G0204: Funcionamiento y fallas tĂpicas en los sistemas oleohidrĂĄulicos de maquinaria pesada y agrĂcola.
UNIDAD 3: Técnicas para el análisis de fallas en sistemas oleohidráulicos aplicados en maquinaria pesada y agrícola. :
Unidad 3, parte 2: Sistema electrohidráulico.
Material introductorio, parte 2.
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UNIDAD 3: Técnicas para el análisis de fallas en sistemas oleohidráulicos aplicados en maquinaria pesada y agrícola. :
Índice de contenidos
Tema 2: Sistema electrohidráulico. •
Análisis de elementos de filtración.
•
Especificaciones técnicas de los aceites oleohidráulicos.
•
Fundamentos de lubricación.
•
Mantenimiento de equipos oleohidráulicos.
MATERIAL INTRODUCTORIO INTRODUCTORIO UNIDAD UNIDAD 23 MATERIAL
UNIDAD 3: Técnicas para el análisis de fallas en sistemas oleohidráulicos aplicados en maquinaria pesada y agrícola. :
Análisis de elementos de filtración
La mayor parte de la contaminación a un sistema oleohidráulico, penetra a través de las tapas del respiradero del depósito, las cuales normalmente no se cambian, y de los barredores de los vástagos de los cilindros actuadores. El ingreso de contaminante también se produce durante la operación del sistema, la contaminación entra a través de los sellos desgastados y otras aberturas del sistema. La operación del sistema también genera contaminación interna, al reaccionar los desechos de desgate de los componentes y otros productos derivados químicos con las superficies de los componentes, creando más contaminación.
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Análisis de elementos de filtración
El almacenamiento de los aceites oleohidráulicos es otro foco de contaminación, habitualmente por condensación del agua presente en el aire. El proceso de mantenimiento, cuando es abierto a la atmósfera el sistema oleohidráulico, si no se tienen cuidados se contamina gravemente el sistema oleohidráulico, por ejemplo en el simple cambio de mangueras puede producirse ingreso de contaminación al sistema por mala manipulación o residuos generados durante el corte.
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Análisis de elementos de filtración
Análisis del aceite del sistema oleohidráulico Para conocer la condición o estado del aceite de un sistema oleohidráulico de maquinaria pesada, se debe realizar un análisis de aceite usado. El análisis de aceite debe contener un conteo de partículas para determinar el grado de limpieza del aceite.
La prueba del parche
Análisis de laboratorio
Métodos de análisis de fluido:
Contador portátil de partículas
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Análisis de elementos de filtración
Análisis del aceite del sistema oleohidráulico El análisis de los fluidos es parte esencial de cualquier programa de mantenimiento. Garantiza que el fluido cumple las especificaciones del fabricante, verifica la composición del fluido y determina su nivel general de contaminación. Para obtener una muestra de fluido para el conteo y/o análisis de partículas, es necesario seguir ciertos pasos que garanticen que la muestra obtenida es representativa del fluido.
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Análisis de elementos de filtración
Análisis del aceite del sistema oleohidráulico Toma de muestra de aceite oleohidráulico de maquinaria Pasos a seguir para una toma de muestra representativa del aceite del sistema: La máquina o equipo con aceite a temperatura normal de trabajo.
Utilice botella de muestreo limpia y no llene más de ¾ de su capacidad.
Cierre la botella inmediatamente finalizada la toma de muestra.
Rotule la botella con datos técnicos de la máquina, del fluido y fecha, entre otros.
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Análisis de elementos de filtración
Análisis del aceite del sistema oleohidráulico Prueba del parche Consiste en una observación visual de una muestra de aceite usado, la cual se hace pasar por un parche de elemento filtrante fino. Posteriormente, el parche se examina en el microscopio para su respectivo análisis visual. En algunos casos se cuenta la cantidad de partículas, comparándolas con un patrón.
Este es un análisis con amplio margen de error, debido a que depende exclusivamente del factor humano.
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Análisis de elementos de filtración
Análisis del aceite del sistema oleohidráulico Contador de partículas Los contadores de partículas láser son comparables a las unidades completas de laboratorio, en cuanto a que pueden contar partículas dentro de un rango de hasta 2 > micrómetros. Se puede hacer una prueba en menos de un minuto. Los contadores de partículas láser, generalmente, solo dan contaje de partículas y clasificaciones de limpieza.
Las pruebas de contenido de agua, viscosidad y análisis espectrométrico requieren de equipos completos de laboratorio.
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Análisis de elementos de filtración
Análisis del aceite del sistema oleohidráulico Análisis de laboratorio Este es un estudio completo de una muestra de aceite oleohidráulico tomado a las máquinas. Los laboratorios ofrecen paquetes de las siguientes pruebas y características: • Viscosidad. • Número de neutralización. • Contenido de agua. • Conteo de partículas. • Conteo espectrométrico (resultados del análisis de contenido de metales de desgaste y aditivos expresados en partes por millón, ppm). • Gráficos de tendencia. • Fotomicrografías. • Recomendaciones técnicas.
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Especificaciones técnicas de los aceites oleohidráulicos
Los aceites oleohidráulicos de distintas marcas poseen especificaciones técnicas de viscosidad, punto de inflamación, punto de escurrimiento, gravedad específica, entre otras. No es recomendable mezclar aceites de distintas marcas, pero sí se pueden cambiar manteniendo las especificaciones técnicas requeridas por el fabricante de la maquinaria. Análisis comparativo entre tres marcas de aceite con especificaciones parecidas, para sistemas oleohidráulicos.
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Especificaciones técnicas de los aceites oleohidráulicos
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Especificaciones técnicas de los aceites oleohidráulicos
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Especificaciones técnicas de los aceites oleohidráulicos
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Especificaciones técnicas de los aceites oleohidráulicos
Se muestran 3 aceites: o Mobil DTE 26. o Shell Tellus 68. o Castrol Hyspin 68. Los tres tienen viscosidad de 68 cst a 40°C, pero cambian en algunas condiciones, por ejemplo: Los puntos de congelación son de -29, -39, -21°C en los distintos aceites, en la tabla se aprecian las diferencias en otros puntos.
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Fundamentos de lubricación
Los aceites para sistemas oleohidráulicos deben cumplir con ciertas funciones, entre ellas:
Transmitir potencia
Lubricar las partes móviles
Sellar holguras
Disipar calor
Inocuo
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Fundamentos de lubricación
Parámetros físico-químicos más importantes de los aceites básicos:
Viscosidad
Índice de viscosidad
Gravedad específica
Punto de inflamación (Flashpoint)
Punto mínimo de escurrimiento
T.B.N. (número total básico)
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Fundamentos de lubricación
¿Qué es un lubricante? Un lubricante es una sustancia que, colocada entre dos piezas móviles, forma una película que impide su contacto, permitiendo su movimiento incluso a elevadas temperaturas y presiones. Reduce consecuentemente la fricción y el desgaste. Es especialmente útil para reducir el contacto metal-metal.
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Fundamentos de lubricación
¿De qué se compone un lubricante? Un lubricante se compone de aceites básicos provenientes principalmente de la refinación del petróleo, a los cuales se les agrega un paquete de aditivos para darle ciertas propiedades deseadas. Entre 80 y 95% de aceite base. Entre 5 y 20% de aditivos.
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Fundamentos de lubricación
Viscosidad Es la medida de la resistencia natural de un fluido a escurrir. Se mide en: • Centistokes (cSt) • Segundos Saybolt (SSU) Las compañías de lubricante especifican la viscosidad a 40ºC y 100ºC (100ºF y a 210ºF respectivamente). La viscosidad de todos los fluidos decrece con la temperatura, pero no todos de la misma forma:
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Fundamentos de lubricación
Índice de viscosidad No todos los lubricantes disminuyen su viscosidad de igual forma. El índice de viscosidad es un número que mide la variación de la viscosidad con la temperatura.
Gravedad específica Es la relación del peso del lubricante v/s el agua. Son valores entre 0,85 y 0,93. Si un lubricante tiene una gravedad específica de 0,85 quiere decir que pesa un 85% de lo que pesa el agua.
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Fundamentos de lubricación
Punto de inflamación Es la temperatura en la cual el aceite empieza a emitir vapores capaces de combustionarse.
Punto de escurrimiento Es la temperatura mínima en la cual el aceite deja de escurrir. Luego, el punto mínimo de fluidez del aceite es -35°C.
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Fundamentos de lubricación
Número Total Básico (TBN) Es la carga alcalina de los básicos que sirve para contrarrestar el ácido que se forma en la combustión. Se mide en mg-KOH/g. Los valores normales de TBN para aceites hidráulicos fluctúan entre 8,5 y 15,5 mg-KOH/g.
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Fundamentos de lubricación
Aditivos Compuesto químico que se agrega al aceite base para: • • •
Mejorar alguna característica del aceite base. Impartir alguna nueva característica al aceite base. Reducir la velocidad a la cual ocurren cambios no deseados en el aceite durante su operación.
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Aditivos Tipos más comunes: • • • • • • • • • •
Mejorador de Índice de Viscosidad (IV). Detergentes. Dispersantes. Antidesgaste (AW). Antioxidantes (AO). Inhibidores de herrumbre. Antiespumantes. Extrema Presión (EP). Demulsificadores. Depresores del Punto de Escurrimiento.
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Fundamentos de lubricación
Definición de fricción Los aceites en los sistemas hidráulicos, además de transmitir potencia, deben lubricar partes móviles debido al roce entre superficies. La fuerza de roce o fuerza de fricción entre dos superficies en contacto, es la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra (fuerza de fricción cinética) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones entre las superficies en contacto.
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Fundamentos de lubricación
•
Daño producido por los contaminantes en un sistema oleohidráulico.
•
Bloqueo de orificios.
•
Desgaste de componentes.
•
Formación de herrumbre u otros tipos de oxidación.
•
Formación de compuestos químicos.
•
Agotamiento de aditivos.
•
Crecimiento de contaminantes biológicos.
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Fundamentos de lubricación
El fluido hidráulico tiene la finalidad de crear una película lubricante para mantener separadas las piezas de precisión.
El espesor real de la película lubricante depende de la viscosidad del fluido, la carga aplicada y la velocidad relativa de las dos superficies. En muchos componentes, las cargas mecánicas son tan extremas que comprimen el lubricante dejando una película muy delgada, de menos de 1 micrón de espesor. Esto contribuye a producir una fricción dañina para el componente.
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Fundamentos de lubricación
Un fluido nuevo no es necesariamente fluido limpio. Normalmente, los fluidos nuevos, que vienen directamente del tambor o bidón, no son aptos para utilizarlos en sistemas hidráulicos o de lubricación. Se requiere un micro filtrado antes de ingresar al sistema oleohidráulico, normalmente se utiliza un sistema trasvasije. Los aditivos en un fluido hidráulico normalmente son de 1 micra y no son afectados por métodos normales de filtración.
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Fundamentos de lubricación
Equipo de trasvasije Con este equipo se debe realizar el llenado de aceite de los depósitos de sistemas oleohidráulicos, por dos motivos: El aceite oleohidráulico nuevo normalmente es más sucio que el recomendado para el sistema. El aceite que ingresa al sistema oleohidráulico siempre es filtrado, nunca tiene contacto con el entorno, no contaminándose con el particulado en suspensión.
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Fundamentos de lubricación
Tipos de contaminación La contaminación por partículas se clasifica, generalmente, en “cieno” (sedimentos) y “virutas” (briznas). El cieno se puede definir como la acumulación de partículas de menos de 5 um a lo largo del tiempo. Este tipo de contaminación también produce falla del sistema con el tiempo. Las virutas, por su parte, son partículas mayores de 5um que pueden producir una falla catastrófica inmediata.
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Tipos de contaminación Clasificación del tipo de contaminación Partículas duras: • Sílice. • Carbono. • Metal. Partículas blandas: • Caucho. • Fibras. • Microorganismos.
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Tipos de contaminación Contaminación con agua Uno de los problemas en sistemas oleohidráulicos es la contaminación con agua, en la figura se muestra aceite base puro, aceite mezclado con agua y aceite con agua sin mezclar.
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Contaminación generada en los sistemas oleohidráulicos Desgaste por abrasión: partículas duras unen dos superficies móviles, las cuales se raspan entre sí. Desgaste por cavitación: flujo restringido en la entrada de la bomba, produce vacíos de fluido que hacen implosión ocasionando choques que desprenden el material crítico de la superficie.
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Contaminación generada en los sistemas oleohidráulicos El desgaste por fatiga superficial: Las partículas que tapan un espacio libre producen un elevador de tensión en la superficie, que se expande hasta fisurarse debido al esfuerzo repetido del área dañada. Desgaste erosivo: las partículas finas en una corriente de fluido a alta velocidad, se “comen” un borde de medición o superficie crítica.
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Fundamentos de lubricación
Fricción fluida La fricción fluida se produce entre capas de fluido que viajan a distintas velocidades, también se define fricción viscosa del fluido. Los fluidos se mueven en forma de múltiples capas en los ductos a distintas velocidades, generando roce entre capas, por lo tanto hay pérdidas de energía en forma de calor. Se genera calor y se consume energía. Mientras más velocidad, más calor generado.
A esto se le denomina flujo laminar.
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Fundamentos de lubricación
Efectos negativos de la fricción: • • • • • •
Genera pérdida de energía. Aumentos de temperatura. Desgastes de piezas mecánicas. Consumo excesivo de combustible. Lucros cesantes (mantenciones y fallas). Costos de mantención.
El desgaste se define como el arranque superficial de material debido a una acción mecánica, abrasiva, o a una acción química corrosiva.
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Desgaste Se subdivide en desgaste mecánico o abrasivo y desgaste químico o corrosivo. Mecánico o abrasivo. Por partículas contaminantes. Por partículas de desgaste de componentes. Químico o corrosivo. Por presencia de sustancias alcalinas. Por presencia de sustancias ácidas.
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Mantenimiento de equipos oleohidráulicos
Inspección Los puntos individuales de inspección específicos del equipo maquinaria, deben indicarse en la denominada lista de inspección.
o
De esta forma el control sobre los equipos y maquinaria puede ser realizado correctamente, aun por mantenedores de distintas oficinas y niveles de capacitación. En maquinaria mayor pueden existir diferentes puntos de inspección, según distintos tipos de servicios.
Por ejemplo: en maquinaria existen inspecciones diarias, mensuales, anuales o por términos de faenas.
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Mantenimiento de equipos oleohidráulicos
Inspección Puntos importantes de inspección: • • • • • •
Verificar nivel de fluidos en el depósito. Verificar eficiencia del intercambiador de calor. Verificar estanqueidad del equipo hacia el exterior. Verificar la temperatura de fluido hidráulico en servicio. Verificar presiones. Verificar fugas.
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Mantenimiento de equipos oleohidráulicos
Inspección Puntos importantes de inspección: • • • • • • •
Verificar limpieza del aceite hidráulico. Verificar grado de limpieza de los filtros. Verificar las características químicas del fluido hidráulico. Verificación de ruidos en el sistema hidráulico. Verificar potencia y velocidad del equipo. Verificar sistemas de tuberías y mangueras. Control de acumuladores de presión.
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Mantenimiento de equipos oleohidráulicos
Los trabajos de inspección, mantenimiento reparación, en la práctica van muy de la mano.
y
En la práctica los trabajos de mantenimiento se realizan junto con las inspecciones del equipo.
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Mantenimiento de equipos oleohidráulicos
Listado de trabajos de mantenimiento frecuentes: • • • • • • • •
Reposición del fluido hidráulico. Cambio del fluido hidráulico. Limpieza de filtros. Reajustar presiones. Eliminar pérdidas en el sistema de tuberías. Limpieza exterior de las máquinas. Mantenimiento de depósitos presurizados. Reemplazo de partes gastadas y que cumplan con su vida útil.
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Reparaciones de equipos hidráulicos y componentes individuales. En una primera etapa localizar las fallas, en forma eficaz y sistemática. Para esto se debe contar con manuales de servicio de los equipos a realizarle reparaciones. Contar con los instrumentos de medición para realizar testeos, verificaciones y comportamiento de los distintos componentes del sistema oleohidráulico. Reparar componentes. Eliminar fallas. Reparación y revisión general de los sistemas oleohidráulicos.
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BIBLIOGRAFÍA
Gildemeister Maquinarias www.mgildemeister.cl
Mannesmann Rexroth. (1980). Training Hidráulico (vol. 1). ISBN-3-8023-0619-8. Mannesmann Rexroth. (1988). Training Hidráulico (vol. 3). ISBN-3-8023-0266-4. Parker Hannifin Corporation. Manual de filtración. Recuperado de: www.parker.com.br Potter Merle, C. (1998). Mecánica de los fluidos (2ª. ed.). México: Editorial Prentice Hall. ISBN: 970-17-01968. Sewobe. www.case.com.es
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