w20150327164710333_7000082810_06-22-2015_234636_pm_sesion 14 im.pdf
TRANSCRIPT
SESION N° 14
DETECCION DE FALLAS POR ANALISIS DE LUBRICANTES
LUBRICANTE
Sustancia que introducida entre dos superficies móviles, reduce la fricción entre
ellas, facilitando el movimiento y reduciendo el desgaste.
El lubricante cumple variadas funciones dentro de una máquina o motor:
Disuelve y transporta al filtro las partículas fruto de la combustión y el
desgaste.
Distribuye la temperatura desde la parte inferior a la superior actuando
como un refrigerante.
Evita la corrosión por óxido en las partes del motor o máquina.
Evita la condensación de vapor de agua.
Sella actuando como una junta determinados componentes.
La propiedad del lubricante de reducir la fricción entre partes se conoce como
Lubricación y la ciencia que la estudia es la tribología.
Un lubricante se compone de una base, que puede ser mineral o sintética y un
conjunto de aditivos que le confieren sus propiedades y determinan sus
características.
Cuanto mejor sea la base, menos aditivos necesitará; sin embargo, se necesita
una perfecta comunión entre estos aditivos y la base, pues sin ellos la base
tendría unas condiciones de lubricación mínimas.
Aplicaciones de la lubricación
Turbinas hidráulicas, a vapor, gas
Compresores, turbocompresores
Rodamientos
Cajas de engranajes
Motores de combustión interna
Sistemas hidráulicos
Lubricantes Industriales
La inversión en maquinaria industrial, es uno de los rubros de mayor monto
empresarial.
La adquisición de equipos, amerita realizar evaluaciones necesarias para realizar
la adecuada compra.
Adquiridas las maquinarias, se deben tomar las medidas adecuadas para
preservar los equipos en las mejores condiciones, para garantizar su vida útil; es
por ello, que las empresas industriales, procuran desde el principio un adecuado
mantenimiento, considerando un cuidado en las condiciones de lubricación.
Toda maquinaria, en la que partes móviles entran en contacto producen fricción y
desgaste de los componentes, el lubricante tiene la función de atenuar la fricción y
evitar que el desgaste de los componentes sea excesivo, además disipa el calor,
protege de la suciedad y de la oxidación de los metales.
Los lubricantes por sus propiedades físicas pueden ser:
Grasas:
De consistencia semi-sólida.
Aceites:
De consistencia líquida, denominados aceites lubricantes, se encuentran en
diferentes viscosidades.
La viscosidad es la resistencia interna de un líquido a fluir, otra propiedad física
importante es la temperatura en la que fluirá.
Los equipos y máquinas a lo largo del tiempo se han vuelto cada vez más
sofisticados y demandan de una lubricación más especializada y específica para
cumplir con exigencias particulares, la industria de los lubricantes ha tenido que ir
a la par del desarrollo de las necesidades y nuevas tecnologías.
Los lubricantes se pueden clasificar por su origen:
Mineral: extraídos de los derivados del petróleo.
Vegetal: extraídos de las plantas y frutos.
Animal: extraídos de los huesos, tejidos adiposos, etc.
Sintético: fabricados en laboratorio, diseñados con propiedades específicas
para condiciones extremas, en las que un lubricante común no tiene un
desempeño satisfactorio. Los lubricantes son a menudo mejorados por
aditivos.
Los aditivos son productos químicos que se agregan para mejorar el desempeño
de un aceite para modificar la viscosidad o el punto de congelación, entre otros.
Características físicas de los aceites:
Densidad y gravedad:
Razón entre el peso de un volumen dado de aceite y un volumen igual de agua;
está relacionada con la naturaleza del crudo de origen y el grado de refinado.
En los EEUU suele usarse la gravedad API, la cual es una escala arbitraria que
expresa la gravedad o densidad del Aceite, medida en grados API; la densidad es
la razón entre el peso de un volumen de aceite y el peso de un volumen igual de
agua.
Punto de inflamación:
Temperatura mínima a la cual el aceite desprende suficientes vapores que se
encienden instantáneamente al aplicárseles una llama abierta.
Punto de fluidez:
Es la mínima temperatura a la cual un líquido fluye cuando se es enfriado bajo
condiciones de prueba.
Viscosidad:
Es una de las propiedades más importantes de un lubricante; una buena parte de
los sistemas de clasificación de los aceites están basados en esta propiedad.
Viscocidad
Color
Oxidación
Punto de fluidez
Residuos de carbon
Resistencia a la
formación de espuma
Suciedad o herrumbre
Humedad
FALLAS POR INCORRECTA LUBRICACION
TEORIA DE LA FRICCIÓN
COEFICIENTE DE FRICCIÓN
Relación existente entre la fuerza necesaria para mover un cuerpo sobre la
superficie, y la que dicho cuerpo ejerce sobre ella perpendicularmente.
Si el cuerpo está en reposo, la fuerza necesaria para ponerlo en movimiento debe
vencer la fricción estática.
Si se encuentra ya en movimiento, bastara que la fuerza impulsora sea igual a la
fricción cinética.
El coeficiente de fricción es igual a 1 si para mover un peso de 100 kg. sobre una
superficie, se requiere un esfuerzo de 100 kg.
El coeficiente de fricción estático es mayor que el cinético.
La fricción produce desgaste y la severidad de este depende de la naturaleza de
las superficies; por lo tanto, la función primordial de un lubricante es disminuir el
coeficiente de fricción.
Medida de la fricción:
Se hace determina mediante el coeficiente de fricción f, el cual envuelve dos
factores:
F: la fuerza requerida para iniciar o sostener el deslizamiento y
N: la fuerza normal que mantiene juntas las dos superficies.
f = F / N
Donde:
f = Coeficiente de fricción.
F = Fuerza de fricción que se opone al movimiento.
N = Carga perpendicular a la superficie.
Velocidad de deslizamiento:
En la práctica, algunos materiales deslizan a altas velocidades, produciendo un
alto coeficiente de fricción, como el caso del caucho de las ruedas sobre el
pavimento de la carretera.
Temperatura:
Generalmente tiene poco efecto sobre el coeficiente de fricción de metales, hasta
que la temperatura comienza a ser suficientemente alta para aumentar la tasa de
oxidación (la cual produce un decrecimiento del coeficiente de fricción).
Régimen de arranque o inicio:
Algunas veces se registra un arranque rápido a partir del reposo produciendo un
bajo coeficiente inicial de fricción.
Presión de contacto:
En algunos casos, se analiza el coeficiente de fricción vs la proporción de carga
aplicada; lo primero que debe tenerse en cuenta es que el coeficiente de fricción
normalmente decrece a medida que la carga aplicada aumenta.
Leyes de la fricción
1. Primera : Es directamente proporcional a la carga.
2. Segunda : Es independiente del área de contacto de las superficies (el
coeficiente de rozamiento no depende del tamaño de las
superficies).
3. Tercera : Varía según la naturaleza de las superficies.
4. Cuarta : No afecta la velocidad del deslizamiento.
ANALISIS DE LOS ACEITES LUBRICANTES
El análisis del estado del aceite lubricante en servicio efectuado suministra
múltiples informaciones sobre su estado actual como el aspecto, la viscosidad, el
envejecimiento, el contenido en agua o sustancias ajenas sólidas.
El análisis de la condición de una muestra de aceite incluye una espectroscopia
infrarroja, análisis físicos, químicos, cromatográficos, así como un análisis de los
aditivos y de los elementos metálicos.
El resultado del análisis se resume en un informe estandarizado que describe la
condición del aceite.
El resultado del análisis de la condición de aceite, depende en gran medida de la
toma correcta de la muestra; por ello el kit de Kluber Lubrication ofrece todos los
materiales y una descripción detallada necesarias para un muestreo correcto,
inclusive los recipientes de muestras con tapa y etiqueta.
FUENTES DE CONTAMINACIÓN
Es difícil identificar las fuentes potenciales de contaminación en un ambiente
industrial severo y sucio.
Como una cuestión de buen mantenimiento, se debe asegurar tener un alto nivel
de limpieza alrededor de los tanques, componentes y tuberías; esto hará más fácil
la detección de fugas, derrames y condiciones anormales del sistema.
El primer paso para la identificación de las fallas de un sistema, es observar y
registrar las anormalidades.
Una política sencilla de mantener el lugar limpio facilita esta práctica.
Recuerde que la percepción de un lugar limpio produce una sensación de orgullo y
sentido de la propiedad de los sistemas de la planta.
¿COMO DETERMINAR LAS PROPIEDADES DE LOS LUBRICANTES PARA
INHIBIR LA CORROSIÓN?
“¿Existe alguna prueba que se pueda recomendar para determinar las
propiedades de los lubricantes para inhibir la corrosión en fase vapor?”
La prueba estándar ASTM D5534 es la usada para determinar las propiedades de
los lubricantes para inhibir la corrosión en fase vapor; en esta, un espécimen o
trozo de acero es colocado en la parte superior del equipo utilizado en el estándar
ASTM D3603, donde el aceite que va a ser evaluado se encuentra a 60°C (140°F).
El espécimen es expuesto a vapores de agua y aceite por un período de 6 horas.
Al final de la prueba, el espécimen es examinado por evidencias de corrosión. Si
hay corrosión, el resultado del aceite se reporta como “falla”; obviamente, si no
hay signos evidentes de corrosión, el resultado se reporta como “pasa”.
Si bien es importante tener un lubricante que proteja a la máquina contra los
efectos que causa el ingreso de agua o la eventual humedad que se produce por
el agua en el aceite caliente de la máquina, es más importante, en primer lugar,
tomar acciones proactivas para controlar el ingreso de agua.
Si el agua ingresa en el sistema, debe ser capaz de reconocer su presencia,
analizar su estado y concentración, y removerla tan pronto como sea posible.
Sabemos que el agua existe en tres estados o fases. El primero se conoce como
agua disuelta y se caracteriza por moléculas individuales de agua dispersas a
través de todo el aceite.
La mayoría de los aceites industriales, como los fluidos hidráulicos, los aceites de
turbina, etc., pueden mantener disueltas de 200 a 600 ppm de agua (0.02 a
0.06%), dependiendo de la temperatura y la edad del aceite.
Un aceite envejecido es capaz de mantener de tres a cuatro veces más agua
disuelta que cuando está nuevo.
Una vez que la cantidad de agua ha excedido el nivel máximo para mantenerse
disuelta, el aceite se satura; en este punto, el agua se mantiene suspendida en el
aceite en forma de gotas microscópicas, lo que se conoce como emulsión; un
aceite en esta condición, tiene apariencia turbia, diciendo entonces que el aceite
se encuentra nebuloso o brumoso.
El adicionar más agua a una emulsión aceite/agua lleva a una separación de dos
fases, generando una capa de agua libre así como otras capas de aceite libre o
emulsionado.
Para aceites minerales o polialfaolefinas (PAO) con una densidad específica por
debajo de 1.0, esta agua libre se encuentra en el fondo del tanque o depósito.
Reconocer los estados y analizar su concentración lo puede ayudar a tomar la
mejor decisión de cómo removerla, pero como se mencionó anteriormente, su
principal objetivo debe ser en primer lugar detener su ingreso.
TECNICAS DE ANALISIS FERROGRAFIA DIRECTA
Consiste en la medición cuantitativa de la concentración de las partículas ferrosas en una muestra de fluido a través de la precipitación de esas partículas en un tubo de vidrio sometido a un fuerte campo magnético. Dos conjuntos de lecturas son obtenidos de las grandes y pequeñas partículas (por encima y por debajo de 5 micras). Generalmente más de 20,000 partículas mayores de 5 micras indican una alerta de seguimiento y más de 40,000 son excesivas e indican problemas de desgaste en componentes ferrosos de la máquina.
Actualmente se impone una mejora de este método mediante otro sensor después del S, que permite obtener en número de partículas en total de partículas mayores de 1.2 micras, el total de partículas mayores de 5 micras y el total de partículas mayores de 12 micras.
El número de partículas tiene un código correspondiente en la norma ISO 4406 para análisis de lubricantes a través del conteo de partículas. El código no es más que un número del 8 al 24.
ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORCIÓN ATOMICA Este análisis, en conjunto con el conteo de partículas, es el más popular en la implementación de programas de mantenimiento predictivo, debido a que en los centros industriales, los proveedores de lubricante ofrecen el servicio como un valor agregado a la venta. El principio básico consiste en someter la muestra de lubricante a un voltaje de 15 kV, en la cual se calienta y libera energía. Fenómenos especiales de radiación se generan, en los que se pueden diferenciar y asignar las radiaciones a diferentes frecuencias a elementos específicos constituyentes del lubricante. La intensidad de radiación a una frecuencia específica es proporcional a la concentración de su respectivo elemento.
Algunos componentes resultados de este análisis:
Silicio : polvo, aditivos antiespumantes.
Calcio : polvo, aditivos detergentes.
Bario, Magnesio : aditivos detergentes.
Hierro : engranajes y rodamientos.
Cobre : babbitt de cojinetes de fricción o separadores de rodamientos
Cromo : anillos y camisas de pistón.
Aluminio : pistones.
FERROGRAFIA ANALITICA
Técnica que se posiciona como una de las más importantes para el análisis de aceite. Cuando es implementada correctamente provee gran información de causa raíz. A pesar de sus capacidades es frecuentemente excluida de los programas de análisis de aceites, debido a que comparativamente, es bastante costosa; además, es una prueba que requiere tiempo, paciencia y alta habilidad (muy buen ojo) por parte del analista. Este análisis, representa costos significativos que no se presentan en otros análisis de aceites; sin embargo, los beneficios de la ferrografía analítica son muy representativos, al lograr una clara identificación de modos de falla que ningún otro análisis provee. El principio de la ferrografía analítica consiste en separar sistemáticamente el material particulado suspendido en el lubricante, sobre una plaqueta de vidrio, la cual es examinada bajo el microscopio para distinguir tamaño, concentración, composición, morfología y condición superficial de las partículas ferrosas y no ferrosas que caracterizan el desgaste.
El examen detallado descubre los misterios de las condiciones de desgaste anormal apuntándolo hacia el componente fuente, con un excelente acercamiento a la causa raíz del problema. El lubricante es diluido para mejorar la precipitación de partículas y la adhesión a la plaqueta. La muestra diluida se hace fluir sobre la plaqueta por gravedad (la plaqueta se posiciona inclinada). La plaqueta a su vez descansa en un magneto, el cual atrae las partículas ferrosas y permite la adherencia en la plaqueta.
Debido al campo magnético las partículas ferrosas se alinean en cadenas horizontales a lo largo de la plaqueta; las partículas más grandes se depositan hacia el punto de entrada y las pequeñas hacia el punto de salida; las no ferrosas se depositan aleatoriamente en toda la plaqueta acumulándose sobre las cadenas de partículas ferrosas las cuales actúan como diques. La ausencia de partículas ferrosas reduce sustancialmente la efectividad del análisis de las no ferrosas.
La plaqueta preparada de esta manera con estas cadenas de partículas, se denomina ferrograma. Después de que las partículas son depositadas en el ferrograma la plaqueta se lava y las partículas quedan permanentemente adheridas. El ferrograma está ahora listo para inspección óptica utilizando un microscopio bicromático.
SISTEMAS DE LUBRICACION INDUSTRIAL
TECNICAS DE MANTENIMIENTO EN ACEITES DIELECTRICOS – TRANSFORMADORES
