UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
INTRODUZCA: NOMBRE CURSO G0205: Análisis de elementos del tren de potencia
Gildemeister
para maquinaria pesada y agrícola.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 1
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
Unidad 1, parte 2: Lubricación y desgaste de los elementos mecánicos de maquinaria pesada y agrícola.
Material Introductorio, parte 2: Lubricación y desgaste de los elementos mecánicos de maquinaria pesada y agrícola.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 2
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
ÍNDICE DE CONTENIDO
Contenido INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................... 4 TEMA 2: DESGASTES ............................................................................................................................................ 5 2.1.
DEFINICIÓN................................................................................................................................................ 5
¿Qué es el desgaste?....................................................................................................................................... 5 2.2.
CLASIFICACIÓN ........................................................................................................................................... 7
2.3.
FALLAS POR DESGASTE ................................................................................................................................. 7
DESGASTE ADHESIVO .................................................................................................................................... 11 DESGASTE EROSIVO ...................................................................................................................................... 15 DESGASTE DEL TIPO CAVITACIÓN POR EROSIÓN .......................................................................................... 18 DESGASTE CORROSIVO ................................................................................................................................. 23 DESGASTE DE CORROSIÓN POR FROTACIÓN ................................................................................................ 25 DESGASTE DEL TIPO FATIGA ......................................................................................................................... 27 CONCLUSIONES ...............................................................................................................................................32 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................................34
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 3
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
INTRODUCCIÓN El objetivo principal de este curso, denominado análisis de elementos del tren de potencia para maquinaria pesada y agrícola, es que el participante pueda describir el funcionamiento, características técnicas, mecanismos de desgaste y lubricación de los componentes que intervienen en el tren de potencia, del motor hacia los sistemas de tracción o ruedas, para la detección de una falla, de acuerdo al tipo de maquinaria pesada o agrícola. Para lograr este objetivo, el curso se ha divido en cuatro unidades: Unidad 1: Lubricación y desgaste de los elementos mecánicos de maquinaria pesada y agrícola. Unidad 2: Características técnicas del motor de maquinaria pesada y agrícola. Unidad 3: Convertidor de par y transmisión de maquinaria pesada y agrícola. Unidad 4: Diferencial y mandos finales del tren de potencia de maquinaria pesada y agrícola.
En la primera unidad estudiaremos los conceptos básicos de lubricación, tipos de lubricación, análisis de aceites y mecanismos de desgaste de los elementos de maquinaria pesada. En la segunda unidad estudiaremos el motor, sus componentes, funcionamiento, mantenimiento, mecanismos de desgaste y fallas características. En la tercera unidad estudiaremos el convertidor de par y la transmisión, considerando sus funciones, componentes, mantenimiento y fallas. Finalmente, en la cuarta unidad, estudiaremos el diferencial y los mandos finales considerando sus componentes, función, mecanismos de desgaste, fallas y mantenciones. Los invitamos a revisar el material disponible, en la parte 2.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 4
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
TEMA 2: DESGASTES
2.1.
Definición
¿Qué es el desgaste?
Se define como la pérdida progresiva de material de la superficie, debido al movimiento relativo y al contacto entre superficies. Los distintos productos tienen muchos componentes que se desgastan al hacer su trabajo, lo que hace necesario reemplazarlos periódicamente. Algunas piezas, como por ejemplo las herramientas de penetración del suelo, trabajan en condiciones de desgaste muy serio y tienen un promedio corto de vida útil. Las piezas que se encuentran dentro de las máquinas, están protegidas y se desgastan más lentamente. Pero cuando las condiciones de trabajo o del medio ambiente son anormales, las tasas de desgaste aumentan. Es posible que se deban reemplazar algunos componentes antes de que hayan alcanzado la vida útil esperada. Si se conoce cuál es la condición anormal que ha producido el desgaste, se podrá anticipar al cambio de las piezas que han sufrido daño. Pero frecuentemente se tendrán que observar las piezas y descubrir, a partir de esa observación, cuál ha
sido
la
condición anormal que produjo el desgaste acelerado.
¿Cuáles son las técnicas adecuadas para un análisis de desgaste? Observar las características de la superficie. Identificar el tipo de desgaste. Observar dónde ocurre el desgaste. Hacer una lista de las condiciones que puedan causar el desgaste. Determinar qué hacer a continuación para obtener más información.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 5
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
1. Características de la superficie Obtenga información acerca de las características de la superficie. Observe y anote la textura, el color, la forma, el tamaño y cualquier pequeño detalle que pueda observarse con magnificación y buena iluminación.
2. Tipo de desgaste Obtenga información acerca de las características de la superficie. Observe y anote la textura, el color, la forma, el tamaño y cualquier pequeño detalle que pueda observarse con magnificación y buena iluminación.
3. Ubicación del desgaste Identificar dónde ha ocurrido el desgaste. ¿Estaba descentrado? ¿Ocurrió en superficies que no deberían estar en contacto? Estos detalles ayudarán a determinar si el problema se debe a cuestiones de carga, alineación, espacio libre o lubricación. Se trata de reducir la lista de causas posibles al número más pequeño de causas básicas. 4. Condiciones que pueden haber facilitado el desgaste Enumerar las condiciones que pueden haber hecho posible las características de la superficie, el tipo de desgaste y la ubicación del desgaste que se ha observado.
5. ¿Qué hacer a continuación? Enumerar las condiciones que pueden haber facilitado el desgaste y decidir cuáles son las más probables y las menos probables. Basándose en los datos de desgaste que se han observado, ¿cuál de estas condiciones explicaría la mayoría de los datos? Esta será la condición más probable. La condición menos probable será la que explique el número más pequeño de datos observados. El paso siguiente es investigar la condición que se ha determinado como más probable.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 6
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
2.2.
Clasificación
¿Cuántos tipos de desgaste se producen? Hay siete tipos normales de desgaste que explican la gran mayoría de las fallas por desgaste anormal. Estos siete tipos de desgaste anormal son: Abrasión- Adhesión – Erosión - Erosión por cavitación – Corrosión - Corrosión por frotamiento - Fatiga de material por tensión de contacto. La abrasión explica la mayoría de los casos de fallas por desgaste anormal, mientras que la adhesión es el tipo de desgaste que progresa con mayor rapidez. Cada tipo de desgaste desarrolla sus propias características superficiales, lo que ayudará a identificarlo.
2.3.
Fallas por desgaste
DESGASTE TIPO ABRASIVO El desgaste abrasivo puede imaginarse como una
acción de corte. Las
superficies dañadas como resultado de desgaste
abrasivo
son
cortadas,
acanaladas o ranuradas. Si existe una capa de lubricante, se podrá eliminar o reducir la
producción de calor y el
desgaste de la superficie. En el desgaste abrasivo
entre
dos
cuerpos,
dos
superficies se deslizan una contra otra. En
el
desgaste
abrasivo
entre
tres
cuerpos, partículas quedan atrapadas entre dos superficies que están en movimiento.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 7
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
Si las partículas abrasivas quedan atrapadas entre dos superficies que se mueven, se dice que existe desgaste abrasivo entre tres cuerpos. Como las partículas atrapadas pueden rodar y deslizarse, en muchos casos se observa menos daño que en el caso de abrasión entre dos cuerpos. Las superficies pueden sufrir cortes, acanalados, golpes o incrustaciones. En algunos casos, el acanalamiento produce residuos secundarios que causan más desgaste abrasivo y perturban la superficie.
Partículas abrasivas Son partículas de cualquier tipo o tamaño que sean tan duras o más duras
que
la
superficie
desgasta. Suelen ser material
abrasivo
que
se
partículas de
de
discos
de
esmerilar, partículas de pintura, polvo, arena, suciedad y virutas de metal.
¿Qué tipo de superficie se obtiene producto de las partículas abrasivas?
Superficie pulida: partículas abrasivas pequeñas y duras, como partículas de polvo, pueden entrar en la mayoría de los
sistemas
arañazos
y
finos
producen que
cortes
dejan
y
una
apariencia pulida.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 8
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
Superficie satinada: partículas abrasivas duras
un
poco
más
grandes,
como
partículas de arena fina, producen cortes y arañazos más grandes y dejan un acabado superficial satinado o un aspecto mate.
Superficie con corte y ranura: partículas abrasivas duras y grandes, como partículas grandes
de
arena
o
residuales
de
maquinado, pueden producir arañazos y ranuras profundas.
Melladuras
o
abolladuras:
si
faltan
partículas incrustadas de los agujeros, es una indicación de que se continuó la operación después que las partículas se incrustaran, por lo que se rompen y se mueven de su sitio. Si las superficies son duras, las partículas normalmente no se incrustan pero pueden causar melladuras o abolladuras.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 9
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
Partículas incrustadas: es importante notar la secuencia temporal del daño. Cortes y arañazos pueden ocurrir
encima de las
zonas
puede
incrustadas
o
ocurrir
incrustamiento encima de arañazos. Si continúa
la
operación
haberse incrustado las
después
de
partículas, estas
pueden romperse o moverse. Ver si hay zonas
en
las
que
falten
partículas
incrustadas de sus agujeros.
¿Dónde se ubica el desgaste en la pieza? La ubicación del desgaste nos proporciona información acerca del encaje de la pieza, puede mostrar también situaciones de piezas mal alineadas, dobladas o distorsionadas y puede indicar cómo entraron las partículas en caso de desgaste abrasivo de tres cuerpos.
Encaje incorrecto Piezas
que
se
han
montado
incorrectamente, pueden sufrir un contacto abrasivo excesivo de dos cuerpos en áreas de alta carga.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 10
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
Mala alineación Una mala alineación puede ocasionar que la pieza se dañe y haya desprendimiento de material.
Pieza doblada Una pieza que se ha golpeado o ha tenido una mala operación, sufre daños al ser instalada, en estas condiciones producirá daños en la pieza.
Distorsión A veces los dientes de engranajes se desvían debido a sobrecargas y causan que el contacto y el desgaste se produzcan más rápidamente.
DESGASTE ADHESIVO Comienza cuando asperezas o puntos elevados muy pequeños en superficies móviles, hacen contacto entre ellos y generan calor de fricción hasta que uno de los puntos elevados se adhiere al otro y se separa de la superficie en la que estaba originalmente. Como se trata solamente de puntos muy pequeños, este proceso se llama soldadura microscópica. Si se continúa la operación de ese componente, el contacto entre las superficies aumenta y áreas más amplias pueden fundirse y adherirse. Las temperaturas de adhesión pueden alcanzarse en cuestión de segundos cuando las superficies están muy cargadas.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 11
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
¿Cómo se puede reconocer una superficie sometida a desgaste adhesivo?
Pulido En las fases iniciales de desgaste adhesivo, habrá pulido de las superficies y un aumento en la reflexión de la luz. A medida que las asperezas frotan unas contra otras, se calientan, se funden microscópicamente y se separan de la superficie original, las superficies se hacen más lisas. Algo de pulido ocurre normalmente durante el uso inicial de productos nuevos. En la mayoría de los casos, las piezas no se dañan en esta fase inicial porque lo único que ocurre debido al desgaste adhesivo es que las superficies se hacen más lisas.
Decoloración y adhesión En las fases intermedias del desgaste adhesivo, se observan raspaduras, ralladuras, decoloración y adhesión. Al continuar el desgaste adhesivo, toda la superficie de contacto puede recalentarse y secciones grandes de la superficie pueden alcanzar la temperatura de fusión, adherirse y separarse de la superficie original.
Deformación plástica En las fases más avanzadas del desgaste adhesivo, se observa deformación plástica. Esto ocurre
cuando se
alcanzan temperaturas muy altas. Estas
temperaturas son tan altas que el metal se ablanda, pierde resistencia y se deforma. Se observará un color negro de revenido, indicio de temperaturas elevadas.
Colores de revenido Cuando se alcanzan temperaturas muy altas en piezas de acero, se ven con frecuencia colores de revenido, los cuales son causados por óxidos metálicos que producen una gama de colores desde amarillo dorado a azul claro, azul oscuro, gris y negro.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 12
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
Fracturas Las fracturas ocurren frecuentemente como resultado del desgaste adhesivo, porque la pieza ha sido debilitada por las elevadas temperaturas.
¿Dónde se ubica el desgaste en la pieza? La ubicación del desgaste adhesivo puede dar información útil acerca de por qué ha ocurrido este tipo de desgaste. El desgaste adhesivo ocurre en las zonas de mayor contacto friccional. Pueden ser zonas de encaje muy ajustado, contacto mal alineado, cargas altas, lubricación marginal o altas temperaturas. En estas zonas las piezas se expanden cuando sube la temperatura, se reducen los espacios libres y las zonas más amplias de la pieza sufren desgaste adhesivo.
¿Cuáles son las causas posibles del desgaste adhesivo? Se debe guiar por las características superficiales y por la ubicación del desgaste, para seleccionar las condiciones que pueden haber estado involucradas.
Problemas de piezas y montaje Entre los problemas de piezas y de montaje se encuentran: encaje de interferencia, superficies rugosas y maquinado inapropiado.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 13
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
Problemas de lubricación Entre los problemas de lubricación se pueden encontrar: bajo nivel de lubricante, lubricante equivocado, lubricante degradado, lubricante demasiado caliente o frío y conductos mal perforados o atorados.
Velocidad excesiva Si el suministro de aceite que puede depender de la velocidad del motor, es muy bajo porque el motor está en vacío, las capas de lubricante pueden penetrarse y habrá contacto entre componentes metálicos y se producirá calor y desgaste adhesivo en los dientes de engranaje y en los cojinetes.
Carga excesiva En arrastres prolongados saliendo de las minas con cargas plenas, se fuerza que los dientes de engranajes de los mandos finales estén muy juntos. Si las cargas llegan a ser excesivas, las capas de lubricante no pueden cumplir su función y se produce contacto entre superficies metálicas y soldadura microscópica.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 14
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
DESGASTE EROSIVO El desgaste por erosión ocurre cuando partículas en movimiento chocan con las superficies que las rodean. Puede explicarse como una acción de impacto. Generalmente las partículas son arrastradas por un fluido y son más pesadas que este. Cuando cambia la dirección en que se mueve el fluido, el momento arrastra las partículas más pesadas hacia delante y golpean contra esquinas y restricciones, causando daños en las superficies.
¿Cómo son las superficies características del desgaste erosivo? Las superficies erosionadas pueden tener una apariencia: lisa, rugosa, afilada, áspera. Todo esto dependerá del tamaño, la dureza y el momento de las partículas erosivas.
1. Lisa: partículas erosivas pequeñas producen generalmente una apariencia de superficie lisa.
2. Rugosa Partículas
más
grandes
pueden
producir
superficies rugosas. Si las partículas son más grandes y tienen más energía de impacto, la superficie será más rugosa.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 15
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
3. Bordes afilados Partículas abrasivas finas como el polvo, pueden afilar los bordes de piezas giratorias.
4. Áspera Partículas de gran tamaño pueden impactar con severidad y causar características de superficie áspera.
¿Cuáles son las condiciones que hacen posible este desgaste? Las condiciones que hacen posible el desgaste por erosión son: presencia de partículas erosivas, propiedades de estas partículas, de las superficies adyacentes, del fluido, velocidad de impacto y temperatura. Por lo tanto es importante considerar lo siguiente: 1. Las partículas pesadas causan más daño que partículas ligeras. 2. Las partículas que se mueven a más velocidad causan más daño que partículas lentas. 3. Fluidos calientes pueden moverse a velocidades de flujo más altas, lo que aumenta la velocidad de las partículas. 4. Si las superficies adyacentes están frías, son más frágiles y se aumenta la probabilidad de que se desprendan trozos de la superficie en lugar de que se produzcan melladuras o arañazos. MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 16
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
5. Si un filtro o una válvula de derivación tiene fuga, las partículas abrasivas podrán permanecer en el sistema. 6. Una reparación sucia puede introducir partículas erosivas.
¿Cómo identificar las partículas que han causado la erosión?
Después de identificar el desgaste por erosión, lo primero que hay que hacer es identificar las partículas que han causado la erosión y buscar su origen.
Recordar que la erosión puede generar partículas secundarias si desprende material de la superficie. Se necesitará una lupa de buena calidad para identificar las partículas.
Se recomienda el uso de microscopio, inspeccionar el papel del filtro para ver si hay partículas.
Como la mayoría de los filtros han sido diseñados para que retengan las partículas que producen desgaste abrasivo o por erosión, recordar inspeccionar el
papel del filtro porque puede contener algunas de las
partículas que identificarían el problema.
Los sumideros y depósitos pueden contener también algunas de estas partículas y puede ser útil examinar muestras de fluido en caso de que las partículas estén todavía en suspensión.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 17
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
DESGASTE DEL TIPO CAVITACIÓN POR EROSIÓN La erosión por cavitación puede explicarse como causada por una acción de impacto. El impacto es causado por un fluido golpeando las superficies y no por partículas duras. La erosión por cavitación resulta cuando las burbujas de vapor que se encuentran en el fluido, se colapsan cerca de una superficie causando chorros pequeños de fluidos a alta velocidad, que golpean contra la superficie. Esta acción ocurre principalmente en zonas en las que la presión aumenta repentinamente. Si el aumento de presión es gradual, las burbujas normalmente se hacen más pequeñas pero no se colapsan. Pero si la presión cambia repentinamente, las burbujas pueden colapsarse hacia adentro o implosionar, enviando
chorros de fluido a alta
velocidad contra la superficie. Si la superficie no es lo suficientemente fuerte para resistir el impacto del fluido, puede llegar a deformarse y agrietarse después de una serie de implosiones. Las grietas superficiales pueden suceder a causa de la fragilidad o la fatiga de la superficie. Estas grietas crecen hacia adentro, se unen unas con otras y liberan trozos de material de la superficie, formando picaduras en la superficie.
Erosión por cavitación La erosión por cavitación es similar a una acción de impacto, en la que un material choca con la superficie de la pieza. En este caso, el material que choca con la superficie es un fluido.
Picaduras Las superficies más fuertes no se agrietan. En este caso, los chorros de fluido que golpean la superficie contribuyen a limpiarla. Pero como las superficies limpias se corroen con más rapidez que las superficies sucias, aumenta el desgaste corrosivo en las zonas limpias, formando picaduras que crecen lentamente. Durante un período de tiempo suficiente largo, estas picaduras se hacen más profundas y a veces pueden atravesar completamente el metal.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 18
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
Ejemplo: esta camisa de cilindro de motor
diésel,
funcionó durante 14 meses antes de que las picaduras causaran una fuga de refrigerante.
¿Cuáles son los efectos en las superficies de este tipo de desgaste? Al igual que en otros tipos de desgaste, la erosión por cavitación produce sus propias características superficiales. Entre los ejemplos se encuentran: grietas superficiales, picaduras, agujeros mellados y túneles abovedados.
1. GRIETAS SUPERFICIALES
2. PICADURAS
3. AGUJEROS MELLADOS
4. TÚNELES ABOVEDADOS
Grietas Este cojinete de biela tiene una capa superficial de plomo-estaño, que es blanda y ha sido atacada por burbujas al colapsarse. Una inspección detallada muestra que la capa de plomo-estaño se está flexionando, agrietándose y separándose de la pieza.
Picaduras La capa de aluminio es ente cojinete de biela se está agrietando y picando en una
zona
de aumento súbito de presión. La superficie ha
desarrollado
características irregulares y asperezas. Notar que a medida que se remueven partículas de aluminio de la superficie, estas causan
desgaste
abrasivo aguas
abajo y algunas se han incrustado en la superficie blanda del cojinete. MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 19
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
Agujeros mellados La erosión por cavitación puede formar picaduras irregulares, tal como se ve en esta placa de flexión de bomba hidráulica. Una inspección más detallada revela las características de superficie mellada causada por burbujas, implosionando contra la superficie de bronce. Si se observan con
ampliación, las superficies
parecen tener agujeros abovedados. Algunas veces, las superficies que han sufrido erosión por cavitación brillan cuando se las gira bajo luz brillante. Esta caja de bomba de agua brilla, lo que indica que las picaduras contienen fracturas frágiles.
Túneles abovedados Cuando las piezas son demasiado fuertes para deformarse y desarrollar grietas, la erosión por cavitación puede producir un aumento de ritmo de erosión superficial localizada. Como se mencionó anteriormente, las camisas de cilindros de motores diésel pueden desarrollar corrosión superficial localizada después de muchos meses de uso. Una inspección detallada de este daño superficial muestra que las implosiones y la corrosión pueden eliminar metal de la superficie de forma errática, dejando agujeros mellados y abovedados.
¿Dónde se ubica principalmente el desgaste erosivo? Cojinete de cigüeñal En este cojinete de cigüeñal, la presión de aceite subió justo delante de esta zona de alta carga, colapsando las burbujas que había
en
el
superficie. Los debieron
a
aceite y golpeando la cambios de presión se
fuerzas
de
presionando repentinamente la
combustión capa
de
aceite atrapada.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 20
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
Cojinete de biela La erosión por cavitación ha ocurrido cerca de la cara de separación en este cojinete de biela. Como la erosión por cavitación ocurre donde aumenta la presión, sabemos que esta aumentó cerca de la cara de separación. El cambio de presión se debió a cortes de alivio cerca de la cara de separación. A medida que las burbujas entran en esa zona, la presión disminuye y las burbujas aumentan
de
tamaño. Cuando las superficies salen de esa zona, la presión aumenta y las burbujas pueden implosionar.
Camisas de cilindros Esta camisa de cilindro de un motor diésel tiene daño por erosión
por cavitación
en
una banda vertical estrecha. El resto de la superficie de la camisa está en buenas condiciones, lo que
indica que hubo
burbujas en esa zona y que la presión subió repentinamente en esa área. Las burbujas fueron causadas por temperaturas elevadas y bajadas de presión. Los cambios de presión se debieron a vibración de la camisa durante la combustión.
Zona de termostato Esta caja de termostato ha tenido una fuga a consecuencia
de
una
picadura
profunda,
causada por erosión por cavitación cerca de una zona de giro agudo. La presión en esta zona
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 21
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
disminuía y luego aumentaba repentinamente debido al cambio de dirección del flujo. ¿Cuáles son las causas de erosión por cavitación? La erosión por cavitación ocurre donde hay burbujas presentes y la presión aumenta repentinamente. Las burbujas son introducidas por aireación o por cavitación.
Aireación Entre las condiciones que causan aireación, podemos citar fugas de aire en tuberías de succión, bajos niveles de fluidos, operación en pendientes escarpadas, rociado de aceite a presión y niveles altos de fluido con componentes sumergiéndose en el fluido.
Cavitación Entre las condiciones que causan cavitación, podemos citar altas temperaturas, caídas repentinas de presión, restricciones en las entradas de las bombas, fluidos incorrectos, cambios repentinos de carga y en la dirección del flujo.
Implosión Es el fenómeno en el que las burbujas se colapsan repentinamente y se lanza un chorro de fluido hacia delante. Las condiciones que causan implosión son aquellas que provocan un aumento repentino de presión. Si la presión aumenta gradualmente, normalmente las burbujas disminuyen de tamaño pero no explotan.
Baja resistencia superficial Si una superficie tiene baja resistencia debido a causas metalúrgicas, las fuerzas de erosión por cavitación pueden producir grietas, picaduras y astillamiento.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 22
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
¿Qué se puede hacer para evitar el desgaste erosivo? Examinar los niveles de fluidos. Un bajo nivel de fluido puede permitir que entre aire en las tuberías de succión y podrá causar erosión por cavitación. Un nivel alto de fluido puede permitir que piezas móviles se sumerjan en el fluido e introduzcan burbujas de aire en el fluido. Determinar cuánto fluido se necesita para llenar los sumideros. Luego compare el nivel de fluido usando la varilla indicadora. Si se drena el sumidero y mide la cantidad de fluido que ha salido, se podrá determinar si se ha usado una varilla indicadora, un tubo o un colector equivocados o si los niveles de fluido eran más altos o más bajos de lo que deberían ser.
DESGASTE CORROSIVO
Técnicamente, la corrosión es una acción química y no una acción de desgaste. Pero debido a que la corrosión causa deterioro de las superficies de desgaste, se incluye como un tipo de desgaste. Hay tres tipos de corrosión que se deben considerar: corrosión general, galvánica y a alta temperatura.
Corrosión general La corrosión general ocurre generalmente cuando se dan tres condiciones: una zona catódica, una zona anódica y un electrolito que conecta el cátodo con el ánodo. El cátodo y el ánodo se encuentran a voltajes diferentes, lo que causa el paso de una corriente eléctrica entre ellos, a través del electrolito. Los ánodos son más activos químicamente que los cátodos y sufren corrosión y picaduras, mientras que las zonas catódicas no sufren daños. La velocidad de la corrosión es determinada por muchos factores, incluyendo la temperatura, propiedades del
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 23
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
electrolito, propiedades del metal, aditivos en el lubricante, grietas del movimiento relativo entre el metal y sus alrededores.
Corrosión galvánica Ocurre cuando dos metales diferentes están conectados por un electrolito. El metal más activo se convierte en el ánodo y el menos activo será el cátodo.
Alta temperatura La oxidación a alta temperatura no es una verdadera forma de corrosión, pero puede causar un rápido deterioro de la superficie. A medida que la temperatura se aproxima al punto de fusión, los átomos del metal se mueven con mayor rapidez y el oxígeno puede penetrar el metal hasta mayor profundidad, formando depósito de óxido en unos segundos. Si el metal caliente está doblado, el depósito quebradizo se separa de la superficie.
¿Qué característica presenta una superficie corroída? Los metales corroídos suelen tener
superficies picadas,
capas de
corrosión superficial
escamosas o ambos tipos. Las capas superficiales
pueden
formar hendiduras
y causar
que el ritmo de corrosión se acelere
debajo
de
las
escamas. Las
capas
de
corrosión
superficial suelen ser óxidos metálicos y pueden tener distintos colores. Las superficies de acero o de hierro suelen desarrollar una capa de corrosión de color
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 24
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
marrón rojizo. Las capas de corrosión de cobre y de bronce son de un color verde azulado. Las capas de aluminio suelen ser de color gris claro o blancuzco.
¿Qué condiciones hacen posible el desgaste corrosivo? Un medio húmedo y caliente alrededor de metales activos, aumentará la velocidad a la que puede ocurrir la corrosión. Si los electrolitos son ácidos, son mejores conductores y podrán aumentar el ritmo de la corrosión. Como los aditivos en los lubricantes y refrigerantes están diseñados para neutralizar las condiciones ácidas, se debe comprobar siempre la calidad del refrigerante y del lubricante como parte de la investigación. Los aditivos en los lubricantes y refrigerantes están diseñados para neutralizar las condiciones ácidas alrededor de los metales activos. Esto ayudará a reducir la tasa de la corrosión. La capa de óxido de este turbocompresor nos cuenta
una
historia
de
temperaturas
excesivamente altas, que han aumentado la actividad atómica del metal superficial y han permitido que el oxígeno penetrara a más profundidad.
DESGASTE DE CORROSIÓN POR FROTACIÓN
La corrosión por frotación es algo parecido a una soldadura por fricción. Ocurre cuando componentes que encajan muy apretado tienen que moverse unos contra otros a alta frecuencia y baja amplitud. El calor friccional que se desarrolla entre las asperezas de las superficies deslizantes, causa soldaduras microscópicas y desgarro del metal, estas altas
temperaturas localizadas pueden oxidar y descolorar el
material que se ha desplazado. En el caso
del
acero, los
óxidos pueden
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 25
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
acumularse como un polvo de color marrón rojizo, una
condición común en
uniones por medio de estrías secas o se pueden transferir a las superficies metálicas adyacentes, causando elevaciones superficiales de aspecto irregular. Frotación frente a desgaste adhesivo No se debe confundir la frotación o la corrosión por frotación con el pulido que ocurre en caso de desgaste adhesivo. Tanto la frotación como la corrosión por frotación, requieren que haya un encaje
ajustado
con movimiento forzado
y
soldaduras microscópicas; el desgaste adhesivo puede ocurrir en una gran variedad de circunstancias.
Frotación frente a pulido Cuando se considera frotación, recordar; encaje ajustado, movimiento forzado y soldaduras microscópicas. Por otro lado, piezas que encajan con suficiente espacio pueden chocar y rozarse, produciendo superficies pulidas, pero eso no es una forma de corrosión por frotación.
¿Cuáles son las características superficiales del desgaste corrosivo por frotación? Las superficies dañadas por
corrosión por
frotamiento, pueden tener picaduras y acumulaciones de óxido de forma irregular. Este daño superficial puede ocurrir tanto en ambientes corrosivos como no corrosivos. En este perno de biela se han producido picaduras después de muchas horas de desgaste corrosivo por frotamiento. Notar el color marrón rojizo en las picaduras, lo cual indica corrosión. El agujero donde estaba colocado el perno puede contener también acumulaciones de óxido y debe inspeccionarse bien antes de instalar un perno nuevo. Algunas veces no se ven óxidos de color marrón rojizo, porque el
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 26
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
ambiente no era corrosivo, pero se verán las picaduras y las acumulaciones de óxido causadas por soldadura microscópica y desgarres.
Los sitios probables donde se puede
encontrar
corrosión
por frotamiento serán uniones apretadas sujetas por tornillos, uniones por estrías y otras áreas de contacto en las que hay una carga compresiva pesada.
Cuando
se
encuentra
corrosión
por
frotamiento en estas zonas, está
indicando
que
ha
ocurrido movimiento anormal y es necesario encontrar la causa.
DESGASTE DEL TIPO FATIGA
El desgaste por fatiga por tensión de contacto es parecido a una acción de flexión o de agrietamiento, causada cuando superficies metálicas móviles hacen contacto bajo cargas cíclicas. El movimiento puede ser de deslizamiento o rodadura. Las grietas por fatiga pueden desarrollarse en la superficie o debajo de ella y terminan produciendo picaduras o astillamiento.
Contacto por deslizamiento
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 27
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
Cuando dos superficies se deslizan una contra otra, se desarrollan tensiones que pueden causar la aparición de grietas en la superficie. A medida que las grietas se extienden y se unen, se desprende algo de material superficial y se forman picaduras. Cuando se pueden ver las picaduras en la superficie, las grietas han progresado hasta una mayor profundidad que lo que indican las picaduras. Contacto por rodadura El contacto por rodadura hace flexionar la superficie produciendo una acción de cizalle dentro de la pieza. Las grietas suelen comenzar en una inclusión interna y crecen hacia la superficie. Las grietas por debajo de la superficie suelen ser muy extensas antes de que ocurra daño en la superficie. Esto permite que trozos grandes de material se separen del componente, un proceso que se llama desconchado o astillamiento. Cuando las grietas comienzan cerca de la interfaz del núcleo de la caja, se llama triturado de la caja.
Cargas cíclicas Superficies metálicas deslizándose una contra otra pueden causar grietas en el metal, las que se convertirían en picaduras. Superficies metálicas rodando una contra otra pueden hacer que el metal flexione y luego se agriete, causando finalmente desconchado o astillamiento. El desgaste por fatiga por tensión de contacto es causado por la aplicación de cargas cíclicas.
¿Cuáles son las características superficiales del desgaste por fatiga? La fatiga por tensión de contacto por deslizamiento y por contacto por rodadura, tienen cada una características superficiales distintas.
Deslizamiento Las superficies de los cojinetes de biela están sometidas a repetidas
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 28
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
cargas de deslizamiento. Después de millones de ciclos de carga, pueden producirse
grietas y picaduras en las capas superficiales, debidas a fatiga por
tensión de contacto. La
capa de aluminio de este cojinete desarrolló grietas
superficiales que progresaron hacia adentro. A medida que las grietas se iban uniendo, se caían trozos de la superficie y se formaban picaduras que se extendían cada vez a mayor profundidad. Finalmente, uno de los cojinetes dañados falló por completo.
Ondulaciones y picaduras En piezas duras como el diente de engranaje de arriba, la tensión por contacto de deslizamiento puede causar flujo plástico o permanente de la superficie, una condición que se llama ondulamiento. Cargas de deslizamiento más severas pueden causar grietas superficiales y picaduras localizadas. Si continúa la operación, las picaduras pueden ensancharse y hacerse más profundas. En dientes de engranaje, la fatiga por tensión de contacto de deslizamiento suele comenzar en la parte baja del diente y crece hacia arriba, produciendo picaduras en forma de V como las que se muestran.
Rodadura Una tensión excesiva por contacto por rodadura hizo que la superficie de estos dientes de engranajes se flexionara hacia adentro, comenzando grietas de fatiga debajo de la superficie en la interfaz, entre la superficie dura y el núcleo más blando. Las grietas crecieron hacia fuera y alcanzaron la superficie.
Triturado de la caja Con el continuo uso, trozos grandes de la superficie se astillaron, exponiendo la superficie rugosa y fracturada que hay debajo. Esto se denomina triturado y ocurre también si los núcleos son muy blandos o las cajas muy delgadas.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 29
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
Astillamiento y triturado de la caja La fatiga por tensión por contacto de rodadura, puede causar astillamiento y triturado de la caja. El astillamiento es causado por grietas que comienzan debajo de la superficie de la pieza y crece hacia fuera. Cuando las grietas llegan a la superficie, se desprenden trozos de la superficie y exponen las zonas agrietadas que hay debajo. El triturado de la caja es un agrietamiento que ocurre cerca de la interfaz entre el núcleo y la caja.
¿Dónde se ubica principalmente el desgaste por fatiga? El desgaste por fatiga por tensión de contacto se encontrará en zonas de carga cíclicas máximas. Al analizar el desgaste por fatiga por tensión de contacto, tener en cuenta lo siguiente: si hay mucho desgaste en una zona de carga y relativamente poco en otra, puede ser una indicación de que hay un problema de alineamiento. Las cargas por deslizamiento son muy sensibles a la lubricación.
Mal alineamiento Notar que la ubicación del desgaste por fatiga por tensión de contacto, está en el extremo más grande o extremo de talón de este diente de engranaje, donde existen las cargas de rodadura máximas. Notar también que ha habido muy poca carga en el extremo de la punta. Estos hechos referentes a la ubicación del desgaste indican que se debe investigar el alineamiento u otras condiciones que puedan producir la sobrecarga del extremo del talón.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 30
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
¿Cuáles son las condiciones para que ocurra el desgaste por fatiga?
Carga demasiado grande Si la carga aplicada a una pieza es demasiado grande, puede ocurrir penetración de las capas de lubricante y contacto de metal con metal.
Lubricación insuficiente Si la lubricación es insuficiente o de mala calidad, las superficies metálicas no estarán separadas en condiciones de carga normal. Si se trabaja con un bajo nivel de aceite, se pierde la capa de aceite y se aumenta la tensión por contacto entre las superficies.
Mal alineamiento El mal alineamiento aumenta las cargas de deslizamiento y de rodadura en la zona de contacto.
Problemas de diseño o de fabricación Si los componentes no tienen la fortaleza necesaria para soportar cargas normales, hay que pensar en un problema en el diseño o en el proceso de fabricación.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 31
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
CONCLUSIONES En la presente unidad hemos definido el concepto de lubricación, relacionándola con la fricción y el desgaste producido por las piezas que se encuentran en contacto. Así también, se han considerado las principales funciones que deben cumplir los lubricantes, tales como: lubricar, refrigerar, limpiar, sellar y proteger las piezas que se encuentran en contacto, mediante un régimen límite donde el espesor de película lubricante es menor que las asperezas de la superficie, para cargas muy altas y velocidad muy baja para la superficie que se desplaza, como para un régimen hidrodinámico para cargas bajas y velocidades altas, donde el espesor de película lubricante es mayor que las asperezas de la superficie.
Entre los tipos de lubricantes nos encontramos con grasas y aceites, naturales y sintéticas, así como sus propiedades, ventajas y desventajas, aplicaciones. También pudimos estudiar los aditivos, que son compuestos químicos que se agregan a un aceite básico para poder reforzar sus propiedades, logrando que este pueda cumplir con la función de proteger y extender la vida útil del equipo y del aceite, entre los cuales se encuentran: antiespumante, antioxidante, anticorrosivo, modificador
de
viscosidad,
presión
extrema,
antidesgaste,
detergentes
y
dispersantes.
Vimos las ventajas y desventajas de los aceites multigrados contra los monogrados, las recomendaciones cuando se realizan cambios de aceites, los tipos y funciones de aceites para maquinaria pesada, tales como: aceite de motor, del tren de potencia, de engranajes, hidráulico y para ejes, basándose en lo recomendado por el fabricante. Es así como analizamos la función de los distintos tipos de aceites
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 32
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
mencionados, las mejoras mediante aditivos para obtener las características de acuerdo al tipo de elemento y equipo que lubrican.
El análisis de aceites, mediante la toma de muestras de los distintos sistemas en los cuales se aplica la lubricación, tiene por objetivo: detectar problemas a tiempo, reducir los tiempos de reparación y evitar tiempos muertos no programados, lograr una vida máxima de los componentes y verificar las prácticas de mantenimiento. Finalmente, estudiamos el desgaste, su clasificación, un análisis de fallas por tipo de desgaste, entre los que podemos distinguir: abrasión- adhesión – erosión - erosión por cavitación – corrosión - corrosión por frotamiento - fatiga de material por tensión de contacto.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 33
UNIDAD 1 – LUBRICACIÓN Y DESGASTE DE LOS ELEMENTOS MECÁNICOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA.
BIBLIOGRAFÍA Albañil, H. & Mora, E. (2002). Mecánica de fractura y análisis de falla. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Mecánica.
Crouse, W. (1983). Mecánica del automóvil. Barcelona: Marcombo.
Giménez, C. & Borrás, V. (2003). Tecnología de materiales. Valencia: Universidad Politécnica de Valencia.
Pérez, F. (1996). La tribología: ciencia y técnica para el mantenimiento. México: Limusa.
Tormos, B. (2005). Diagnóstico de motores diésel mediante el análisis del aceite usado. Barcelona: Editorial Reverte.
Vaamonde, A. & Damborenea. (2000). Ciencia e ingeniería de la superficie de los materiales metálicos. Madrid: Consejo Superior de Investigaciones Científicas.
MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 34