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INSTITUTO TECNOLOGICO DE TUXTLA GUTIERREZ.

INGENIERIA ELECTRICA.

5° SEMESTRE.

UNIDAD NUMERO 5. ALINEACION, VALANCEO Y LUBRICACION DE EQUIPOS. CATEDRATICO: ING. RIOS COUTIÑO INTEGRANTES: ARIAS PARADA MARTIN DE JESUS.

5.1 ANÁLISIS DE VIBRACIONES. El análisis de vibraciones ayuda a diagnosticar problemas en el equipo de trabajo antes de que ocurra algún fallo catastrófico y ofrece importantes ventajas: o

Gran reducción en los costos de mantenimiento no planeado. (mantenimiento correctivo)

o

Altas reducciones en inventario de partes de repuesto al tener un mejor conocimiento del estado de la maquinaria.

o

Reducción en las ordenes de trabajo de emergencia y tiempo extra.

o

Reparaciones mas eficientes y reducción de costes de mantenimiento.

o

Incremento en la capacidad de producción, debido a menos rechazos por fallas en el equipo ocasionadas por excesiva vibración.

o

Mejores condiciones de seguridad, al no forzar a las máquinas a trabajar hasta el punto de fallar.

Una máquina en buen estado permite mantener una calidad constante en el proceso y extiende la vida del equipo. Una máquina que tiene un fallo, sea este eléctrico o mecánico, genera vibraciones. La frecuencia de estas vibraciones son leidas y cotejadas por los instrumentos de análisis, que reconocen en ellas parámetros específicos (firma de vibración), establecidos a lo largo de años de experiencia en el uso y mantenimiento de maquinaria.

Un espectro de vibración es una imagen de cálculo de datos que nos muestra los datos de frecuencia / amplitud. La frecuencia ayuda a determinar el origen de la vibración, mientras la amplitud ayuda a determinar la severidad del problema. Un incremento en el nivel de frecuencia indica un cambio en el mecanismo: bandas flojas, grietas en la estructura, daños en los rodamientos, desbalanceo, desgaste excesivo de piezas...

Los parámetros que se ofrecen en la actualidad provienen de tablas de los fabricantes y tablas de normatividad de ISO Un mantenimiento predictivo asegura una producción continua y estable para cumplir con los tiempos de entrega. Es importante detectar los defectos en su primera etapa, pues no se trata de averiguar cuánta vibración aguanta una máquina sino de detectarla a tiempo y evitar las dificultades que un equipo averiado conlleva.

Hoy en día muchas empresas están subcontratando los Programas de Monitorización del Estado de su Maquinaria a empresas e ingenierías externas; otras compañías prefieren subcontratar a un consultor externo que se encarga solamente de implantar el programa de monitorización, que más tarde será desarrollado dentro de la propia empresa.

La forma más básica de análisis de vibraciones se llama MEDIDA GLOBAL DE VIBRACIÓN. Esta lectura nos suministra un valor escalar, que describe la cantidad de energía vibratoria total contenida en una onda emitida por máquina. La idea que transmite este análisis, es que un mayor nivel de vibración nos puede indicar un serio problema, el cual debería ser examinado y/o monitorizado. Es decir, a mayor vibración mayor severidad del problema. Los valores globales de vibración fueron y son usados hoy simplemente porque son elementos simples, los equipos que se emplean para recoger esta información son baratos y en un tiempo fueron los únicos disponibles en el mercado. Desafortunadamente todavía en la actualidad y debido a la falta de experiencia en este campo, muchos responsables del mantenimiento de las empresas tienen conceptos erróneos acerca de lo que es el análisis de vibraciones y su funcionamiento. Por ello, G&M Ingeniería ha visto necesario contar con un personal cualificado en esta materia para dejar claro a nuestros clientes qué niveles de vibración se consideran aceptables para los diversos tipos de máquinas. Cuando los ordenadores llegaron a ser un instrumento ampliamente usado, se consiguió la capcidad para recoger datos de vibración de banda estrecha, o espectros de vibración. Un espectro de vibración separa la vibración recogida en pequeños rangos de frecuencia. Componentes de máquinas diferentes y los diversos fallos producirán vibración y patrones de vibración a frecuencias específicas. Por lo tanto, usando un espectro de vibración se puede relacionar picos y patrones individuales en el espectro a un componente individual de la máquina y a fallos específicos de ésta. Por ello, se debe contar con determinada información técnica sobre la máquina objeto de análisis; información como: el número de álabes de un ventilador, álabes del sistema impulsor de una bomba, dientes de una caja de reducción, etc. Mantenimiento predictivo versus resolución del problema El empleo del análisis de vibraciones en el contexto del Mantenimiento Predictivo como técnica de la detección del deterioro progresivo de las máquinas es una técnica del fácil uso, precisa, eficiente y económica. Por el contrario, el empleo del análisis de vibraciones como técnica de apoyo para la resolución de problemas es más complicada, a menudo menos precisa dependiendo de la experiencia y conocimientos de la persona que las aplica, y mucho más caro. La diferencia estriba en que en el mantenimiento predictivo el procedimiento general es monitorizar la máquinaria bajo condiciones de test repetibles y observar los cambios; mientras la máquina no falle, los patrones de vibración no deberían cambiar. Por el

contrario, si la máquina falla, los patrones cambiarán, y entonces será fácil determinar dónde ha ocurrido el fallo y dónde está la causa de ese fallo. El análisis de vibraciones para la monitorización de la condición de la maquinaria es el hecho de tomar lecturas de vibración y compararlas con un nivel de alarmas prefijado. La parte más esencial y dificultosa de la implantación de un programa de mantenimiento predictivo es recopilar la información técnica referente a las máquinas, definir las condiciones de medida, recoger buenos datos de vibración que sean repetibles en el tiempo y establecer los puntos de partida. Luego, deberemos gestionar toda esta información en una base de datos e incluir históricos de reparaciones y sustituciones.

Causas. Vibración debida a Desbalance El desbalance de la maquinaria es una de las causas más comunes de la vibración. En muchos casos, los datos arrojados por un estado de desbalance indican: 

1. La frecuencia de vibración se manifiesta a 1x las rpm de la pieza desbalanceada.



2. La amplitud es proporcional a la cantidad de desbalance.



3. La amplitud de la vibración es normalmente mayor en el sentido de medición radial, horizontal o vertical (en las maquinas con ejes horizontales).



4. El análisis de fase indica lecturas de fase estables.



5. La fase se desplazará 90º si se desplaza el captador 90º.

Nota: el desbalance de un rotor saliente a menudo tiene como resultado una gran amplitud de la vibración en sentido axial, al mismo tiempo que en sentido radial. Vibración debida a falta de alineamiento En la mayoría de los casos los datos derivados de una condición de falta de alineamiento indican lo siguiente: 

1. La frecuencia de vibración es de 1x rpm; también 2x y 3x rpm en los casos de una grave falta de alineamiento.



2. La amplitud de la vibración es proporcional a la falta de alineamiento.



3. La amplitud de la vibración puede ser alta también en sentido axial, además de radial.



4. El análisis de fase muestra lecturas de fase inestables.

La falta de alineamiento, aun con acoplamientos flexibles, produce fuerzas tanto radiales como axiales que, a su vez, producen vibraciones radiales y axiales. Nota: Uno de los indicios más importantes de problemas debidos a falta de alineamiento y a ejes torcidos es la presencia de una elevada vibración en ambos sentidos, radial y axial. En general, cada vez que la amplitud de la vibración axial sea mayor que la mitad de la lectura radial más alta, hay un buen motivo de sospechar la existencia de un problema de alineamiento o eje torcido. Los tres tipos básicos de falta de alineamiento en el acoplamiento son: angular, en paralelo y una combinación de ambos. Una falta de alineamiento angular sujeta principalmente los ejes de las maquinas accionadora y accionada a vibración axial igual a la velocidad de rotación (rpm) del eje. La falta de alineamiento en paralelo produce principalmente vibración radial con una frecuencia igual al doble de la velocidad de rotación del eje. Vibración debida a Excentricidad La excentricidad es otra de las causas comunes de vibración en la maquinaria rotativa. Excentricidad en este caso no significa "ovalización", sino que la línea central del eje no es la misma que la línea central del rotor – el centro de rotación verdadero difiere de la línea central geométrica. La excentricidad es en realidad una fuente común de desbalances, y se debe a un mayor peso de un lado del centro de rotación que del otro. Una manera de diferenciar entre desbalance y excentricidad en este tipo de motor es medir la vibración con filtro afuera mientras el motor está funcionando bajo corriente. Luego, se desconecta el motor, observando el cambio de la amplitud de vibración. Si la amplitud se reduce gradualmente mientras el motor sigue girando por inercia, es muy probable que el problema sea debido a desbalance; Si, en cambio, la amplitud de vibración desaparece en el momento mismo en que el motor es desconectado, el problema es seguramente de naturaleza eléctrica, y es muy posible que se deba a excentricidad del inducido. La excentricidad en rodetes o rotores de ventiladores, sopladores, bombas y compresores puede también crear fuerzas vibratorias. En esos casos las fuerzas son el resultado de fuerzas aerodinámicas e hidráulicas desiguales que actúan contra el rotor. De Elementos Rodantes Defectuosos

Defectos en las pistas, en las bolas o en los rodillos de rodamientos de elementos rodantes ocasionan vibración de alta frecuencia; y, lo que es mas, la frecuencia no es necesariamente un múltiplo integral de la velocidad de rotación del eje. La amplitud de la vibración dependerá de la gravedad de la falla del rodamiento. Nota: la vibración generada por el rodamiento normalmente no es transmitida a otros puntos de la máquina. Por lo tanto, el rodamiento defectuoso es generalmente el que se encuentra más cerca del punto donde ocurre el mayor nivel de vibración de este tipo. Falla de Rodamientos – Otras causas Los rodamientos no fallan prematuramente a menos que alguna otra fuerza actúe sobre ellos; y tales fuerzas son generalmente las mismas que ocasionan vibración. Causas comunes de fallas en los rodamientos de elementos rodantes: Carga excesiva Falta de alineamiento Defectos de asientos del eje y/o de las perforaciones en el alojamiento Montaje defectuoso Ajuste incorrecto Lubricación inadecuada o incorrecta Sellado deficiente Falsa brinelación (Deformación bajo carga) Corriente eléctrica Vibración debida a rodamientos de Chumacera defectuosos Elevados niveles de vibración, ocasionados por rodamientos de chumacera defectuosos, son generalmente el resultado de una holgura excesiva (causada por desgaste debido a una acción de barrido o por erosión química), aflojamientos mecánicos (metal blanco suelto en el alojamiento), o problemas de lubricación. a) Holgura excesiva de los rodamientos Un rodamiento de chumacera con holgura excesiva hace que un defecto de relativamente menor importancia, tal como un leve desbalance o una pequeña falta de alineamiento, u otra fuente de fuerzas vibratorias, se transformen como resultado de aflojamientos mecánicos o en golpes repetidos (machacado). En tales casos el rodamiento en si no es lo que crea la vibración; pero la amplitud de la misma seria mucho menor si la holgura de los rodamientos fuera correcta.

A menudo se puede detectar un rodamiento de chumacera desgastado por "barrido" efectuando una comparación de las amplitudes de vibración horizontal y vertical. Las maquinas que están montadas firmemente sobre una estructura o cimentación rígidas revelaran, en condiciones normales, una amplitud de vibración ligeramente más alta en sentido horizontal. b) Torbellino de aceite Este tipo de vibración ocurre solamente en maquinas equipadas con rodamientos de chumacera lubricados a presión, y que funcionan a velocidades relativamente altas – normalmente por encima de la segunda velocidad critica del motor. La vibración debida a torbellinos de aceite a menudo es muy pronunciada, pero se reconoce fácilmente por su frecuencia fuera de lo común. Dicha frecuencia es apenas menor de la mitad de la velocidad de rotación (en rpm) del eje – generalmente en el orden del 46 al 48% de las rpm del eje. El problema de los torbellinos de aceite normalmente se atribuye a diseño incorrecto del rodamiento, desgaste excesivo del rodamiento, un aumento de la presión del lubricante o un cambio de la viscosidad del aceite. Se pueden hacer correcciones temporales modificando la temperatura del aceite (viscosidad), introduciendo un leve desbalance o una falta de alineamiento de manera de aumentar la carga sobre el eje, o rascando y/o ranurando los costados del rodamiento, para desbaratar la "cuña" de lubricante. Desde luego, una solución más duradera es reemplazar el rodamiento con uno que haya sido diseñado correctamente de acuerdo a las condiciones operativas de la maquina, o con uno que esté diseñado para reducir la posibilidad de formación de torbellinos de aceite. Los rodamientos con ranuras axiales usan las ranuras para aumentar la resistencia a la formación de torbellinos de aceite en tres puntos espaciados uniformemente. Este tipo de configuración está limitado a las aplicaciones más pequeñas, tales como turbinas de gas livianas y turbocargadores. Los rodamientos de chumacera de lóbulos brindan estabilidad contra los torbellinos de aceite al proporcionar tres puntos ce concentración de la película de aceite bajo presión, que sirven para centrar al eje. Los rodamientos de riñón basculante son comúnmente utilizados para las maquinas industriales más grandes, que funcionan a velocidades más altas. Hay dos causas comunes de vibración que pueden inducir un torbellino de aceite en un rodamiento de chumacera: 1- Vibración proveniente de maquinaria ubicada en las cercanías: Puede ser transmitida al rodamiento de chumacera a través de estructuras rígidas, tales como tuberías y cimentaciones. A este fenómeno se le conoce como Torbellino Inducido por el Exterior.

2- Vibración ocasionada por otros elementos de las maquina misma. Toda vez que se detecta la vibración característica del torbellino de aceite se deberá realizar una completa investigación de las vibraciones en toda la instalación, incluyendo las fuentes de vibración circunvecina, la estructuras de cimentación y las tuberías relacionadas. Se podrá así quizás descubrir una causa externa de los problemas de torbellino de aceite. c) Torbellinos de Histéresis Este tipo de vibración es similar a la vibración ocasionada por el torbellino de aceite, pero ocurre a frecuencias diferentes, cuando el rotor gira entre la primera y la segunda velocidad critica. Un rotor que funcione por encima de la velocidad critica tiende a flexionarse, o asquearse, en sentido opuesto del punto pesado de desbalance. La amortiguación interna debida a histéresis, o sea la amortiguación de fricción, normalmente limita la deflexión a niveles aceptables. Sin embargo, cuando acontece un torbellino por histéresis, las fuerzas amortiguadoras se encuentran en realidad en fase con la deflexión, y por lo tanto, acrecentan la deflexión del motor. Cuando dicho rotor está funcionando por encima de la primera velocidad critica pero por debajo de la segunda, el torbellino por histéresis ocurre a una frecuencia exactamente igual a la primera velocidad critica del rotor. Nota: La frecuencia de formación del torbellino de aceite es levemente menor de la mitad de la velocidad de rotación del rotor. La vibración ocasionada por un torbellino por histéresis tendrá la misma características que las ocasionadas por un torbellino de aceite cuando la maquina funcione a velocidades superiores a la segunda velocidad critica del eje. Es decir, que una severa vibración se producirá a una frecuencia levemente menor que 0.5x las rpm del rotor. El torbellino por histéresis es controlado normalmente por la acción de amortiguación provista por los rodamientos de chumacera en si. Sin embargo, cuando la amortiguación estacionaria es baja en comparación con la amortiguación interna del rotor, es probable que se presenten problemas. La solución usual para este problema es aumentar la amortiguación estacionaria de los rodamientos y de la estructura de soporte de los mismos, lo que puede lograrse instalando un rodamiento de riñón basculante o de algún rodamiento de diseño especial. En algunos casos el problema puede ser solucionado reduciendo la amortiguación dada por el rotor – sencillamente, cambiando un acoplamiento de engranajes con una versión sin fricción; por ejemplo, con un acoplamiento de disco flexible. Lubricación Inadecuada

Una inadecuada lubricación, incluyendo la falta de lubricación y el uso de lubricantes incorrectos, puede ocasionar problemas de vibración en un rodamiento de chumacera. En semejantes casos la lubricación inadecuada causa excesiva fricción entre el rodamiento estacionario y el eje rotante, y dicha fricción induce vibración en el rodamiento y en las demás piezas relacionadas. Este tipo de vibración se llama "dry whip", o sea látigo seco, y es muy parecido al pasar de un dedo mojado sobre un cristal seco. La frecuencia de la vibración debida al látigo seco generalmente es muy alta y produce el sonido chillón característicos de los rodamientos que están funcionando en seco. No es muy probable que dicha frecuencia sea algún múltiplo integral de las rpm del eje, de manera que no es de esperarse ningún patrón significativo bajo la luz estroboscópica. En este respecto, la vibración ocasionada por el látigo seco es similar a la vibración creada por un rodamiento antifriccion en mal estado. Toda vez que se sospeche que un látigo seco sea la causa de la vibración se deberá inspeccionar el lubricante, el sistema de lubricación y la holgura del rodamiento. Vibración debida a Aflojamiento Mecánico El aflojamiento mecánico y la acción de golpeo (machacado) resultante producen vibración a una frecuencia que a menudo es 2x, y también múltiplos más elevados, de las rpm. La vibración puede ser resultado de pernos de montaje sueltos, de holgura excesiva en los rodamientos, o de fisuras en la estructura o en el pedestal de soporte. La vibración característica de un aflojamiento mecánico es generada por alguna otra fuerza de excitación, como un desbalance o una falta de alineamiento. Sin embargo, el aflojamiento mecánico empeora la situación, transformando cantidades relativamente pequeñas de desbalance o falta de alineamiento en amplitudes de vibración excesivamente altas. Corresponde por lo tanto decir que el aflojamiento mecánico permite que se den mayores vibraciones de las que ocurrirían de por sí, derivadas de otros problemas. Nota: Un aflojamiento mecánico excesivo es muy probable que sea la causa primaria de los problemas cuando la amplitud de la vibración 2x las rpm es más de la mitad de la amplitud a la velocidad de rotación, 1x las rpm. Vibración debida a las Bandas de Accionamiento Las bandas de accionamiento del tipo en "V" gozan de mucha popularidad para la transmisión del movimiento puesto que tienen una alta capacidad de absorción de golpes, choques y vibraciones. Los problemas de vibración asociados con las bandas en "V" son clasificados generalmente por:

Reacción de la banda a otras fuerzas, originadas por el equipo presente, que causan alteraciones. Vibraciones creadas por problemas de la banda en sí. Las bandas en "V" son consideradas a menudo como fuente de vibración porque es tan fácil ver las bandas que saltan y se sacuden entre poleas. Por lo general, el reemplazo de las bandas es a menudo una de las primeras tentativas de corrección de los problemas de vibración. Sin embrago es muy posible que la banda esté sencillamente reaccionando a otras fuerzas presentes en la maquina. En tales casos las banda es solamente un indicador de que hay problemas de vibración y no representan la causa misma. La frecuencia de vibración de las bandas es el factor clave en la determinación de la naturaleza del problema. Si la banda está sencillamente reaccionando a otras fuerza de alteración, tales como desbalance o excentricidad en las poleas, la frecuencia de vibración de la banda será muy probablemente igual a la frecuencia alterante. Esto significa que la pieza de la maquina que realmente está causando el problema aparecerá estacionaria bajo la luz estroboscópica del analizador. Nota: Si es defecto de la banda la frecuencia de vibración será un múltipla integral –1,2,3 ó 4 – de las rpm de la banda. El múltiplo verificado dependerá de la naturaleza del problema y de la cantidad de poleas, sea de accionamiento como locas, presentes en el sistema. Es fácil determinar las rpm de una banda de la siguiente manera: Rpm de la banda = (3.14 x diám. de la polea x rpm de la polea)/ longitud de la banda. Vibración debida a Problemas de Engranaje La vibración que resulta de problemas de engranaje es de fácil identificación porque normalmente ocurre a una frecuencia igual a la frecuencia de engrane de los engranajes – es decir, la cantidad de dientes del engranaje multiplicada por las rpm del engranaje que falla. Problemas comunes de los engranajes, que tienen como resultado vibración a la frecuencia de engrane, comprenden el desgaste excesivo de los dientes, inexactitud de los dientes, fallas de lubricación y materias extrañas atrapadas entre los dientes. No todos los problemas de engranajes generan frecuencias de vibración iguales a las frecuencias de engrane. Si un engranaje tiene un solo diente roto o deformado, por ejemplo, el resultado puede ser una frecuencia de vibración de 1x las rpm. Mirando la forma de onda de esa vibración en un osciloscopio conectado con un analizador, la presencia de señales de impulso permitirá distinguir entre este problema y las demás averías que también generan frecuencias de vibración de

1x las rpm. Desde luego, si hay más de un diente deformado, la frecuencia de vibración es multiplicada por una cantidad correspondiente. La amplitud y frecuencia de vibración debida a los engranajes pueden también parecer erráticas a veces. Dicho tipo de vibración errática ocurre normalmente cuando un conjunto de engranajes está funcionando en condiciones de carga muy liviana. En tales condiciones la carga puede desplazarse repetidamente de un engranaje a otro de modo irregular. Nota: Los problemas de rodamientos son predominantes en el punto de falla de los mismos, mientras que los problemas de engranajes pueden ser detectados en dos o más puntos de la maquina.

Vibración debida a Fallas Eléctricas Esté tipo de vibración es normalmente el resultado de fuerzas magnéticas desiguales que actúan sobre el rotor o sobre el estator. Dichas fuerzas desiguales pueden ser debidas a: Rotor que no es redondo Chumaceras del inducido que son excéntricas Falta de alineamiento entre el rotor y el estator; entrehierro no uniforme Perforación elíptica del estator Devanados abiertos o en corto circuito Hierro del rotor en corto circuito En líneas generales, la frecuencia de vibración resultante de los problemas de índole eléctrica será 1x las rpm, y por tanto se parecerá a desbalance. Una manera sencilla de hacer la prueba para verificar la presencia eventual de vibración eléctrica es observar el cambio de la amplitud de la vibración total (filtro fuera) en el instante en el cual se desconecta la corriente de esa unidad. Si la vibración desaparece en el mismo instante en que se desconecta la corriente, el problema con toda posibilidad será eléctrico. Si solo decrece gradualmente, el problema será de naturaleza mecánica. Las vibraciones ocasionadas por los problemas eléctricos responden generalmente a la cantidad de carga colocada en el motor. A medida que se modifica la carga, la amplitud y/o las lecturas de fase pueden indicar cambios significativos. Esto explica por qué los motores eléctricos que han sido probados y balanceados en condiciones sin carga muestran cambios drásticos de los niveles de vibración cuando vuelven a ser puestos en servicio.

5.2 MEDICION E INTERPRETACION DE LA VIBRACION.

NATURALEZA DE LAS VIBRACIONES

Se pueden considerar vibraciones como los movimientos oscilatorios de una partícula o cuerpo alrededor de una posición de referencia. El estudio de las vibraciones se refiere a los movimientos oscilatorios de los cuerpos y, a las fuerzas asociadas con ellos. Todos los cuerpos que poseen masa y elasticidad son capaces de vibrar. La mayoría de las máquinas y las estructuras experimentan

vibración hasta cierto grado y, su diseño, requiere generalmente consideración de su conducta oscilatoria.

Los sistemas oscilatorios pueden clasificarse como lineales o no lineales. Para los sistemas lineales, rige el principio de la superposición y las técnicas matemáticas para su tratamiento están bien desarrolladas. Por el contrario, las técnicas para el análisis de sistemas no lineales son menos conocidas y difíciles de aplicar. Sin embargo, algún conocimiento de sistemas no lineales es deseable puesto que todos los sistemas tienden a volverse no lineales cuando crece la amplitud de la oscilación.

Hay dos clases generales de vibraciones, libres y forzadas. La vibración libre es la que ocurre cuando un sistema oscila bajo la acción e fuerzas inherentes al sistema mismo y, cuando las fuerzas externamente aplicadas son inexistentes. El sistema bajo vibración libre vibrará a una o más de sus frecuencias naturales que, son propiedades del sistema dinámico que dependen de su distribución de masa y de rigidez.

La vibración que tiene lugar bajo la excitación de fuerzas externas es una vibración forzada. Cuando le excitación es oscilatoria, el sistema es obligado a vibrar a la frecuencia de excitación. Si ésta coincide con una de las frecuencias naturales del sistema, se produce una situación de resonancia y ocurren oscilaciones peligrosamente grandes.

La falla de estructuras mayores como puentes, edificios o alas de aviones es una horribles posibilidad, bajo resonancia. Así, el cálculo de las frecuencias naturales es de importancia capital en el estudio de las vibraciones.

Todos los sistemas vibratorios están sometidos a cierto grado de amortiguamiento puesto que la energía se disipa por fricción y otras resistencias. Si el amortiguamiento es pequeño, tiene escasa influencia sobre las frecuencias naturales del sistema y, por consiguiente, los cálculos de las frecuencias naturales se hacen generalmente ignorando el amortiguamiento. Por otra parte, el amortiguamiento es de gran importancia como limitador de la amplitud de oscilación en resonancia.

El número de coordenadas independientes que se requieren para describir el movimiento de un sistema, es el grado de libertad del sistema. Así, una partícula libre que experimenta un movimiento general en el espacio tiene tres grados de libertad mientras que, un cuerpo rígido tendrá seis grados de libertad, tres componentes de posición y tres ángulos que definen su orientación. Además un cuerpo elástico continuo requerirá un número infinito de coordenadas (tres por cada punto) para describir su movimiento y, por lo tanto tiene infinitos grados de libertad. Sin embargo, en muchos casos puede suponerse que partes de dichos cuerpos son rígidas y el sistema puede considerarse como dinámicamente equivalente a uno con un número finito de grados de libertad. En efecto, un número sorprendente de problemas de vibración pueden ser tratados, con aproximación suficiente, reduciéndolos a un sistema con un grado de libertad.

Del movimiento vibratorio armónico existen las relaciones básicas entre los valores de la aceleración, velocidad y desplazamiento.

DESARROLLO TEORÍCO

Vibraciones mecánicas

Las vibraciones mecánicas tienen su origen en los acoplamientos energéticos habidos entre la energía cinética de las masas y la potencial almacenada en la rigidez de los elementos. Por otra parte el factor de amortiguamiento determina el decaimiento de las oscilaciones naturales y el comportamiento a las frecuencias de resonancia.

La vibraciones mecánicas que se presentan en la práctica pueden dividirse desde el punto de vista espectral:

Senoidales

Periódicas

Señales Determinísticas Complejas

No Periódicas

Estacionarias

Aleatorias

No estacionarias

El tratamiento más complejo de los problemas vibratorios se presenta para las señales impulsivas (determinísticas no periódicas o aleatorias no estacionarias), así como para las señales aleatorias en general.

En las medidas de vibraciones según sea su naturaleza senoidal, impulsiva etc. se presenta el problema de especificar el valor a medir representativo de un suceso o grupo de ellos. Se utilizan los mismos conceptos de valor medio, eficaz, de pico, de pico a pico etc., que se usan en electricidad.

Análogamente, y dependiendo del objeto de la medida, se plantea a menudo la pregunta de realizar las medidas de aceleración, velocidad, o desplazamiento. Generalmente la Norma de medición que se sigue establece claramente la magnitud correspondiente.

En caso de medidas de impulsos y / o señales aleatorias se especifica, incluso, en muchas ocasiones, la medida de la densidad de potencia.

TRANSDUCTORES DE VIBRACIÓN NO PIEZOELECTRICOS.

Medidas de desplazamiento

Los medidores de desplazamiento permiten evaluar las distancias que desplazan los puntos en vibración respecto de su posición natural. Un sistema elemental de

este tipo sería el formado por un dispositivo mecánico tal que, colocando la cabeza de prueba sobre el punto de vibración, amplifica el desplazamiento transmitido por medio de artificios mecánicos.

La utilización de galgas extensométricas es francamente útil en baja frecuencia. Las deformaciones producidas sobre un resistor modifican su resistencia eléctrica y estas variaciones pueden medirse. Se trata pues de un elemento sensor de desplazamientos.

Los transductores capacitivos son sistemas sensores de desplazamento. Se coloca el elemento a una distancia d del punto vibrante. La masa en vibración debe ser metálica o puede realizarse un depósito metálico, con objeto de establecer un condensador eléctrico. Se polariza dicho condensador (formado por el transductor y superficie vibrante) por medio de una fuente de corriente continua procedente del preamplificador. Se tiene una carga eléctrica prácticamente constante a base de utilizar una constante de tiempo elevada en la fuente de alimentación. De este modo la tensión de salida es proporcional al inverso de la capacidad del condensador, es decir el desplazamiento.

Este tipo de transductor es muy útil en aquellos lugares en vibración a los que no hay acceso por contacto directo. También es de gran utilidad en aquellos lugares donde la cargabilidad del sistema es crítica, toda vez que no supone ninguna masa adicional (por ejemplo en membranas de altavoces). Estos transductores suelen ser pequeños, de amplia gama de frecuencias de utilización y alta sensibilidad. Entre las dificultades que entraña este tipo de transductor hay que mencionar las de su calibración y su utilización para desplazamientos pequeños.

SISTEMAS DE MEDIDA Y ANALISIS DE VIBRACIONES

Amplificadores de carga

Básicamente los preamplificadores de carga consisten en un amplificador de alta ganancia, provisto de una capacidad de realimentación.

Preamplificadores de tensión

Estos elementos se basan en la utilización de los acelerómetros piezoeléctricos como fuentesde tensión. Ello lleva consigo que la entrada del preamplificador tenga una impedancia alta y no capacitiva para no cargar excesivamente al captador, carga que afectaría a la respuesta en frecuencia del transductor.

Medidores y analizadores de vibraciones

El análisis de las vibraciones es análogo al de medidas sonoras. La diferencia más importante estriba en que para la medida del sonido no se requiere, en general, la transformación de la señal eléctrica del transductor. Es decir, el elemento captor, en acústica, suministra una señal eléctrica que es proporcional a la presión sonora.

En vibraciones puede ser necesario integrar una o dos veces la señal de aceleración para obtener señales proporcionales a la velocidad o al desplazamiento de la vibración proveniente del captador. Dependiendo de la naturaleza de la medida (aislamiento, fatiga, vigilancia del estado de máquinas, búsqueda de resonancias en sistemas, etc..), y, sobre todo de la zona de frecuencias que se tratan de medir o controlar, se medirán desplazamientos, velocidades o aceleraciones del movimiento en cuestión.

Si se requieren medidas de impulsos se puede disponer de detectores de valor eficaz de impulsos. Estos detectores deben integrar la señal en tiempos muy cortos. El medidor empleado en la instrumentación debe ser capaz de alcanzar el valor final del pulso antes de realizar una nueva integración.

En vibraciones, el estudio de contenido espectral es muy importante en el caso de las vibraciones mecánicas y proporciona mucha información no explícita en el estudio de la función temporal de la vibración. La utilización de filtros de 1 / 3 de octava (bandas de 23% de la frecuencia central), que en acústica son muy prácticas y normales, no es suficientemente selectiva para la mayor parte de problemas vibratorios, de modo que lo más normal es servirse de filtros de bandas más estrechas. Los filtros de anchura de banda constante, son muy típicos en los análisis de vibraciones.

Para el estudio de impulsos y choques el contenido espectral es especialmente rico en información, permitiendo comparar señales temporales de formas muy

diversas, así como su acción sobre maquinaria, vehiculos, instrumentación, el cuerpo humano, etc.

ETAPAS DEL PROYECTO:

Sensor de vibración, acelerometro.

Etapa de amplificación

- Primer OP-AM, amplifica la señal, su salida es negada.

- Segundo OP-AM, suma una señal de Offset.

- Tercer OP-AM, invierte nuevamente la señal.

ADC de 8 bits.

Latch (buffer), salida de 8 bits.

Envío de la señal digital al puerto paralelo de la computadora.

Programa que visualice la información obtenida

PROYECTO

Este proyecto es sobre vibraciones mecánicas, consiste en sensarlas y visualizarlas en una interface.

Los avances hasta ahora logrados han sido interpretar la vibración mecánica de un objeto (nosotros usamos una lamina flexible) en una señal digital de 8 bits.

La vibración de esta lámina podemos insitarla de tal manera que podemos lograr una señal períodica o una aperíodica. Para obtener la señal períodica usamos un motor de frecuencia variable, las señales aperíodicas son golpees provocados a la lámina.

Sobre la lámina colocamos el sensor, un acelerometro con base magnética que se fija así en la lámina metálica. Así, este manda una señal de voltaje en alterna que varía según la magnitud de la señal, la señal de salida del sensor es coaxial.

Oto tipo de sensor que se puede utilizar es un micrófono capacitivo colocado a una lamina, para eliminar el ruido se le puede colocar mucha tela de adhesiva o de aislar la cual eliminara cualquier tipo de vibración sonora, si se requiere una vibración sonora no se le coloca la cinta adhesiva.

5.3 Método de alineación y balanceo.

Balanceo dinámico Se dice que una pieza se encuentra desbalanceada cuando su centro de masa (centro de gravedad) no coincide con su centro geométrico. Esta condición es causada por una distribución desigual del peso del rotor alrededor de su centro geométrico. Supongamos una pieza que ha sido fundida, por lo tanto tiene uno o varios poros. En este caso, el centro geométrico de la pieza no coincide con el centro de masa, por lo cual, la pieza se encontrará inherentemente desbalanceada.

Pieza fundida con desbalance intrínseco

Causas de desbalance: Un cierto grado de desbalance en cualquier tipo de máquina rotativa es inevitable. Los diseñadores de máquinas las especifican con tolerancias de diseño, maquinado y ensamblaje, tales tolerancias pueden producir algún tipo de desequilibrio o desbalance. Adicionalmente, se puede presentar desbalance debido a pequeñas variaciones dentro de la composición metalúrgica del rotor (inclusiones, poros, etc.). Aún cuando, la mayoría de los rotores son balanceados por el fabricante después del proceso de manufactura y antes de ser utilizados ya armados en sus respectivas máquinas. El paso del tiempo y ciertas condiciones en el proceso de montaje, inciden en que la máquina vibre y que sus componentes deban ser re-equilibrados. El punto pesado (heavy spot) identifica la posición angular del desbalance en una pieza. Para representarlo en un gráfico se necesita mostrar su magnitud, la distancia desde este punto al centro geométrico de la pieza y su dirección (usualmente expresada en grados angulares con respecto a un punto definido de referencia sobre el eje). Así por ejemplo en el disco mostrado anteriormente:

Desbalance = 28 g x 152 mm = 4256 g.mm La foto nos muestra un impulsor de bomba del servicio de la empresa de agua potable de Guayaquil, equilibrándose en una máquina balanceadora.

Norma para evaluar la calidad de desbalance: La norma comúnmente utilizada para evaluar la severidad del desbalance es la ISO 1940. Primeramente, tenemos que recalcar que toda pieza rotatoria, aún cuando haya sido confeccionada guardando el mayor cuidado, siempre presenta desbalance. Este desbalance residual, dependiendo del tipo de pieza, de su peso y de su velocidad, debe ser menor al desbalance máximo fijado por la norma. La norma clasifica las piezas rotatorias según sus aplicaciones, así por ejemplo: 







G-40: o

Es la norma válida para llantas de automóvil

o

Cigüeñales de motores de cuatro tiempos con 6 o más cilindros

G-16: o

Ejes de cardanes

o

Partes de maquinaria agrícola

o

Componentes individuales de máquinas (gasolina o diesel) para carros

o

Camiones y locomotoras

o

Cigüeñales de máquinas con seis o más cilindros bajo condiciones especiales

G 6.3: o

Partes de maquinaria de proceso

o

Engranajes de turbinas de uso marino

G 2.5: o

Componentes de turbinas a gas o vapor

o

Rotores de turbo-generadores

o

Turbo-compresores

o

Máquinas herramientas

o

Pequeñas armaduras eléctricas

o

Turbo-bombas



G 1: o

Tocadiscos y fonógrafos

o

Armaduras eléctricas pequeñas con requerimientos especiales

Así por ejemplo, si el impulsor de una bomba tiene un desbalance de 50 onz.-plg, tiene un peso de 1000 libras y su velocidad de giro es 1000 rpm. Considerando también que siendo dicho impulsor de una bomba de maquinaria de proceso, la norma apropiada sería la ISO G 6.3, para 1000 rpm, el máximo valor de desbalance permisible es de 38 onz-plg, por lo que se concluye que la bomba se encuentra desequilibrada. Como se puede observar de la gráfica, la norma nos da el valor de desbalance máximo para un rotor que pese 1000 libras, para rotores más livianos o pesados, el desbalance tolerable subirá o bajará correspondientemente.

5.4 generalidades y características de los lubricantes. 1. ¿Qué Es Un Lubricante? Un lubricante es una sustancia que se interpone entre dos superficies (una de las cuales o ambas se encuentran en movimiento), a fin de disminuir la fricción y el

desgaste. Los aceites lubricantes en general están conformados por una Base más Aditivos. 2. Las características principales de los lubricantes. Viscosidad Es la propiedad más importante que tienen los aceites y se define como la resistencia de un fluido a fluir. Es un factor determinante en la formación de la película lubricante. Como medida de la fricción interna actúa como resistencia contra la modificación de la posición de las moléculas al actuar sobre ellas una tensión de cizallamiento. La viscosidad es una propiedad que depende de la presión y temperatura y se define como el cociente resultante de la división de la tensión de cizallamiento (t ) por el gradiente de velocidad (D). m =t / D Con flujo lineal y siendo constante la presión, la velocidad y la temperatura. Afecta la generación de calor entre superficies giratorias (cojinetes, cilindros, engranajes). Tiene que ver con el efecto sellante del aceite. Determina la facilidad con que la maquinaria arranca bajo condiciones de baja temperatura ambiente. El concepto básico de viscosidad se muestra a continuación Donde un componente rectangular es deslizado a velocidad uniforme sobre una película de aceite El aceite se adhiere tanto a la superficie en movimiento como la superficie estacionaria. El aceite en contacto con la superficie en movimiento se desliza con la misma velocidad (U) de la superficie, mientras que el aceite en contacto con la superficie estacionaria tiene velocidad cero. La película de aceite puede visualizarse como una serie de capas de aceite que se deslizan a una fracción de la velocidad U, la cual es proporcional a la distancia desde la superficie estacionaria. Una fuerza F debe ser aplicada a la superficie en movimiento para contrarrestar la fricción entre las capas de fluido. Como la fricción es el resultado de la viscosidad, la fuerza es proporcional a la viscosidad. LA VISCOSIDAD PUEDE SER DETERMINADA MIDIENDO LA FUERZA REQUERIDA PARA CONTRARRESTAR LA FRICCIÓN FLUÍDA EN UNA PELÍCULA DE DIMENSIONES CONOCIDAS. La viscosidad determinada de esta manera se llama viscosidad dinámica o absoluta. Su unidad de medida es el poise (p) o centipoise (cp) o en unidades de SI en pascal segundos (Pas); 1 Pas = 10 p. Viscosidades dinámicas son función solamente de la fricción interna del fluido. La viscosidad de cualquier fluido cambia con la temperatura, incrementa a medida que la temperatura disminuye y disminuye a medida que la temperatura aumenta. Por consiguiente, es necesario determinar las viscosidades de un aceite lubricante a temperaturas diferentes. Esto se logra midiendo la viscosidad a dos temperaturas de referencia y utilizando una gráfica de viscosidad ( desarrollada por la ASTM). Una vez indicadas las viscosidades medidas se unen los puntos. De esta manera, puede determinarse con gran precisión las viscosidades a otras temperaturas. Las dos temperaturas de referencia son 40 ºC y 100 ºC. Una vez seleccionado el aceite para la aplicación, la viscosidad debe ser lo suficientemente alta para garantizar una película lubricante pero no tan alta que la

fricción fluida sea excesiva. La viscosidad cinemática de un fluido es el cociente entre su viscosidad dinámica y su densidad, ambas medidas a la misma temperatura. Sus unidades son Stokes (st) o centistokes (cst), o en unidades del SI milímetros cuadrados por segundos. (1mm^2/s = 1cst) Indice De Viscosidad El índice de viscosidad (IV)es un método que adjudica un valor numérico al cambio de la viscosidad de temperatura. Un alto índice de viscosidad indica un rango relativamente bajo de viscosidad con cambios de temperatura y un bajo índice de viscosidad indica un alto rango de cambio de viscosidad con la temperatura. En otras palabras, si un aceite de alto índice de viscosidad y un aceite de bajo índice de viscosidad tienen la misma viscosidad a temperatura ambiente, a medida que la temperatura aumenta el aceite de alto IV se adelgazará menos, y por consiguiente, tendrá una viscosidad mayor que el aceite de bajo IV a temperaturas altas. Por ejemplo, un básico proveniente de un crudo nafténico tendrá un rango mayor de cambio de viscosidad con temperatura que la de un básico proveniente de un crudo parafínico. El IV se calcula de viscosidades determinadas a 2 temperaturas diferentes por medio de tablas publicadas por la ASTM. Las temperaturas que se toman como base son 40 ºC y 100 ºC.(es lo mismo que lo desarrollado para viscosidad) Aplicaciones del IV En varias aplicaciones donde la temperatura de operación permanece más o menos constante, el IV es de relativa importancia. Sin embargo, en aplicaciones donde la temperatura de operación varía sobre un amplio rango como es el caso de los motores de combustión interna esta adquiere una importancia fundamental. Al obtener la relación de la modificación de la viscosidad a las dos temperaturas basándose en elconocimiento de que cuanto menor sea la modificación de la viscosidad, tanto mejor será, en general, la calidad del lubricante. Punto De Fluidez El punto de fluidez de un aceite lubricante es la mínima temperatura a la cual este fluye sin ser perturbado bajo la condición específica de la prueba. Los aceites contienen ceras disueltas que cuando son enfriados se separan y forman cristales que se encadenan formando una estructura rígida atrapando al aceite entre la red. Cuando la estructura de la cera esta lo suficientemente completa el aceite no fluye bajo las condiciones de la prueba. La agitación mecánica puede romper la estructura cerosa, y de este modo tener un aceite que fluye a temperaturas menores a su punto de fluidez. En ciertos aceites sin ceras, el punto de fluidez esta relacionado con la viscosidad. En estos aceites la viscosidad aumenta progresivamente a medida que la temperatura disminuye hasta llegar a un punto en que no se observa ningún flujo existente. Desde el punto de vista del consumidor la importancia del punto de fluidez de un aceite depende enteramente del uso que va a dársele al aceite. Por ejemplo, el punto de fluidez de un aceite de motor a utilizarse en invierno debe ser lo suficientemente bajo para que el aceite pueda fluir fácilmente a las menores

temperaturas ambientes previstas. Por otro lado, no existe necesidad de utilizar aceites con bajos puntos de fluidez cuando estos van a ser utilizados en las plantas con altas temperaturas ambiente o en servicio continuo tal como turbinas de vapor u otras aplicaciones. Cenizas Sulfatadas Las cenizas sulfatadas de un aceite lubricante es el residuo en porcentaje que permanece una vez quemada una muestra de aceite. El residuo inicial es tratado con ácido sulfúrico y se quema el residuo tratado. Es una medida de los componentes no combustibles (usualmente materiales metálicos) que contiene el aceite. Aceites minerales puros no contienen materiales que forman cenizas. Gran cantidad de los aditivos (los cuales se utilizan para mejorar las propiedades del aceite) utilizados en aceites lubricantes contienen componentes metalo-orgánicos los cuales forman un residuo en la prueba de cenizas sulfatadas de tal manera que la concentración de estos componentes es aproximadamente indicada por la prueba. Por consiguiente, durante la fabricación, la prueba es un método de asegurarse que los aditivos han sido incorporados. Con aceites usados, un incremento de cenizas sulfatadas usualmente indica la presencia de contaminantes tales como polvo, suciedad, partículas de desgaste y posiblemente contaminantes. Punto De Inflamación Y Fuego El punto de inflamación es la temperatura a la cual el aceite despide suficientes vapores que se inflaman cuando una llama abierta es aplicable. Cuando la concentración de vapores en la superficie es lo suficientemente grande a la exposición de una llama, resultará fuego tan pronto como los vapores se enciendan. Cuando una prueba de este tipo es realizada bajo ciertas condiciones específicas, la temperatura a la cual esto sucede se denomina PUNTO DE INFLAMACIÓN. La producción de vapores a esta temperatura no son lo suficiente para causar una combustión sostenida y por ende, la llama desaparece. Sin embargo, si el calentamiento continúa se obtendrá una temperatura a la cual los vapores serán liberados lo suficientemente rápido para soportar la combustión. Esta temperatura se denomina PUNTO DE FUEGO o COMBUSTION El punto de inflamación de aceites nuevos varia con viscosidad – aceites de alta viscosidad tienen altos puntos de inflamación. Estos puntos están también afectados por el tipo de crudo. Aceites nafténicos tienen menores puntos de inflamación que aceites parafínicos de viscosidad similar. Consejos para el usuario: la utilización de un aceite de bajo punto de inflamación (alta volatilidad) a altas temperaturas, puede generar un alto consumo de aceite. En la inspección de un aceite usado, una reducción significante en el punto de inflamación indica contaminación del aceite. Indice De Neutralización Y Saponificación El índice de neutralización de un lubricante es la cantidad en miligramos de hidróxido de potasio necesarios para neutralizar el ácido libre contenido en gramo de aceite a la temperatura ambiente. El índice de saponificación (Is) indica la cantidad en miligramos de hidróxido de potasio necesarios para la saturación de los ácidos libres y combinados obtenidos

en un gramo de aceite, es decir para la neutralización de los ácidos y la saturación de los ésteres. Indice De Alquitrán Y De Alquinatrizacion Índice de alquitrán es la cantidad de sustancias alquitranosas en valores porcentuales de un aceite. El índice de alquitranización se usa en procesos de envejecimiento artificial para establecer la predisposición del aceite a forma sustancias alquitranosas a temperaturas elevadas y en contacto con el aire. En aceites en uso, se comprueba con ello su grado de desgaste o envejecimiento. Emulsionabilidad Del Aceite Una de las propiedades más importantes de los lubricantes para cilindros y turbinas a vapor, es la de su tendencia a formar emulsiones o mezclas intensas y duraderas con el agua. Untuosidad Es la capacidad del lubricante de llegar a formar una película de adherencia y espesor entre dos superficies deslizantes, quedando suprimido el rozamiento entre ellas. Esta propiedad se analiza de diferentes maneras; mediante el estudio de la tensión superficial, la capilaridad, los ángulos límites, las mediciones de absorción y de adhesión, etc. Con el estudio de la física molecular de los lubricantes, según la capacidad de establecer el film de lubricante entre dos superficies, cabe distinguir entre rozamiento líquido y semilíquido. El rozamiento líquido es el caso de la lubricación eficiente, en el que no existe rozamiento entre las superficies sino entre las partículas del lubricante. El rozamiento semilíquido (más común en la práctica) es aquel en que las superficies en movimiento se encuentran en diferentes partes.

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3. Aspectos Generales De Los Lubricantes ¿Cómo está compuesto un lubricante? Un lubricante está compuesto esencialmente por una base + aditivos. Las bases lubricantes determinan la mayor parte de las características del aceite, tales como: Viscosidad, Resistencia a la oxidación, Punto de fluidez. Las bases lubricantes pueden ser Minerales: Derivados del petróleo Sintéticas: Químicas.

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Funciones De Un Lubricante Los lubricantes son materiales puestos en medio de partes en movimiento con el propósito de brindar enfriamiento (transferencia de calor), reducir la fricción, limpiar los componentes, sellar el espacio entre los componentes, aislar contaminantes y mejorar la eficiencia de operación. Por ejemplo, los lubricantes desempeñan también la función de "selladores" ya que todas las superficies metálicas son irregulares (vistas bajo microscopio se ven llenas de poros y ralladuras El lubricante "llena" los espacios irregulares de la superficie del metal para hacerlo "liso", además sellando así la "potencia" transferida entre los componentes. Si el aceite es muy ligero (baja viscosidad), no va a tener suficiente resistencia y la potencia se va a "escapar"…si el aceite es muy pesado o grueso (alta viscosidad), la potencia se va a perder en fricción excesiva (y calor). En general cuando los anillos de un motor empiezan a fallar, se dice que el motor "quema aceite", ya que el aceite se escapa entre los anillos y la camisa del pistón, perdiendo así también potencia…Si el aceite se ensucia, actuará como abrasivo entre los componentes, gastándolos. Los lubricantes también trabajan como limpiadores ya que ayudan a quitar y limpiar las partículas de material que se desprenden en el proceso de fricción (figura 3), ya que de otra forma estos actuarían como abrasivos en la superficie del material. Otro uso de los lubricantes es para impartir o transferir potencia de una parte de la maquinaria a otra, por ejemplo en el caso de sistemas hidráulicos (bomba de dirección, etc.). No todos los lubricantes sirven para esto y no todos los lubricantes deben cumplir esta función. Los lubricantes también contribuyen al enfriamiento de la maquinaria ya que acarrean calor de las zonas de alta fricción hacia otros lados (radiadores, etc.) enfriándola antes de la próxima pasada. En resumen, las principales funciones de los aceites lubricantes son: Disminuir el rozamiento.

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Reducir el desgaste

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Evacuar el calor (refrigerar)

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Facilitar el lavado (detergencia) y la dispersancia de las impurezas.

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Minimizar la herrumbre y la corrosión que puede ocasionar el agua y los ácidos residuales.

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Transmitir potencia.

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Reducir la formación de depósitos duros (carbono, barnices, lacas, etc.)

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Sellar

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¿Cómo se clasifican Los lubricantes se diferencian por: Por su composición.

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Por su calidad.

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Por su grado de viscosidad.

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Según su Composición pueden ser: De base mineral.

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De base semisintética.

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De base sintética.

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los

aceites

lubricantes?

De no ser posible una clasificación se habla de aceites minerales de base mixta. Las bases minerales Es el componente mayoritario de los lubricantes, por lo que su calidad tiene gran influencia en la del producto final. Los aceites minerales son mezclas de hidrocarburos. Dado que, en la mayoría de los casos, se trata de compuestos de hidrocarburos en forma de cadena o de anillo, saturados y no saturados, la clasificación del aceite mineral es simple, presentando Las parafinas una proporción principal de base parafínica superior al 75%.

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Los naftenos una proporción principal de base nafténica superior al 75%.

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Los aromáticos una proporción principal de aromáticos superior al 50%. Para la obtención de diferentes tipos de aceite lubricante, se suele usar, hoy en día, la refinación con disolvente. Junto a esta caracterización química, son de importancia los valores físicos, tales como densidad, viscosidad, fluidez, influencia térmica y otras propiedades. Los aceites minerales cubren aproximadamente un 90% de la demanda de aceites lubricantes. Obtención del aceite mineral: 1. Destilación a presión atmosférica: Se separa del petróleo todas aquellas fracciones de baja volatilidad, que constituyen los combustibles conocidos como nafta, queroseno y gas oil. 2.

Destilación al vacío: El petróleo crudo es reducido, siendo destilado al vacío. Se generan distintas fracciones de destilación conocidas como "cortes" de características diferentes.

3.

Refinación con furfural: La refinación con furfural constituye la primera etapa del proceso y tiene por objeto el extraer mediante este solvente los hidrocarburos aromáticos que no poseen propiedades lubricantes.

4.

Desparafinado: Este proceso elimina los componentes parafínicos para que los lubricantes sean líquidos a temperaturas bajas (hasta aproximadamente -10 ºC). Esto se realiza mediante la extracción con una mezcla de solventes, enfriamiento y filtración de las parafinas cristalizadas.

5.

Hidrotratamiento catalítico: también denominado hidrocracked, se lleva a cabo mediante el tratamiento de los aceites desaromatizados y desparafinados con el objeto de aumentar la resistencia a la oxidación y estabilidad de los mismos (esto último se consigue eliminando los compuestos nitrogenados). Una medida de la calidad y el grado de refinación es el color de aceite mineral base. Se puede afirmar que para aceites de la misma viscosidad, cuanto menor el color mejor es su refinación. Si la destilación no ha sido buena, el grado de parafinicidad, naftenicidad y aromaticidad modifican las propiedades del lubricante.

Las bases "Hydrocracked" Son el resultado de un complejo proceso de hidrogenación catalítico. Este moderno sistema obtiene unos excelentes resultados en la mejora de viscosidad de las bases minerales. También son denominadas como bases minerales "No Convencionales". Comparados con aceites minerales clásicos que son Monogrado, los aceites "Hydrocracked", ofrecen grandes ventajas, ya que son Multigrado y mucho más resistentes a la oxidación. Es un excelente producto para producir aceites de alta calidad con un costo reducido. Los Aceites Sintéticos Son aquellos obtenidos únicamente por síntesis química, ya que no existen en la naturaleza. Una de las grandes diferencias de los aceites sintéticos frente a los minerales es que presentan una estructura molecular definida y conocida, así como propiedades predecibles, fruto de esta información. Los productos que hasta hoy se conocen como lubricantes sintéticos puede ser ubicado entre alguna de las siguientes familias citadas a continuación: 1. PAO: "Poly Alpha Olefines", son el resultado de una química del etileno que consiste en la reacción de polimeración de compuestos olefínicos. Son multigrado según la clasificación SAE para motor y cajas de cambio, y su punto de congelación es muy bajo. También son conocidos como Hidrocarburos de síntesis, por ser "construidos" artificialmente con productos procedentes del crudo petrolífero. Se aplican en aceites de uso frigorífico por su propiedad de continuar fluidos a muy baja temperatura. Si comparamos éste con un aceite mineral tiene un mayor índice de viscosidad y una mejor resistencia a la oxidación. Untuosidad, que es la capacidad de adherirse formando una capa limite continua sobre metales de Fe y Al. Elimina el tiempo de formación de película, reduciendo el desgaste producido en ese momento.

Posee propiedades "autolimpiantes", ya que es capaz de evitar la formación de depósitos adheridos en las paredes internas del motor. Poseen también excelente resistencia a altas temperaturas y altísima Biodegradabilidad, por lo tanto, no rompe el equilibrio ecológico ya que son absorbido por las colonias bacterias sin causarles daño. Su grado de degradación biológica en estado puro y nuevo es cercano a 100%. Son usados en aceites para compresor, en aceites hidráulicos y en aceites de transmisión. 2. Ésteres orgánicos: Se obtienen también por síntesis, es decir, de forma artificial, pero sin la participación de productos petrolíferos. Al contrario de las bases anteriormente mencionadas, los Esteres son producto de la reacción de esterificación entre productos de origen vegetal, tales como alcoholes y ácidos grasos de origen vegetal. Son Multigrado y tienen un poder lubricante extraordinario. los ésteres, tienen propiedades sobresalientes, tales como alta 3.

Ésteres fosfóricos: son producto de la reacción de óxidos fosfóricos y alcoholes orgánicos. Su alto costo hace que su uso quede restringido a los fluidos hidráulicos resistentes al fuego en aplicaciones muy específicas. Tienen un muy buen poder lubricante y antidesgaste.

Resumen De Las Aplicaciones De Las Bases Sintéticas: Tipos Oligomeros de olefina (PAOs) Ésteres orgánicos Ésteres fosfóricos Comparación De Las Propiedades De Las Bases. Base Propiedades Viscosidad Índice de viscosidad Punto de congelación Resistencia a la oxidación Volatilidad Untuosidad Biodegradabilidad 4. Los Aditivos Los aditivos son sustancias químicas que se añaden en pequeñas cantidades a los aceites lubricantes para proporcionarles o incrementarles propiedades, o para suprimir o reducir otras que le son perjudiciales. Aditivos Destinados A Retardar La Degradación Del Lubricante.

Aditivos Detergentes-Dispersantes. Los aditivos detergentes-dispersantes tienen la misión de evitar que el mecanismo lubricado se contamine aun cuando el lubricante lo esté. La acción de estos dispersantes es la evitar acumulaciones de los residuos, los cuales se forman durante el funcionamiento de la máquina o motor y mantenerlos en estado coloidal de suspensión por toda la masa del aceite. Aditivos Anticorrosivos y antioxidantes. Para proteger contra la corrosión a los materiales sensibles por una parte, y por otra para impedir las alteraciones internas que pueda sufrir el aceite por envejecimiento y oxidación, se ha acudido a la utilización de aditivos anticorrosivos y antioxidantes. Aditivos Antidesgastes. Cuando el aceite fluye establemente lubricando cremalleras, bielas, bombas de aceite y camisas de pistones, o cuando las partes a lubricar operan parcial o enteramente bajo condiciones de lubricación límite, los aditivos antidesgaste son necesarios. Agentes Alcalinos. Los agentes alcalinos neutralizan los ácidos provenientes de la oxidación del aceite de forma tal que no pueden reaccionar con el resto del aceite o la máquina. Agentes Antiemulsificadores. Los agentes antiemulsificadores reducen la tensión interfacial de manera que el aceite puede dispersarse en agua. En la mayor parte de las aplicaciones de lubricación la emulsificación es una característica indeseable. Sin embargo, existen aplicaciones en las cuales los aceites minerales están compuestos de materiales emulsificantes que los hacen miscibles en agua. Los llamados aceites solubles usados con refrigerantes y los lubricantes usados en operaciones de maquinarias dependen de agentes emulsificantes para su exitosa aplicación como fluido de corte. Aditivos mejoradores de las cualidades físicas del aceite lubricante. Aditivos Mejoradores del Indice de Viscosidad: El proceso de trabajo de estos aditivos puede explicarse como sigue: en presencia de bajas temperaturas las moléculas de estas sustancias se contraen ocupando muy poco volumen y se dispersan en el aceite en forma de minúsculas bolitas dotadas de una gran movilidad. Cuando se eleva la temperatura, las moléculas de la masa de aceite aumentan de velocidad y las mencionadas bolitas se agrupan formando estructuras bastantes compactas que se oponen al movimiento molecular del aceite base, lo cual se traduce en un aumento de la viscosidad de la mezcla. Mejoradores del Punto de Fluidez y congelación. Los mismos aditivos mejoradores o elevadores del índice de viscosidad se emplean para favorecer el punto de congelación y en consecuencia, el de fluidez. Se aplican principalmente a los aceites parafínicos, ya que la parafina por su elevado punto de congelación es la principal productora de la falta de fluidez de los aceites, formando aglomeraciones y solidificaciones al descender la temperatura Aditivos Antiespumantes. La presencia de cuerpos extraños en el aceite tales como gases, con temperaturas inferiores de los 100 C, producen lo que los aceites minerales puros de por sí no pueden cortar la formación de espumas debido al gran espesor que les da la película lubricante. Estas burbujas o espumas permanentes producen el paso del aceite por los conductos, tal como ocurre en los mecanismos con mandos hidráulicos. Los aditivos antiespumantes tienen la

misión de evitar estas burbujas y en la mayor parte de los casos actúan adelgazando la envoltura de la burbuja del aire, hasta su rotura modificando tensiones superficiales e interfaciales de la masa de aceite. Aditivos Mejoradores de la Oleosidad. Se entiende por oleosidad la adherencia del aceite a las superficies metálicas de lubricar, debido en gran medida a la polaridad molecular contenida, que por razón de su estructura se fijan fuertemente a dichas superficies. Aditivos de Extrema Presión. Para los aceites de equipos mecánicos sometidos a muy altas presiones, se emplean los aditivos EP (Extrema Presión), que disminuyen el desgaste de las superficies metálicas de deslizamiento, favoreciendo la adherencia del lubricante. Estos aditivos, reaccionan químicamente y forman capas mono y polomoleculares que se reconstruyen constantemente en los sitios de altas presiones por efectos de la fricción. De esta manera impiden el contacto metal-metal, evitando los rompimientos o soldaduras de los mismos. Estos aditivos no siempre están exentos de producir ligeras corrosiones, debido a la acción química que ejercen. Aditivos para Aumentar la Rigidez Dieléctrica. Casi siempre estos productos cumplen simultáneamente la doble misión de dieléctricos y la de proporcionar longevidad a los lubricantes usados para fines de lubricación y funcionamiento de los transformadores eléctricos. 5. La Teoría De La Lubricación. La lubricación es básica y necesaria para la operación de casi todas las maquinarias. Sin lubricación, casi todas las maquinarias no funcionan, o si funcionan lo hacen por poco tiempo antes de arruinarse. Varios estudios hechos en EEUU concluyeron que si la tecnología actual de lubricación fuera accesible a toda la población, se mejoraría el producto bruto interno un 7%. La industria de lubricantes constantemente mejora y cambia sus productos a medida que los requerimientos de las maquinarias nuevas cambian y nuevos procesos químicos y de destilación son descubiertos. Un conocimiento básico de la tecnología de lubricación te ayudará a elegir los mejores lubricantes para cada necesidad. Tipos de Lubricación El tipo de lubricación que cada sistema necesita se basa en la relación de los componentes en movimiento. Hay tres tipos básicos de lubricación: por capa límite, hidrodinámica, y mezclada. Para saber qué tipo de lubricación ocurre en cada caso, necesitamos saber la presión entre los componentes a ser lubricados, la velocidad relativa entre los componentes, la viscosidad del lubricante y otros factores. La lubricación límite ocurre a baja velocidad relativa entre los componentes y cuando no hay una capa completa de lubricante cubriendo las piezas. Durante lubricación limítrofe, hay contacto físico entre las superficies y hay desgaste. La cantidad de desgaste y fricción entre las superficies depende de un número de variables: la calidad de las superficies en contacto, la distancia entre las superficies, la viscosidad del lubricante, la cantidad de lubricante presente, la presión, el esfuerzo impartido a las superficies, y la velocidad de movimiento. Todo

esto afecta la lubricación por capa límite. En algún momento de velocidad crítica la lubricación limítrofe desaparece y da lugar a la Lubricación Hidrodinámica. Esto sucede cuando las superficies están completamente cubiertas con una película de lubricante. Esta condición existe una vez que una película de lubricante se mantiene entre los componentes y la presión del lubricante crea una "ola" de lubricante delante de la película que impide el contacto entre superficies. Bajo condiciones hidrodinámicas, no hay contacto físico entre los componentes y no hay desgaste. Si los motores pudieran funcionar bajo condiciones hidrodinámicas todo el tiempo, no habría necesidad de utilizar ingredientes antidesgaste y de alta presión en las fórmulas de lubricantes. Y el desgaste sería mínimo. La propiedad que más afecta lubricación hidrodinámica es la viscosidad. La viscosidad debe ser lo suficientemente alta para brindar lubricación (limítrofe) durante el inicio del ciclo de funcionamiento del mecanismo con el mínimo de desgaste, pero la viscosidad también debe ser lo suficientemente baja para reducir al mínimo la "fricción viscosa" del aceite a medida que es bombeada entre los metales (cojinetes) y las bancadas, una vez que llega a convertirse en lubricación hidrodinámica. Una de las reglas básicas de lubricación es que la menor cantidad de fricción innecesaria va a ocurrir con el lubricante de menor viscosidad posible para cada función específica. Esto es que cuanto más baja la viscosidad, menos energía se desperdicia bombeando el lubricante. Clasificación SAE (Sociedad de Ingenieros Automotores) Clasificación de Viscosidad utilizando como unidad de medida el Centistoke (cSt) a100°C. Este sistema se utiliza para clasificar los lubricantes empleados en la lubricación de motores de combustión interna y los aceites para lubricación de engranajes en automotores. De acuerdo al grado SAE de viscosidad los aceites se clasifican en: a. Aceites Unígrados b.

Se caracterizan porque tienen solo un grado de viscosidad. Cuando vienen acompañados de la letra W (Winter) indica que el aceite permite un fácil arranque del motor en tiempo frío (temperatura por debajo de 0°C). Acorde con la temperatura del medio ambiente por debajo de 0°C, se selecciona el grado SAE que acompaña a la letra W, ya que cada uno de estos grados está en función de dicha temperatura. Los otros grados SAE que no traen la letra W se emplean para operaciones en clima cálido y bajo condiciones severas de funcionamiento. c. Aceites Multígrados Estos aceites tienen más de un grado de viscosidad SAE. Ej. 15W40. Poseen un alto índice de viscosidad lo cual les da un comportamiento uniforme a diferentes temperaturas, tanto en clima frío con en clima cálido. Una de las ventajas más importantes de los aceites multigrados con respecto a los unígrados, es el ahorro de combustible debido a la disminución de la fricción en las diferentes partes del motor, principalmente en la parte superior del pistón. Los números SAE. Los números SAE de viscosidad constituyen clasificaciones de

aceites lubricantes en términos de viscosidad solamente. Los valores oficiales de 0ºF y 210ºF son los especificados en la clasificación. Los grados Centistokes representan la viscosidad cinemática y los centispoises la dinámica. La siguiente tabla muestra como se determinan los Números SAE. 6. Determinación de las propiedades de los aceites lubricantes Ensayo De Viscosidad La máquina para ensayos de viscosidad con la que cuenta el laboratorio de nuestra universidad (fig. 1), consta de un cilindro de vidrio transparente lleno de vaselina medicinal líquida iluminado desde el fondo por una luz, en el cual se colocan 2 pipetas (unos tubos de vidrio normalizados que contienen al aceite y sirven para efectuar la medición de viscosidad). El objetivo del baño de vaselina es alcanzar la temperatura deensayo (40ºC y 100ºC) y homogeneizar esta en toda la superficie del tubo que contiene el aceite. Esto se consigue mediante una resistencia eléctrica, un agitador, y un sistema electrónico de termostato que censa y regula la temperatura. Todo el dispositivo se encuentra encerrado en una caja transparente para evitar el intercambio de calor entre el cilindro y el medio. Este es un sistema de medición indirecto de la viscosidad. Para realizar el ensayo se procede como sigue: 1. Mediante una propipeta o pera se bombea aire desde el extremo 1 del tubo para que el aceite llegue a llenar el bulbo de la pipeta hasta la marca a de la parte calibrada del tubo. 2.

Se quita la presión del aire y se toma el tiempo que el aceite tarda en vaciar el bulbo de la marca a hasta la b pasando por un tubo calibrado.

3.

Con el tiempo registrado se ingresa a una tabla de equivalencias, a la cual se afecta también con la constante del tubo, obteniendo así el valor de la viscosidad a la temperatura de ensayo.

Ensayo De Cuatro Bolas La máquina para realizar este ensayo consta de 3 bolillas calibradas de acero que sirven de asiento para la cuarta bolilla. Estas 4 bolillas están en contacto entre sí sumergidas en un baño del aceite a ensayar y las tres inferiores están conectadas a un torquímetro de zafe censado por un sistema electrónico. La bola superior, que gira con una velocidad normalizada, es cargada normalmente de modo que ejerza presión sobre las 3 bolillas fijas. Esta presión se incrementa gradualmente hasta que se empiezan a producir pequeñas soldaduras entre las bolillas debido a la ruptura de la capa lubricante que las protege, quedando en contacto directo unas con otras. Estas soldaduras ocasionan una transferencia de torque desde la bolilla superior a las 3 inferiores, transferencia de movimiento que antes no existía por la presencia de una capa del lubricante. Esta transferencia es detectada por el torquímetro y mediante un sistema informático se elabora un gráfico del ensayo. El ensayo se repite varias veces para corroborar los resultados. Cabe aclarar que las bolillas se inutilizan luego de cada ensayo. El resultado de este ensayo nos indica a que presión se rompe la capa efectiva de

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protección del lubricante. Como resultado mas importante de este ensayo, podemos destacar que nos indica hasta que presión puede trabajar el lubricante sin perder sus propiedades características. Además, este ensayo es aplicable también para las grasas. 7. Grasas lubricantes Las grasas son usadas en aplicaciones donde los lubricantes líquidos no pueden proveer la protección requerida. Es fácil aplicarlas y requieren poco mantenimiento. Están básicamente constituidas por aceite (mineral o sintético) y un jabón espesante que es el "transporte " del aceite, siendo este último el que tiene las propiedades lubricantes, no así el jabón. Las principales propiedades de las grasas son que se quedan adheridas en el lugar de aplicación, provee un sellamiento y un espesor laminar extra. La lubricación por grasa posee ciertas ventajas en relación con la lubricación por aceite: La construcción y el diseño son menos complejos.

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A menudo menor mantenimiento, al ser posible la lubricación de por vida.

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Menor riesgo de fugas y juntas de estanqueidad más sencillas.

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Eficaz obturación gracias a la salida de la grasa usada, es decir, la "formación de cuellos de grasa".

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Con grasas para altas velocidades, cantidades de grasa dosificadas y un proceso de rodaje pueden obtenerse bajas temperaturas del cojinete a elevado número de revoluciones.

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Pero también posee desventajas como ser: No es posible la evacuación de calor.



La película de grasas absorbe las impurezas y no las expulsa, sobre todo en el caso de lubricación con cantidades mínimas de grasa.



Según el nivel actual de conocimientos, menores números límites de revoluciones o bien factores de velocidad admisibles en comparación con la lubricación por inyección de aceite y la lubricación por pulverización. Clasificación De Las Grasas Lubricantes La clasificación de las grasas lubricantes no está regulada de forma clara. A causa de las múltiples aplicaciones y de las diferentes composiciones, las grasas se clasifican principalmente según su aceite base o su espesante. Aceite base: El aceite contenido en una grasa se denomina aceite base. Su porcentaje varía según el tipo y la cantidad de espesante, así como según la aplicación prevista de

 

la grasa lubricante. El porcentaje de aceite base se sitúa en la mayoría de las grasas entre 85 y 97%. El tipo de aceite base aporta a la grasa alguna de sus propiedades típicas. Espesantes: Los espesantes se dividen en dos grupos: los organometálicos (jabón) y los no organometálicos, y confieren a las grasas lubricantes su comportamiento típico. Las grasas lubricantes de jabón se dividen en grasas lubricantes de jabón complejo y normal, tomando su denominación según el catión básico del jabón (p. ej. grasas lubricantes de jabón de litio, sodio, calcio, bario, aluminio). Estos jabones se elaboran a partir de ácidos grasos, que son productos obtenidos de aceites y grasas animales y vegetales. En una unión de estos ácidos con los hidróxidos metálicos correspondientes se produce la formación de jabones utilizados como espesantes para la fabricación de grasas lubricantes. Esta subdivisión según cationes de jabón es especialmente significativa. Los cationes aportan importantes características específicas del producto, por ejemplo, el punto de goteo de las grasas de jabón de calcio asciende a < 130°C, mientras que el de las grasas de jabón de litio alcanza unos 180°C. Si se combinan dos o más cationes, se habla de tipos de grasas lubricantes de base mixta. El porcentaje de espesantes en las grasas lubricantes se sitúa, por término medio, entre 3 y 15%, siendo algunas veces mayor. El porcentaje de espesante depende de la composición de la grasa, de su consistencia, así como del tipo de espesante y del procedimiento de fabricación correspondiente. Sustancias activas: Aditivos en las grasas Los aditivos pueden alterar el comportamiento de las grasas lubricantes. Los factores que influencian la selección de aditivos son: Requerimientos de desempeño (aplicación del producto) · Compatibilidad (reacciones) Consideraciones ambientales biodegradabilidad, disposición)



Color



Costo



(aplicación

del

producto,

olor,

Muchos de los aditivos son químicamente activos, esto es, ellos producen su efecto a través de reacciones químicas ya sea con el medio, o con la superficie metálica. Algunos aditivos activos químicamente son: Inhibidores de oxidación.



Anticorrosivos.



Agentes de extrema presión y antirrecubrimiento.



Los aditivos que afectan las la estructura, tolerancia al agua, son: Modificadores de viscosidad

propiedades



Depresantes de punto de congelación



Agentes antiespumantes



Emulsificadores



Demulsificadores.

de

la

grasa,

como

Sustancias activas sólidas: El grafito, el disulfuro de molibdeno, el sulfuro de cinc, talco, politetrafluoroetileno, etc. se incorporan en las grasas en forma de polvo o pigmentos. Actúan en la zona de fricción límite y mixta. Las sustancias activas sólidas mejoran el proceso de rodaje y el comportamiento de lubricación de emergencia. Sustancias activas polares: Las sustancias polares son moléculas de hidrocarburo que, como consecuencia de su estructura molecular, es decir, mediante la absorción de otros elementos como oxígeno, azufre y cloro, dejan de ser eléctricamente neutros y, en combinación con superficies metálicas, permanecen retenidas como con un imán. El contenido de sustancias polares aumenta el efecto de adherencia de la película lubricante; los hidrocarburos puros son "no polares". Sustancias activas polímeras: La interdependencia entre la temperatura y la viscosidad de los aceites minerales puede reducirse mediante las sustancias activas. Por regla general los polímeros mejoran la protección contra el desgaste de los lubricante. Los poliisobutilenos y los polímeros de olefina, entre otros, son aditivos mejoradores de la adherencia para las grasas lubricantes. Ensayos De Grasas Lubricantes Debe distinguirse entre ensayos químico-físicos y mecánico-dinámicos. Sirven para establecer los datos característicos tribotécnicos de las grasas. Estas pruebas también son de especial importancia para el control de calidad durante la fabricación. La orientación se efectúa según los valores teóricos y las tolerancias admisibles/fijadas en la fórmula o en la norma de taller. En ocasiones, estos valores vienen indicados previamente como especificaciones de producto, por ejemplo, por parte de los fabricantes de automóviles. En muchos casos existe un acuerdo individual sobre determinados valores y controles de aceptación entre los usuarios y los fabricantes de grasas. Los ensayos normalizados según DIN, IP, ASTM, FTMS, SAE, etc. ofrecen múltiples bases de ensayo, que son complementadas a nivel individual mediante tests especiales. Los resultados de los ensayos y tests de funcionamiento realizados en condiciones similares a las reales, p. ej. en bancos de pruebas para grasas de rodamientos, ofrecen conocimientos de gran utilidad, si bien nunca

podrán sustituir a los ensayos reales y a las experiencias resultantes de los mismos. Ensayo De Penetración Este ensayo se hace para determinar el grado de resistencia a la penetración (grado N.L.G.I.) que tienen las grasas, de forma similar a la que se mide la dureza de los materiales. La diferencia entre un grado de penetración o "dureza" de una grasa y otra, es muy importante a la hora de elegir una grasa para una determinada aplicación. Por ejemplo, una grasa muy dura no sería adecuada para la lubricac0ión de un rodamiento que gire a elevadas velocidades, porque al ofrecer mayor resistencia, se calentaría demasiado, con los inconvenientes que esto apareja. El aparato para realizar este ensayo consiste en un bastidor con una base donde está ubicada la muestra de grasa. Por encima de la muestra esta el cono penetrador (de peso, forma y material normalizados), conectado a un reloj comparador que mide en décimas de mm. Una vez posicionada la muestra en la base, se deja por gravedad caer el cono sobre la superficie rasada de la muestra de la grasa, y el reloj medirá la profundidad que penetró el cono en la grasa. De esta manera, se determina la "dureza" o grado de penetración de las grasas. Depende la profundidad de penetración se clasifican las grasas en fluidas, blandas y semiduras, sólidas y duras. Un aspecto a tener en cuenta antes de hacer este ensayo, es trabajar la grasa para homogeneizar su masa y además darle una cierta temperatura, similar a la de trabajo. NLGI

PENET

000

445/47

00

400/43

0

355/38

1

318/34

2

265/29

3

220/25

4

175/20

5

130/16

6

85/115

Determinación Del Punto De Goteo El aparato para realizar este ensayo consta de un envase cilíndrico de vidrio pyrex que contiene un aceite siliconado. Dentro de este envase se sumerge un tubo de vidrio especial, similar a un tubo de ensayo, dentro del cual se coloca un dispositivo que contiene una pequeña muestra de grasa y tiene un pequeño orificio en la parte inferior. En contacto con la muestra se coloca un termómetro (para medir la temperatura de la grasa), y otro en el baño de aceite para determinar la temperatura de este. Una resistencia eléctrica calienta el aceite siliconado hasta que del dispositivo que contiene a la grasa cae la primer gota de aceite que se separa de la grasa por

efecto de la temperatura. En ese momento se registra la temperatura de la grasa con el termómetro y esta se denomina temperatura del punto de goteo, propiedad particular de cada grasa. Este punto es la temperatura máxima a la que puede operar una grasa antes de que el aceite se separe del jabón. 8. Bibliografía Aceites y lubricantes industriales – Su tecnología y aplicación – YPF Lubricación para motores de combustión interna (Material enviado por ELF ARGENTINA) Guía para mecánicos – División lubricantes YPFRevista "Notitécnico Nro 12" de Shell Revista AC+H (Aire comprimido e hidráulica) Apuntes de Ingeniería Mecánica III - UTN Córdoba Investigación en Internet: www.firm.utp.ac.pa/biblioteca/cursos/aditivos –Universidad Tecnológica de Panamá – www.idpaparatos.com – Equipos y aparatos para el control de calidad de lubricantes y derivados del petróleo. www.patagonia4x4.com.ar/profe/entendiendo.htm –Artículo "Entendiendo la lubricación y los lubricantes" Prof. Daniel Starc – Ing. Julio A. Rubio Lopez www.shell.com/ar-es/directory/0,4583,28216,00.htm – Descripción de los lubricantes y sus aplicaciones Agradecimientos Al Ing. Sara por su tiempo y por cedernos los laboratorios de la universidad. A Edelmar Bonino por facilitarnos las muestras de aceite y catálogos. A Claudio Cabrera, Nicolás Imvinkelried, Lucas Imvinkelried, Paulo Paravano, Mario Mierke y Rodolfo Otaño por el material cedido y su colaboración. A Melina Busso y Carolina Attallah por facilitarnos los scanners. AUTORES: Ariel Argento – Bruno Bonino – Pablo Brusco – Ezequiel Cometto – Gonzalo García Hernán Solaro Estudiantes de 2do año de Ingeniería Industrial UTN Facultad Regional Rafaela Este trabajo esta originalmente ilustrado con imágenes y gráficos, así como también se profundizan un poco mas algunos temas. Dichas imágenes no fueron incluidas en el presente informe por una cuestión de capacidad (el archivo original tiene 3mb). Si están interesados, contáctese vía e-mail y les mandaremos los archivos restantes.

5.5 sistema de lubricación de maquinas rotativas (rotatorias). MAQUINAS ROTATIVAS Si se desea alargar la vida de las maquinas rotativas, se debe monitorear el estado de los cojinetes, ya sean de rodadura (rodamientos) o de deslizamientos

(bocinas), puesto q cualquier falla de la maquina se transmitirá hasta los puntos de apoyo q son los cojinetes. Técnicamente un rodamiento debería tener vida infinita, pero esto solo funciona si la carga del rodamiento es pequeña y existe una película lubricante libre de contaminantes. Por lo tanto se debe monitorear constantemente la efectividad del lubricante; debe conservarse el lubricante limpio, frió y seco, y que se encuentre en la proporción adecuada. Así mismo se debe disminuir la carga dinámica del rodamiento, para lo cual, “no hay que disminuir su carga de trabajo”, si no hay que eliminar todas las fuentes que causen una carga adicional, lo que se traducirá en mayor vibración. Si se puede disminuir la vibración, se puede lograr aumentar la vida de la maquina hasta 8 veces mas. FALLAS EN LOS RODAMIENTOS La gran mayoría de los rodamientos fallan antes de alcanzar su vida esperada y se debe básicamente alas siguientes razones: Lubricación insuficiente.- cerca del 38% de las fallas prematuras son causadas por especificaciones y aplicaciones incorrectas de los lubricantes. Cualquier rodamiento privado de una correcta lubricación fallara inevitablemente antes de su vida nominal. Es decir, la lubricación debe ser la correcta (ni poco ni mucho), y con el lubricante adecuado. Rodamientos maltratados.- cerca del 16% de los rodamientos fallan debido a que han sido maltratados, debido básicamente a un montaje deficiente, o por un manejo inadecuado de los mismos, tanto en su almacenamiento como en su transporte. Contaminación.- cerca del 14% de los rodamientos se contaminan con elementos del medio ambiente o del proceso mismo, debido a que no están protegidos adecuadamente. CAUSAS DE FALLAS EN RODAMIENTOS Los rodamientos fallan básicamente debido a dos problemas: problemas mecánicos. problemas de lubricación. 1.- PROBLEMAS MECANINOS Los problemas mecánicos en los rodamientos se generan por las cargas adicionales que actúan sobre los mismos, los cuales son: Ø Cargas estática. Ø Cargas dinámicas.

Las cargas estáticas son generadas debido a un almacenamiento, transporte y montaje inadecuado, las cuales hacen que el rodaje se encuentre con carga adicional antes de trabaja, por haber sido mal manipulados. Por otro lado, las cargas dinámicas aparecen cuando el equipo esta trabajando y se deben a problemas de equipo, tales como desbalance, desalineamiento, resonancia, etc., las cuales generan un exceso de vibración que va ha ser absorbida por el rodamiento, con la cual su vida nominal se puede reducir hasta 8 veces. debido a un exceso de carga se genera calor a gran velocidad, se desgastan los sellos y se promueve la ruptura de la película de lubricante, lo cual, si llega a suceder, causara el contacto metálico, se crea mas calor adicional y conlleva a una falla catastrófica. 2.- PROBLEMA DE LUBRICACION Los problemas de lubricación son generados por: Fuentes externos. Fuentes internos. Los contaminantes externos básicamente son la suciedad que ingresa al sistema, la cual funciona como un material abrasivo que desgasta los componentes vibratorios.. Asimismo, el agua, es otro elemento contaminante que es muy perjudicial en el lubricante, puesto que causa corrosión, disminuye las características del lubricante, principalmente su capacidad de carga, tiende a concentrar ácidos y emulsiona el aceite impidiendo el flujo. También, promueve la contaminación externa, el mal empleo de filtros, mal almacenamiento de lubricantes, mal mantenimiento de los tanques y la mezcla de lubricantes, que en algunos casos pueden tener aditivos que no sean compatibles así como el proceso de fabricación mismo que pueda tener elementos (sólidos, líquidos o gaseosos) que puedan ingresar y contaminar el medio ambiente. Dentro de los contaminantes internos, básicamente se tienen las partículas de desgaste, que serán las partículas abrasivas y los problemas de condensación de agua en el lubricante. Todas estas fuentes, tantos externas como internas, promoverán la ruptura de la película lubricante, el contacto metal-metal y la falla catastrófica. 5.6 verificación y mantenimiento del sistema de lubricación.

La función de el sistema de lubricación es evitar el desgaste de las piezas de el motor, creando una capa de lubricante entre las piezas, que estan siempre rozando. El lubricante suele ser recogido(y almacenado) en el carter inferior(pieza que cierra el motor por abajo)

El lubricante y su viscosidad pueden influir mucho en el rendimiento de un motor, además, exixsten varios sistemas para su distribución. Aceites: Los aceites empleados para la lubricación de los motores pueden ser tanto minerales,como sintéticos. Las principales condiciones o propiedades del aceite usado para el engrase de motores son: resistencia al calor, resistencia a las altas presiones, anticorrosivo, antioxidante y detergente. Por su densidad : espesos, extradensos, densos, semidensos, semifluidos, fluidos y muy fluidos. Por sus propiedades, los aceites se clasifican en: aceite normal, aceite de primera , aceite detergente y aceite multigrado(puede emplearse en cualquier tiempo), permitiendo unarranque fácil a cualquier temperatura. Los aceites sintéticos aunan las propiedades detergente y multigrado. Existen en el mercado unos aditivos que suelen añadirse al aceite para mejorarlo o darle determinadas propiedades. El fín de estos aditivos es que el polvo de estos productos se adhiera a las partículas en contacto, haciéndolas resbaladizas. Los puntos principales a engrasar en un motor, son: 1.

Paredes de cilindro y pistón.

2.

Bancadas del cigüeñal.

3.

Pié de biela.

4.

Arbol de levas.

5.

Eje de balancines.

6. Engranajes de la distribución. El carter inferior sirve de depósito al aceite, que ha de engrasar a todos los elementos y en la parte más profunda, lleva una bomba que, movida por un eje engranado al árbol de levas, lo aspira a través de un colador. A la salida de la bomba, el aceite pasa a un filtro donde se refina, y si la presión fuese mayor de la necesaria, se acopla una válvula de descarga.

Presión: La presión a la que circula el aceite, desde la salida de la bomba hasta que llegue a los puntos de engrase. Esta presión debe ser la correcta para que el aceite llegue a los puntos a engrasar, no conviene que sea excesiva, ya que aparte de ser un gasto innecesario llegaría a producir depósitos carbonosos en los cilindros y las válvulas. Para conocer en todo momento la presión del sistema de engrase, se instala en el salpicadero un manómetro, que está unido a la tubería de engrase, y nos indica la presión real. O bien una luz situada en el tablero de instrumentos, que se enciende cuando la presión es insuficiente. Índice Sistemas de Lubricación Se denominan sistemas de lubricación a los distintos métodos de distribuir el aceite por las piezas del motor.Se distinguen los siguientes: Salpicadura: Resulta poco eficiente y casi no se usa en la actualidad(en solitario).Consiste en una bomba que lleva el lubricante de el carter a pegueños "depositos" o hendiduras, y mantiene cierto nivel, unas cuchillas dispuestas en los codos del cigüeñal "salpican" de aceite las partes a engrasar.

De este sistema de engrase se van a aprovechar los demás sistemas en cuanto al engrase de las paredes del cilindro y pistón. Sistema mixto En el sistema mixto se empea el de salpicadura y además la bomba envía el aceite a presión a las bancadas del cigüeñal. Sistema a presión Es el sistema de lubricación más usado. El aceite llega impulsado por la bomba a todos los elementos, por medio de unos conductos, excepto al pie de biela, que asegura su engrase por medio de un segmento, que tiene como misión raspar las paredes para que el aceite no pase a la parte superior del pistón y se queme con las explosiones.

De esta forma se consigue un engrase más directo. Tampoco engrasa a presión las paredes del cilindro y pistón, que se engrasan por salpicadura.

Sistema a presión total Es el sistema más perfeccionado. en él, el aceite llega a presión a todos los puntos de fricción (bancada, pie de biela, árbol de levas, eje de balancines) y de más trabajo del motor, por unos orificios que conectan con la bomba de aciete.

Sistema de carter seco Este sistema se emplea principalmente en motores de competición y aviación, son motores que cambian frecuentemente de posición y por este motivo el aceite no se encuentra siempre en un mismo sitio. Consta de un depósito auxlilar (D), donde se encuenta el aceite que envía una bomba (B). Del depósito sale por acción de la bomba (N), que lo envía a presión total a todos lo órganos de los que rebosa y, que la bomba B vuelve a llevar a depósito (D).

Índice Elementos de un circuito de lubricación

Bombas

de

aceite

Su misión es la de enviar el aceite a presión y el una cantidad determinada. Se sitúan en el interior del cárter y toman movimiento por el árbol de levas mediante un engranaje o cadena.Existen distintos tipos de bombas de aceite: Bomba de engranajes Es capaz de suministrar una gran presión, incluso abajo régimen del motor. Esta formada pordos engranajes situados en el interior dela misma, toma movimiento una de ellasdel árbol de levas y la otra gira impulsadapor la otra. Lleva una tubería de entradaproveniente del cárter y una salida a presión dirigida al filtro de aceite.

Bomba

de

lóbulos

También es un sistema de engranajes pero interno. Un piñón (rotor) con dientes, el cual recibe movimiento del árbol de levas, arrastra un anillo (rodete) de cinco dientes entrantes que gira en el mismo sentido que el piñón en el interior del cuerpo de la bomba, aspira el aceite, lo comprime y lo envía a una gran presión.

La holgura que existe entre las partes no debe superar las tres décimas de milímetro.

Bomba

de

paletas

Tiene forma decilindro, con dos orificios (uno deentrada y otro de salida). En suinterior se encuentra una excéntricaque gira en la dirección contraria de la dirección del aceite, con dospaletas pegadas a las paredes del cilindro por medio de dos muelles (las paletas succionan por su partetrasera y empujan por la delantera).

Manómetro Se encarga de medir la presión del aceite del circuito en tiempo real.

Manocontacto de presión de aceite Interruptor accionado por la presión del aceite que abre o cierra un circuito eléctrico. Cuando la presión del circuito es muy baja se enciende una luz.

Testigo luminoso Indica la falta de presión en el circuito, y se enciende la luz cuando la presiónbaja de 0 5 hg/cm2 e indica la falta de aceite. Indicador

de

nivel

También se coloca un indicador de nivel que actúa antes de arrancar el motor y con el contacto dado. La aguja marca cero con el motor en marcha. Válvula

limitadora

de

presión

También se puede denominar válvula de descarga o reguladora, va colocada en la salida de aceite de labomba de aceite. Su misión es cuando existedemasiada presión en el circuito abre y libera lapresión. Consiste en un pequeño pistón de bola sobre el que actúa un muelle. La resistencia del muelle va tarada a la presión máxima que soporte el circuito.

Filtros

de

aceite

El aceite en su recorrido por el motor va recogiendo partículas como: 

Partículas metálicas (desgaste de las piezas)

 Carbonilla y hollín (restos de la combustión) El aceite debe ir limpio de vuelta al circuito y este dispone de dos filtros: 1.

Un filtro antes de la bomba (rejilla o colador)

2. Un filtro después de la bomba (filtro de aceite o principal) El filtrado puede realizarse de dos maneras: en serie y en derivación. 

Filtrado en serie: todo el caudal deaceite pasa por el filtro. Es el mas utilizado.



Tipos

Filtrado en derivación: solo una parte del caudal de aceite pasa por el filtro.

de

filtro

de

aceite

Los filtros van provistos de un material textil y poroso y van provistos de una envoltura metálica. Los mas usados son:



Con cartucho recambiable



Monoblock



Centrífugo

Refrigeración del aceite Debido a las altas temperatura el aceite pierde su viscosidad (se vuelve mas líquida) y baja su poder de lubricación. Se emplean dos tipos de refrigeración:

1. 2.

Refrigeración por cárter Refrigeración por radiador:El aceite pasa por un radiador controlado por una válvula térmica, la cual cuando el aceite esta demasiado caliente deja pasar agua que procede del radiador del sistema de refrigeración de agua(mientras esta frío el aceite no deja pasar agua).

Índice Características de los aceites Los mas utilizados son los derivados del petróleo, por destilación (minerales) o por procesos químicos (sintéticos). Factores importantes  Presión entre las piezas.  Canalizaciones (longitud y diámetro)  Revoluciones por minuto  Temperatura  Condiciones de uso Características

Viscosidad: El aceite se hace más espeso en frío y menos espeso en caliente. El mejorador del índice de viscosidad reduce el régimen de cambio de viscosidad con la temperatura permitiendo un fácil arranque en frío y mejor protección contra el desgaste bajo altas temperaturas (la viscosidad es una medida de la facilidad con la cual fluye el aceite). Untuosidad: es la capacidad que tienen los fluidos de adherirse a la superficie, es especialmente interesante para disminuir el desgaste en el momento de arranque. Punto de congelación o inflamación: En todos los aceites la viscosidad cambia con la temperatura, sin embargo no todos cambian de la misma manera, generalmente los aceites monogrados son aquellos en los que estos cambios son más importantes. En los aceites de tipo multigrado los cambios no son tan drásticos. Detergencia: Impide la formación de lodo al mantener inocuamente suspendidos el lodo y el carbón en el aceite. Estabilidad química: El aceite lubricante se encuentra en constante movimiento, arrastra las partículas formadas por el desgaste propio de las partes, se contamina con: partículas de polvo, agua, combustible y gases producto de la combustión. Es por esta razón que debe tener una gran estabilidad química, de lo contrario se degradaría y formaría compuestos agresivos para el motor como “lodos de alta y baja temperatura”. Inhibidor de espuma: Reduce la producción de espuma en el cárter, un aceite espumoso se oxida con mayor facilidad. Anticorrosivos y antioxidantes: Ayuda a evitar el ataque por corrosión y oxidación de los materiales de los diferentes componentes del motor.