar filtrando el aceite de tal manera que se mantenga dentro del código de limpieza recomendado por la norma ISO 4406 de acuerdo con el tipo de mecanismo lubricado; esto quiere decir que el número de partículas cuyo tamaño es mayor que el espesor mínimo de la película lubricante es menor ó igual que el especificado; no significando esto, ausencia de desgaste abrasivo en el mecanismo, sino que éste estará dentro de los valores máximos permisibles para alcanzar la vida proyectada por el fabricante. En la actualidad no es factible eliminar totalmente el desgaste abrasivo debido a la imposibilidad de contar con aceites completamente limpios. Desgaste Corrosivo El desgaste corrosivo puede ser consecuencia del ataque químico de los ácidos débiles que se forman en el proceso de degradación normal del aceite, de la contaminación de éste con agua ó con ácidos del medio ambiente ó de los ácidos fuertes debidos a la descomposición del aceite cuando está sometido a altas temperaturas; en el primer caso el desgaste corrosivo es lento mientras que en el segundo es crítico siendo por lo tanto la situación que más se debe controlar; tanto los ácidos débiles como los fuertes dan lugar a la formación de ácido sulfúrico. El desgaste corrosivo se puede evitar si el aceite se cambia dentro de los intervalos recomendados, para lo cual si no se conoce, se le analiza al aceite la acidez mediante la prueba del Número Acido Total (TAN) ó Número de Neutralización (NN) según el método ASTM D664; este parámetro bajo ninguna circunstancia puede

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV ser mayor que el máximo permisible de acuerdo con el tipo de mecanismo que esté lubricando el aceite. El desgaste corrosivo se manifiesta inicialmente por un color amarillento y luego rojizo de las superficies metálicas, seguido del desprendimiento de pequeñas partículas que cada vez aumentan su concentración hasta que finalmente causan el desgaste por erosión y por abrasión de las superficies sometidas a fricción, por otro lado los pequeños cráteres que dejan las partículas que se desprenden al unirse forman grietas que pueden producir finalmente la rotura de la pieza. El desgaste corrosivo cuando se presenta en los materiales ferrosos por la acción del agua se conoce con el nombre de herrumbre y se analiza con la prueba de laboratorio ASTM D665 y en los materiales blancos como el Babbit con la prueba de corrosión en lámina de cobre, y se evalúa con la prueba ASTM D130. El desgaste corrosivo es muy frecuente en las coronas de bronce del reductor sinfíncorona cuando se utilizan en su lubricación aceites con aditivos de Extrema Presión del tipo fósforo, cloro o azufre y hay presencia de agua en el aceite. Es muy importante tener en cuenta que aunque el aceite se oxide, los inhibidores de la corrosión presentes en el aceite reducen la concentración de los ácidos disminuyendo la probabilidad de que se presente el desgaste corrosivo en las superficies metálicas. La probabilidad de que se presente el desgaste corrosivo en los motores de combustión interna es bastante alta debido a que durante el proceso de combustión se genera un buen número de productos gaseosos como el CO, CO2, H2O, óxidos de nitrógeno y de azufre, halógenos, etc., los cuales tienen un carácter muy ácido y en presencia de agua se pueden volver bastante corrosivos hacia los metales. Los motores Diesel son particularmente muy sensibles al desgaste corrosivo debido a la presencia de azufre en el combustible el cual durante el proceso de combustión reacciona con el agua que se forma produciendo ácido sulfúrico que ataca los anillos, pistones, paredes del cilindro y cojinetes de apoyo del cigüeñal; de manera similar en los componentes ferrosos de los motores a gasolina se puede presentar el desgaste corrosivo por herrumbre debido a los ácidos orgánicos y a los ácidos clorhídrico y bromhídrico procedentes de los haluros orgánicos (dicloruro y dibromuro de etileno) que se usan junto con el compuesto antidetonante para eliminar los residuos de plomo que quedan cuando se quema gasolina con plomo. Se ha podido comprobar que mientras las paredes del cilindro del motor a gasolina se mantengan por encima de los 180 ºF el desgaste corrosivo es despreciable, pero es significativo a medida que la temperatura va disminuyendo debido a la condensación de pequeñas gotitas de agua ácida; por lo tanto es recomendable que un motor a gasolina no se deje funcionando en vacío durante períodos de tiempo prolongados, aunque está situación es inevitable en circunstancias de pare y arranque como es el caso de las “horas pico” en las grandes ciudades. El desgaste corrosivo en los motores de combustión interna se controla con los aditivos detergentesdispersantes del aceite, tales como los fenatos y sulfónatos básicos. Si se considera el pH del aceite para controlar el desgaste corrosivo, éste no debe ser menor de 4,5 en los aceites para motores Diesel y de 6 en los de gasolina; sin embargo en la práctica de la lubricación automotriz no se utiliza la prueba del pH sino la prueba del Número Básico Total (TBN), según ASTM D664. Esta característica de los aceites automotores no debe ser inferior a los valores mínimos permisibles de acuerdo con el tipo de motor lubricado. Los aceites actuales para motores de combustión interna controlan muy bien los ácidos corrosivos que pueden afectar los componentes internos del motor debido a los altos niveles de calidad API que para los motores a gasolina es el SL y en los Diesel el CI. En los mecanismos que trabajan bajo cargas vibratorias continuas como es el caso de las zarandas se puede presentar un tipo de desgaste que se conoce como desgaste corrosivo por vibración que causa el desprendimiento de pequeñas partículas como resultado de la rotura de la película lubricante y de la presencia de humedad en el ambiente. Este puede ser el caso de los componentes de los telares textiles que trabajan bajo cargas vibratorias continuas y en ambientes donde es necesario mantener determinadas condiciones de humedad relativa. El desgaste corrosivo por

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV vibración se puede reducir considerablemente ó evitar si se utilizan lubricantes con aditivos de Extrema Presión, siendo los más indicados el grafito ó el bisulfuro de molibdeno. Desgaste por Fatiga Superficial El desgaste por fatiga superficial es el único tipo de desgaste que no se puede evitar y el cual finalmente hace que el componente lubricado se tenga que cambiar. Se presenta como resultado de los esfuerzos cíclicos de tensión y compresión que genera la carga al actuar en el punto donde se forma la película lubricante que en el caso de la lubricación fluida hace que las crestas de las rugosidades traten de aplastarse sin tocarse dando lugar a un ciclo de compresión y de tensión que termina deformando plásticamente las rugosidades causando su rotura, iniciándose de esta manera el “ojo” de fatiga ó grieta incipiente que da lugar a un incremento localizado del esfuerzo, que cada vez se hace más crítico por la falta de área hasta que finalmente la velocidad de propagación es tan alta que ocasiona la fractura del componente. En el caso de la lubricación EHL, la fatiga de las rugosidades es más crítica, debido a que la deformación de las rugosidades que inicialmente es del tipo elástica termina por ser plástica causando la rotura de dichas rugosidades y por lo tanto el descascarillado de la superficie metálica y la propagación de grietas internas que finalmente ocasionan la falla del componente por rotura. Entre mayor sea la temperatura de operación del elemento lubricado, el desgaste por fatiga superficial es más acelerado debido a la modificación que sufre la curva esfuerzo-deformación del material que hace que el punto de fluencia se corra hacia la izquierda y que por lo tanto para la misma condición de carga, el mecanismo quede trabajando en la zona plástica y no en la elástica. La falla por fatiga superficial se presenta de manera típica después de millones de ciclos de deformación elástica y se acelera cuando se tienen temperaturas de operación por encima de los 50°C, por la aplicación de esfuerzos de tensión y compresión, que superan los del material del mecanismo, ó por la presencia de partículas sólidas ó metálicas de un tamaño igual al espesor de la película lubricante y que no se adhieren a ninguna de las superficies en movimiento; en este caso la partícula es atrapada instantáneamente entre las superficies y origina hendiduras en ella debido a que las superficies se deflectan a lado y lado de la partícula como consecuencia de la carga que soportan, iniciándose las grietas, las cuales se esparcen después de n ciclos de esfuerzos. El desgaste por fatiga superficial aparece más rápidamente en los elementos que están sometidos a movimiento de rodadura que por deslizamiento debido a los mayores esfuerzos que soportan, este es el caso de los rodamientos, flancos de los dientes de los engranajes a la altura del diámetro de paso, y las superficies de las levas, entre otros. El desgaste por fatiga superficial anormal, se presenta con mayor intensidad en los rodamientos, cuando se tienen condiciones de lubricación Hidrodinámica y el factor de seguridad de la película lubricante , se encuentra en el rango de 1,00 <  < 2,50. En este caso, la carga dinámica que actúa sobre el rodamiento se transmite con mayor intensidad a la superficie de fricción, debido a que hay un menor efecto amortiguador de la película lubricante, conllevando a que se empiecen a generar grietas microscópicas debajo de la superficie de fricción, las cuales se unen entre sí, se propagan y finalmente salen a la superficie de fricción dando lugar a lo que se conoce como “descascarillado” o “descostrado”, acelerando la falla catastrófica del rodamiento. El desgaste por fatiga superficial anormal, se debe a la disminución del espesor de la película lubricante, y las causas más comunes son: -

Contaminación del aceite con agua. Inestabilidad del Indice de Viscosidad del aceite. Cambio de aceite, por encima del nivel máximo permisible de oxidación (TAN > 1,00 mgrKOH/gr.ac.us. Uso de un aceite de grado ISO menor que el requerido.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

-

Uso de un aceite sin aditivos antidesgaste. Incremento en la temperatura de operación como resultado de: desalineamiento, desbalanceo mecánico, sobrecargas operacionales, falta de enfriamiento, ajuste demasiado forzado tanto en la pista interna o externa del rodamiento, holgura excesiva entre el aro exterior y el alojamiento o entre el aro interior y el eje.

Desgaste por Cavitación Es el fenómeno que se presenta cuando las burbujas de vapor de agua que se forman en el aceite, al circular éste a través de una región donde la presión es menor que su presión de vapor, “explotan” al llegar nuevamente a una región de mayor presión como resultado del cambio de estado de vapor a líquido. Si las burbujas “explotan” cerca de las superficies metálicas darán lugar a presiones localizadas muy altas que ocasionarán picaduras en dichas superficies. La cavitación generalmente va acompañada de ruido y vibraciones. El desgaste por cavitación se puede evitar incrementando la presión en el sistema ó utilizando aceites con presiones de vapor bajas a altas temperaturas. Desgaste por Corrientes eléctricas Se presenta por corrientes eléctricas, cuyo origen pueden ser corrientes parásitas u otras fuentes externas, que pasan a través de los mecanismos de un componente equipo lubricado y cuya toma a tierra está defectuosa ó no la tiene causando en ellos picaduras que los pueden dejar inservibles. Este puede ser el caso de los rodamientos de los motores eléctricos y de los cojinetes lisos de turbinas de vapor, gas, hidráulicas, generadores y compresores centrífugos. 3. CONSECUENCIAS DEL DESGASTE Los más importantes son: -

Movimiento errático de los mecanismos lubricados. Altos valores de vibración e incremento en los niveles de ruido. Elevadas temperaturas de operación. Mayor consumo de repuestos por incremento del mantenimiento correctivo. Reducción significativa de la producción por paros de maquinaria. Mayor consumo de energía para realizar la misma cantidad de trabajo útil.

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Capítulo 10

LA INFLUENCIA DE LA RUGOSIDAD EN EL DESGASTE DE LOS MECANISMOS

1. INTRODUCCION El tema de la rugosidad de las superficies sometidas a fricción corresponde al mundo de lo desconocido, ya que por lo regular el tamaño de las rugosidades de los mecanismos de las máquinas está por debajo de las 25 micras, dimensiones que el ojo humano, sin la ayuda del microscopio, nunca podría ver. Como a simple vista no se puede observar y evaluar la incidencia que tiene la rugosidad en el desgaste adhesivo, erosivo y abrasivo de los mecanismos lubricados, es muy poca la atención que se le presta al tema de la rugosidad y por lo tanto la vida de las mecanismos se ve considerablemente reducida cuando en la práctica se cambia el valor estándar de la rugosidad especificada por el fabricante para un determinado tipo de mecanismo. La rugosidad juega un papel decisivo en el nivel de desgaste que se puede presentar en los mecanismos lubricados, en el momento de la puesta en marcha, en la parada y cuando las condiciones de lubricación son del tipo EHL. Cuando un mecanismo se encuentra en reposo, las rugosidades de las dos superficies metálicas interactúan y las crestas más altas se introducen en los valles de las otras, dando lugar a que en la puesta en marcha, al desgastarse la película límite conformada por el aditivo antidesgaste ó Extrema Presión, el desgaste adhesivo sea más crítico entre más irregulares sean las rugosidades de las dos superficies. En la práctica dicho desgaste adhesivo depende del tamaño, forma y concentración de las crestas y valles de las rugosidades. 2. RUGOSIDAD Mediante los métodos convencionales disponibles hoy en día de cepillado, pulido, maquinado, etc, no es factible obtener una superficie completamente lisa, por lo que microscópicamente presentan una forma rugosa muy irregular constituida por valles y crestas. Las rugosidades de las superficies metálicas pueden tener la misma altura entre las crestas pero diferentes longitudes de onda ó viceversa; en superficies de mecanismos que han estado trabajando la altura de las crestas puede variar entre 0,05 micras y 50 micras y la longitud de onda entre 0,5 micras y 5 micras. La altura promedio de la rugosidad de una superficie metálica es el promedio de la altura de las crestas y valles que la constituyen y se identifica mediante el símbolo griego σ (sigma) y el promedio geométrico de las rugosidades de las dos superficies que se mueven la una con respecto a la otra se denomina σp (sigma promedio).

pág. 202

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV La forma y altura de las crestas y la longitud de onda de las rugosidades de las superficies metálicas sometidas a fricción, juegan un papel decisivo en el consumo de energía en el momento de la puesta en marcha de un mecanismo, independientemente del tipo de lubricación bajo la cual vaya a trabajar; en la fatiga y en el desgaste adhesivo de dichas superficies; en el consumo de energía durante su funcionamiento normal en aquellos mecanismos que trabajan bajo condiciones de lubricación Elastohidrodinámica (EHL) y en el cálculo del espesor de la película lubricante (h o) en la lubricación fluida ya que entre más altas sean las crestas mayor será el espesor de dicha película lubricante, mayor la viscosidad y por lo tanto más alto será el consumo de energía por fricción fluida. La relación entre el espesor de la película lubricante y la rugosidad promedio se conoce con el nombre de factor de seguridad L (lambda) y se calcula a partir de: λ = ho/σp ,adimensional, Ecuación No1 Donde: λ: Factor de seguridad de la película lubricante, adimensional. ho: Espesor de la película lubricante, micras (µm). σp: Promedio geométrico de las rugosidades de las dos superficies en movimiento relativo, micras (µm). El σp se calcula de: σp = (σ1+ σ2 )1/2 ,µm, Ecuación No2

Donde: σ1 y σ2 es la rugosidad promedio de la superficie 1 y 2 respectivamente. En la práctica es necesario garantizar que cuando se fabrica el repuesto de una máquina, como por ejemplo un engranaje, un cojinete liso, etc, la rugosidad promedio σ 1 ó σ2 de la superficie de dicho mecanismo sea la misma que la del componente original ya que de lo contrario si es mayor y dependiendo de su magnitud, el coeficiente de seguridad λ disminuirá, hasta tal punto que puede cambiar las condiciones de lubricación y pasar por ejemplo de lubricación fluida a una mixta ó EHL sin que el lubricante tenga los aditivos EP adecuados para compensar esta nueva condición de lubricación ya que el tipo de aceite que el usuario le aplica al mecanismo es el mismo que se venía utilizando antes de que se llevara a cabo el mantenimiento correctivo y por lo tanto el h o es similar al del aceite originalmente utilizado. 3. TIPOS DE RUGOSIDADES En el mecanizado de las superficies sometidas a fricción se pueden obtener básicamente dos tipos de rugosidades, las cuales dependen del tipo de mecanismo, de las condiciones de lubricación (fluida ó EHL) y de las condiciones operacionales bajo las cuales va a estar sometido dicho mecanismo. Los dos tipos de rugosidades son: -

Agudas: Se caracterizan porque su forma es triangular y la altura de las crestas y longitud de onda es aproximadamente igual. Dentadas: Tienen la forma de dientes de engranajes y generan un menor consumo de energía en el momento de la puesta en marcha del mecanismo porque las crestas se entrelazan menos.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 4. INFLUENCIA DEL TAMAÑO DE LA RUGOSIDAD EN EL COEFICIENTE DE FRICCION SOLIDA Y EHL El coeficiente de fricción sólida y EHL aumenta con la altura de las rugosidades cuando se tienen condiciones de fricción sólida en el momento de la puesta en marcha de un mecanismo que va a funcionar bajo condiciones de lubricación fluida ó cuando es EHL (es necesario tener en cuenta que en este tipo de lubricación las rugosidades de las dos superficies permanentemente están interactuando). Cuando las rugosidades de las superficies del mecanismo interactúan, la mayoría de las crestas se entrelazan, en mayor ó menor proporción, haciendo que en el momento del contacto se presente una mayor área que desliza la una con respecto a la otra y una mayor deformación elástica entre las mismas, la fricción sólida que se presenta será mayor que en aquellas superficies donde las crestas interactúan menos y por lo tanto el consumo de energía por fricción sólida ó EHL también será menor. Ver Figura No1.

Figura No1 Grado ISO en función de la rugosidad de las superficies En la Tabla No1 se presentan los resultados de varios experimentos llevados a cabo por Burwell para condiciones de fricción sólida y EHL. Tabla No1 Coeficientes de fricción sólida en función de la altura de la rugosidad Tipo de rugosidad

Super acabado Vaciado Vaciado Vaciado

Tamaño de la rugosidad Micras 0,050 0,175 0,500 0,750

Coeficiente de fricción sólida Tipo de lubricante Mineral puro Mineral + 2% Acido oleico de ácido oleico puro 0.128 0,116 0,099 0,189 0,170 0,163 0,360 0,249 0,195 0,372 0,271 0,222

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Vaciado

1,650

0,378

0,230

0,238

5. AHORRO DE ENERGIA POR MENOR FRICCION EHL El ahorro de energía por menos fricción en elementos de máquinas que trabajan bajo condiciones de lubricación fluida y EHL debe estar orientado teniendo en cuenta tanto la forma y altura promedio de la rugosidad de las superficies en movimiento relativo como del tipo de aditivo antidesgaste y de Extrema Presión que se van a utilizar. En la práctica es muy difícil evaluar el ahorro de energía por menos fricción sólida en elementos de máquinas rotativas que trabajan bajo condiciones de lubricación fluida, ya que el tiempo que permanece dicho elemento trabajando bajo condiciones de fricción sólida es muy pequeño y solo se presenta en el momento de la puesta en marcha ó cuando se detiene el mecanismo. Bajo estas condiciones es más significativo evaluar la cantidad de desgaste adhesivo que se puede presentar de acuerdo con el tipo de rugosidad y el aditivo utilizado que el consumo de energía por fricción sólida. Por lo tanto sólo es viable evaluar el consumo de energía por fricción en mecanismos que trabajan bajo condiciones de lubricación EHL. En elementos de máquinas que trabajan bajo condiciones de lubricación EHL, es factible reducir y cuantificar el consumo de energía por fricción teniendo en cuenta los siguientes aspectos: -

-

Forma y tamaño de las rugosidades: La forma más adecuada de las rugosidades de las superficies sometidas a fricción es la dentada, con los bordes ligeramente redondeados; de una altura promedio de las crestas de 5 micras y con una longitud de onda de 5 micras. La rugosidad se puede evaluar utilizando un rugosímetro ó un perfilómetro, el cual la reproduce exactamente. La rugosidad de las dos superficies debe ser la misma, de lo contrario la superficie más irregular termina deteriorando la otra, haciendo que se presente un elevado desprendimiento de partículas metálicas que dan lugar a su vez a desgaste erosivo y abrasivo. Este caso se pude asemejar a lo que ocurre cuando en una transmisión por engranajes desgastados solo se cambia el que esté más deteriorado. Coeficiente de fricción mixta: Dependiendo de la generación del aditivo de Extrema Presión que se esté utilizando, será el valor del coeficiente de fricción mixta de la película sólida que se adhiere a la rugosidad de las dos superficies sometidas a fricción. El mejor desempeño lo dan los aditivos EP de 3ra generación, los cuales además de garantizar los menores coeficientes de fricción posibles, alrededor de 0,021 garantizan que con el tiempo las rugosidades dentadas van adquiriendo un perfil redondeado, el cual ayuda, tanto a reducir el consumo de energía por fricción, como el desgaste adhesivo que se presenta en el momento en que la película sólida del aditivo EP se rompe y vuelve a reaccionar con las superficies metálicas.

6. LA INFLUENCIA DE LA RUGOSIDAD EN LA FILTRACION DEL ACEITE Entre más irregulares sean las superficies de los mecanismos que trabajan bajo condiciones de lubricación EHL, más desprendimiento de partículas metálicas se presentaran y mayores serán los niveles de desgaste erosivo y abrasivo en los mecanismos lubricados. Una rugosidad redondeada y del tamaño recomendado permitirá que no haya deslizamiento entre las crestas de las dos superficies sino rodadura minimizando el desgaste adhesivo. Sin embargo si esto no se puede garantizar, es necesario en el desarrollo de los programas de filtración que se lleven a cabo en la empresa tener en cuenta los niveles de limpieza, de acuerdo con la Norma ISO 4406, con los cuales se deben trabajar los aceites en las máquinas que trabajan bajo condiciones EHL. Si en la práctica se conoce el valor de la rugosidad de las superficies de los mecanismos sometidos a fricción y está es del orden de las 5 micras, se puede trabajar el aceite con el nivel de limpieza recomendado por la Norma ISO 4406, si no, se debe trabajar el aceite con un código ISO menor que el especificado.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 7. CONCLUSIONES El tamaño y la forma de las rugosidades de las superficies metálicas es más importante de lo que aparentemente se cree. El consumo de energía por fricción y los niveles de desgaste en los mecanismos lubricados bajo condiciones de lubricación EHL pueden ser considerablemente menores si se logra garantizar que el tamaño promedio de las crestas no sea superior a las 5 micras, la longitud de onda de 5 micras y la topografía de las mismas ligeramente redondeada. En lubricación EHL la vida del mecanismo no solo depende de que se tengan presentes los factores que afectan su vida disponible (Vd), sino también que cuando se fabrique se puedan garantizar las características de la rugosidad original. El impacto de la rugosidad de los mecanismos lubricados, en los costos de mantenimiento pocas veces se tiene en cuenta, porque al ojo humano no es visible, solo si se utilizan técnicas como la ferrografía será posible cambiar los conceptos que se puedan tener con respecto a este importante tema de la rugosidad.

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Capítulo 11

PRUEBA DE 4 BOLAS Evaluación de la carga a la soldadura EP ASTM D2783/2596

1. INTRODUCCION La prueba de 4 bolas permite determinar la capacidad de carga en kgf de los aditivos Extrema Presión (EP), la carga de gripado y de soldadura, desgaste adhesivo, carga media de Hertz, y coeficiente de rozamiento. 2. DESARROLLO En este ensayo los elementos rozantes son 4 bolas de acero de 1,27 cm de diámetro, unidas en contacto puntual y formando un conjunto a manera de tetraedro equilátero. Las tres bolas inferiores se alojan en una pieza que tiene una cavidad cilíndrica en la cual quedan fijas y la bola superior se hace girar sobre ellas, sometida a distintas cargas. La cavidad cilíndrica inferior se llena con el aceite ó con la grasa que se quiere evaluar, a una temperatura entre 18,33° y 35°C (65° a 95°F). La velocidad de rotación de la bola superior es de 1.760  40 rpm. La carga se va incrementando cada 10 segundos, durante el número de veces que sean necesarias (corridas), hasta que se produzca la soldadura de las 4 bolas, y la carga a la cual ocurre esta situación se conoce como carga a la soldadura. La prueba también concluye, cuando el diámetro de la huella del desgaste en los tres puntos de fricción de las bolas sea igual ó mayor a 4 mm, y en este caso la carga a la soldadura es la que dio lugar a esta huella. La prueba de 4 bolas se puede llevar a cabo para aceites según el método ASTM D2783 y para grasas según el método ASTM D2596.

3. CARACTERISTICAS

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Esta prueba tiene las siguientes características: -

Punto de soldadura: es la carga en kgf a la cual las bolas sueldan entre sí. Carga de pasa: es la carga en kgf inmediatamente anterior a la carga a la cual se sueldan las bolas. Esta es la carga que se debe tener en cuenta como carga máxima de trabajo del aditivo EP. Indice de desgaste: es la relación entre la carga a la soldadura en kgf y el diámetro de la huella de desgaste en mm.

Para efectuar un menor número de corridas, durante la evaluación de la capacidad de carga EP de un lubricante es muy importante tener saber más ó menos cuál es su capacidad de carga en esta prueba, de lo contrario la se inicia con 200 kgf. 4. TIPOS DE ADITIVOS EXTREMA PRESION El tipo de aditivo EP (1ra, 2da ó 3ra) que debe tener el lubricante para una aplicación EHL, se puede correlacionar con la capacidad de carga de la película EP en la prueba de 4 bolas. Para ello se calcula inicialmente el parámetro  de la condición EP que se presenta en el mecanismo lubricado, y este valor se compara con el rango de  para cada generación de lubricantes EP, y dependiendo del rango en que quede el valor de  calculado se selecciona la generación del aditivo EP que debe llevar el lubricante. Ver Tabla No1. Tabla No1 Tipo de aditivos de EP de acuerdo con el valor de  Tipo de aditivo EP Valor de  No

Mecanismo

1ra generación EP1

2da generación EP2

01

Rodamientos

0,5 ≤  < 2,5

0,1 ≤  < 0,5

02

Cojinetes lisos

0,5 ≤  < 2,0

0,1 ≤  < 0,5

03

Engranajes

0,5 ≤  < 1,5

0,1 ≤  < 0,5

3ra generación EP3 0,05   < 0,1 0,05   < 0,1 0,05   < 0,1

Lubricación Hidrostática ó similar No existe

 < 0,05 No existe

Una vez que se ha determinado cuál es el tipo de generación del aditivo EP que se debe utilizar, mediante el cálculo del factor de seguridad de la película lubricante, (), se verifica que el lubricante que se va a utilizar si tenga los aditivos EP correspondientes a la generación requerida, lo cual se hace determinando en la prueba de desgaste de 4 bolas según el método ASTM D2783, cuál es la capacidad de carga, en kgf, del aditivo EP que contiene el lubricante. Este dato se consulta en la ficha técnica del lubricante que aparece en el catálogo del fabricante del lubricante, ó en caso contrario es necesario obtener este dato mediante pruebas de laboratorio.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

La capacidad de carga del lubricante, según el método ASTM D2783, de acuerdo con la generación de aditivos EP se especifica en la Tabla No2. Tabla No2 Carga a la soldadura e índice de desgaste ASTM D2783 de acuerdo a la generación del aditivo EP del lubricante No

Generación aditivo EP Antidesgaste (AW) EP1 (1ra generación) EP2 (2da generación) EP3 (3ra generación)

01 02 03 04

Carga a la soldadura kgf ≥ 28 - < 150 ≥ 150 - < 350 ≥ 350 - < 750 ≥ 750 - < 1350

Indice de desgaste ≥ 7 - < 38 ≥ 38 - < 88 ≥ 88 - < 188 ≥ 188 - < 338

Notas: (1) La carga a la soldadura y el índice de desgaste de los aditivos EP se obtienen de la prueba ASTM D2783 para aceites y ASTM D2596 para grasas. (2) Si   0,050, no hay algún tipo de aditivo EP que sirva para estas condiciones de lubricación y por lo tanto es necesario rediseñar el mecanismo repartiendo la carga en más elementos de apoyo, ó utilizar la lubricación hidrostática, pero esta solo se puede implementar en el caso de cojinetes lisos.

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Capítulo 12

CODIGO COLORES PARA IDENTIFICACIÓN DE LOS LUBRICANTES

1. INTRODUCCIÓN Los lubricantes utilizados en los mecanismos de los componentes de los equipos rotativos se deben identificar de acuerdo con el código internacional de colores, que se ha establecido con este propósito, esto evitará confusiones en la aplicación de los mismos, garantizándose que el lubricante utilizado está de acuerdo con el que especifica el fabricante del equipo rotativo. Una vez que se establece el color con el cual se va a identificar el tipo de lubricante a utilizar, se define la forma geométrica que debe tener el rótulo metálico que se le va a pegar al mecanismo. El color del rótulo metálico, el de las letras y números que lleva, deben estar de acuerdo con lo especificado en la Tabla No1. 2. CARACTERISTICAS La codificación de los lubricantes debe ser conocida por todo el personal de mantenimiento y de operaciones, por lo que se recomienda colocar una pancarta metálica en diferentes sitios de la planta y en el cuarto de lubricantes, donde aparezca el nombre del aceite ó de la grasa y el color con el cual se está identificando. Junto a cada tambor de aceite y de grasa en el cuarto de lubricantes se debe colocar una pancarta (puede ser rectangular, de 40x20 cm), pintada con el color que identifica el tipo de lubricante, y marcada con la marca y nombre del aceite. Las aceiteras y pistolas engrasadoras, utilizadas para aplicar los lubricantes, se deben pintar de acuerdo con el código del colores, que identifica el tipo de lubricante que alojan. Así por ejemplo, si se tratará del aceite Spartan EP320, de la ExxonMobil, utilizado en la lubricación de varios reductores de velocidad que trabajan en una planta industrial, se tendría, de acuerdo con la Tabla No1, que los rótulos metálicos se deben pintar de color blanco, la palabra “ACEITE”, y el fondo donde se va a colocar la palabra “SPARTAN EP320”, de color rojo; y la palabra “SPARTAN EP320” de color blanco. La aceitera para aplicar este aceite, se pinta de color blanco, la palabra “ACEITE” y el fondo donde se va a colocar la palabra “SPARTAN EP320”, de color rojo; y la palabra “SPARTAN EP320” de color blanco. Una vez que se le asignan los colores a los lubricantes utilizados, se fabrican los rótulos metálicos y se pegan en un lugar visible de los mecanismos lubricados. Las aceiteras y pistolas engrasadoras, se deben pintar con el color que identifica el lubricante que alojan. Si se implementa el código de colores, en todos los mecanismos lubricados de las máquinas de una empresa, es prácticamente imposible que se le aplique, un aceite ó una grasa diferente a la especificada por los fabricantes de las máquinas. 3. CODIGO INTERNACIONAL DE COLORES En la Tabla No1, se especifica el color con el cual se deben identificar los lubricantes, de acuerdo con el tipo de componente lubricado, el color con el cual se debe pintar el rótulo metálico que se le pega al mecanismo lubricado, el color del nombre del aceite ó de la grasa, el color del fondo en el cual va el grado ISO, SAE ó NLGI del lubricante y el color con el cual se debe identificar dicho grado de viscosidad ó de consistencia.

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Tabla No1 Código Internacional de colores para Identificación de los lubricantes y de los rótulos metálicos

No

01 02 03 04 05 06

Aplicación

Turbina de vapor, gas, hidráulica. Compresor alternativo, centrífugo, de tornillo. Soplador de lóbulos, paletas. Ventiladores de calderas, hornos. Turbocompresor, turbogenerador. Motor eléctrico, bomba centrífuga, alternativa.

Color Rótulo Grado ISO, SAE ó NLGI Aceites minerales Amarillo Negro

Nombre del aceite ó de la grasa Negro

Rojo

Blanco

Blanco

Amarillo Amarillo Amarillo

Negro Negro Negro

Negro Negro Negro

Morado

Blanco

Blanco

07

Bomba dosificadora de químicos.

Verde oscuro

Blanco

Blanco

08

Reductor de velocidad, motorreductor.

Blanco

Rojo

Rojo

09

Incrementador de velocidad. Cadena de transmisión. Acople de piñones, cadena, rejilla.

Blanco

Rojo

Rojo

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Azul claro Negro Azul claro Negro Verde Sistema hidráulico. Blanco oscuro Gobernador de velocidad. Azul Blanco oscuro Motor de combustión interna, caja, Azul Blanco diferencial. oscuro Transferencia de calor, dieléctricos. Negro Amarillo Grasas minerales Grasas multipropósito de complejo de Crema Negro litio. Grasas de jabón de sodio. Gris claro Rojo Grasas de jabón de calcio. Blanco Rojo Grasas para altas temperaturas. Gris claro Negro Aceites sintéticos Para cualquier tipo de mecanismo Vino tinto Blanco lubricado. Grasas sintéticas Grasas multipropósito. Morado Blanco Grasas para altas temperaturas. Rojo Blanco Lubricantes de película sólida Para cualquier tipo de mecanismo Café Amarillo lubricado.

Negro Negro Blanco Blanco Blanco Amarillo Negro Rojo Rojo Negro Blanco Blanco Blanco Amarillo

Aceite usado

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Para cualquier tipo de mecanismo lubricado.

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Negro

Amarillo

Amarillo

4. ROTULOS METALICOS Una vez definido el color con el cual se debe identificar el lubricante con el cual se van a lubricar los mecanismos de los componentes de los equipos rotativos, se fabrican los rótulos metálicos que se le van a pegar a cada uno de dichos mecanismos. Los rótulos metálicos para identificación de los lubricantes tienen las siguientes características: -

Se fabrican en lámina de acero inoxidable, calibre 20. Si la lubricación de los mecanismos se lleva a cabo por frecuencias constantes (lubricación preventiva), la forma de la figura geométrica depende de la frecuencia de lubricación. Si la lubricación de los mecanismos se lleva a cabo por condición (lubricación predictiva), la forma geométrica es redonda y de 5 cm de diámetro; de lo contrario tendrán diferentes formas geométricas, ver Tabla No2. Van pintados de acuerdo con el código internacional de colores, especificado en la Tabla No1, que identifica el tipo de aceite ó de grasa, según el mecanismo lubricado, y deben llevar impresa la siguiente leyenda:

Si es un aceite: -

La palabra “ACEITE”. Nombre del aceite. Grado ISO ó SAE.

Si es una grasa: -

La palabra “GRASA”. Nombre de la grasa. Grado NLGI.

El lado de los cuadrados, la altura vertical de los triángulos, la dimensión a través de los planos de los hexágonos y los diámetros de los círculos y semicírculos debe ser de 25 mm  5 mm; donde no sea posible se recomienda una medida alternativa de 15 mm  5 mm. Para el primer caso el tamaño de las letras y números es de 5 mm. y para el segundo de 3 mm. El color del fondo, de las letras y números del rótulo metálico, se especifican en la Tabla No1.

Tabla No2 Formas geométricas de acuerdo a la frecuencia de lubricación Símbolo

Frecuencia

Símbolo

Frecuencia

Cada turno

Mensual

Diario

Bimensual

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Cada dos días

Trimestral

Dos veces a las semana

Semestral

Semanal

Anual

Quincenal

Predictivo

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Capítulo 13

FACTORES QUE AFECTAN LA VIDA DISPONIBLE DE LOS MECANISMOS LUBRICADOS En la práctica se habla de Vida Esperada (Ve) ó de TMEFR y no de Vida Disponible (Vd) ó TMEFS, ya que hay factores que la afectan y pueden reducirla considerablemente, por lo que es necesario controlarlos y reducir al máximo el impacto negativo que tienen sobre ella, de tal manera que se logre que la Ve sea igual a la Vd. La Ve de los mecanismos lubricados de una máquina, se especifica de la siguiente manera en función de la Vd y de los factores que en un momento dado la pueden afectar. Ve = Vd x fVib x fTop x fho x fTAN x fH2Ox fISO4406

Donde: -

Ve: Vida Esperada del mecanismo, horas. Vd: Vida Disponible del mecanismo, horas. La especifica el fabricante del mecanismo. fVib: Factor de vibraciones. fTop: Factor de la temperatura de operación. fho: Factor de la película lubricante. fTAN: Factor del Número Acido Total del aceite. fH2O: Factor del contenido de agua en el aceite. fISO4406: Factor de limpieza del aceite.

El valor de los factores modificadores de la Vd, como máximo debe ser de uno, excepto, el de fISO4406, que puede ser mayor de uno, alcanzándose con esto una V e mayor que la Vd especificada por el fabricante de los mecanismos lubricados, siempre y cuando los demás factores sean iguales a uno.

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-

Factor de vibraciones (fVib): se define como la relación entre el valor de la vibración Normal (VN) especificado por el fabricante del mecanismo en el momento de diseñarlo y el valor de la vibración real (VR) que tenga en un momento dado el mecanismo. Si el valor de este factor es menor de uno, como resultado de un VR mayor que VN, la vida esperada será menor que la vida disponible especificada por el fabricante del mecanismo, en una proporción que dependerá de que tan alta sea la VR con respecto a la VN. En la práctica, el valor del fVN/VR, puede ser considerablemente mayor que uno debido a sobrecargas, desbalanceos, desalineamientos, vibraciones, etc.

-

Factor de la temperatura de operación (f Top): se define como la relación entre la temperatura de operación de diseño Topdiseño (especificada por el fabricante del mecanismo y que no debe ser mayor de 50°C, según las normas AGMA) y la temperatura de operación real de trabajo, T optrabajo. Este factor puede alcanzar valores muy bajos, cuando la T optrabajo está muy por encima de los 50°C. El estándar de la T opdiseño para un buen número de mecanismos es de 50°C, pero puede ser ligeramente mayor de acuerdo con los estándares especificados por los fabricantes para un determinado mecanismo en particular.

-

Factor de la película lubricante (f ho): se define como la relación entre la película lubricante de trabajo hotrabajo y la película de diseño hodiseño. La hotrabajo es la que presenta el aceite cuando se encuentra lubricando los mecanismos de la máquina y se calcula con el grado ISO del aceite que se está utilizando y el rango de la temperatura de operación real de trabajo, T optrabajo. El valor de la hotrabajo es muy susceptible de variar en la práctica y puede ser mayor ó menor que el de la hodiseño dependiendo de las variaciones en la T optrabajo, la cual es afectada por los cambios que se puedan presentar en la temperatura ambiente (T optrabajo = Ta + incremento de temperatura por fricción), o en las condiciones operacionales o mecánicas de le quipo rotativo.

-

Factor del Número Acido Total (fTAN): el TAN de un aceite determina su nivel de oxidación y su tendencia a corroer las superficies metálicas debido a los ácidos solubles e insolubles que tiene en suspensión. El fTAN se calcula de la relación entre el TANdiseño máximo permisible (para los aceites minerales es de 1,0 mgrKOH/gr.ac.us., y para los sintéticos de 3,0 mgrKOH/gr.ac.us, de acuerdo con la norma ASTM D-664) y el TANtrabajo, el cual se evalúa en el laboratorio en el momento de cambiar el aceite.

-

Factor del contenido de agua en el aceite (f H2O): la presencia de agua en el aceite da lugar al rompimiento de la película lubricante ho y por consiguiente al desgaste adhesivo en los mecanismos lubricados. En la práctica es imposible que un aceite trabaje completamente exento

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV de agua, por lo que se permite, según la norma ASTM D-95, una cantidad máxima de 0,2% por volumen, independientemente del tipo de mecanismo que esté lubricando el aceite. El f H2O se calcula de la relación entre el contenido de agua máxima permisible en el aceite ó de diseño H2Odiseño, que es de 0,2% por volumen, y la cantidad de agua real presente en el aceite H2Otrabajo la cual se evalúa tomando una muestra del aceite que se encuentra trabajando en el mecanismo lubricado y analizándola en el laboratorio. -

Factor de limpieza del aceite (f ISO4406): este factor se calcula de la relación entre el nivel de limpieza recomendado ISO4406diseño para el aceite, y que lo especifica la norma ISO 4406 en función del mecanismo que se vaya a lubricar y el nivel de limpieza real del aceite que está trabajando en el mecanismo ISO4406trabajo el cual se evalúa tomando una muestra del aceite en servicio y haciéndole un conteo de partículas. El f ISO4406 es el único factor que en la práctica puede ser mayor de uno. Cuando esto ocurre, el desgaste erosivo y abrasivo en los mecanismos lubricados es menor, y será tanto menor, cuanto más limpio esté trabajando el aceite en dichos mecanismos. Por el contrario, si el fISO4406 es menor de uno, el desgaste erosivo y abrasivo en los mecanismos lubricados se intensificará y será mayor cuanto más contaminado esté el aceite en el mecanismo.

Capítulo 14

CONFIABILIDAD DE MAQUINAS

1. INTRODUCCION La confiabilidad de las máquinas está fundamentada en lograr que sus diferentes componentes logren la vida disponible especificada por el fabricante, para lo cual es necesario implementar programas de monitoreo objetivos y prácticos que conduzcan al análisis de las variables operacionales y por consiguiente a la solución de las causas que pueden conllevar a un desgaste acelerado ó a una falla catastrófica. Las tres técnicas básicas que permiten lograr altos índices de confiabilidad en máquinas, siempre y cuando las metodologías utilizadas para su uso y la interpretación de los resultados sean correctas, son: -

Análisis de la condición del lubricante, contaminación y nivel de desgaste de los componentes lubricados. Monitoreo de las vibraciones mecánicas. Monitoreo de la temperatura por termografía.

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2. OBJETIVOS Los objetivos de un programa sobre CONFIABILIDAD DE MAQUINAS (CM), son los siguientes: -

-

Implementar la Ruta de Confiabilidad mediante el monitoreo de las variables operativas utilizando herramientas como las vibraciones en modo espectral, termografía y análisis de la condición del lubricante por pruebas ASTM. Interpretación correcta de los resultados obtenidos de la ejecución de las rutas de monitoreo Correlación de los valores obtenidos en vibraciones, termografía y análisis del lubricante de tal manera que se interrelacionen entre sí y se pueda hallar el estado mecánico real de la máquina. Lograr que las máquinas criticas y esenciales funcionen siempre dentro de las ventanas operativas. Elaborar un informe mensual sobre Confiabilidad y Disponibilidad de las máquinas especificando cuáles están trabajando bien, cuáles en falla y cuáles se deben reparar.

3. IDENTIFICACION DEL TIPO DE MAQUINA Antes de implementar un programa sobre CONFIABILIDAD DE MAQUINAS es muy importante definir claramente los diferentes tipos de máquinas que pueden estar involucradas en los diversos procesos industriales. Las máquinas se clasifican en: -

Críticas: son máquinas que son únicas en un determinado proceso industrial, que paran toda una planta ó empresa, generan alto lucro cesante, impactan negativamente el ambiente, deterioran la imagen de la empresa ó atentan contra la seguridad de las personas.

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-

Esenciales: son máquinas respaldo de las críticas y también se conocen como máquinas standby. De propósito general: son importantes para el sistema productivo, pero su falla ó mantenimiento no tiene un impacto significativo en la productividad del proceso.

4. DESARROLLO DEL PROGRAMA Un programa sobre CONFIABILIDAD DE MAQUINAS (CM) se desarrolla teniendo en cuenta los siguientes aspectos: -

-

-

Seleccionar las máquinas críticas y esenciales de la empresa que estarían incluidas en el programa. Recopilar y definir claramente la información técnica de las máquinas seleccionadas tales como, tipo de lubricante, rango de la temperatura de operación y nivel Normal, y Corte de las vibraciones en cada punto monitoreado. Establecer una frecuencia mensual para la toma de vibraciones, termografía y toma de muestra de aceite. Definir en cada máquina el punto de toma de muestra de aceite y colocar las facilidades necesarias para extraer la muestra correctamente. Garantizar que las máquinas incluidas en el programa cuentan con mirilla para chequear el nivel de aceite, tubo de venteo, válvula de drenaje y rótulo con la información del tipo de aceite que utiliza. Marcar en los cojinetes ó rodamientos de apoyo de los ejes de las máquinas, el punto donde se van a tomar las vibraciones y la termografía (horizontal, vertical y axial).

5. METODOLOGIA PARA LA ELABORACION DEL INFORME DE CONFIABILIDAD La siguiente es la metodología que se va a seguir para la elaboración del informe de CONFIABILIDAD DE MAQUINAS: -

-

-

la Ruta de Confiabilidad se debe desarrollar teniendo en cuenta el siguiente orden: lubricación, termografía y vibraciones. El monitoreo de la condición de lubricación, termografía y vibraciones se debe ejecutar el mismo día y a la misma hora. En el monitoreo de la condición de lubricación se deben tener en cuenta el siguiente orden y aspectos: Abrir válvula de drenaje y evacuar el agua condensada ó por contaminación en el aceite. Si la degradación del aceite es evidente (color y olor) se toma la muestra de aceite y se cambia si el volumen de aceite es menor de 1 galón, de lo contrario se esperan los resultados de los análisis de laboratorio para llevar a cabo los correctivos que sean necesarios. Observar la mirilla y completar el nivel de aceite si es necesario. Chequear el estado del filtro de venteo. Tomar muestra de aceite siguiendo la metodología establecida para este propósito. Tomar termografía en los puntos marcados de la máquina. Tomar valores de vibración en los puntos marcados de la máquina en dirección horizontal, vertical y axial (son los mismos donde se tomó la termografía). Junto con el envío de las muestras de aceite se deben enviar los termogramas y los valores de vibración en gravedades y en mm/s (pulg/s) registrados en cada una de las máquinas y puntos monitoreados. A medida que se analiza la condición de lubricación, se toman las termografías y los valores de vibración, se deben corregir los problemas encontrados y que sea factible su solución de manera inmediata, de lo contrario, se reportan para generar la orden de trabajo respectiva y corregirlos en la fecha programada.

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-

Los aceites que químicamente estén en buen estado se filtran ó se dializan y no se cambian, para lo cual se utilizará un equipo portátil de filtración ó de diálisis. . En caso de que no sea factible filtrar ó dializar los aceites contaminados en la misma máquina, se cambian, se almacenan y posteriormente se someten al proceso de filtración y diálisis.

6. PRUEBAS DE LABORATORIO Las siguientes son las pruebas de laboratorio que se le efectuarían a los aceites de las máquinas incluidas en el programa: -

Viscosidad cSt/40ºC, ASTM D445. Viscosidad cSt/100ºC, ASTM D445. TAN (ó AN), mgrKOH/gr.ac.usado, ASTM D664. % Volumen de agua, ASTM D95. Contaminación por partículas sólidas, ISO 4406. Desgaste por emisión atómica, contenido de metales en ppm, (Fe, Cu, Sn, Al, …etc).

7. ANALISIS DE RESULTADOS Con los valores de la viscosidad del aceite en cSt/40ºC y a 100ºC, obtenidos en el laboratorio, se elabora la curva del aceite en servicio, y con los valores de la temperatura de operación mínima y máxima a las cuales estaba trabajando el componente mecánico el día en que se analizó la condición de lubricación, se hallan los valores de la película lubricante en cSt y se comparan con respecto al rango de trabajo. Este procedimiento permite verificar si la viscosidad de trabajo ha cambiado, y analizar y solucionar en caso tal, las causas que han conllevado a que varíe. Con los datos obtenidos del análisis de desgaste por emisión atómica, se verifica si el nivel de desgaste está dentro de la tendencia normal al desgaste, en caso contrario, se comparan los resultados con los valores de temperatura y vibraciones obtenidos y se procede a corregir los problemas encontrados (intercambiador de calor obstruido, tubos rotos, desalineamiento, desbalanceo, resonancia, etc). 8. INFORME DE CONFIABILIDAD DE MAQUINAS Con base en los resultados obtenidos del análisis físico - químico del aceite según las pruebas ASTM y su nivel de contaminación según ISO 4406, el grado de desgaste de los mecanismos lubricados, evaluado por espectrofotometría de emisión atómica, la temperatura de operación evaluada por termografía y el nivel de las vibraciones en modo espectral, se determina el estado de las máquinas críticas y esenciales de la empresa, el cual puede ser: -

OPP: Equipo rotativo principal (código del equipo) operando en óptimas condiciones. OPS: Equipo rotativo Stand By (código del equipo) en óptimas condiciones. OFP: Equipo rotativo principal (código del equipo) operando en falla. OFS: Equipo rotativo Stand By (código del equipo) operando en falla. EFP: Equipo rotativo principal (código del equipo) en falla y no se puede operar. EFS: Equipo rotativo Stand By (código del equipo) en falla y no se puede operar. MTP: Equipo rotativo principal (código del equipo) en mantenimiento en el taller. MTS: Equipo rotativo Stand By (código del equipo) en mantenimiento en el taller. MPP: Equipo rotativo principal (código del equipo) en mantenimiento en la planta. MPS: Equipo rotativo Stand By (código del equipo) en mantenimiento en la planta. FS: Equipo rotativo (código del equipo) fuera de servicio, que aún está montado en la planta pero no se va a volver a utilizar.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Con el estado del equipo rotativo principal (crítico) y Stand By (esencial), se determinan los indicadores de Confiabilidad, de disponibilidad y el factor stand by de los equipos rotativos de una sección, planta ó de toda la empresa. El índicador de Confiabilidad de las máquinas se calcula de la ecuación: Indicador de Confiabilidad = (OPP + OPS) / Σ(OPP + OPS + OFP + OFS + EFP + EFS + MTP + MTS + MPP + MPS) El índicador de Disponibilidad de las máquinas se calcula de la ecuación: Indicador de Disponibilidad = (OPP + OPS + OFP + OFS) / Σ(OPP + OPS + OFP + OFS + EFP + EFS + MTP + MTS + MPP + MPS)

9. ALCANCES DEL PROGRAMA Los alcances del programa CONFIABILIDAD DE MAQUINAS (CM) incluye lo siguiente: -

-

Análisis a las propiedades físico – químicas del aceite según las pruebas ASTM y su nivel de contaminación según ISO 4406, el grado de desgaste de los mecanismos lubricados, evaluado por espectrofotometría de emisión atómica. Elaboración del informe mensual de Confiabilidad y Disponibilidad de las máquinas. Reunión trimestral para evaluar los resultados de la Confiabilidad y Disponibilidad de las máquinas incluidas en el programa. Los análisis de laboratorio a los aceites se deben llevar acabo con una frecuencia entre uno y tres meses. Interrelación permanente con el grupo de trabajo de vibraciones y de termografía de la empresa, ó en su defecto con la empresa contratista que lleva a acabo estos programas.

10. BENEFICIOS La implementación del programa CONFIABILIDAD DE MAQUINAS (CM), permite obtener los siguientes beneficios: -

-

-

-

Lubricar los componentes de las máquinas críticas y esenciales, por condición y no por frecuencias constantes, asegurando que permanentemente están bien lubricados. Asegurar en tiempo real y de manera inmediata que los componentes de las máquinas críticas y esenciales, que se encuentran en operación no tienen problemas de desgaste al conocer el nivel de contaminación del aceite y la cantidad de partículas metálicas, la temperatura de operación, la intensidad y el espectro de las vibraciones. Reducir los costos de lubricación por menor compra de aceites y menos mano de obra al cambiar los aceites en el momento preciso, ó al dializar ó filtrar los aceites contaminados que se encuentran trabajando en los componentes de las máquinas monitoreadas. Conocer el estado de la condición real (OP, OF, SB, SF, EF, MT, MP) de las máquinas críticos y esenciales en todo momento, permitiendo elaborar un informe mensual de confiabilidad y disponibilidad. Lograr que los componentes de las máquinas críticas y esenciales, alcancen la vida de diseño, y garantizar que en ningún momento se va a presentar una falla catastrófica en alguno de ellos. Retorno de la inversión en su totalidad y en muchos casos con un porcentaje apreciable en la reducción de compras de lubricantes, al filtrar y dializar los aceites contaminados. Los aceites que se filtran ó se dializan se certifican mediante pruebas de laboratorio ASTM efectuadas al aceite antes y después del proceso.

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Capítulo 15

RUTA DE TRIBOLOGIA Monitoreo de equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito general

1. DEFINICION

La RUTA DE TRIBOLOGIA consiste en hacer una inspección semanal ó quincenal (depende del tipo de proceso industrial) a todos los mecanismos de los equipos rotativos críticos, esenciales ó de propósito general, con el fin de conocer de manera inmediata por parte del personal de mantenimiento, lubricación ó de operaciones, el estado del aceite o de la grasa, el valor de la temperatura de operación y la intensidad de las vibraciones. Estos datos se correlacionan entre sí, y se evalúa el estado de la condición mecánica de cada uno de los mecanismos de las máquinas y con base en los resultados obtenidos se ejecutan los correctivos que sean necesarios en los equipos rotativos de propósito general y en los críticos y esenciales se procede a efectuarles o no, la Ruta de Confiabilidad, por fuera de la frecuencia con que esta se ejecuta. 2. ARACTERISTICAS La RUTA DE TRIBOLOGIA consiste en: -

Monitorear dentro de frecuencias cortas, los equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito general, de una manera confiable, económica, y rápida. Reforzar la RUTA DE CONFIABILIDAD, que se le efectúa dentro de frecuencias largas a los equipos rotativos críticos y esenciales. Verificar el estado de la lubricación de los mecanismos de los equipos rotativos, de manera cualitativa, ya sea que se lubriquen con aceite ó con grasa. Tomar los valores de la temperatura de operación de dichos mecanismos. Verificar el nivel de vibraciones en valor global, pero sin evaluar espectros a una determinada frecuencia. Reprogramar la RUTA DE CONFIABILIDAD, a los equipos rotativos críticos y esenciales cuyo estado sea OF (Operando en Falla), por fuera de la frecuencia establecida para ejecutarla. Monitorear los equipos rotativos de propósito general cuyo estado sea reportado OF (Operando en Falla) por medio de la RUTA DE CONFIABILIDAD.

3. HERRAMIENTAS

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Las herramientas de monitoreo que se utilizan ó su equivalente, son: -

-

Analizador de aceite portátil: evalúa cualitativamente el estado del aceite, determinando si es ó no necesario cambiarlo. El resultado del análisis del aceite se reporta como BUENO ó MALO. Probador de temperatura de luz infrarroja: permite tomar la temperatura de operación del mecanismo lubricado. Acelerómetro: evalúa cuantitativamente el nivel global de las vibraciones, mostrando su valor en mm/s (pulg/s) y aceleración. No analiza espectros y por lo tanto no da información sobre las causas que pueden estar ocasionando altos valores de vibración, en un momento dado, en un mecanismo. Software para el manejo de la información recopilada.

4. FRECUENCIA DE MONITOREO La frecuencia de ejecución de la RUTA DE TRIBOLOGIA, debe ser de una vez semanal ó quincenal. 5. METODOLOGIA La siguiente es la metodología utilizada para llevar a cabo la RUTA DE TRIBOLOGIA: -

Definir cuáles equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito general se van a incluir en esta ruta de monitoreo. Establecer la frecuencia de monitoreo, la cual depende del proceso industrial. En general se lleva acabo una vez a la semana ó cada quince días. Definir en todos los mecanismos lubricados con aceite el punto de la muestra de aceite e implementarle las facilidades del caso, o como mínimo colocar en el drenaje una válvula con su respectivo tapón. Garantizar que los mecanismos lubricados con aceite de todos los equipos rotativos, incluidos en la ruta de monitoreo, cuentan con el sistema de venteo, indicador del nivel de aceite y están rotulados con el tipo de aceite o de grasa que utilizan. Ejecutar la Ruta de Tribología.

Toma de temperatura

Toma de vibraciones

Análisis del aceite

6. DESARROLLO La RUTA DE TRIBOLOGIA, se desarrolla en los equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito general siguiendo los siguientes pasos: Paso No1 (a): Análisis de la condición del aceite

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A cada uno de los mecanismos lubricados con aceite de los equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito general se les analiza de manera cualitativa su condición físico-química, mediante la utilización del “Analizador de aceite portátil”. Si el aceite analizado presenta una condición anormal se procede de la siguiente manera: -

Aceite de equipos rotativos críticos y esenciales: se le toma otra muestra de aceite y se envía al laboratorio para su análisis por pruebas ASTM. Se esperan resultados y se procede, según el caso. Aceite de equipos rotativos de propósito general: se cambia de manera inmediata y se almacena por tipos en el “Punto Ecológico” para su posterior recuperación o desecho.

Paso No1 (b): Análisis de la condición de la grasa En los rodamientos lubricados con grasa de los equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito general se analiza la condición de lubricación mediante la utilización del acelerómetro. El análisis de la condición de la grasa se hace de manera cualitativa, para lo cual se coloca el censor del acelerómetro (analizador de vibraciones), en el punto de máxima carga del rodamiento (mayor fricción y por lo tanto mayor temperatura), si el valor de vibraciones está por encima del valor NORMAL, se procede de la siguiente manera: -

Grasa de equipos rotativos críticos y esenciales: se re-engrasa el rodamiento de manera inmediata. Grasa de equipos rotativos de propósito general: se re-engrasa el rodamiento de manera inmediata.

Una vez que se re-lubrica el rodamiento se vuelve a chequear el valor de las vibraciones, si continua alto, el problema no es de lubricación, sino de refrigeración o de altas cargas, en este caso el equipo rotativo se reporta como OF, y se reprograma por vibraciones en la RUTA DE CONFIABILIDAD, se esperan los resultados y se procede. Paso No2: Temperatura de operación La temperatura de operación del mecanismo se toma en el punto de máxima fricción (debe estar marcado en el mecanismo del equipo rotativo, de tal manera que siempre se chequee en el mismo punto), mediante la utilización del Probador de temperatura de luz infrarroja. El dato de la temperatura de operación tomada al mecanismo se registra y se compara con respecto al valor máximo permisible. Si éste está por encima del máximo permisible, se analizan causas y se corrigen, se re-monitorea de nuevo la temperatura de operación y si el problema persiste, se reporta el equipo rotativo como OF, y se reprograma por termografía en la RUTA DE CONFIABILIDAD, se esperan los resultados y se procede. Paso No3: Intensidad de las vibraciones Este monitoreo es cualitativo, y tiene como finalidad determinar cuáles mecanismos de los equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito general están trabajando con valores de vibración superiores al valor Normal. En aquellos mecanismos que registren valores de vibraciones en la zona de alerta o corte, se analizan las causas y se corrigen, se re-monitorean y si el problema persiste, se reporta el equipo rotativo como OF, y se reprograma para análisis de vibraciones en modo espectral, en la RUTA DE CONFIABILIDAD, se esperan resultados y se procede. Reprogramación de un equipo rotativo en la RUTA DE CONFIABILIDAD

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Cuando un equipo rotativo crítico, esencial o de propósito general, se reprograme en la RUTA DE CONFIABILIDAD, ésta se le debe ejecutar de manera inmediata, ya que de lo contrario se puede presentar la falla catastrófica del mecanismo. 7. REGISTRO DE LA INFORMACION La información recopilada durante la RUTA DE TRIBOLOGIA, se registra en un software, y luego se analiza y correlaciona, con el fin determinar el estado del equipo rotativo y re-monitorearlo según el caso. 8. INFORMES Y RECOMENDACIONES Una vez analizada la información de la RUTA DE TRIBOLOGIA, se elaboran los siguientes informes: -

Estado de los equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito general, puede ser: -

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OP: Operando dentro de la ventana operativa. Es un equipo rotativo confiable. OF: Operando en Falla. Es un equipo rotativo disponible, pero que si no se corrige la causa, entrará a falla. EF: En Falla. Es un equipo rotativo que debe ir al taller a mantenimiento. ET: En Taller. Debe ser intervenido por mantenimiento correctivo. FS. Fuera de servicio, o sea es un equipo rotativo que no vuelve a operar.

Condición y comportamiento histórico del estado del aceite, de la temperatura de operación, y del nivel de vibraciones, de cada uno de los mecanismos de los equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito generales lubricados. Equipos rotativos de propósito general a los cuales se les cambió el aceite de manera inmediata, ó a los equipos rotativos críticos y esenciales, que se les tomó otra muestra de aceite y se envío al laboratorio para su análisis por fuera de la programación de la Ruta de Confiabilidad. Equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito general, a los cuales se les reengrasó mecanismos lubricados con grasa. Equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito general, a los que es necesario analizarles el aceite en el laboratorio, tomarle termografía o vibraciones de modo espectral por fuera de la Ruta de Confiabilidad. Equipos rotativos a los que se les deben hacer correctivos, tales como colocarles válvula de drenaje, venteo, indicador del nivel de aceite, implementarles sistema de enfriamiento de aceite, etc.

9. BENEFICIOS DEL PROGRAMA La ejecución de la RUTA DE TRIBOLOGIA permite obtener los siguientes beneficios: -

Asegurar en tiempo real y de manera inmediata, dentro de frecuencias de monitoreo cortas, que los mecanismos de los equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito general que se encuentran en operación, trabajan correctamente (estado OP). Recopilar datos técnicos del funcionamiento mecánico de los mecanismos de los equipos rotativos con el fin de llevar a cabo correctivos para mejorar su confiabilidad. Reducir los costos de lubricación al recopilar y dializar los aceites que se le cambian a los equipos rotativos. Reducir los costos de mano de obra y por menor compra de lubricantes al no cambiar aceites ó re-engrasar rodamientos a destiempo sino cuando su estado realmente lo amerite. Complementa la RUTA DE CONFIABILIDAD, y asegura la confiabilidad de los equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito general, dentro de frecuencias cortas de operación.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Capítulo 16

RUTA DE CONFIABILIDAD Monitoreo de equipos rotativos Principales y stand by

1. INTRODUCCION La confiabilidad de las máquinas está fundamentada en lograr que sus diferentes componentes logren la vida disponible especificada por el fabricante, para lo cual es necesario implementar programas de monitoreo objetivos y prácticos que conduzcan al análisis de las variables operacionales y por consiguiente a la solución de las causas que pueden conllevar a un desgaste acelerado ó a una falla catastrófica. La RUTA DE CONFIABILIDAD es un programa que hace parte de los programas de confiabilidad que en la actualidad llevan a cabo las empresas con el fin de mantener actualizada la condición real de los equipos rotativos críticos y esenciales involucrados en los procesos industriales. La RUTA DE CONFIABILIDAD permite conocer los estado de las propiedades físico - químicas del aceite según las pruebas ASTM y su nivel de contaminación según ISO 4406, el grado de desgaste de los mecanismos lubricados, la temperatura de operación evaluada por termografía y el nivel de las vibraciones en modo espectral, los cuales correlacionándolos correctamente, permiten garantizar que los equipos rotativos críticos y esenciales están trabajando dentro de la confiabilidad (ventana operativa) esperada ó que por el contrario sea necesario planear su intervención ó hacerlo de manera inmediata. La frecuencia de monitoreo de la RUTA DE CONFIABILIDAD, puede estar comprendida entre una vez al mes y cada tres meses. 2. CARACTERIZACION DE EQUIPOS Los equipos rotativos de la empresa se pueden caracterizar como: -

Equipos rotativos principales tipo 1: son los equipos críticos de la empresa que pueden parar la empresa, generar alto lucro cesante, impactar negativamente el ambiente, afectar la seguridad de las personas o afectar la imagen de la empresa. Equipos rotativos stand by tipo 2: son los equipos críticos de la empresa que son auxiliares de los principales, se denominan también esenciales o de propósito general; pueden parar la empresa, generar alto lucro cesante, impactar negativamente el ambiente, afectar la seguridad de las personas o afectar la imagen de la empresa.

3. METODOLOGIA Para implementar la RUTA DE CONFIABILIDAD es necesario llevar a cabo los siguientes pasos: -

Seleccionar los equipos rotativos principales tipo 1 y stand by tipo 2, de la empresa. Recopilar la información técnica de los equipos rotativos seleccionados tales como, tipo de lubricante, temperatura de operación en ºC o ºF, y nivel Normal, y Corte de las vibraciones. Excluir los equipos rotativos críticos y esenciales seleccionados del programa preventivo de lubricación que esté desarrollando la empresa.

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Establecer una frecuencia de monitoreo la cual dependerá del proceso industrial y de las condiciones de operación de los equipos rotativos; por lo regular esta frecuencia está comprendida entre 1 mes y 3 meses. La frecuencia de monitoreo puede ser diferente para los diferentes tipos de equipos rotativos. Diseñar las Rutas de Monitoreo de acuerdo con la distribución de los equipos rotativos en la planta. Determinar correctamente los puntos de muestreo del aceite y los puntos de toma de la temperatura y de las vibraciones. Rotular los equipos rotativos con el tipo de lubricante que utilizan. Ejecutar las rutas de monitoreo establecidas.

4. DESARROLLO La RUTA DE CONFIABILIDAD se lleva a cabo ejecutando las siguientes acciones: -

Toma de la muestra de aceite: En los equipos rotativos lubricados con aceite se toma una muestra del aceite en servicio, se rotula con los datos requeridos y se envía al laboratorio para su análisis físico - químico según las pruebas ASTM y el nivel de contaminación según ISO 4406. De acuerdo con los resultados de los análisis de laboratorio, se procede a cambiar el aceite, filtrarlo ó a dializarlo. Si el aceite se cambia se debe almacenar por tipos en el Punto Ecológico, para su posterior análisis en el laboratorio, con el fin de filtrarlo, dializarlo o desecharlo.

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Temperatura de operación: Se le toma al mecanismo lubricado la temperatura de operación, en el punto de máxima fricción, mediante un equipo de termografía. Si la temperatura de operación está por encima del valor máximo permisible, se procede a corregir las causas que han generado este problema.

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Intensidad de las vibraciones: Se le toma a cada uno de los mecanismos lubricados del equipo rotativo, la intensidad de las vibraciones en dirección vertical, horizontal y axial, en velocidad, mm/s ó en pulg/s, y aceleración, G´s, mediante la utilización de un colector de datos, portátil, multi canal. En caso de que los valores de vibración estén por encima del valor Normal, se analiza el espectro frecuencial y se determinan y corrigen las causas que están generando los altos valores de vibración.

5. HERRAMIENTAS Las herramientas para llevar a cabo la RUTA DE CONFIABILIDAD son las siguientes: -

Laboratorio para análisis cuantitativo de las propiedades físico-químicas del aceite de acuerdo con las Pruebas ASTM. Contador de partículas para evaluar el contenido de partículas mayores ó iguales a 4, 6 y 14 micras, por cada 100 cc de aceite. Analizador de vibraciones para evaluar cuantitativamente el nivel de vibraciones de los mecanismos lubricados, y mediante el análisis de los espectros respectivos determinar el tipo de problema que se está presentando. Cámara termográfica, para la toma de termogramas a los componentes de las máquinas críticas y esenciales, hallando los puntos más calientes en el mecanismo lubricado. Software para hacer las programaciones de rutas de monitoreo, manejo de la información recopilada y análisis de tendencias.

6. INFORME DE CONFIABILIDAD Y DISPONIBILDAD DE MAQUINAS Con base en los resultados obtenidos del análisis físico - químico del aceite según las pruebas ASTM y su nivel de contaminación según ISO 4406, el grado de desgaste de los mecanismos lubricados,

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV evaluado por espectrofotometría de emisión atómica, la temperatura de operación evaluada por termografía y el nivel de las vibraciones en modo espectral, se determina mensualmente el estado de las máquinas principales tipo 1 y stand by tipo 2, de la empresa, el cual puede ser: -

OP1: equipo rotativo principal tipo 1, operando en óptimas condiciones (dentro de la ventana operativa confiable). OP2: equipo rotativo stand-by tipo 2, parado pero que si entra en servicio, queda operando en óptimas condiciones (dentro de la ventana operativa confiable). OF1: equipo rotativo principal tipo 1, operando en falla (en la zona de disponibilidad). OF2: equipo rotativo stand-by tipo 2, parado pero que si entra en servicio, queda operando en falla (en la zona de disponibilidad). EF1: equipo rotativo principal tipo 1, en falla y no se debe operar (zona de falla catastrófica). EF2: equipo rotativo stand-by tipo 2, en falla y no se debe operar (zona de falla catastrófica). MT1: equipo rotativo principal tipo 1, en mantenimiento en el taller. MT2: equipo rotativo stand-by tipo 2, en mantenimiento en el taller. MP1: equipo rotativo principal tipo 1, en mantenimiento en la planta. MP2: equipo rotativo stand by tipo 2, en mantenimiento en la planta. FS1: equipo rotativo principal tipo 1, fuera de servicio y que nunca más va a operar. FS2: equipo rotativo stand by tipo 2, fuera de servicio y que nunca más va a operar.

Con el estado del equipo rotativo principal tipo 1 y stand by tipo 2, se determinan los indicadores de Confiabilidad, de disponibilidad y el factor stand by de los equipos rotativos de una sección, planta ó de toda la empresa. El indicador de Confiabilidad de las máquinas se calcula de la ecuación: Indicador de Confiabilidad = (OP1 + OP2) / Σ(OP1 + OP2 + OF1 + OF2 + EF1 + EF2 + MT1 + MT2 + MP1 + MP2 + FS1 + FS2) El índicador de Disponibilidad de las máquinas se calcula de la ecuación: Indicador de Disponibilidad = (OP1 + OP2 + OF1 + OF2) / Σ(OP1 + OP2 + OF1 + OF2 + EF1 + EF2 + MT1 + MT2 + MP1 + MP2 + FS1 + FS2) Otros informes que se elaboran con el desarrollo de la RUTA DE CONFIABILIDAD, son los siguientes: -

Equipos rotativos principales tipo 1 y stand by tipo 2, a los cuales se les debe cambiar el aceite. Equipos rotativos principales tipo 1 y stand by tipo 2, a los que es necesario dializarles ó filtrarles el aceite. Equipos rotativos principales tipo 1 y stand by tipo 2, que es necesario intervenir para corregirles algún tipo de problema mecánico u operacional que se les esté presentando.

7. BENEFICIOS PROGRAMA La ejecución de la RUTA DE CONFIABILIDAD permite obtener los siguientes beneficios: -

Tener la información real del estado de los componentes mecánicos para poder elaborar el informe de Confiabilidad y disponibilidad de Máquinas (OP, OF, SB, SF, EF, MT, MP). Garantizar que los mecanismos de los equipos rotativos trabajan sin problemas mecánicos u operacionales. Lograr que los componentes de los equipos rotativos críticos y esenciales, alcancen la vida de diseño, y garantizar que en ningún momento se va a presentar una falla catastrófica en alguno de ellos.

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Cambiar el aceite ó re-engrasar los componentes de los equipos rotativos críticos y esenciales, por condición y no por frecuencias constantes, asegurando que permanentemente está en óptimas condiciones. Reducir los costos de lubricación por menor compra de lubricantes y mano de obra al lubricar los mecanismos en el momento preciso, ó al dializar y filtrar los aceites contaminados que se encuentran trabajando en los componentes de los equipos rotativos monitoreados. Asegurar en tiempo real y de manera inmediata que los componentes de los equipos rotativos críticos y esenciales, que se encuentran en operación no tienen problemas de desgaste anormales al conocer el nivel de contaminación del aceite y la cantidad de partículas metálicas, la temperatura de operación, la intensidad y el espectro de la vibraciones.

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Capítulo 17

FLUSHING QUIMICOHIDRAULICOY FLUSHING HIDRAULICO EN TURBOMAQUINAS 1. FLUSHING QUIMICOHIDRAULICO O FLUSHING HIDRAULICO Se requiere llevar a cabo en sistemas de lubricación de máquinas, el Flushing químicohidráulico o el Flushing hidráulico cuando se presentan las siguientes situaciones: -

Flushing químicohidráulico: en sistemas de lubricación que llevan más de cinco años sin haber sido sometidos a un proceso de lavado químico con un producto desengrasante y un anticorrosivo. Flushing hidráulico: en sistemas de lubricación donde el código ISO 4406 no mejora a pesar de hacer el proceso de filtración con filtros nuevos y con el código ISO 4406 requerido.

2. OBJETIVO Llevar a cabo el FLUSHING QUIMICOHIDRAULICO o el FLUSHING HIDRAULICO con aceite nuevo o usado del mismo tipo que el utilizado en la lubricación de los componentes de la máquina, para limpiar, de acuerdo al código ISO 4406 recomendado por el fabricante, el sistema de lubricación de la máquina. 3. PROCEDIMIENTO 3.1 PROCEDIMIENTO DEL FLUSHING QUIMICOHIDRAULICO El procedimiento del FLUSHING QUIMICOHIDRAULICO consiste en colocar platinas ciegas antes y después de los mecanismos lubricados de la máquina, montar mangueras a manera de by-pass, y circular, inicialmente un producto desengrasante y otro anticorrosivo, solubles en agua, y luego el aceite de limpieza, que puede ser el aceite usado de la máquina (dializándolo y filtrándolo previamente), o un aceite de limpieza nuevo, se circula, mediante un sistema externo de bombeo y de filtración, por el sistema de lubricación de la máquina, hasta lograr el nivel de limpieza requerido, en las tuberías de presión y de retorno de aceite. Finalmente se circula el aceite nuevo de lubricación de los componentes de la máquina, hasta que se garantice el código ISO 4406 de limpieza con que debe quedar el sistema de lubricación de la máquina. Los pasos que se llevan a cabo durante el FLUSHING QUIMICOHIDRAULICO, son los siguientes: -

Realizar una visita técnica a las instalaciones de la empresa para inspeccionar el sistema de lubricación a intervenir y diseñar el plan estratégico para el desarrollo del trabajo.

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Tomar una muestra del aceite usado en la máquina y analizarla en el laboratorio, bajo pruebas ASTM, con el fin de determinar si se puede dializar (desgasificar) y filtrar para utilizarlo como aceite de limpieza durante el proceso de flushing químicohidráulico. Sacar de servicio la máquina. Drenar la totalidad del aceite usado del depósito de la máquina. Limpiar manualmente el depósito de aceite de la máquina con un producto desengrasante y anticorrosivo biodegradable soluble en agua. Limpiar las mirillas de aceite del depósito y del sistema circulatorio. Instalar platinas ciegas antes y después de las bombas del sistema de lubricación, de las carcasas de los filtros, de los enfriadores y de los componentes lubricados de la máquina. Instalar platina de orificio, antes del depósito de aceite de la máquina, para presurizar el sistema de presión y de descarga de aceite del sistema de circulación de aceite de la máquina. Instalar mangueras a manera de by-pass antes y después de los filtros, enfriadores de aceite y de los componentes lubricados. Se requiere que el sistema circulatorio cuente con uniones roscadas soldadas de 11/2” antes y después de los elementos especificados para poder instalar los sistemas de by-pass; en caso contrario se deben instalar o colocar platinas ciegas a las cuales se les ha soldado previamente la unión roscada. Retirar los elementos filtrantes del sistema de lubricación y limpiar las carcasas. Retirar y/o cambiar filtro de la succión de las bombas. Inspeccionar los enfriadores de aceite y limpiarlos, mediante la aplicación de un producto de limpieza biodegradable soluble en agua, utilizando una hidrolavadora de 4000 psi. Hacer prueba hidrostática a los enfriadores de aceite, y corregir fugas, por parte de la empresa, en caso de que sea necesario. Realizar flushing químico al circuito de tuberías de presión y de retorno de aceite desde y hacia la consola de aceite, durante 36 horas, con un producto desengrasante, mediante la utilización de un sistema de bombeo externo de 600 gpm con una batería de elementos filtrantes para retener los contaminantes que se desprendan de las tuberías presión y de retorno de aceite. Los filtros deben ser de 10 micras y contar con un β 10 ≥ 100. β es la relación de filtración del filtro. Evacuar el producto desengrasante y aplicar aire a presión durante 24 horas. Limpiar de nuevo manualmente la consola o depósito de aceite del sistema de lubricación. Realizar flushing químico con un producto anticorrosivo soluble en agua, durante 36 horas, a todo el sistema circulatorio de la máquina, mediante la utilización de un sistema de bombeo externo de 600 gpm con una batería de elementos filtrantes para retener los contaminantes que se desprendan de las tuberías presión y de retorno de aceite. Los filtros deben ser de 10 micras y contar con un β 10 ≥ 100. β es la relación de filtración del filtro. Evacuar el producto anticorrosivo y aplicar aire a presión durante 24 horas. Limpiar de nuevo manualmente la consola o depósito de aceite del sistema de lubricación. Circular durante 36 horas, como mínimo, el aceite de limpieza nuevo o usado (dializándolo y filtrándolo previamente), el cual tiene las mismas especificaciones que el aceite de lubricación de la máquina, mediante la utilización de un sistema de bombeo externo de 600 gpm con una batería de elementos filtrantes para retener los contaminantes que se desprendan de las tuberías presión y de retorno de aceite. Los filtros deben ser de 5 micras y contar con un β5 ≥ 100. β es la relación de filtración del filtro. Hacer conteo de partículas en sitio, para verificar el nivel de limpieza del aceite, el cual debe ser como mínimo de 18/17/16. Si aún no se ha obtenido este nivel de limpieza, se continúa circulando el aceite hasta que se obtenga. Durante el proceso de circulación del aceite de limpieza, se dializa o desgasifica y se filtra el aceite del depósito de la máquina mediante un equipo dializador de aceite. Los filtros deben ser de 5 micras y contar con un β5 ≥ 100. Β es la relación de filtración del filtro. Colocar mallas de inspección (gorro chino), como mínimo 3, en el sistema de presión de aceite a los componentes lubricados de la máquina.

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Circular de nuevo el aceite de limpieza nuevo o usado (dializándolo y filtrándolo previamente), mediante la utilización del sistema de bombeo externo de 600 gpm con una batería de elementos filtrantes para retener los contaminantes que se desprendan de las tuberías presión y de retorno de aceite. Los filtros deben ser de 5 micras y contar con un β 5 ≥ 100. β es la relación de filtración del filtro. Este proceso termina cuando las mallas de inspección (gorro chino) salgan limpias. Drenar el aceite de limpieza y aplicar aire a alta presión durante 24 horas. Limpiar de nuevo manualmente el depósito de aceite de la máquina con un producto de limpieza biodegradable soluble en agua. Llenar el depósito de aceite de la máquina con aceite nuevo. Circular el aceite nuevo, mediante una bomba externa de 80 gpm, por el sistema de lubricación de la máquina y filtrarlo, hasta que las mallas de inspección (gorro chino) salgan limpias. Se utiliza una batería de elementos filtrantes para retener los contaminantes que se desprendan de las tuberías presión y de retorno de aceite. Los filtros deben ser de 5 micras y contar con un β5 ≥ 100. β es la relación de filtración del filtro. Quitar las mangueras del sistema de by-pass y platinas ciegas que se colocaron en los componentes lubricados de la máquina y circular de nuevo el aceite de lubricación, hasta que las mallas de inspección salgan limpias. Colocar elementos filtrantes nuevos en las carcasas del sistema de lubricación de la máquina. Con la máquina fuera de servicio, quitar las platinas ciegas y los sistemas de by-pass que se colocaron antes y después de las carcasas y los enfriadores de aceite de la máquina, y poner en circulación el aceite nuevo mediante el sistema de lubricación propio de la máquina, hasta que las mallas de inspección salgan limpias. Certificar que el aceite nuevo de lubricación de los componentes de la máquina quede con un código ISO 4406 de 17/16/14. Una vez que se obtenga este código se quitan las mallas de inspección (gorro chino). Colocar la máquina en operación y continuar con el proceso de diálisis (desgasificación o termovacío) y filtración del aceite del depósito de la máquina, por lo menos durante 72 horas más, y recertificar el nivel de limpieza final del aceite mediante conteo de partículas según ISO 4406, con un instrumento portátil y junto a la máquina. Este nivel de limpieza debe ser como mínimo de 17/16/14. Los filtros deben ser de 2 micras y contar con un β 2 ≥ 100. β es la relación de filtración del filtro. Tomar muestra final del aceite del depósito de la máquina y hacerle las siguientes pruebas de laboratorio: Viscosidad, cSt/40°C, ASTM D88. Viscosidad, cSt/100°C, ASTM D88. TAN, mgr KOH/gr.ac.us., ASTM D664. Contenido de agua, % vol., ASTM D95. Nivel de limpieza, micras: ISO 4406. Contenido de partículas metálicas, ppm, espectrofotometría de absorción atómica. Realizar limpieza exterior de las tuberías de circulación de aceite, depósito de aceite y área de trabajo. Entregar informe final, que contenga la siguiente información: Reportes con la descripción día a día de los trabajos realizados. Reportes de los conteos de partículas realizados a pie de máquina. Reporte de las anomalías encontradas. Fotografías tomadas del sistema de by-pass con las mangueras, estado del depósito de aceite antes y después de la limpieza, estado de las mallas de inspección al empezar y al finalizar la circulación, tanto del aceite de limpieza como el de lubricación de los componentes de la máquina. Conclusiones. Recomendaciones.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 3.2 PROCEDIMIENTO DEL FLUSHING HIDRAULICO El procedimiento del FLUSHING HIDRAULICO consiste en colocar platinas ciegas antes y después de los mecanismos lubricados de la máquina, montar mangueras a manera de by-pass, y circular un aceite de limpieza, que puede ser el aceite usado de la máquina (dializándolo y filtrándolo previamente), o un aceite de limpieza nuevo, mediante un sistema externo de bombeo y de filtración, por el sistema de lubricación de la máquina, hasta lograr el nivel de limpieza requerido, en las tuberías de presión y de retorno de aceite. Luego se circula el aceite nuevo de lubricación de los componentes de la máquina, hasta que se garantice el código ISO 4406 de limpieza con que debe quedar el sistema de lubricación de la máquina. Los pasos que se llevan a cabo durante el FLUSHING HIDRAULICO, son los siguientes: -

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Realizar una visita técnica a las instalaciones de la empresa para inspeccionar el sistema de lubricación a intervenir y diseñar el plan estratégico para el desarrollo del trabajo. Tomar una muestra del aceite usado en la máquina y analizarla en el laboratorio, bajo pruebas ASTM, con el fin de determinar si se puede dializar (desgasificar) y filtrar para utilizarlo como aceite de limpieza durante el proceso de flushing químicohidráulico. Sacar de servicio la máquina. Drenar la totalidad del aceite usado del depósito de la máquina. Limpiar manualmente el depósito de aceite de la máquina con un producto desengrasante y anticorrosivo biodegradable soluble en agua. Limpiar las mirillas de aceite del depósito y del sistema circulatorio. Instalar platinas ciegas antes y después de las bombas del sistema de lubricación, de las carcasas de los filtros, de los enfriadores y de los componentes lubricados de la máquina. Instalar platina de orificio, antes del depósito de aceite de la máquina, para presurizar el sistema de presión y de descarga de aceite del sistema de circulación de aceite de la máquina. Instalar mangueras a manera de by-pass antes y después de los filtros, enfriadores de aceite y de los componentes lubricados. Se requiere que el sistema circulatorio cuente con uniones roscadas soldadas de 11/2” antes y después de los elementos especificados para poder instalar los sistemas de by-pass; en caso contrario se deben instalar o colocar platinas ciegas a las cuales se les ha soldado previamente la unión roscada. Retirar los elementos filtrantes del sistema de lubricación y limpiar las carcasas. Retirar y/o cambiar filtro de la succión de las bombas. Inspeccionar los enfriadores de aceite y limpiarlos, mediante la aplicación de un producto de limpieza biodegradable soluble en agua, utilizando una hidrolavadora de 4000 psi. Hacer prueba hidrostática a los enfriadores de aceite, y corregir fugas, por parte de la empresa, en caso de que sea necesario. Circular durante 36 horas, como mínimo, el aceite de limpieza nuevo o usado (dializándolo y filtrándolo previamente), el cual tiene las mismas especificaciones que el aceite de lubricación de la máquina, mediante la utilización de un sistema de bombeo externo de 600 gpm con una batería de elementos filtrantes para retener los contaminantes que se desprendan de las tuberías presión y de retorno de aceite. Los filtros deben ser de 5 micras y contar con un β5 ≥ 100. β es la relación de filtración del filtro. Hacer conteo de partículas en sitio, para verificar el nivel de limpieza del aceite, el cual debe ser como mínimo de 18/17/16. Si aún no se ha obtenido este nivel de limpieza, se continúa circulando el aceite hasta que se obtenga. Durante el proceso de circulación del aceite de limpieza, se dializa o desgasifica y se filtra el aceite del depósito de la máquina mediante un equipo dializador de aceite. Los filtros deben ser de 5 micras y contar con un β5 ≥ 100. Β es la relación de filtración del filtro. Colocar mallas de inspección (gorro chino), como mínimo 3, en el sistema de presión de aceite a los componentes lubricados de la máquina.

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Circular de nuevo el aceite de limpieza nuevo o usado (dializándolo y filtrándolo previamente), mediante la utilización del sistema de bombeo externo de 600 gpm con una batería de elementos filtrantes para retener los contaminantes que se desprendan de las tuberías presión y de retorno de aceite. Los filtros deben ser de 5 micras y contar con un β 5 ≥ 100. β es la relación de filtración del filtro. Este proceso termina cuando las mallas de inspección (gorro chino) salgan limpias. Drenar el aceite de limpieza y aplicar aire a alta presión durante 24 horas. Limpiar de nuevo manualmente el depósito de aceite de la máquina con un producto de limpieza biodegradable soluble en agua. Llenar el depósito de aceite de la máquina con aceite nuevo. Circular el aceite nuevo, mediante una bomba externa de 80 gpm, por el sistema de lubricación de la máquina y filtrarlo, hasta que las mallas de inspección (gorro chino) salgan limpias. Se utiliza una batería de elementos filtrantes para retener los contaminantes que se desprendan de las tuberías presión y de retorno de aceite. Los filtros deben ser de 5 micras y contar con un β5 ≥ 100. β es la relación de filtración del filtro. Quitar las mangueras del sistema de by-pass y platinas ciegas que se colocaron en los componentes lubricados de la máquina y circular de nuevo el aceite de lubricación, hasta que las mallas de inspección salgan limpias. Colocar elementos filtrantes nuevos en las carcasas del sistema de lubricación de la máquina. Con la máquina fuera de servicio, quitar las platinas ciegas y los sistemas de by-pass que se colocaron antes y después de las carcasas y los enfriadores de aceite de la máquina, y poner en circulación el aceite nuevo mediante el sistema de lubricación propio de la máquina, hasta que las mallas de inspección salgan limpias. Certificar que el aceite nuevo de lubricación de los componentes de la máquina quede con un código ISO 4406 de 17/16/14. Una vez que se obtenga este código se quitan las mallas de inspección (gorro chino). Colocar la máquina en operación y continuar con el proceso de diálisis (desgasificación o termovacío) y filtración del aceite del depósito de la máquina, por lo menos durante 72 horas más, y recertificar el nivel de limpieza final del aceite mediante conteo de partículas según ISO 4406, con un instrumento portátil y junto a la máquina. Este nivel de limpieza debe ser como mínimo de 17/16/14. Los filtros deben ser de 2 micras y contar con un β 2 ≥ 100. β es la relación de filtración del filtro. Tomar muestra final del aceite del depósito de la máquina y hacerle las siguientes pruebas de laboratorio: Viscosidad, cSt/40°C, ASTM D88. Viscosidad, cSt/100°C, ASTM D88. TAN, mgr KOH/gr.ac.us., ASTM D664. Contenido de agua, % vol., ASTM D95. Nivel de limpieza, micras: ISO 4406. Contenido de partículas metálicas, ppm, espectrofotometría de absorción atómica. Realizar limpieza exterior de las tuberías de circulación de aceite, depósito de aceite y área de trabajo. Entregar informe final, que contenga la siguiente información: Reportes con la descripción día a día de los trabajos realizados. Reportes de los conteos de partículas realizados a pie de máquina. Reporte de las anomalías encontradas. Fotografías tomadas del sistema de by-pass con las mangueras, estado del depósito de aceite antes y después de la limpieza, estado de las mallas de inspección al empezar y al finalizar la circulación, tanto del aceite de limpieza como el de lubricación de los componentes de la máquina. Conclusiones.

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4. NORMAS El FLUSHING QUIMICOHIDRAULICO o el FLUSHING HIDRAULICO DE MAQUINAS ofrecido por INGENIEROS DE LUBRICACION SAS, ha sido diseñado teniendo en cuenta las siguientes normas internacionales: ASTM D6439-99, ASTM D4378, ASTM D445, ASTM D664, ASTM D2272, ASTM D1444, ASTM D1401, ASTM D 892, ISO 4572, ISO 4406.

Capítulo 18

DIALISIS Y FILTRACION DE ACEITES INDUSTRIALES 1. PROCESO DE DIÁLISIS O TERMOVACIO Es un proceso físico, que se lleva a cabo utilizando un equipo de termo-vacío ó dializador de aceite móvil, el cual permite calentar el aceite hasta temperaturas de 100°C y someterlo a presiones de vacío de 27” de Hg aproximadamente. Durante este proceso el aceite se limpia totalmente y se filtra hasta dejarlo con el código de limpieza, según ISO 4406, recomendado por el fabricante del componente lubricado. Al final del proceso de diálisis, el aceite queda en óptimas condiciones para ser utilizado en la misma aplicación donde se venía utilizando y con un porcentaje de vida igual ó mayor al que tenía al iniciar el proceso de diálisis. 2. EVALUACIÓN DEL ACEITE QUE SE VA A DIALIZAR Y FILTRAR Las propiedades físico-químicas que se le analizan al aceite contaminado, antes y después del proceso de diálisis son: -

Viscosidad, cSt/40°C, ASTM D88. TAN, mgr KOH/gr.ac.us., ASTM D664. TBN, mgr KOH/gr.ac.us., ASTM D664 (esta prueba se le hace solamente a los aceites de tipo automotriz). Contenido de agua, % vol., ASTM D95. Nivel de limpieza, micras: ISO 4406. Contenido de partículas metálicas, ppm, espectrofotometría de absorción atómica.

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Los análisis de laboratorio que se le efectúan al aceite contaminado, antes y después del proceso de diálisis tienen como objetivo lo siguiente: -

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Viscosidad: garantizar que el aceite dializado quedó dentro de los estándares de viscosidad requeridos. TAN (Número Acido Total): cuantificar el nivel de oxidación del aceite y determinar si se puede ó no dializar, y cómo quedó, después del proceso de diálisis. TBN (Número Básico Total): cuantificar el nivel de detergencia-dispersancia del aceite y determinar si se puede ó no dializar, y cómo quedó, después del proceso de diálisis. Contenido de agua: cuantificar la cantidad de agua que tiene el aceite y cómo quedó después del proceso de diálisis. Nivel de limpieza: conocer la cantidad de partículas sólidas presentes en el aceite contaminado en los tamaños mayores de 2, 5, 15, 25, 50 y 100 micras y cómo quedó después del proceso de diálisis. Contenido de partículas metálicas por espectrofotometría de absorción atómica: conocer la cantidad de partículas metálicas, tales como Si, Fe, Cu, Al, Cr, Pb, y Sn, en el aceite en ppm antes y después del proceso de diálisis.

3. TIPOS DE ACEITES QUE SE PUEDEN DIALIZAR Y FILTRAR Se pueden dializar los siguientes tipos de aceites: -

Aceites circulantes, para turbinas de vapor, gas e hidráulicas. Aceites para compresores, reductores de velocidad y sistemas hidráulicos. Aceites para turbogeneradores y turbocompresores. Aceites para transformadores. Aceites para transferencia de calor. Aceites para máquinas herramientas, para temple y de proceso. Aceites para motores diesel, marinos y a gas.

4. DESARROLLO DEL PROGRAMA DE DIALISIS Y FILTRACION La logística del programa de diálisis de aceites es el siguiente: -

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Recolección de los aceites que se sacan de los equipos lubricados y clasificarlos por tipos, de tal manera que solamente se almacenen en el mismo depósito ó tambor de 55 galones, aceites de la misma marca y del mismo tipo y viscosidad. Si los aceites se mezclan indiscriminadamente no se pueden dializar. Tomar una muestra del aceite contaminado y hacerle los análisis de laboratorio respectivos. Dializar el aceite contaminado mediante la utilización de un Dializador de aceite Mod IL4000B15 ó Mod IL4000B40. Certificar el aceite dializado mediante pruebas de laboratorio según las Normas ASTM. Utilizar el aceite dializado en el misma máquina donde se venía utilizando.

5. EJECUCIÓN DEL PROGRAMA DE DIALISIS Y FILTRACION El programa de diálisis para aceites contaminados se lleva a cabo utilizando un Dializador de aceite móvil Mod IL4000B15 ó Mod IL4000B40, el cual se lleva hasta las instalaciones de la empresa, y se instala junto al depósito de aceite en el cual se encuentra alojado el aceite que se va a dializar. El aceite contaminado puede estar almacenado en el mismo depósito de aceite de la máquina en el cual trabaja, ya sea que esté en operación ó fuera de servicio, ó en tambores de 55 galones.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV La bomba de vacío del Dializador de aceite, succiona el aceite contaminado del depósito de aceite y lo hace fluir hasta los filtros primarios y a los calentadores de aceite y de allí, a una temperatura entre 80° y 100°C, lo descarga en la cámara de vacío, en la cual los contaminantes como agua, gases, ácidos diluidos y contaminantes sólidos se eliminan en su totalidad. Posteriormente la bomba de descarga, succiona el aceite descontaminado de la cámara de vacío, lo hace fluir al filtro secundario y de allí nuevamente al depósito de aceite de la máquina. El proceso de diálisis tiene un tiempo de duración de 1 hora en promedio, por cada tambor de aceite de 55 galones. Este tiempo puede variar dependiendo del nivel de contaminación del aceite. 6. BENEFICIOS DEL PROCESO DE DIALISIS Y FILTRACION Al dializar y filtrar el aceite usado, se obtienen los siguientes beneficios: -

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Garantizar que el aceite queda dentro de los estándares de limpieza especificados por las Normas ASTM e ISO. Eliminar el 100% del agua que pueda contener el aceite, aún cuando ésta se encuentre en estado de emulsión. Garantizar que los gases que pueda contener el aceite, como el H 2S, SO2, butano, propano, ácidos débiles, etc, se eliminen completamente. Reducir al máximo el desgaste erosivo y abrasivo en los mecanismos lubricados al eliminarle al aceite las partículas sólidas y metálicas, como el Si, Fe, Cu, Cr, Sn, Pb y Al, y los ácidos débiles como el SO2 que se van formando en el aceite debido a su proceso de oxidación. Garantizar que los mecanismos lubricados alcanzan ó superan la vida de diseño ó disponible al trabajar con un código de limpieza ISO 4406 mejor que el recomendado. Permitir que los aditivos antioxidantes del aceite trabajen menos, al haber una menor presencia en el aceite de elementos que actúan como componentes y/ó catalizadores del proceso de oxidación como el SO2, el agua y partículas de Si, Cu y de Fe, reduciendo así la rata de oxidación del aceite. Garantizar que el aceite alcance como mínimo una vida útil hasta tres veces mayor que la especificada por el fabricante del aceite, reduciéndose de esta manera ostensiblemente los costos de lubricación por consumo de lubricantes y mano de obra para el cambio de aceites. Permitir obtener aceites usados dializados con un TAN menor ó un TBN mayor que el del aceite contaminado. Reducir el impacto que tienen los aceites usados sobre el ambiente al desecharse un menor volumen de aceite.

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Capítulo 19

CONTROL DE LA CONTAMINACION 1. INTRODUCCION

Una filtración efectiva en sistemas hidráulicos y de lubricación evita paros de máquinas y al mismo tiempo, aumenta la vida útil de componentes importantes y costosos. Analizando las causas de fallas en equipos se ha podido determinar que en gran parte las mismas de deben a un ensuciamiento con substancias sólidas del fluido hidráulico y/o de lubricación. El alto grado de ensuciamiento se debe a una filtración insuficiente. La limitación de los costos para reparaciones de componentes se puede lograr mediante un mantenimiento preventivo del equipo; mediante un control constante del fluido se constata el estado momentáneo del mismo. Si los valores empeoran se pueden tomar las medidas pertinentes y, de este modo, minimizar el daño esperado. Dado que las exigencias impuestas a los componentes de máquinas aumentan constantemente, las tolerancias de ajuste son cada vez menores. Mientras que en años anteriores eran normales finuras de filtro absolutas de 80 a 100 µm en instalaciones hidráulicas, hoy en día es más común filtrar con una finura absoluta de por lo menos 20 µm. Equipos hidráulicos en los cuales se emplean servoválvulas exigen una finura de filtro absoluta de hasta 3 µm. Ya al proyectar el equipo se deberá considerar la correcta elección del filtro. Los buenos propósitos de los ingenieros de proyectos normalmente no son considerados a causa de la presión ejercida sobre el precio al preparar la oferta. La variación del tamaño constructivo del filtro y de la finura prevista es un modo simple de reducir el precio de la oferta, sin que, al parecer, se influya sobre el funcionamiento del equipo hidráulico. Sin embargo, la inclusión a posteriori de un filtro adecuado solamente es posible a un elevado costo. Por ello recomendamos no ahorrar a la hora de elegir el filtro. Los posibles mayores costos ocasionados por la inclusión de un filtro óptimo y más grande se equilibran por medio de menores costos de mantenimiento y no funcionamiento del equipo. La mayoría de los contaminantes que se encuentran en los aceites de sistemas hidráulicos y de lubricación son invisibles y esto se debe a que el daño lo causan partículas con tamaños entre 5 y 40 micrómetros y el límite de la visión humana lleva hasta los 40, es por esto que la concentración de estas partículas debe ser controlada y mantenida en niveles máximos apropiados de acuerdo a la aplicación específica. El agua es otro elemento contaminante no detectable a simple vista a temperaturas normales, por esto, mostraremos algunas técnicas para la extracción del agua de nuestros sistemas. También los ácidos y otros productos de oxidación no son fácilmente detectados, es en estos casos en los que debemos recurrir a otros medios de monitoreo de las condiciones del aceite hidráulico o de lubricación. Es objeto de este seminario presentar las técnicas utilizadas para filtración, monitoreo y limpieza de aceites, de tal forma que se tengan parámetros estandarizados para implementar sistemas de filtración y monitoreo que arrojen resultados positivos en el mantenimiento y vida útil de sistemas hidráulicos y equipo mecánico con sistema de lubricación. 2. TIPOS DE CONTAMINANTES Hay contaminantes de tres tipos básicos: partículas sólidas y metálicas, agua y aire. -

Posiblemente las partículas presenten el mayor problema, ya que interfieren con la lubricación. Las partículas extremadamente pequeñas, denominadas "lama", se acumulan

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entre piezas móviles y son capaces de frenar o atascarlas. Entre piezas, las partículas de tamaño aproximado a la holgura destrozan la película lubricante y aceleran el desgaste abrasivo, disminuyendo el rendimiento y hasta pueden causar faltas catastróficas.Las Partículas de mayor tamaño obstruyen los claros y los orificios, deteniendo la corriente del fluido. Esto aumenta la caída de presión y genera más calor, conduciendo a averías catastróficas. El agua y el aire son los dos elementos volátiles más comunes de los fluidos. El agua interfiere en las funciones de los fluidos al variar la viscosidad, reaccionando con aditivos del fluido y promoviendo cultivos bacterianos. El agua también produce daños adicionales al acelerar la corrosión. La operación de los componentes se vuelve " esponjosa “cuando el fluido contiene aire. Así mismo, el aire acelera todos los mismos efectos causados por el agua contenida en el fluido. El aire, el agua y el calor todos conducen a la formación de ácidos, jabones y cieno, que aumentan el deterioro y atascamiento de los componentes.

En casos de contaminación severa, posiblemente haya que reemplazar el fluido. Como puede imaginarse, esta es una consecuencia costosa de la contaminación. 2.1 EFECTO DE LA CONTAMINACION POR SUSTANCIAS SOLIDAS Estudios realizados en sistemas hidráulicos han demostrado que, gracias a una disminución de partículas sólidas en el fluido hidráulico, la vida útil de las piezas constructivas puede incrementarse notablemente y al mismo tiempo aumentar la seguridad de funcionamiento. La aparición de partículas de substancias sólidas frecuentemente es consecuencia de una carga mecánica o hidráulica elevada. Cuando las partículas sólidas circulan libremente en el sistema provocan un desgaste mecánico, el cual, a su vez, trae aparejado un aumento de partículas de substancias sólidas. Suciedad que penetra desde afuera en el sistema puede producir y acelerar este proceso. La reacción en cadena producida por el desarrollo y la acumulación de partículas sólidas puede minimizarse empleando buenos filtros. Para crear buenas condiciones iniciales para todas las piezas resulta muy importante un filtrado efectivo del fluido a emplear, un montaje limpio y un enjuague minucioso del equipo. En casos de poco movimiento existe el riesgo de enlodamiento del intersticio, lo que puede traer aparejado un no funcionamiento de la válvula reguladora. Las partículas que superan en tamaño al juego de ajuste se depositan delante del intersticio. En el primer momento no influyen en el funcionamiento de las válvulas reguladoras. Sin embargo, existe el riesgo de que, a causa de los movimientos del pistón a presiones de servicio elevadas y alta velocidad de flujo, las partículas sólidas se reduzcan y sean comprimidas en el intersticio. Las partículas de tamaño similar al juego de ajuste son las más peligrosas para las piezas constructivas, dado que ocasionan rayaduras y, por lo tanto, un elevado desgaste,a causa del efecto raspador de las partículas sólidas se producen nuevas partículas y se inicia una reacción en cadena en la producción de nuevas partículas. Frecuentemente son las partículas sólidas las que ocasionan la disfunción del elemento. En los casos de mando frecuentemente se produce una erosión a causa de las altas velocidades de flujo allí reinantes. Las partículas sólidas que se encuentran en el fluidohidráulico aumentan la erosión, lo que trae aparejada una conducta de regulación distinta de la pieza. En Válvulas de asiento. Las partículas pueden ser aprisionadas entre el asiento de la válvula y el mecanismo de cierre, produciendo inestanqueidad, en los estranguladores y diafragmas. Las partículas de suciedad que se encuentran en el fluido hidráulico se depositan en las aperturas de los estranguladores o diafragmas y, a causa del angostamiento incontrolable de la apertura, el flujo no puede mantenerse constante durante el tiempo de servicio.

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En rodamientos. En rodamientos sinterizados las partículas se depositan en los poros de los mismos, o bien, partículas duras son comprimidas dentro del material sinterizado relativamente blando. Esto trae aparejadas acanaladuras en el eje y además se tapan los canales de lubricación, lo que puede implicar un recalentamiento del eje. En la Figura No1 se puede ver el efecto por fatiga en superficie de rodamientos.

Figura No1 Desgaste por fatiga en las superficies de fricción de los rodamientos 2.1.1 Talla relativa de partículas. Micras (Micrones). La contaminaci6n se mide en la escala micrométrica. 1 micra equivale a una millonésima de metro, o 39 millonésimas de pulgada, para darles mayor perspectiva, veamos algunos artículos ordinarios en esta escala. El pigmento de pintura mide aproximadamente dos micras, el polvo de carbón mide 8 a 10 micras, la harina molida y el pelo humano miden 25 y 70 micras respectivamente, y la arena de playa y la sal de mesa un promedio de 100 micras. 1 Micra (µM) = 0,000039 de pulgada. 2.1.2 Holgura dinámica. La holgura dinámica de un componente, no se trata del claro entre dos componentes. La holgura dinámica depende de la carga, velocidad y otros factores numerosos. Entre las dos superficies del caso interviene una película de fluido. Hay que eliminar los contaminantes para proteger estos componentes contra la erosión abrasiva. La mayoría de los sistemas hidráulicos y lubricantes poseen una holgura en operación de menas de cinco micras. Esto no quiere decir que todo sistema se debe filtrar hasta este nivel. Hay otros criterios de diseño a considerar al seleccionar el filtro de un sistema, como la presión de operación, las velocidades rotativas y las cargas impuestas a los rodamientos. 2.2 EFECTOS DE LA CONTAMINACION POR AGUA El agua es un contaminante muy común en sistemas hidráulicos y de lubricación, dentro de los daños más comunes causados por ésta tenemos:

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Corrosión de superficies metálicas. Aceleración del desgaste abrasivo. Fatigas de rodamientos. Rompimiento de las propiedades de los aditivos. Variación en la viscosidad.

Los aceites están constantemente expuestos al agua y al vapor de agua mientras son manipulados y almacenados, muchas veces los tanques son almacenados al intemperie. El agua también puede entrar a través de empaques dañados de cilindros y/o tanques abiertos a la atmosfera. La condensación es una de sus principales fuentes por el enfriamiento del aire en el interior de tanques. Cada aceite tiene un punto de saturación de agua, por encima de este punto no es capaz de disolver más agua y el exceso se presenta como agua libre o emulsionada. En aceites normales el punto de saturación es del orden del 0.03% en volumen. Cuando la contaminación es menor del 10.2% en volumen existen filtros con medios especiales para remover el agua (Par Gel), por encima de este valor, es necesario utilizar sistemas más sofisticados que incluyen centrifugación y vacío; la siguiente gráfica muestra la incidencia del contenido de agua en la vida de servicio de rodamientos.

Figura No2 Efecto del agua en la Vida Disponible de los componentes sometidos a fricción 2.3 VIAS DE INGESTION DE CONTAMINANTES Los contaminantes logran penetrar en los sistemas por varias vías, inherentes en muchos de los componentes al ensamblarse el sistema. Otros se agregan con la carga de nuevo fluido en el depósito. ¡El fluido nuevo no necesariamente es limpio!. Por cierto que en la mayoría de los casos, el fluido nuevo cuando se saca del tambor no sirve para sistemas hidráulicos. Los componentes generan mucha contaminaci6n adicional, sobre todo durante las primeras horas de operación. Aún más se añade desde el exterior, debido al polvo acarreado por el aire que penetra por los sellos de barrido y respiraderos de los depósitos. Por último, al exponerse el fluido al calor, sus aditivos comienzan a descomponerse en cieno, jabones y ácidos, que son todos contaminantes.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Antes o durante la puesta en servicio. Aunque, se realice un enjuague de las unidades después del montaje no se podrán eliminar todas las partículas de suciedad de componentes conductos. En estudios realizados se han podido determinar los siguientes tipos de suciedad: Arena para machos, perlas de soldadura, virutas, cascarilla, pelusas, óxidos, restos de embalajes, partículas de pintura El fluido hidráulico puede ser un gran portador de partículas de suciedad. Por ello antes de la puesta en servicio de la instalación deberá tenerse en cuenta lo siguiente: 1) Si se emplea nuevo fluido, solamente deberá llenarse el mismo a través de un filtro o de una unidad de filtro separada. La finura del filtro en el filtro de enjuague o en la unidad de filtrado debe corresponder por lo menos a la finura de filtración prevista para el servicio del equipo. 2) Se recomienda purificar el fluido que se encuentra en el sistema mediante una unidad de filtrado separada. 3) Conectar la bomba hidráulica. La unidad de filtrado separada debe seguir funcionando. De este modo se logra un filtrado adicional del fluido hidráulico sumamente sucio que proviene de la unidad hidráulica. 4) Después de un tiempo de enjuague previamente previsto se deberá extraer una prueba de aceite y determinar el grado de suciedad del fluido. En base a este procedimiento se determinará cómo se habrá de proceder en el enjuague sucesivo del equipo. Como se muestra en la Figura No3, el tiempo de enjuague dependerá del tamaño del recipiente, de la pulcritud de la instalación, de los componentes empleados, de la clase de pureza del fluido deseada y del grado de pureza del fluido hidráulico incorporado. El tiempo de enjuague se puede determinar solamente en forma muy global antes del comienzo de la fase de enjuague. Durante el tiempo de enjuague hay que considerar la posibilidad de que componentes valiosos sean deteriorados, por ello componentes valiosos como por ejemplo servovalvulas y válvulas proporcionales deberán montarse una vez realizado el enjuague. También se deberá realizar un enjuague después de concluidos trabajos de cambio en las tuberías, después de trabajos de reparaci6n o después de haber cambiado de lugar la instalación.

Figura No3 Variación de la concentración de suciedad en la central hidráulica durante el tiempo de enjuague Durante el servicio de la instalación:

Este ensuciamiento se divide en dos tipos:

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1) Ensuciamiento interno 2) Ensuciamiento externo Bajo ensuciamiento interno se entiende el ensuciamiento provocado por todas las partículas de suciedad que se producen dentro del sistema, por ejemplo, por abrasión en los cantos de mando, en las carcasas y pistones, partículas de goma de tuberías y juntas, partículas de esmalte y productos de oxidación del fluido. En el caso del ensuciamiento externo, éste se produce por partículas de suciedad que entran por recipientes mal estanqueidados, filtros de aire inadecuados, juntas defectuosas en pistones o a través de raspadores en vástagos de cilindros. Los filtros instalados tienen como función filtrar la suciedad interna y externa y evitar una reacción en cadena en la producción de partículas de suciedad. Estudios realizados han demostrado que empleando filtros finos en unidades bien controladas con buena estanqueidad hacia afuera se puede lograr un aumento notable del tiempo total de servicio de la instalación, con menores tiempos de paro. 3. MEDIOS FIILTRANTES FUNCION DEL FILTRO HIDRAULICO Y DE LUBRICACION Un sistema de filtración bien dimensionado debe cumplir las siguientes funciones: 1) Extraer partículas sólidas de suciedad del fluido. 2) Evitar disfunciones ocasionadas por ensuciamiento con partículas sólidas. 3) Evitar cambios en los tiempos de conmutación como consecuencia de cantos de mando deteriorados. 4) Acortar las interrupciones de servicio en los intervalos por mantenimiento. 5) Incrementar la vida útil de las piezas. 6) Posibilitar un mantenimiento preventivo. 7) Evitar un envejecimiento del fluido ocasionado por procesos químicos (consecuencia del ensuciamiento con partículas sólidas). 8) Mantener la capacidad de lubricación del fluido hidráulico. 9) Prolongar los intervalos entre cambios de fluido. 10) Mantener una elevada seguridad de servicio entre los intervalos de mantenimiento. 11) Intervalos prolongados de mantenimiento de filtros hidráulicos. 12) Filtrado de sólidos durante todo el tiempo de servicio. 13) Gran capacidad de retención de suciedad. 14) Disponibilidad confiable del equipo. 15) Funcionamiento de filtro también en condiciones variables de presión y caudal en el sistema hidráulico. 3.1 TIPOS DE MEDIOS FILTRANTES De acuerdo con el tipo de medio filtrante utilizado, los elementos filtrantes se dividen en dos grandes grupos: 1) Filtro de superficie 2) Filtros de profundidad Filtros de Superficie:

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Como material se emplean tejidos de las formas más variadas. Por su tipo de construcción estos filtros poseen una finura de filtración referida a partículas cúbicas, que son de tamaño similar o mayor que el ancho del intersticio o la malla del filtro. Piezas largas y finas, como por ejemplo fibras, pueden pasar a través del filtro. La superficie libre de filtrado que se encuentra a disposición según la finura del filtro es reducida. (“Bajo superficie libre de filtrado " se entiende la superficie sujeta al flujo del fluido hidráulico ). Para filtros de superficie la superficie libre de filtrado asciende aproximadamente al 30 a 40% de la superficie total del tejido del filtro. En caso de una filtración inferior a 25 µm dicha superficie libre se reduce aún más. Elementos filtrantes con una finura superior a 40 µm se pueden limpiar bien con medios sencillos. Para filtros inferiores a 40 µm se recomienda profundizar la limpieza mediante un baño de ultrasonido. Este tipo de elementos de filtro se emplean principalmente como filtros de seguridad en instalaciones hidráulicas, instalaciones de lubricación y sistemas de enjuague en el retorno a causa de su fácil limpieza, de la reducida diferencia de presión inicial y de la estabilidad de la diferencia de presión, especialmente con tela de trencilla. 1) Ventajas: Elementos limpiables, reducida pérdida de presión. 2) Desventajas: Imposible una finura de filtro inferior a 10 µm. 3) Pequeña superficie libre de filtrado (Aprox. 30 a 40%). Filtros de profundidad. Los materiales empleados son celulosa, plástico, vidrio y metal. La estructura de los poros depende en gran medida de los materiales fibrosos empleados, del largo y del calibre de las fibras. No existe una finura de filtrado definida por la construcción. A causa del efecto de laberinto partículas de los más diversos tamaños y calibres son separadas en la profundidad del tejido del filtro. Se produce el denominado perfil de separación. Este perfil debe ser obtenido en pruebas. Materiales para filtros Malla de papel: 1) Construcción. Fibras orgánicas con capas arbitrariamente dispuestas y afirmadas con aglutinante. 2) Campo de empleo: Filtro de aspiración 3) Filtro de retorno 4) Filtro fino 5) Elementos descartables 6) Ventajas: Costos reducidos, poca pérdida de presión. 7) Desventajas: Baja resistencia a diferencia de presiones. Malla de papel impregnada con resinas de fenol 1) Construcción: Fibras orgánicas con capas arbitrariamente dispuestas e impregnadas con resinas de fenol. 2) Campo de empleo: Filtros de combustible 3) Filtros de aceite para motores 4) Filtro fino 5) Elementos descartables 6) Ventajas: Costos reducidos, construcción simple del elemento, gran superficie filtrante.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 7) Desventajas: Mala retención de suciedad, no utilizable con todos los fluidos, baja resistencia ∆P. Malla de fibra de Vidrio 1) Construcción: Fibra de vidrio con capas arbitrariamente dispuestas a afirmadas con aglutinante. 2) Campo de empleo: Filtros finísimos para componentes valiosos. 3) Elementos descartables. 4) Ventajas: Mediante el empleo de fibra de vidrio se logra un filtrado fino, buena retención de suciedad, adsorción de partículas a través de un amplio rango de diferencia de presión, buena resistencia química, utilizable en todos los sistemas hidráulicos. 5) Desventajas: Diferencia de presión más elevada. No se puede limpiar. Alta resistencia al flujo. Malla de metal 1) Construcción: Alambres de acero fino arbitrariamente dispuestos, sinterizados y calandrados. 2) Campo de empleo: Filtración fina y finísima, para temperaturas de servicio muy altas, elevadas diferencias de presiones, para cualquier fluido hidráulico, elementos limpiables bajo ciertas condiciones. 3) Ventajas: Reducida pérdida de presión, buena retenci6n de suciedad, con mallas de metal de excelente calidad es posible multipass, buenas características de fatiga, buena estabilidad a temperaturas, buena compatibilidad con el fluido hidráulico. 4) Desventajas: Muy costosos. 5) Limpieza condicionada, según diferencia de presión y finura de filtro. Filtros sinterizados 1) Construcción: Bolas de metal sinterizadas. El diámetro de las bolas determina la finura de filtro. 2) Campo de empleo: Filtro de seguridad. 3) Ventajas: Bajos costos de fabricación. 4) Desventajas: Sólo utilizables para caudales bajos, poca superficie de filtrado, sensibles a presión pulsatoria, elevada diferencia de presión. 3.2 RELACION DE FILTRACION La relación de filtración (también conocida como relación β (Beta) es una medida de la eficiencia en la captura de partículas de un elemento filtrante la relación de filtración es obtenida a través del método multipaso. En este ensayo un contador de partículas, cuenta y mide la cantidad de partículas que entran y salen del filtro, la relación B es entonces obtenida dividiendo el número de partículas aguas arriba de una talla dada por el número de partículas de la misma talla aguas abajo pasando por el filtro. Por ejemplo, si 10.000 partículas de 10 micrómetros y más grandes fueron contadas antes del filtro y 5000 fueron contadas después del filtro, entonces la relación filtración será de 2 para partículas iguales o mayores a 10 micras así: β10 = 10000/5000 = 2 La eficiencia de captura del filtro se expresa como un porcentaje así:

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Eficiencia = 1 – 1/βx Para nuestro caso, se tiene que: Eficiencia = 50%.

Figura No4 Relación de filtración β 3.3 Diseño de filtros Un filtro se compone de dos subconjuntos principales: La carcasa (un recipiente de presión)y el cartucho o elemento filtrante (que recoge los contaminantes). Cada subconjunto tiene varios componentes. El diseño y ensamblaje de estos componentes afectan las especificaciones del filtro. Por ejemplo, algunas carcazas están diseñadas para sistemas de 3.000 psi de presión, y otros no pueden someterse a más de 150 psi. 1) Elemento: El medio filtrante es el componente del elemento que acumula los contaminantes. El medio generalmente comienza en forma de láminas, y entonces se pliega para aumentar la superficie filtrante expuesta al caudal del fluido. Esto ayuda a reducir la caída de presión y aumenta la capacidad de retención de partículas. En algunos casos, el medio filtrante incorpora múltiples capas, o bien una malla de respaldo, para lograr ciertas normas de rendimiento. Después de haberse plegado y cortado a la longitud debida, se unen los dos extremos mediante una presilla especial, un adhesivo u otro tipo de costura. El cilindro de soporte es un tubo rígido perforado, que se ubica a la salida del medio filtrante para impedir que se desgarre por el caudal del fluido. Las perforaciones del cilindro de soporte son de un tamaño y número tal que presentan un mínimo de resistencia al flujo, a la vez que mantienen la integridad del cilindro. 2) Los cilindros de soporte y el medio filtrante se sostienen con tapas a ambos extremos, llenas de adhesivo. El conjunto se cura al calor para fraguar el adhesivo y curar el papel filtrante. A una de las tapas, o bien a ambas, se aplica un sello elastomérico en forma de

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV empaquetadura, zapatilla o anillo “O”. Este sello asegura que el fluido que entra por el conjunto del filtro no salga en deriva o corto circuito. 3) Carcasa: La carcasa del filtro es un recipiente de presión que contiene el cartucho. Está dotada de lumbreras de entrada y salida que permiten conectarla por tubería a un sistema hidráulico o lubricante. La carcaza podrá incorporar también otros componentes como una válvula de deriva interna y un indicador de estado del elemento. La carcasa del filtro se fabrica de una gran variedad de materiales y numerosas técnicas de formación. El método de fabricación depende de la presión nominal deseada, que a su vez depende de dónde ha de ubicarse el filtro en un circuito hidráulico o lubricante. 4) La válvula de Bypass se utiliza para impedir el colapso o revent6n del cartucho filtrante al saturarse de contaminantes. También impide la cavitación de la bomba estando talado el filtro en la línea de succión. Al irse acumulando los contaminantes en el cartucho, la pérdida de presión a través del mismo aumenta. A una presión bastante menor a la de rotura del medio filtrante y cilindro de soporte, se abre la válvula de Bypass permitiendo que el fluido se desvíe alrededor del cartucho. Las válvulas de Bypass generalmente son de disco con movimiento vertical, o bien de pistón. 5) El indicador del estado del cartucho avisa al usuario cuando se debe limpiar o reemplazar. Generalmente el indicador tiene marcas calibradoras que avisan al usuario cuando se abre la válvula de deriva. Este indicador puede estar directamente conectado a la válvula de Bypass, o bien puede ser un sensor de presión totalmente independiente. Indicadores de diferencia de presión. Estos indicadores miden la diferencia de presión entre el lado de suciedad y el lado limpio. No se considera la presión atmosférica reinante. La carcasa del indicador debe soportar a la sobrepresión de servicio de la carcasa del filtro. La diferencia de presión indicada es independiente de la sobrepresión momentánea reinante en el filtro. Este tipo de indicador se emplea en filtros de conducto o de presión. 3.4 Tipos de filtros y ubicación Filtros de succión. El filtro de succión se intercala entre el depósito y la bomba. Al girar la bomba el fluido es impulsado por la presión atmosférica a través del filtro a la bomba. Hay dos clases de filtro de succión: Filtro montado externamente en la tubería, y colador montado internamente en el sumidero del cárter. Parker recomienda usar un filtro externo en línea con tapa de acceso para la limpieza, indicador y válvula de Bypass para protección de la bomba. Sin embargo, si se emplean bombas de desplazamiento variable hay que considerar con cuidado varios factores antes de especificar un filtro de succión externo en línea. Dichos factores incluyen las condiciones de entrada a la bomba, las pérdidas por aceleración del fluido, la aireación del fluido y el ciclo de funcionamiento de la bomba (intermitente o continuo). Consulte al fabricante de la bomba antes de especificar un filtro de succión para bombas de caudal variable y de presión compensada. El filtro externo de tubería de succión presenta algunas ventajas: 1) Protege la bomba contra la ingestión de partículas grandes. 2) Contribuye a minimizar avenas catastróficas, y 3) Generalmente permite usar un elemento limpiable y reusable que, a la larga, reduce los gastos de mantenimiento. Las desventajas

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 1) Debido a las condiciones de entrada de la bomba, la pérdida de presión tiene que ser muy reducida. Por consiguiente, hay que recurrir a un filtro con carcaza grande y elemento tosco. 2) Esto se traduce en un elevado costo inicial y costo elevado del cartucho para determinado caudal. 3) Por último, siendo tosco el elemento, ofrece poca protección al sistema. Filtros de presión. Los filtros de presión se pueden colocar en línea a la salida o conexión presurizada de la bomba. El fluido que sale de labomba pasa impulsado a través del filtro de presión. Dicho filtro se ubica en el circuito de manera de proteger determinado componente, tal como una servo-válvula, o cualquier otro dispositivo susceptible de contaminantes. Entre las ventajas de la filtración a presión en línea: 1) Este tipo de filtro sirve para protección a componentes específicos. 2) Es capaz de eliminar contaminantes muy finos sin mayor atención a la pérdida de presión. Entre las desventajas 1) Generalmente el costo inicial, así como el de los elementos de repuesto, es elevado. 2) La carcasa del filtro de presión debe diseñarse para resistir la mayor presión existente en el sistema, incluso golpes de ariete, vibración y picos transitorios. El filtro también tiene que poder acomodar el flujo total del sistema. Filtros de retorno. El filtro de retorno se ubica en el circuito justamente antes de llegar al depósito. El fluido de retorno se encuentra con este filtro antes de penetrar en el depósito. El filtro se puede montar en la línea o en el tanque. Entre las ventajas de la filtración en la línea de retorno: 1) El filtro en la línea de retorno impide el regreso al depósito de contaminantes generados o ingeridos por el sistema. 2) Debido a que el filtro de retorno solo se expone a las presiones bajas en dicha línea, la carcasa es más económica de fabricar que la de alta presión. 3) Se puede realizar una filtración de finas sin mayor atención a pérdidas de presión. Entre las desventajas: 1) Los componentes del sistema no reciben protección directa contra contaminantes introducidos a través del depósito o generados por la bomba. 2) Hay que tomar en cuenta los picos del flujo de retorno procedentes de cilindros en retracción, accionadores, acumuladores y demás componentes en operación al seleccionar un filtro de retorno, ya que de lo contrario podría producirse una avería. 3) Si una bomba se " desbarata " o falla, los escombros resultantes podrían salir corriente abajo y dañar los componentes del sistema. Un filtro en la línea de retorno no sería capaz de impedir esto. Filtración proporcional o secundaria. Las unidades de filtración proporcional (a veces llamada “externa ", secundaria o “en bucle " ), filtran el fluido continuamente desde el tanque. Con esto se “pule " el fluido hasta niveles aceptables de

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV limpieza. Los sistemas de este tipo no impiden la entrada de tierra al tanque, en cambio, este filtro se puede atender sin estorbar la bomba principal del sistema, por lo que la producción puede seguir a la vez que se hace el mantenimiento. Algunas ventajas de la filtración proporcional: 1) Su separación del sistema permite que el usuario atienda y mantenga los filtros estando operativo por el sistema principal. 2) El filtro proporcional se puede ubicar en un sitio de fácil acceso. Este bucle también sirve para enfriar el fluido con intercambiadores de calor. Algunas desventajas de filtración proporcional: 1) Suele ser elevado el costo inicial de los demás componentes que hacen falta en el circuito. 2) Los contaminantes introducidos a través de los sellos de los cilindros, junto con otros contaminantes generados por el sistema, no necesariamente se eliminan de inmediato con el filtro externo. 3) A veces resulta difícil acomodar en un depósito hidráulico para otras bombas, motores, filtros e intercambiadores de calor.

Figura No5 Representación esquemática de la ubicación de los filtros en sistemas hidráulicos

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Figura No6 Plano simplificado de conexiones hidráulicas para filtros de trabajo y protección

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Capítulo 20

FILTRACIÓN DE ACEITES LUBRICANTES Mantenimiento a aceites Industriales y automotrices

1. OBJETIVOS Los objetivos más importantes al filtrar un aceite contaminado son: -

Eliminar del aceite partículas sólidas contaminantes como el silicio y metálicas como el hierro, cobre, estaño, etc. Prevenir que se presente en los mecanismos lubricados, el desgaste erosivo y abrasivo, por encima de los estándares establecidos. Garantizar que el aceite queda dentro de los estándares de limpieza establecidos por la Norma ISO 4406, de acuerdo con los componentes lubricados. Prolongar la vida del aceite, al eliminar del aceite, materiales que actúan como catalizadores del proceso de oxidación.

2. EVALUACIÓN DEL ACEITE QUE SE VA A FILTRAR Las propiedades físico-químicas que se le analizan al aceite contaminado, antes y después del proceso de filtración, son: -

Viscosidad, cSt/40°C, ASTM D88. TAN, mgr KOH/gr.ac.us., ASTM D664. TBN, mgr KOH/gr.ac.us., ASTM D664 (esta prueba se le hace solamente a los aceites de tipo automotriz). Contenido de agua, % vol., ASTM D95. Nivel de limpieza, micras: ISO 4406. Contenido de partículas metálicas, ppm, espectrofotometría de absorción atómica.

Los análisis de laboratorio que se le efectúan al aceite contaminado, antes y después del proceso de filtración tienen como objetivo lo siguiente:

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

-

-

Viscosidad: garantizar que el aceite filtrado quedó dentro de los estándares de viscosidad requeridos. TAN (Número Acido Total): cuantificar el nivel de oxidación del aceite y determinar si se puede ó no filtrar, y cómo quedó, después del proceso de filtración. TBN (Número Básico Total): cuantificar el nivel de detergencia-dispersancia del aceite y determinar si se puede ó no filtrar, y cómo quedó, después del proceso de filtración. Contenido de agua: cuantificar la cantidad de agua que tiene el aceite y cómo quedó después del proceso de filtración. Nivel de limpieza: conocer la cantidad de partículas sólidas presentes en el aceite contaminado en los tamaños mayores de 2, 5, 15, 25, 50 y 100 micras y cómo quedó después del proceso de filtración. Contenido de partículas metálicas por espectrofotometría de absorción atómica: conocer la cantidad de partículas metálicas, tales como Si, Fe, Cu, Al, Cr, Pb, y Sn, en el aceite en ppm antes y después del proceso de filtración.

3. TIPOS DE ACEITES QUE SE PUEDEN FILTRAR Se pueden filtrar los siguientes tipos de aceites: -

Aceites circulantes, para turbinas de vapor, gas e hidráulicas. Aceites para compresores, reductores de velocidad y sistemas hidráulicos. Aceites para turbogeneradores y turbocompresores. Aceites para transformadores. Aceites para transferencia de calor. Aceites para máquinas herramientas, para temple y de proceso. Aceites para motores diesel, marinos y a gas.

4. METODOLOGIA La filtración del aceite se lleva a cabo utilizando el LUBRIFILTRADOR IL 2000B15, si el volumen de aceite es menor o igual a 220 galones o el SISTEMA DE FILTRACION IL10000B80, si es mayor de 220 galones. El proceso de filtración se puede llevar a cabo con el equipo rotativo en operación ó fuera de servicio según las facilidades que se tengan en la planta. El LUBRIFILTRADOR IL2000B15, se conecta por medio de dos mangueras de ¾”, una de succión y otra de descarga, al depósito de aceite del equipo rotativo cuyo aceite se quiere filtrar. La bomba de engranajes de 15 galones por minuto (gpm), succiona el aceite y lo hace fluir, pasándolo previamente a través del filtro de succión, hasta el calentador de aceite, y luego a través de los filtros primario y secundario, y finalmente hasta el depósito de aceite de la máquina, durante el número de veces que sean necesarios, para que quede bajo el código ISO 4406 requerido de limpieza. El equipo funciona con un motor eléctrico de 2 HP, 220 voltios, 60 hz, trifásico y 1800 rpm, por lo que es necesario que en la empresa existan estas facilidades eléctricas.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

El SISTEMA DE FILTRACION IL10000B10, se conecta por medio de dos mangueras de 11/2”, una de succión y otra de descarga, al depósito de aceite del equipo rotativo cuyo aceite se quiere filtrar. La bomba de engranajes de 80 galones por minuto (gpm) de aceite, succiona el aceite del depósito y lo hace fluir a través del filtro de succión, y luego por los filtros de aceite, y de allí de nuevo al depósito de aceite de la máquina, durante el número de veces que sean necesarios, para que quede bajo el código ISO 4406 requerido de limpieza. El equipo funciona con un motor eléctrico de 5 HP, 220 voltios, 60 hz, trifásico y 1800 rpm, por lo que es necesario que en la empresa existan estas facilidades eléctricas. 5. BENEFICIOS Los más importantes son: -

Reducción de los costos de lubricación por menos consumo de lubricantes y Horas-Hombre, por menos cambio de aceite. Disminución de los costos de mantenimiento, al reducir la rata de desgaste erosivo y abrasivo en los mecanismos lubricados. Protección del ambiente al desechar un menor volumen de aceite usado.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Capítulo 21

TOMA DE MUESTRAS DE ACEITE PARA SU ANALISIS DE LABORATORIO Los siguientes parámetros son necesarios respetar para que la muestra que se extraiga sea la más representativa del equipo a estudiar: 1) Tomar la muestra “en caliente”, es decir que la temperatura sea la de operación y el equipo este trabajando en ese instante. La causa de lo anterior radica que cuando trabaja, el aceite se encuentra los mas homogéneo posible por la circulación forzada a la que es sometido. Esta puede realizarse durante el uso o inmediatamente después del apagado. 2) Tomar en un lugar por donde pase todo el aceite. De esta forma nos aseguramos de que no se traten de lugares estancos donde se acumulan partículas, es allí donde la cantidad recogida no representa en lo absoluto el comportamiento del equipo rotativo. 3) Tomar antes de añadir aceite limpio. Cuando se agrega aceite limpio se diluye el aceite, con sus características, haciendo que los resultados no concuerden con la realidad por que los contaminantes estarán en menor proporción. 4) Siempre en las mismas condiciones y en el mismo lugar. Así el seguimiento realizado al equipo será lo mas equivalente posible. Los resultados reflejaran la realidad innata de cada evento que le ocurre a la maquinaria. 5) En lo posible en días donde no llueva ni haya alta humedad. El riesgo de que ingrese agua al depósito de aceite es muy grande, ya que los lubricantes son altamente higroscópicos, especialmente a altas temperaturas (especialmente los Sintéticos Polialkileneglicol, son extremadamente acuofílicos por su naturaleza química). La entrada de agua es un veneno para el equipo. Como dice el dicho “cuando el agua y el aceite se juntan es por que algo malo va a pasar” los problemas fundamentales son que el agua interrumpe la película de aceite que tiene que lubricar, y que acelera la formación de ácidos que destruyen los mecanismos internos. 6) Tratar en lo posible de que no ingrese tierra al sistema. En la tierra se encuentra presente el Silicio vulgo arena, este mineral en contacto con las partes metálicas en movimiento actúa como un esmeril o lija que los desgastan rápidamente. Es sabido que una de las formas para limpiar pinturas es mediante el arenado, lo mismo le pasa a los metales frente al silicio. 7) Nunca se debe aflojar ninguna manguera o tubería, como así tampoco de conductos destinados para dirigir el aceite que ha terminado su vida útil para su destino final. Las muestras extraídas desde estos lugares se encontraran altamente contaminadas y reflejaran resultados irreales. Cuidados para el operario: 1) En el momento de la toma de muestra nunca succionar el aceite con la boca. Ya que el aceite contaminado es altamente tóxico, además si esta caliente puede provocar quemaduras. 2) Usar guantes. El problema principal es que si esta muy caliente puede quemarse. 3) No fumar. La caída de cenizas aumentarán erróneamente la viscosidad del aceite. 4) Usar mascaras. Es primordial para evitar salpicaduras que pueden proyectarse al rostro. Además el ingreso de saliva también suministrará una lectura de contenido de agua erróneo.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV Cuidados para con el equipo de muestreo: 1) Nunca usar estopa para la limpieza personal ni del equipo, ya sea en su mantenimiento o toma de muestras. La causa principal es que la estopa deja inevitablemente pelusas que contaminan al lubricante interfiriendo en la lubricación de los órganos internos del equipo. Se deben usar trapos que no contengan fibras flojas tendientes a escapar como pelusas. 2) Cuando se introduce la manguera plástica corroborar de que el extremo no toque el fondo ni que tome contacto con superficies contaminantes. Para ello medir la manguera de antemano, es decir antes de cortarla de su carretel. Un buen criterio, es la de medir con el largo de la varilla de medición. Si en el lubricante se hallan formados depósitos, estos podrían ser succionados por el equipo. 3) Si el aceite se encuentra a alta temperatura no dejar que la manguera de la toma de muestras esté mucho tiempo en el interior del equipo a muestrear. Hay que recordar de que es un componente plástico y que su composición no difiere en gran medida de la base lubricante, por lo que es alta la posibilidad de que se ablande (por el calor, derritiéndose) y se disuelva en el aceite. 4) El tubo plástico para la toma de muestras “Sólo tiene la vida útil de un muestreo”. El uso en más de un equipo rotativo con la misma manguera provoca que las determinaciones posteriores a la primera sean contaminadas por su antecesora. 5) Evitar la entrada de Tierra en el frasco, anterior a la toma y posterior a ella, para ello se debe de abrir el frasco sólo en el momento de introducir en su interior el fluido a estudiar. También es de vital importancia que el frasco sea cerrado garantizando su hermeticidad, además de que de este modo se evita derrames de su contenido. 6) Se debe de identificar con toda claridad el frasco: Tipo y marca del lubricante, Tipo de Sistema, Posición, Matrícula y Nº. Referencia dado en la Compañía (Año/Número), Compañía Fabricante del sistema, Temperatura de trabajo, horas de trabajo del equipo, horas después del ultimo cambio de aceite, Fecha de toma de muestra). Cantidad de aceite añadido durante la marcha. Nombre del operario que tomo la muestra. Nº de muestra (para realizar un historial del equipo, con ello se hará un seguimiento de comportamiento) Detalles de Anomalías vistas en el equipo rotativo. Es necesario aclarar que mucha de esta información deberá acompañar a la muestra en un documento anexo. Por lo tanto la información primordial a colocar en el frasco ha de ser el aceite utilizado, marca y viscosidad. Número de identificación del equipo, dada por la empresa, Fecha de muestreo, ultima fecha de cambio de aceite. Ambiente en el que se encuentra. 7) En el momento de envío se debe de depositar la botella en una bolsa de plástico polietileno debidamente sellada junto a la documentación correspondiente. Tomar una muestra de fluido puede ser muy peligroso. Tenga extrema precaución. Si la toma de muestra se realiza sin bomba de vacío: A través de la boca de carga del depósito: 1) Se introduce el tubo por la boca de carga del depósito de aceite y se espera a que el aceite se introduzca en el interior. 2) Se tapa con el dedo la parte superior del tubo, se saca. 3) Se introduce en el frasco de plástico porta muestras. 4) Finalmente se retira el dedo que obstruía el extremo superior y por gravedad el contenido del macarrón pasará al frasco. Se repite esta operación hasta completar la cantidad requerida de muestra. Es recomendable disponer de un recipiente cilíndrico y un soporte. A través del drenaje:

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 1) Quitar el tapón de drenaje y hacer que el aceite caiga en el recipiente auxiliar que soporta el porta-muestras. 2) Cuando haya caído aproxima un cuarto de litro de aceite (arrastrando la suciedad del fondo), hacer que el aceite caiga en el bote porta muestras hasta llenar la cantidad de muestra requerida. 3) Retirar de nuevo, tapar el drenaje y el frasco. Si el tapón tuviese un imán para retener las virutas, es desaconsejable este método, ya que al caer el aceite, arrastrará consigo a los metales y se obtendrán resultados erróneos del equipo rotativo. Muestra de fluido hidráulico: Se recomienda ENJUAGAR el bote de la muestra con el propio líquido hidráulico, desechándolo después. Tomar la muestra con las máximas precauciones, ya que el fluido hidráulico es muy susceptible a la contaminación. Si la toma se realiza mediante bomba de vacío: La Bomba de Vacío puede ser usada para obtener muestras de fluido desde el sistema colector de aceite o el tanque sin el uso de una válvula especial de muestreo.

1) Utilice un tramo nuevo de tubo plástico (1) suficientemente largo para alcanzar al menos la mitad del camino a la parte inferior del colector de aceite o el tanque. 2) Desprenda el tornillo metálico (6). 3) Inserte una punta del tubo (1) a través del tornillo metálico (6) hasta que esta se extienda ligeramente por debajo de la parte inferior del cuerpo de la bomba (5). 4) Ajuste el tornillo metálico (6). 5) Rosque una botella SUCIA de muestra sobre el cuerpo de la bomba (5). 6) Inserte la otra punta del tubo plástico (1) dentro del colector de aceite o el tanque. 7) Tire de la manija de la bomba (2) y haga correr algo del fluido del sistema a través del tubo plástico (flushing del tubo). 8) Desenrosque la botella SUCIA de muestra y descargue el aceite. Se debe de tener especial atención en el proceso de toma e identificación de las muestras, debido a que la muestra es la única fuente de información para diagnosticar el estado de desgaste del sistema.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV 9) Remueva la tapa (3) de la botella LIMPIA de muestra (4). Haga esto cuidadosamente para no contaminar con ninguna suciedad la tapa o la botella. 10) Rosque la botella LIMPIA de muestra (4) fijamente sobre el cuerpo de la bomba. 11) Inserte la otra punta del tubo plástico (1) dentro del colector o el tanque y tire de la manija (2) para llenar la botella de muestra. Es muy importante sólo jalar de la bomba hasta sentir el vacío, una sola vez, no se debe de seguir bombeando, ya que se formaran burbujas debido a la evaporación parcial de los contenidos volátiles por el vacío reinante. Un único proceso llenara más vertiginosamente la botella y no se cansara al operario, si es que debe de testear varios equipos rotativos. 12) Desenrosque la botella de muestra (4) del cuerpo de la bomba (5), e inmediatamente rosque la tapa (3) sobre la botella. Ajuste firmemente la tapa. 13) Desprenda el tornillo metálico (6), y remueva y descargue el tubo plástico (1). “La eficacia de un buen análisis es que la muestra llegue lo antes posible al laboratorio de investigación”

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Capítulo 22

LUBRICACIÓN CENTRADA EN LA CONFIABILIDAD (LCC)

1. OBJETIVOS Los objetivos de la LUBRICACION CENTRADA EN LA CONFIABILIDAD (LCC) son los siguientes: -

Implementación de los programas de lubricación que constituyen el LCC y que permitirán asegurar que todos los mecanismos de los equipos rotativos de la empresa, serán lubricados eficientemente, dentro de intervalos de tiempo precisos, y con el lubricante que más se adecue a las condiciones operacionales de los mismos, con bajos costos de lubricación y generando un efecto nulo sobre al ambiente al disponer de la manera más adecuada posible de los lubricantes luego de haber cumplido con su ciclo de servicio.

-

Implementar el Programa de Vibraciones ó mejorarlo en caso de que ya se esté ejecutando, en los equipos rotativos de la empresa.

-

Implementar el programa de monitoreo de la temperatura de operación.

-

Implementar el Programa de Confiabilidad en los equipos rotativos de la empresa de tal manera que se pueda garantizar que todos estarán en estado OP (Operando correctamente) y SB (Stand By disponible) mediante el aseguramiento de la filosofía de la Confiabilidad, Disponibilidad y Mantenibilidad de dichos equipos rotativos.

2. DESARROLLO La LUBRICACION CENTRADA EN LA CONFIABILIDAD se desarrolla bajo la filosofía de interrelacionar los Programas de Lubricación, Vibraciones y Confiabilidad, en los cuales estarán incluidos todos los equipos rotativos de la empresa, con miras a obtener resultados que permitan garantizar la Confiabilidad y Disponibilidad de dichos equipos rotativos. Los equipos rotativos que se van a tener en cuenta en este plan de trabajo se clasificarán como equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito general, y a cada uno de estos grupos de equipos rotativos, se le seleccionará el programa de lubricación y de vibraciones que más le convenga, dentro del esquema de la LUBRICACION CENTRADA EN LA CONFIABILIDAD. 3. DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS ROTATIVOS -

Crítico: Es aquel equipo rotativo que al fallar para la planta generando alto lucro cesante para la empresa.

-

Esencial: Es aquel equipo rotativo que cuenta con equipo rotativo auxiliar, y que al fallar no para la planta, pero genera una situación de incertidumbre, ya que si mientras se repara llegará a fallar el equipo rotativo auxiliar, daría lugar a parada de planta.

-

De propósito general: Es aquel equipo rotativo que cuando falla no genera parada de planta ni situaciones de incertidumbre, pero que a mediano ó a largo plazo puede generar lucro cesante ó parada de planta

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

4. LUBRICACION CENTRADA EN LA CONFIABILIDAD La lubricación no puede ser ajena al desarrollo de la filosofía MCC (Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad), aplicada a los equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito general de la empresa, por lo que debe estar enmarcada dentro de programas interdisciplinarios, que permitan garantizar que todos los mecanismos lubricados alcanzarán su vida de diseño, con bajos costos por consumo de energía y mantenimiento y que los equipos rotativos incluidos dentro de esta filosofía tendrán los índices de Confiabilidad y Disponibilidad esperados. Por otro lado las rutas para medición, análisis y diagnostico de las vibraciones mecánicas deben estar intrínsecamente relacionadas con los programas de lubricación, ya que en un buen número de mecanismos lubricados, el estado real de la condición vibracional de dicho mecanismo solo se podrá determinar si se complementan estas dos técnicas, ya que un mecanismo con una deficiente lubricación dará lugar a elevados valores de vibración, los que a su vez causarán el deterioro del mecanismo. La Confiabilidad es el resultado de la implementación eficiente de los programas de lubricación y de vibraciones, y su objetivo será la de medir la efectividad de los mismos. El programa LCC ó LUBRICACION CENTRADA EN LA CONFIABILIDAD, debe estar complementado con el de Vibraciones, temperatura y Confiabilidad. 5. PROGRAMAS DEL LCC El programa Lubricación Centrada en la Confiabilidad (LCC) es una filosofía desarrollada dentro de un programa que permite evaluar el estado actual de la lubricación de los equipos rotativos y la eficacia de los programas de lubricación que la empresa esté desarrollando, con el objetivo de analizar y evaluar sus Fortalezas y Debilidades y especificar las Recomendaciones necesarias para involucrar la lubricación de la empresa entre de los mejores estándares mundiales en lubricación y dentro de la filosofía del TPM (Mantenimiento Productivo Total). En el ANEXO No1, se muestran los diferentes programas que constituyen la LUBRICACION CENTRADA EN LA CONFIABILIDAD (LCC). Los diferentes procesos que se analizan y se evalúan dentro del PLP y sus características son las siguientes: Proceso No1 Lubricación Correctiva Evalúa que todos los equipos rotativos y los procesos relacionados con ellos cuenten con los elementos necesarios para garantizar su correcta lubricación, lo cual se logra evaluando los siguientes pasos: -

Paso No1: Personal de lubricación Paso No2: Cuarto para almacenamiento de lubricantes Paso No3: Carta de lubricación Paso No4: Rótulos metálicos para identificación del tipo de lubricante Paso No5: Pancartas metálicas Paso No6: Válvula de drenaje y tapón Paso No7: Sistema de venteo Paso No8: Indicador del nivel de aceite Paso No9: Fugas de aceite Paso No10: Aceiteras entre 1 y 5 galones Paso No11: Pistolas engrasadoras Paso No12: Graseras en los mecanismos lubricados con grasa Paso No13: Carro portátil de lubricación

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

-

Paso No14: Equipo de filtración portátil para el trasiego de aceites nuevos Paso No15: Guardas metálicas para cadenas Paso No16: Casetas para almacenamiento de lubricantes Paso No17: Licitación de lubricantes y estandarización marca de lubricantes

Proceso No2 Lubricación Preventiva Evalúa los programas preventivos que la empresa está llevando a cabo para aplicarle de manera sistemática los lubricantes a los componentes de los equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito general y el software que esté utilizando con este propósito. Se tienen en cuenta los siguientes pasos: -

Paso No1: Clasificación de los equipos rotativos en críticos, esenciales y de propósito general. Paso No2: Lubricación de mecanismos de máquinas críticas y esenciales que no se pueden monitorear. Paso No3: Cambio de filtros de aceite. Paso No4: Toma de muestras de aceite. Paso No5: Software para la programación de lubricación.

Proceso No3 Lubricación Predictiva Evalúa las metodologías utilizadas por la empresa para lubricar los componentes de los equipos rotativos críticos, esenciales y de propósito general, por condición y las rutas de monitoreo establecidas con este propósito. Se tienen en cuenta los siguientes pasos: -

Paso No1: Inclusión de las máquinas críticas, esenciales y de propósito general en las rutas de monitoreo. Paso No2: Instrumentos y equipos para monitoreo de la condición del lubricante, temperatura y vibraciones. Paso No3: Definición y señalización de los puntos de monitoreo en los equipos rotativos. Paso No4: Selección de los puntos de toma de muestra de aceite y montaje de las facilidades. Paso No5: Implementación de la Ruta de Tribología. Paso No6: Implementación de la Ruta de Confiabilidad. Paso No7: Cambio de filtros de aceite por conteo de partículas ISO 4406. Paso No8: Pre-filtración de aceites nuevos. Paso No9: Filtración y diálisis de aceites usados. Paso No10: Limpieza interna de máquinas. Paso No11: Flushing a sistemas de lubricación. Paso No12: Informe de Confiabilidad y disponibilidad de máquinas. Paso No13: Auditoria interna de lubricación.

Proceso No4 Lubricación Proactiva Evalúa los programas que la empresa esté desarrollando en ingeniería de lubricación para mejorar la lubricación de los equipos rotativos críticos y esenciales, con base en los datos recopilados durante el desarrollo de la Ruta de Tribología y la Ruta de Confiabilidad. Se tienen en cuenta los siguientes pasos: -

Paso No1: Sistemas de lubricación nuevos ó automáticos.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

-

Paso No2: Sensores de temperatura en sitio ó en línea. Paso No3: Sistemas de enfriamiento de aceite. Paso No4: Implementación de sistemas de filtración de aceites. Paso No5: Implementación de lubricantes sintéticos. Paso No6: Implementación de programas de ahorro de energía por menor fricción.

Proceso No5 Gestión Ambiental Se analiza que está haciendo la empresa con los aceites usados y se especifican los pasos y técnicas que se deben implementar para prolongar su vida de servicio ó para desecharlos sin que impacten negativamente el ambiente. -

Paso No1: Programas para incrementar la vida de servicio de los aceites. Paso No2: Diálisis de aceites usados. Paso No3: Recolección de los aceites usados Paso No4: Punto ecológico y biodegradación de los aceites usados.

Proceso No6 Capacitación en Lubricación y Confiabilidad Se especifican los programas de capacitación en tribología, lubricación y confiabilidad que la empresa debe desarrollar para su personal de mantenimiento, lubricación y de proceso. -

Paso No1: Evaluación periódica del nivel de conocimientos. Paso No2: Charlas periódicas de 4 horas de intensidad sobre actualización en lubricación. Paso No3: Programa inteligente para autoformación y certificación en lubricación. Paso No4: Seminario PLP – Nivel I, Lubricación Efectiva. Paso No5: Seminario PLP – Nivel II, Lubricación Avanzada. Paso No6: Seminario PLP – Nivel III, Lubricación de Maquinas. Paso No7: Seminario PLP – Nivel IV, Lubricación Centrada en la Confiabilidad. Paso No8: Seminario teórico práctico PLP – Nivel I, Lubricación de Máquinas. Paso No9: Seminario teórico práctico PLP-Nivel II, Análisis de Laboratorio y Toma de Muestras de Aceite. Paso No10: Seminario teórico práctico PLP-Nivel III, Limpieza interna de máquinas y flushing hidráulico y oleoquímico. Paso No11: Seminario teórico práctico PLP-Nivel IV, Sistemas Hidráulicos. Paso No12: Seminario teórico práctico PLP-Nivel V, Rutas de Monitoreo.

6. PROGRAMA DE VIBRACIONES El objetivo del programa de vibraciones es el de medir, analizar y diagnosticar periódicamente el valor de las vibraciones mecánicas y el de otras variables mecánicas de los equipos rotativos críticos y esenciales de la empresa, bajo rutas de monitoreo previamente establecidas. En este caso los datos recopilados permitirán determinar la condición de los componentes de los equipos rotativos y corregir las causas que pueden dar lugar a problemas de desgaste ó a fallas catastróficas. 7. PROGRAMA DE CONFIABILIDAD El objetivo de este trabajo para lograr confiabilidad forma proyectos, y por

programa es el de identificar los procesos de mejora y establecer un plan de un mejor desempeño de los activos de la empresa. La administración de la parte de un proceso ejecutado por operaciones, mantenimiento, ingeniería, otras dependencias como gestión de personal, proveeduría, materiales,

pág. 264

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV contratación, para asegurar un desempeño óptimo en confiabilidad y mantenimiento a costos óptimos. El proceso de administración de confiabilidad se enfoca en lo siguiente: -

Establecer una cultura de dueños de los activos de la empresa. Implantar un proceso de reducción de fallas utilizando la metodología de Análisis de Causa Raíz. Establecimiento de un programa óptimo de mantenimiento. Fortalecer el Mantenimiento Basado en Condición CBM Análisis y reporte del desempeño de unidades y equipos, y establecimiento de indicadores reales de desempeño.

Fuentes de información

LUBRICACION CENTRADA EN LA CONFIABILIDAD LCC Lubricación Correctiva

ECL

Elementos requeridos para garantizar una correcta lubricación

Todos los equipos rotativos de la empresa

Lubricación Preventiva

RMA

Reengrase de mecanismos y acoples

Todos los equipos rotativos de la empresa

SAAU

Sistema de Análisis de aceites usados

Equipos rotativos críticos y esenciales

SPM

Método de pulsos de choque

Todos los equipos rotativos con rodamientos

CFA

Cambio de filtros de aceite

Todos los equipos rotativos con filtro

RTB

Ruta de Tribología

Equipos rotativos de propósito general

DAC

Diálisis de aceites contaminados

Todos los equipos rotativos lubricados con aceite

FAU

Filtración de aceites usados

Equipos rotativos críticos y esenciales lubricados con aceite

SLN

Sistemas de lubricación nuevos

CTE

Censores de temperatura

EAL

Enfriamiento de aceites lubricantes

PLP Programa de Lubricación Productiva

Lubricación Predictiva

Diagnostico

Fortalezas

Debilidades

Lubricación Proactiva

Recomendaciones

Gestión Ambiental Capacitación

VITRIB

Auditoria a los programas de lubricación Equipos rotativos críticos y esenciales

LBS

Lubricantes sintéticos

AEF

Ahorro de energía por menor fricción

DAC

Diálisis de aceites contaminados

Todos los equipos rotativos de la empresa lubricados con aceite

PCL

Programa de capacitación

Personal de mantenimiento y proceso

LUBRICACION CENTRADA EN LA CONFIABILIDAD - LCC LCC – Proceso No 01 Lubricación Correctiva

pág. 265

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

No

Elemento

Fortaleza

01

Personal lubricación

de

Si tiene

Puntaje positivo 100

02

Cuarto lubricantes

de

No tiene Si tiene

0 100

03

Cartas lubricación

de

No tiene Si tiene

0 100

04

Rótulos metálicos

No tiene Si tiene

0 100

05

Pancartas metálicas

No tiene Si tiene

0 100

06

Válvula de drenaje y tapón

No tiene Si tiene

0 100

07

Sistemas de venteo

No tiene Si tiene

0 100

08

Indicadores nivel de aceite

No tiene Si tiene

0 100

09

Fugas de aceite

No tiene Si tiene

0 100

10

Aceiteras de 1 y de 5 galones

No tiene Si tiene

0 100

11

Pistolas engrasadoras

No tiene Si tiene

0 100

del

Debilidad Se improvisa Falta capacitación No están certificados Personal insuficiente Mal ubicado Mal almacenamiento Alta contaminación Diseño inadecuado Faltan máquinas Información incompleta Falta foto ó dibujo No están difundidas Falta código de color Forma no definida Falta rotular máquinas No se rotula en el taller Información incompleta Número insuficiente Mal ubicadas Faltan máquinas Válvulas inadecuadas Mal ubicadas Faltan máquinas Venteos inadecuados Venteos mal ubicados Faltan máquinas Son inadecuados Están mal montados Son comunes No se corrigen a tiempo Son inadecuadas No son suficientes Material inadecuado Una ó varias para todo Color no estandarizado Sin rotulación Son inadecuadas No son suficientes Se llenan manualmente No son acero inoxidable

Puntaje negativo -20 -20 -20 -20 0 -20 -20 -20 -10 0 -20 -10 -10 -10 0 -20 -20 -10 -10 0 -20 -10 -10 0 -30 -20 -10 0 -30 -20 -10 0 -30 -20 -10 0 -30 -20 0 -10 -10 -10 -10 -20 -20 0 -10 -10 -5 -5

Puntaje parcial

Factor parcial 0,10

0

0,00 0,10

0

0,00 0,10

0

0,00 0,05

0

0,00 0,03

0

0,00 0,10

0

0,00 0,10

0

0,00 0,10

0

0,00 0,02

0

0,00 0,05

0

0,00 0,05

pág. 266

Puntaje global

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

12

13

14

15

16

Carro portátil lubricación

de

Equipo para prefiltración y filtración de aceites Guardas metálicas para cadenas

Depósito auxiliar de aceites

Marca lubricantes

de

No tiene Si tiene

0 100

No tiene No necesita Si tiene

0 100 100

No tiene No necesita Si tiene

0 100 100

No tiene No necesita Si tiene

0 100 100

No tiene No necesita Si tiene

0 100 100

No tiene

Una ó varias para todo Color no estandarizado Sin rotulación

-20 -20 -20

Es inadecuado Capacidad insuficiente

-10 -20 0 4 -20 -10 0 4 -20 -40 0 5 -20 -20 -10 0 2 -40 -20 -10 -10 0

No tiene calentador Tiene un solo filtro

Faltan algunas cadenas No sirven para lubricar

Mal ubicado Alta contaminación Diseño inadecuado

Varias marcas No se hace licitación Sin asesoría Sin análisis de aceites

0

0

0,00 0,04

0 4

0,00 4 0,04

0 4

0,00 4 0,05

0 5

0.00 5 0,02

0 2

0 2 0,05

0

0.00

Puntaje parcial

Factor parcial 0,15

Puntaje total: Puntaje global = Puntaje parcial x factor parcial Factor neto programa Lubricación Correctiva: 0,25 Puntaje total máximo = 20

No

Elemento

01

Clasificación de las máquinas en críticas, esenciales y propósito general Lubricación de máquinas críticas y esenciales que no se pueden monitorear

02

Fortaleza Si tiene

No tiene Si tiene

No tiene

LCC – Proceso No 02 Lubricación Preventiva Puntaje Debilidad positivo 100 No hay clasificación Clasificación impropia Faltan máquinas 0 100 No hay programación No se lubrican todas Se lubrican en exceso Se lubrican poco 0

Puntaje negativo -40 -20 -10 -20 -20 -10 -10 0

0,00 0,20

0

pág. 267

0,00

Puntaje global

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

03

Cambio de filtros de aceite

04

Toma de muestras de aceite

05

Software para programación de lubricación

Si tiene

100

No tiene Si tiene

0 100

No tiene Si tiene

0 100

No tiene

0

No hay programación Se utiliza cualquier filtro Se cambia cuando falla No hay estandarización No hay programación Faltan procedimientos Frascos inadecuados Cualquier volumen Frasco sin información Falta análisis tendencia Faltan máquinas Falta informe de costos Falta informe anomalías Falta reprogramación

-20 -10 -20 -10 0 -20 -20 -10 -10 -5 -5 0 -20 -20 -20 -20 0

0,15

0

0,00 0,30

0

0,00 0,20

0

0,00

Puntaje parcial

Factor parcial 0,20

0

0,00 0,20

0

0,00

Puntaje total: Puntaje global = Puntaje parcial x factor parcial Factor neto programa Lubricación Correctiva: 0,20 Puntaje total máximo = 15

No

Elemento

01

Inclusión máquinas críticas, esenciales y de propósito general en las rutas de monitoreo Instrumentos para monitoreo de la condición del lubricante, temperatura y vibraciones

02

Fortaleza Si tiene

No tiene Si tiene

No tiene

LCC – Proceso No 03 Lubricación Predictiva Puntaje Debilidad positivo 100 Faltan máquinas Inclusión al azar Rutas mal diseñadas Rutas sin programación 0 100 Son inadecuados Están incompletos Falta capacitación Se utilizan poco Son de mala calidad 0

Puntaje negativo -10 -10 -10 -20 0 -10 -10 -20 -10 -5 0

pág. 268

Puntaje global

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

03

04

05

Señalización de los puntos de monitoreo en las máquinas Ubicación punto de toma de muestra de aceite y montaje de las facilidades Implementación de la Ruta de Tribología

06

Implementación de la Ruta de Confiabilidad

07

Cambio de filtros de aceite por Conteo de Partículas ISO 4406

08

Pre-filtración aceites nuevos

09

Filtración y diálisis de usados

10

Limpieza interna de máquinas

11

Flushing a sistemas de lubricación y cambio de aceites

12

Informe confiabilidad disponibilidad máquinas

de

de y de

Si tiene

100

No tiene Si tiene

0 100

No tiene Si tiene

0 100

No tiene Si tiene

0 100

No tiene Si tiene

0 100

No tiene Si tiene

0 100

No tiene Se tiene

0 100

No tiene Si tiene

0 100

No tiene Si tiene

100

No tiene Si tiene

0 100

Están incompletos Faltan puntos Ubicación incorrecta Ubicación incorrecta Faltan máquinas Accesorios incorrectos Se hace sensorialmente Sin programación Faltan Instrumentos Falta capacitación Faltan máquinas Faltan instrumentos Falta capacitación Faltan máquinas Falta análisis de aceites Falta termografía Falta vibraciones Filtros sin toma muestra No se calcula el βx No se calcula eficiencia Filtros sin estandarizar Equipos inadecuados Se hace al azar Filtros inadecuados Sin análisis laboratorio Se mezclan aceites Para otras aplicaciones No se certifican Se desechan aceites Sin fluido de limpieza Sin equipos adecuados No se certifica Faltan máquinas Falta capacitación Sin fluido de limpieza Sin equipos adecuados Se hace manualmente No se certifica Faltan máquinas Falta análisis laboratorio Falta termografía Falta vibraciones Frecuencia inadecuada

-10 -10 -30 0 -30 -10 -10 0 -20 -10 -20 -30 -10 0 -20 -10 -10 -15 -15 -15 0 -30 -20 -10 0 -30 -20 -10 0 -20 -20 -10 -20 -10 0 -20 -20 -10 -20 -10 0 -20 -20 -10 -20 0 -10 -20 -20 -20 -5

0,10

0

0,00 0,05

0

0,00 0,20

0

0,00 0,20

0

0,00 0,10

0

0,00 0,10

0

0,00 0,10

0

0,00 0,10

0

0,00 0,05

0

0,00 0,10

pág. 269

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

13

Auditoria interna de lubricación

No tiene Si tiene

0 100

No tiene

0

Faltan máquinas Frecuencia inadecuada Personal inexperto

-10 -20 -10 0

0

0,00 0,05

0

0,00

Puntaje parcial

Factor parcial 0,10

0

0,00 0,10

0

0,00 0,20

0

0,00 0,20

0

0,00 0,20

0

0,00 0,20

Puntaje total: Puntaje global = Puntaje parcial x factor parcial Factor neto programa Lubricación Correctiva: 0,25 Puntaje total máximo = 25

No

Elemento

01

Sistemas de lubricación nuevos ó automáticos Sensores de temperatura

02

03

04

05

06

Sistemas enfriamiento aceite Implementación lubricantes sintéticos. Implementación lubricantes vegetales.

Fortaleza

de de

Si tiene No tiene Si tiene No tiene Si tiene

de

No tiene Si tiene

de

No tiene Si tiene No tiene Si tiene

LCC – Proceso No 04 Lubricación Proactiva Puntaje Debilidad positivo 100 Falta investigación Falta inversión 0 100 Falta investigación Falta inversión 0 100 Falta investigación Faltan inversión 0 100 Falta capacitación Falta inversión 0 100 Falta investigación Falta inversión 0 100 Faltan investigación Falta inversión

Puntaje negativo -30 -30 0 -20 -20 0 -10 -10 0 -50 -30 0 -50 -30 0 -20 -10

pág. 270

Puntaje global

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Implementación de programas de ahorro de energía. Puntaje total:

No tiene

0

0

0

0,00

Puntaje negativo -20 -20 -20 -20 0 -20 -30 0 -40 -10 -20 0 -20 -10 0

Puntaje parcial

Factor parcial 0,40

0

0,00 0,20

0

0,00 0,20

0

0,00 0,20

0

0,00

Puntaje global = Puntaje parcial x factor parcial Factor neto programa Lubricación Correctiva: 0,25 Puntaje total máximo = 15

No

Elemento

Fortaleza

01

Programa para incrementar la vida de servicio de los aceites usados

02

Recolección aceites usados

03

Punto ecológico

04

Biodegradación aceites usados

de

Si tiene

No tiene Si tiene No tiene Si tiene

No tiene Si tiene No tiene

LCC – Proceso No 05 Gestión ambiental Puntaje Debilidad positivo 100 Falta análisis laboratorio Falta filtrar Falta dializar Falta enfriamiento 0 100 Se mezclan aceites Se entregan sin control 0 100 Falta investigación Falta inversión Se hace sin control 0 100 Falta investigación Falta inversión 0

Puntaje total: Puntaje global = Puntaje parcial x factor parcial Factor neto programa Lubricación Correctiva: 0,25

pág. 271

Puntaje global

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Puntaje total máximo = 12,5

No

Elemento

01

Evaluación periódica del nivel de conocimientos

02

Charlas mensuales de 4 horas sobre actualización de conocimientos en lubricación Programa inteligente para autoformación y certificación en lubricación

03

04

05

Seminario LCCNivel I Lubricación Efectiva

Fortaleza Si tiene

No tiene Si tiene

No tiene

No tiene No necesita Si tiene

No tiene No necesita Si tiene

LCC – Proceso No 06 Capacitación en Lubricación y Confiabilidad Puntaje Debilidad positivo 100 Es incompleta Frecuencia inadecuada Falta personal a evaluar 0 100 Es incompleta Frecuencia inadecuada Intensidad inadecuada Falta de asistencia 0 Falta inversión Faltan temas Falta certificación Faltan facilitadores 0 100 100 Falta inversión Falta de asistencia Falta de instructores 0 100 100 Falta inversión

Puntaje negativo -30 -30 -20 0 -20 -20 -20 -10 0 -30 -20 -10 -20 0 10 -50 -30 -10 0 10 -50

Puntaje parcial

Factor parcial 0,05

0

0,00

0

0,05 0,10

0 10

0,00 10 0,05

0 10

0,00 10 0,05

pág. 272

Puntaje global

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Seminario LCCNivel II Lubricación Avanzada 06

07

08

09

10

11

12

Seminario LCCNivel III Lubricación de Máquinas

Seminario LCCNivel IV Lubricación Centrada en la Confiabilidad Seminario teóricopráctico LCC-Nivel I Lubricación de máquinas Seminario teóricopráctico LCC-Nivel II Análisis de laboratorio Seminario teóricopráctico LCC-Nivel III Limpieza interna de máquinas Seminario teóricopráctico LCC-Nivel IV Sistemas hidráulicos Seminario teóricopráctico LCC-Nivel V Rutas de monitoreo

Falta de asistencia Falta de instructores No tiene No necesita Si tiene

0 100 100

No tiene No necesita Si tiene

0 100

No tiene No necesita Si tiene

0 100

No tiene No necesita

0 100

Faltan inversión Falta de asistencia Falta de instructores

Falta de inversión Falta de asistentes Falta de instructores

Falta de inversión Falta de asistentes Falta de instructores

Falta de inversión Falta de asistentes Falta de instructores No tiene No necesita Si tiene

0 100

No tiene No necesita Si tiene

0 100

No tiene No necesita Si tiene

0 100

No tiene No necesita

0 100

Falta de inversión Falta de asistentes Falta de instructores

Falta de inversión Falta de asistentes Falta de instructores

Falta de inversión Falta de asistentes Falta de instructores

-30 -10 0 10 -50 -10 -10 0 10 -50 -10 -10 0 10 -50 -10 -10 0 10 -50 -10 -10 0 10 -50 -10 -10 0 10 -50 -10 -10 0 10 -50 -10 -10 0 10

0 10

0,00 10 0,10

0 10

0,00 10 0,10

0 10

10 0,10

0 10

0,00 10 0,10

0 10

0,00 10 0,10

0 10

0,00 10 0,10

0 10

0,00 10 0,10

0 10

0 10

Puntaje total: Puntaje global = Puntaje parcial x factor parcial Factor neto programa Lubricación Correctiva: 0,25 Puntaje total máximo = 12,5

pág. 273

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

Capítulo 23

AUDITORIA TRIBOLOGICA (ATRIB) Inspección del proceso de lubricación de los equipos rotativos

1. OBJETIVO El objetivo de la AUDITORIA TRIBOLOGICA (ATRIB), es el de verificar el estado de la lubricación de los mecanismos lubricados con aceite ó con grasa, incluyendo el lubricante, el sistema de lubricación y otros aspectos que tengan que ver con su correcto funcionamiento, y emitir un informe en el cual se especifiquen aquellos equipos rotativos a los cuales es necesario corregirles el estado de la lubricación ó mejorarla mediante lubricantes ó mejores métodos de lubricación, que garanticen su correcto funcionamiento, alta confiabilidad y bajos costos de mantenimiento. 2. PROGRAMAS DE LUBRICACION Los programas de lubricación que se deben desarrollar en la empresa son: -

Ruta de Tribología (RT). Programa de Reengrase de Mecanismos de Propósito General (PRMG). Programa de Reengrase de Mecanismos Especiales (PRME). Programa de Análisis de Aceites Usados (SAAU). Programa Reengrase de Acoples (PRA). Programa Monitoreo y Reengrase de Motores Eléctricos (SPM). Programa de Cambio de Filtros de Aceite (PCFA).

3. RESPONSABLES DE LOS PROGRAMAS DE LUBRICACION Los responsables de la ejecución de los programas de lubricación en la empresa son las siguientes personas: -

Operadores: deben verificar y corregir el estado de la lubricación de los mecanismos lubricados con aceite. Ruta de Tribología Operativa (RTO). Operadores: deben re-engrasar los mecanismos contemplados en el Programa Reengrase de Mecanismos de Propósito General (PRMG). Operadores: deben tomarle las muestras de aceite a los equipos rotativos contemplados en el Programa de Análisis de Aceites Usados (SAAU). Mantenedor de primera línea ó Lubricador: debe reengrasar los mecanismos contemplados en el Programa Reengrase de Mecanismos Especiales (PRME). Mantenedor de primera línea ó Lubricador: debe reengrasar los acoples de piñones contemplados en el Programa Reengrase de Acoples (PRA). Mantenedor de primera línea ó Lubricador: debe cambiar los filtros de aceite contemplados en el Programa de Cambio de Filtros de Aceite (PCFA).

pág. 274

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

-

Monitoreo: deben monitorear y lubricar los motores eléctricos contemplados en el Programa Monitoreo y Reengrase de Motores Eléctricos (SPM). Ingeniero de Confiabilidad: debe elaborar las OT´s correctivas y predictivas con base en los resultados del SAAU.

4. PARTICIPANTES Los responsables de llevar a cabo la AUDITORIA TRIBOLOGICA (ATRIB), son las siguientes personas: -

El ingeniero de Confiabilidad. El supervisor de operaciones. El operador de planta.

5. PERIODICIDAD La AUDITORIA TRIBOLOGICA (ATRIB), se lleva a cabo una vez al mes, la intensidad depende del número de equipos rotativos que se vayan a inspeccionar, y el día en que se debe realizar puede ser cualquier día del mes, y debe ser diferente para cada mes. 6. METODOLOGIA La metodología para llevar a cabo la AUDITORIA TRIBOLOGICA (ATRIB), es la siguiente: -

-

Inspeccionar visualmente, ó mediante la ayuda de herramientas de monitoreo, tales como analizadores de aceite portátiles e instrumentos de medida de la temperatura, el estado de la lubricación de los mecanismos de todos los equipos rotativos que estén funcionando, teniendo en cuenta lo programado en el FORMATO VISITA DE TRIBOLOGIA. Llenar el FORMATO VISITA DE TRIBOLOGIA, con las anomalías encontradas. Los responsables de realizarla deben firmar el FORMATO VISITA DE TRIBOLOGIA. El ingeniero de Confiabilidad elabora un informe que incluye el nombre del equipo en el cual se encontró alguna anomalía, el tipo de anomalía, los correctivos que es necesario llevar a cabo y el responsable de corregirla. El ingeniero de Confiabilidad le envía el informe elaborado a los Departamentos de Operaciones y Mantenimiento.

7. ANOMALIAS REPORTADAS Las siguientes son las anomalías que se pueden reportar en la AUDITORIA TRIBOLOGICA (ATRIB): -

FI (01): Falta Indicador del nivel de aceite. FV (02): Falta Válvula y tubería de drenaje. FT (03): Falta Tubo de ventilación. FB (04): Falta Botella ó Depósito de Aceite Auxiliar. FM (05): Falta Rótulo metálico que identifica el tipo de lubricante. AN (06): Alto Nivel de aceite. BN (07): Bajo Nivel de aceite. FA (08): Fuga de Aceite. AP (09): Aceite con partículas metálicas. AQ (10): Aceite Quemado. AE (11): Aceite Emulsionado. AA (12): Aceite Con Agua. AT(13): Alta Temperatura del mecanismo. EI (14): Enfriador de Aceite Inadecuado.

pág. 275

LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

-

TD (15): Tubería de Drenaje de aceite taponada. TI (16): Tubería de Drenaje Inadecuada. TC (17): Tubería de Circulación de aceite taponada. TA (18): Tubería de Circulación de agua Taponada. FE (19): Falta Tubería de enfriamiento. FA (20): Falta aislamiento ó Inadecuado. GD (21): Grasera Defectuosa ó no tiene. FR (22): Falta reengrasar. TR (23): Tubería para Reengrase en mal estado ó no hay.

8. REGISTRO DE LA INFORMACION La información recopilada durante la AUDITORIA TRIBOLOGICA (ATRIB), se deben registrar y analizar con el fin de llevar a cabo los correctivos que sean necesarios de manera inmediata por parte del ingeniero de confiabilidad, del operador, del mantenedor de primera línea ó lubricador y del personal de Monitoreo. Para registrar la información en planta de la condición de la lubricación de los equipos rotativos se utiliza el FORMATO AUDITORIA TRIBOLOGICA (ATRIB). 9. INFORMES Y RECOMENDACIONES Una vez recopilada la información de la AUDITORIA TRIBOLOGICA (ATRIB), el ingeniero de confiabilidad debe elaborar un informe que incluya los siguientes aspectos: -

Número total de anomalías en lubricación encontradas. Número total de cada tipo de anomalía en lubricación encontrada. Correctivos que es necesario llevar a cabo a corto y a mediano plazo. Responsable de corregir la anomalía en lubricación. El porcentaje de equipos rotativos con anomalías en lubricación, con respecto al total de equipos rotativos que están operando, por sección, planta y para toda al empresa.

El informe descrito se elaborará para cada Departamento, Planta y para toda la Empresa. 10. BENEFICIOS La ejecución de la AUDITORIA TRIBOLOGICA (ATRIB), permite obtener los siguientes beneficios: -

Asegurar en tiempo real y de manera inmediata que los mecanismos de los equipos rotativos que se encuentran en operación, están correctamente lubricados. Corregir las anomalías en lubricación que presentan los equipos rotativos. Asegurar que los programas de lubricación preventiva y predictiva que llevan a cabo el operador, el mantenedor de primera línea ó el lubricador y el personal de monitoreo, sean eficientes en cuanto a su calidad y cumplimiento. Garantizar que los equipos rotativos cuentan con los elementos necesarios para asegurar su correcta lubricación. Garantizar que el proceso de lubricación establecido en la empresa está basado en la filosofía de la LUBRICACIÓN CENTRADA EN LA CONFIABILIDAD.

11. FECHA DE INICIO La fecha de inicio de la VISITA DE TRIBOLOGIA (VITRIB) se debe programar una vez que se hayan implementado los diferentes programas de lubricación especificados en el Numeral 2.

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

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LUBRICACION CENTRADA EN CONFIABILIDAD TOMO IV

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