06 TRIBOLOGIA PRODUCTIVA CIMM 2006.pdf

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Tercer Congreso

Internacional

de Ingeniera Mecnica

& Primero de Ingeniera

Mecatrnica

Muestra Industrial

LUIS EDUARDO BENTEZ HERNANDEZ

TRIBOLOGA

HERRAMIENTA DE

CONFIABILIDAD

INGENIERO MECNICO, MBA

PROFESOR TITULAR MAESTRO UNIVERSITARIO UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERA

DEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA Y MECATRNICA

BOGOT, SEPTIEMBRE DE 2006

LUIS EDUARDO BENTEZ HERNANDEZ - IM - MBA - Profesor Titular - Maestro Universitario

QU ES LA TRIBOLOGA?

TRIBOLOGA TRIBOS

LOGOS Tratado

Friccin

Es el estudio de los problemas relacionados con el transporte

de carga a travs de dos superficies en movimiento relativo

Se considera una ciencia interdisciplinaria que conjuga

elementos importantes en el diseo, fabricacin y operacin de

las mquinas como la friccin, naturaleza de los materiales,

rugosidad, desgaste, lubricacin, consumo de energa y medio

ambiente.


FUNDAMENTOS DE LA

TRIBOLOGA

La Tribologa se centra en el estudio de tres

fenmenos:

La friccin entre dos cuerpos en movimiento.

El desgaste como efecto natural del fenmeno

de friccin.

La lubricacin como un medio para disminuir

la friccin y evitar el desgaste.

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La fuerza tangencial de resistencia que acta en una direccin

directamente opuesta a la direccin del movimiento se conoce

como fuerza de friccin.

La friccin no es una propiedad del material, es una respuesta

del sistema.

FRICCIN

La friccin se define como la resistencia al movimiento

durante el deslizamiento o rodamiento que experimenta un

cuerpo slido al moverse tangencialmente sobre otro con

el cual esta en contacto.


TIPOS DE FRICCIN

FRICCIN

ESTTICA

DINMICA Elemento de oposicin

al movimiento

Impide el movimiento


El desgaste es el dao de la superficie o la remocin de

material de una o ambas superficies slidas en

movimiento relativo, ya sea por deslizamiento,

rodamiento o impacto.

Durante este movimiento relativo, primero, el material en

la superficie de contacto es desplazado por lo que las

propiedades del slido, al menos en o cerca de la

superficie, se alteran, pero muy poco o nada del material

se pierde.

Posteriormente, el material puede ser removido de la

superficie resultando en la transferencia a la otra

superficie, o bien, puede perderse como una partcula del

desgaste.

Al igual que la friccin, el desgaste no es una propiedad

del material, es una respuesta del sistema.

DESGASTE


CAUSAS MAS COMUNES

DEL DESGASTE

Contacto metal - metal por falla de la

pelcula lubricante

Presencia de partculas abrasivas en

el aceite

Desplazamiento de la pelcula de

lubricante en el rea de contacto.

Desgaste de origen qumico

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TIPOS DE DESGASTE

Adhesivo

Abrasivo

Corrosivo

Cavitacin

Erosivo

Fatiga

Fretting

Picado


TIPOS DE DESGASTE

Erosin

Desgaste por adhesin

Desgaste corrosivo

Desgaste por abrasin


El deslizamiento entre superficies slidas se

caracteriza generalmente por un alto coeficiente

de friccin y un gran desgaste debido a las

propiedades especficas de las superficies.

La presencia de una capa de material ajeno en la

interfase no puede ser garantizada durante el

proceso de deslizamiento, por lo tanto, se aplican

lubricantes para disminuir la friccin y el

desgaste.

LUBRICACIN


QU ES LUBRICAR?

Lubricar es:

Encontrar la mejor manera de aplicar

el lubricante apropiado (proceso de

seleccin), en el lugar requerido

(sistema de lubricacin), en la

cantidad correcta (niveles), en el

momento preciso (perodos de

cambio), al menor costo (control de la

friccin) y con el mayor valor agregado

posible

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Retardo en el proceso de envejecimiento de los equipos

Aumento del perodo de vida til

Disminucin del tiempo improductivo

Bajos costos de mantenimiento

Bajos costos de mano de obra

Proteccin del medio ambiente

Aumento del nmero de unidades producidas en el perodo de vida til

Aumento de la productividad de los equipos y la mano de obra.

Aumento de la confiabilidad de los equipos

VALOR AGREGADO

DE LA LUBRICACIN


FUNCIONES DE LOS

LUBRICANTES

PRIMARIAS

CONTROL DE LA FRICCIN

CONTROL DEL DESGASTE

PREVENCIN DE DAOS SUPERFICIALES

SECUNDARIAS

EXTRACCIN DE CALOR

LIMPIEZA Y REMOCIN DE RESIDUOS

PREVENCIN DE CORROSIN

TRANSMISIN DE POTENCIA

SERVIR DE SELLO LUBRICANTE


La productividad basada en la lubricacin y la Tribologa se puede definir como el conjunto de eventos que permiten lograr que tanto el aceite con el cual se estn lubricando los diferentes mecanismos de la mquina como dichos componentes alcancen la vida para la cual fueron formulados y diseados respectivamente.

Este objetivo no es fcil de lograr en la prctica ya que se presentan mltiples factores que lo dificultan, pues dependen de las personas que administran el mantenimiento y del personal que ejecuta los programas de lubricacin..

Proyecto de vida para el

aceite y las mquinas


Siempre se debe tener en mente que los factores que afectan la vida del aceite son: el oxgeno, las altas temperaturas de operacin, el agua y las partculas slidas como el cobre y el hierro.

Los factores que reducen considerablemente la vida de servicio de diseo de los mecanismos de una mquina son: la inestabilidad de la pelcula lubricante con los cambios de la temperatura de operacin, la presencia de partculas slidas en el aceite por encima de los niveles de limpieza mximos permisibles y las altas temperaturas de operacin.

Factores que es necesario

controlar para incrementar la vida

del aceite

Factores que es necesario

controlar para incrementar la vida

de los mecanismos

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TRIBOLOGA

PRODUCTIVA


PROGRAMA TRIBOLGICO

PRODUCTIVO

FILOSOFIA: La lubricacin es un proceso

mediante el cual se puede lograr una diferencia o

ventaja competitiva, si se seleccionan y utilizan

lubricantes que permitan:

Menor consumo de energa por friccin

Menores ndices de desgaste de los equipos

Mayores frecuencias entre relubricaciones

Menores costos por mano de obra

Conservacin del medio ambiente

(biodegradables y no txicos)

Que la lubricacin sea predictiva y proactiva

Aumento de la confiabilidad de los equipos


La Tribologa por s sola permite que las

mquinas alcancen su vida a la fatiga e

incluso que la superen si se les aplica

correctamente.

LaTribologa Productiva involucra tres

aspectos fundamentales:

TRIBOLOGA

PRODUCTIVA


1- CONSERVACIN DEL

MEDIO AMBIENTE Y

PRESERVACIN DE LOS

RECURSOS NATURALES

Hasta donde sea posible no se deben utilizar

lubricantes derivados del petrleo ya que cuando

se oxidan dan lugar a la formacin de perxidos y

cido sulfrico, lo que hace que estos lubricantes

sean altamente txicos y no biodegradables, por

otro lado el petrleo al ser no renovable las

reservas mundiales de este vital elemento se

reducirn rpidamente debido a la utilizacin

cada vez mayor tanto de mquinas industriales

como automotrices.

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DESARROLLO DE UN

PROGRAMA AMBIENTAL CON

LOS ACEITES USADOS

Reacondicionamiento de aceites minerales.

Recuperacin de aceites.

Uso de lubricantes ecolgicos, biodegradables

y no txicos.

Uso de aceites vegetales

Como resultado de los ltimos estudios sobre la contaminacin de la atmsfera de la tierra

que ocasiona estragos en la capa de ozono atmosfrico y causa el calentamiento de la

tierra, se ha empezado a tomar conciencia acerca del uso adecuado de los lubricantes y la

disposicin adecuada de sus desechos por parte de la industria mundial y de los fabricantes

de lubricantes. En consecuencia, hoy se tratan los aceites usados y han surgido los "Lubricantes con Conciencia Ambiental" EAL (Environmental Awareness Lubricants).


2- CONTROL DE LA

FRICCIN Y REDUCCIN

DEL DESGASTE

La aplicacin de la Tribologa debe

conducir a una reduccin mxima de la

friccin.

Esto har posible reducir los diferentes

tipos de desgaste que se pueden presentar

en un mecanismo permitiendo que ste

alcance su vida a la fatiga e inclusive la

incremente.


3- AHORRO DE LA

ENERGA

La filosofa de la Tribologa es utilizar lubricantes

con los coeficientes de friccin ms bajos posibles

de tal manera que el consumo de energa sea

mnimo.

Es muy importante a la hora de adquirir un nuevo

lubricante conocer los valores de sus coeficientes

de friccin slida y fluida o Elastohidrodinmica

segn el caso. El conocimiento de esta informacin

hace factible implementar programas de ahorro de

energa mediante el control de la friccin.


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Para que un

proceso tribolgico

se haga rentable, y

sea confiable, debe

tenerse control

sobre:

Procesos de asentamiento

Perodos de cambio de aceite

Seleccin del lubricante

Uso de lubricantes

especiales

Control de desgaste

Control de temperatura de

trabajo

Manejo del equipo

Montajes y desmontajes

Capacitacin

Productividad

PROCESO TRIBOLGICO


FACTORES QUE INTEGRAN

UN PROCESO

TRIBOLGICO

Lubricacin (Velocidad, carga, temperatura)

Parte operativa de los equipos

Mantenimiento

Control de calidad de los repuestos

Diseo

Materiales

Fabricacin de los equipos

Montaje y control metrolgico

Costos


PROCESO TRIBOLGICO

Algunos de los beneficios alcanzados al involucrar los recursos (humanos y tcnicos) de la empresa en un proceso tribolgico son:

Menor desgaste de las mquinas y equipos.

Menor consumo de energa

Mayor vida til de mquinas y equipos.

Tiempos ms largos para reposicin de equipos.

Disminucin de las paradas improductivas y aumento de la disponibilidad del equipo.

Mayor confiabilidad de los equipos

Disminucin de costes por recambios y mano de obra para mantenimiento.

Un medio ambiente ms puro que genere mayor bienestar y una mejor calidad de vida trabajando en funcin de un desarrollo sostenible.

Mayor calidad de los productos.

Menos reprocesos ocasionados por errores en el proceso productivo.

Mejora en el nivel de la cultura tcnica y organizacional.

Mayor motivacin y compromiso del personal.


COMPORTAMIENTO

TRIBOLGICO DE UN EQUIPO

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COMPORTAMIENTO

TRIBOLGICO NEGATIVO DE

UN EQUIPO

El perodo de operacin normal est por debajo

de la vida til de diseo

CAUSAS:

Etapa de asentamiento irregular por: altas

cargas, velocidades y temperaturas de

operacin.

Condiciones de operacin por encima de las

especificaciones del diseo.

Mantenimiento predictivo deficiente.

Lubricacin inapropiada, descuidada o a

destiempo.


El perodo de operacin normal est por

encima de la vida til de diseo

CAUSAS:

Etapa de asentamiento cuidadosa (aumento

gradual de cargas y velocidades) y temperaturas

de operacin normal

Uso de lubricantes sintticos (protegen mejor en

arranques y paradas)

Cambios de aceite a tiempo

Mantenimiento cuidadoso y a tiempo

COMPORTAMIENTO

TRIBOLGICO POSITIVO DE UN

EQUIPO


PRDIDAS

Las prdidas slo le agregan costo al producto, no le dan valor agregado para el

cliente. Algunos tipos de prdidas son:

Desperdicio de materia prima

Desgaste de mquinas y equipos

Despilfarro de energa

Menor vida til del lubricante

Mayor frecuencia de cambio del lubricante

Paradas imprevistas de los equipos

Deficiencias en el diseo de las mquinas


ESTRATEGIAS PARA

MEJORAR EL SISTEMA

PRODUCTIVO

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ESTRATEGIAS GERENCIALES

Involucrar los equipos en un proceso

tribolgico.

Poner en marcha un plan de deteccin y

eliminacin de prdidas en el proceso

productivo.

Crear valor agregado en el proceso para

clientes internos y externos.

Poner en marcha un plan de capacitacin y

educacin.

Adoptar un Programa Tribolgico Productivo


LUBRICACIN

PREDICTIVA

La filosofa de este programa es la de

lubricar por condicin y no bajo una

frecuencia predeterminada.

Esto significa que no es recomendable

cambiar el aceite bajo una frecuencia

constante ya que su nivel de calidad puede

modificarse dentro del mismo intervalo de

tiempo debido a imprevistos.


Ruta de tribologa

Al correlacionar adecuadamente los datos de la

condicin del aceite, vibraciones y temperatura

es factible sacar conclusiones que permiten

garantizar que el mecanismo y por consiguiente

el equipo estn trabajando dentro de la

confiabilidad esperada.

Monitoreo de rodamientos

Anlisis fsico qumico del aceite y conteo de

partculas segn ISO 4406 (cambiar o filtrar).

LUBRICACIN PREDICTIVA

Componentes:


LUBRICACIN

PROACTIVA

Su objeto es corregir el origen de una falla

real o potencial y prolongar la vida til de

los equipos con base en el control de la

temperatura, la filtracin del aceite, la

utilizacin de lubricantes de mejor

desempeo y con menores coeficientes de

friccin fluida y EHL y disminuir el

consumo de energa en los mecanismos

lubricados mediante el control de la

friccin

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Anlisis de los registros histricos

- Control de temperatura (

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Los lubricantes sintticos ameritan su utilizacin cuando

se quieran:

Ampliar las frecuencias entre cambios de aceite los

perodos de re-engrase.

Reducir el consumo de energa por friccin en los

mecanismos lubricados.

Disminuir el consumo de repuestos al reducir

considerablemente el desgaste adhesivo.

Aumentar la capacidad productiva y la confiabilidad

de la maquinaria

proteger el medio ambiente.

EN QU SE UTILIZAN LOS

LUBRICANTES SINTTICOS?


CARACTERSTICAS

Coeficientes de friccin ms bajos (f)

Altos ndices de Viscosidad (IV)

Alto Calor especfico (Cp)

Mnima cantidad de residuos de evaporacin

Elevada adhesividad hacia las superficies metlicas

Buena demulsibilidad

Baja tendencia a la formacin de espuma

Adecuada proteccin contra la corrosin en ambientes

crticos

Buena resistencia a la corrosin

Excelente estabilidad trmica

No son inflamables a altas temperaturas

Alta miscibilidad a bajas temperaturas y baja solubilidad a

altas temperaturas


VENTAJAS

Lubricacin bajo condiciones crticas de operacin

Excelente proteccin contra el desgaste

Buen control de la herrumbre y la corrosin

Ahorro de energa por menor coeficiente de friccin

Estandarizacin a un menor nmero de aceites

Menor impacto negativo sobre el ambiente

Temperaturas de operacin ms bajas

Mayor potencia disponible en las mquinas conducidas

Mayores frecuencias entre cambios de aceite

Menos paros en la produccin

Alta detergencia y capacidad de limpieza naturales

Tienen la misma clasificacin de los minerales


Ventajas

Referencia

Causal

Referencia Explicativa

Ahorro de

Energa

Ahorro de energa por

disminucin de

friccin

Hay menor prdida de energa debido a la

friccin, y frecuentemente se encuentra un

ahorro de energa de entre un 4 al 7%,

dependiendo de la aplicacin en particular


disminucin de torque

en el arranque

Generalmente requieren menos torque al

arrancar y en consecuencia menor uso de

energa.


mejor desempeo de

las transmisiones.

Al igual que producir un mejor desempeo en la

transmisin en engranes

Ahorro de

Combustible

Ahorro combustible

por disminucin en

friccin, y mejora de

las transmisiones.

En el caso de los aceites automotores permiten

un ahorro de combustible entre un 3 a un 50%.

Ahorro en

Costos de

Mantenimiento

Mayor vida util del

aceite

Los aceites sintticos pueden brindar de 5 a 10

veces ms larga vida que los aceites minerales.

Disminucin de empleo de filtros.

Soportan elevadas

temperaturas

Soportan elevadas temperaturas sin oxidarse, en

algunos casos hasta 93C por encima

de las que soportan los de base de

hidrocarburo

AHORROS ECONMICOS EN LUBRICANTES SINTTICOS

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El uso de los sintticos, requiere menor relleno

de aceite, debido a una menor tasa de

evaporacin

Disminucin en la

oxidacin

Una regla de la industria, establece que la tasa

de oxidacin de los aceites convencionales, se

duplica y la vida de ese aceite se reduce a la

mitad, por cada incremento de 10 C en la

temperatura de operacin.

Menor formacin de

depsitos de

herrumbre y barnices

y menores paros

programados

Estos lubricantes se resisten sustancialmente al

ataque del oxgeno en presencia del calor, por

lo cual adems hay menor formacin de

herrumbre y barnices lo que al lado de los

aditivos dispersantes y detergentes se ve

representado en la disminucin de fallas por la

formacin de depsitos y menores paros

programados para mantenimientos.

Menor Consumo

de Repuestos

Buena proteccin en

situaciones de altas

presiones y pelcula

delgada.

Por su estructura molecular uniforme y el

aumento de sus fuerzas de cohesin los

sintticos, son utilizados con pelcula delgada

o escasa, debido a las altas cargas y bajas

velocidades o altas velocidades, alto torque y

potencia, donde los aceites convencionales

fallan. Ofrecen mejor proteccin a la maquinaria,

por tanto reducen el consumo de repuestos

Menor Consumo

de Aceite

Menor Volatilidad.

Los sintticos tienen una menor volatilidad, lo

que repercute en un menor consumo de aceites.

Menor Tasa de

Evaporacin

AHORROS ECONMICOS EN LUBRICANTES SINTTICOS


DESVENTAJAS

Son ms costosos que los minerales

derivados del petrleo (inclusive con respecto

a los de ms alta calidad).

No se deben mezclar entre s, ni mucho menos

con los derivados del petrleo.

Son altamente detergentes, lo que hace

necesario garantizar una limpieza exhaustiva

de los mecanismos donde se van a utilizar,

incluyendo sistemas circulatorios.


DESVENTAJAS

Debido a su alta detergencia, es factible

que causen desprendimiento de pequeas

partculas de hierro en las carcazas de

fundicin.

Algunos se pueden evaporar ms fcilmente

que los derivados del petrleo.

En su mayora atacan los retenedores y

sellos de los equipos fabricados de Buna N.

Para ciertas condiciones de trabajo son

difciles de conseguir.


Desventaja

Referencia

Causal

Referencia Explicativa

Son ms

Costosos

Proceso de

elaboracin ms

complejo

Los sintticos pueden costar alrededor de 5

veces ms que un aceite mineral. Debido a que

su proceso de elaboracin es ms complejo.

No se pueden

mezclar con otros

lubricantes.

No se pueden mezclar con otros lubricantes ni

con los derivados del petrleo.

Algunos se evaporan

fcilmente.

Existen cierto tipo de lubricantes que tienen

altas tasas de evaporacin, por lo que se debe

tener especial cuidado en obtener esta

informacin.

En algunos casos

son difciles de

conseguir.

En algunos casos son de difcil adquisicin lo

que genera sobre costos.

SOBRECOSTOS ECONMICOS EN LUBRICANTES SINTTICOS

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RELACIN

BENEFICIO - COSTO

Notas:

A: Alta

B: Baja

I: Igual

N: Ninguna.

PARMETRO ANALIZADO MINERAL SINTTICO

Frecuencia entre cambios de aceites, meses B A

Costo del galn de aceite, US $ B A

Volumen total de aceite del equipo, galones I I

Costo del volumen total del aceite, US $ B A

Consumo de energa por friccin, Kwhr A B

Costo del Kw-hr, US $ I I

Ahorro total por menor consumo de energa, US $ N A

Costo H-H, US $ I I

H-H para cambio de aceite y limpieza interna del equipo A B

Cantidad total H-H para cambio de aceite y limpieza

interna del equipo, galones A B

Cantidad del producto para limpieza interna del equipo,

galones A N

Costo del galn del producto de limpieza, US $ B N

Costo total producto de limpieza, US $ B N

Biodegradabilidad B A

Toxicidad A B


RESUMIENDO:

La productividad, basada en la tribologa y la lubricacin,

constituye un conjunto de eventos que permiten que tanto el

aceite como los elementos lubricados alcancen la vida para la

cual fueron formulados y diseados respectivamente.

Los factores que atentan contra la vida del aceite y que se deben

controlar son: las altas temperaturas, exposicin al oxigeno, el

agua y la presencia de partculas slidas como el hierro y el

cobre.

La capacidad de carga de un mecanismo lubricado se reduce

aproximadamente en un 10% por cada 25C, por encima de los

50C.

La vida del lubricante se reduce aproximadamente a la mitad por

cada 10C de aumento de la temperatura, por encima de los 50C


RESUMIENDO:

Los factores que reducen la vida de servicio de las mquinas son: la

inestabilidad de la pelcula lubricante con los cambios en la

temperatura de operacin, la presencia de partculas slidas o de

desgaste por encima de los niveles de limpieza mximos permisibles,

y las altas temperaturas de operacin.

Un proceso tribolgico genera valor agregado: control de la friccin

y reduccin del desgaste, ahorro de energa, menos paradas

improductivas, disminucin de prdidas en el proceso productivo.....

La lubricacin inadecuada o sin la frecuencia correcta ocasiona

cerca del 50% de las fallas en rodamientos, y aproximadamente el

60% de las fallas mecnicas.

El sistema de anlisis de aceites usados es una herramienta efectiva

y eficaz que garantiza que en todo momento el aceite se encuentra

en ptimas condiciones para hacer su trabajo en los equipos.


RESUMIENDO:

El monitoreo de los aceites es una de las herramientas ms

valiosas que el Ingeniero tiene a su disposicin para mejorar la

productividad de su planta y garantizar la confiabilidad de la

operacin de sus equipos.

El uso de lubricantes con conciencia ambiental, adems de

conservar adecuadamente los equipos, protege el medio

ambiente, conserva mejor los recursos no renovables y genera

menos contaminacin y desechos.

Es prioritario incluir dentro de los programas de lubricacin el

mantenimiento de los aceites y el manejo responsable de los

desechos

Es funcin de tcnicos y profesionales convertir la lubricacin

en un proceso productivo.

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QUEDA CLARO

Lubricar NO es:

Aplicar aceite

y grasa a las

mquinas


Ing. LUIS EDUARDO BENTEZ HERNANDEZ

e-mail: [email protected]

GRACIAS POR SU

GENTIL ATENCIN

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