Tribos 01- 2013 by Revista Tribos Ingeniería

DIALIZADOR DE ACEITE

CONTENIDO Articulo Tecnico N.1 CONFIABILIDAD DE MÁQUINAS. Pag: 6

Es una publicación técnica virtual bimensual, que tiene como objetivo difundir la temática de la lubricación y la Tribología en la industria de habla hispana y en las universidades, teniendo como colaboradores a todas aquellas personas que quieran vincularse con artículos técnicos, cuyo contenido ayude al mejor entendimiento y aplicabilidad de la temática de la lubricación basada en la Confiabilidad, con miras a controlar el desgaste y reducir al máximo la fuerza de fricción. Director Ingeniero Pedro Albarracín Aguillón Comité técnico Ingeniero Pedro Albarracín Aguillón Ingeniero Pedro Albarracín Patiño Química Lina Otàlvaro Rincòn Diseño y diagramación Andres Escobar Diseñador Grafico

Articulo Tecnico N.2 CALCULO DE LA VISCOSIDAD DEL ACEITE PARA LOS RODAMIENTOS DE LA DESFIBRADORA EN UN INGENIO AZUCARERO. Pag: 12 Articulo Tecnico N.3 DETERIORO PREMATURO DE LA CORONA DEL REDUCTOR DE VELOCIDAD DE UN MOLINO VERTICAL EN UNA PLANTA CEMENTERA. Pag: 19 Articulo Tecnico N.4 EXPOSICIÓN OCUPACIONAL A LAS VIBRACIONES MECÁNICAS. Pag: 27 Articulo Tecnico N.5 CLASIFICACIÓN SAE Y API ACEITES PARA MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Y TRANSMISIONES. Pag: 30

Carrera 42 No54A- 151, Bodega 101,Itagui Teléfono (574) – 4443877 Medellín – Colombia pedroalbarracin@ingenierosdelubricacion.com mercadeo@tribosingenieria.com dirmercadeo@ingenierosdelubricacion.com

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MANTENIMIENTO PREVENTIVO O CONFIABILIDAD Por: Pedro R. Albarracin Aguillón Ingeniero Mecánico Universidad de Antioquia pedroalbarracin@ingenierosdelubricacion.com Ingenieros de Lubricación SAS Marzo de 2010 Medellín – Colombia Los tiempos de la monopolización industrial han cambiado hasta el punto que prácticamente todas las empresas industriales en el mundo tienen competencia y en no pocos casos desleal, basada en productos de mala calidad, con diseños sub-estándar y materiales inadecuados, que aparentemente le ofrecen al posible comprador una nueva y atractiva alternativa de adquisición. Las empresas industriales actuales deben ser altamente competitivas para que puedan asegurar un puesto en el futuro; por lo tanto, se hace necesario controlar y reducir los costos de mantenimiento (repuestos y horas-hombre) relacionado con la ejecución de las acciones correctivas que se requieran, y que representan en no pocos casos más del 40% de los costos de producción. Surge entonces en el panorama industrial la premisa Mantenimiento Preventivo ó Confiabilidad. El Mantenimiento es de primer orden y sin él no sería factible devolverle a las máquinas su condición estándar para poder funcionar dentro de la lógica del diseño y de la producción para la cual fue construida. Este mantenimiento no se puede entender bajo el concepto del mantenimiento basado en la estadística de datos históricos para determinar las frecuencias de intervención, sino como aquella acción que resulta de la predicción del estado mecánico de los componentes y que finalmente conlleva a que se tenga que reemplazar por otros que van a permitir que la máquina vuelva a su nivel de competitividad, con menores costos de mantenimiento y por lo tanto con una mayor productividad. Hasta hace un poco más de 30 años, los costos de mantenimiento no eran relevantes dentro de los sistemas productivos de las empresas industriales, ya que en la mayoría de los casos eran únicas y se podían dar el lujo de vender todo lo que producían sin competidores peligrosos a la vista, y en no pocos casos a precios por encima del valor real. Esta situación fue avalada en algunos casos por gobiernos con miopía futurista que no tuvieron la visión que los tiempos cambian y el mundo se mueve dentro de la dinámica de nuevos mercados, y en

lugar de volver más competitivas las empresas, las protegieron, no permitiendo el ingreso legal de productos de otros países, acelerando, así, de esta manera, la improductividad, ya que la mayoría de los gerentes pensaron que ésta sería una situación que permanecería en el tiempo, pero de la noche a la mañana todo cambió con la globalización de los mercados, el mundo se hizo cada vez más pequeño (una aldea) con el desarrollo impensable de las comunicaciones, el internet, el teléfono celular, el correo electrónico, etc, y se esfumaron los clientes, ya que como es lógico, estos recurren a productos más baratos, aun cuando en la mayoría de los casos, son de inferior calidad, pero son más baratos, y eso es lo que finalmente cuenta, ya que para el usuario normal, no están a su alcance las Normas Internacionales de calidad, no se hace cumplir la garantía de los productos que se adquieren, y por lo tanto se continúa desarrollando una economía de mercados, orientada hacia el consumo masivo, donde nuestras empresas industriales ven reducidas sus oportunidades de competir en igualdad de condiciones. En esa época, finales el siglo XX, si los componentes de las máquinas fallaban como resultado de unas políticas y prácticas deficientes en los programas de mantenimiento, “no había problema”, ya que el sobrecosto resultante se trasladaba al consumidor final, quien no tenía alternativa de elección y los asumía humildemente ó protestando, sin encontrar interlocutores que los apoyarán. Poco a poco fueron llegando los tiempos de la globalización de los productos manufacturados y países como Japón, China, Singapur, Malasia, entre otros, empezaron a invadir los mercados mundiales afectando, casi sin darse cuenta, las economías de los países destino de sus mercancías y productos y el de sus propias economías, ya que al final, se van a quedar sin clientes, ya que al desaparecer las empresas de los países donde exportan su productos, de igual manera los compradores también lo hacen, ya que no habrá empleo. Cuando el impacto de los productos importados empezó a ser significativo porque los nacionales se vendían menos, por su mayor precio, aunque su calidad fuera mejor, y empezaron a escasear en las empresas industriales los recursos económicos para mantener su engranaje productivo, surgió la necesidad de replantear las políticas de competitividad, dentro de las cuales los costos de mantenimiento fueron los más relevantes. Se presenta por lo tanto al alternativa de continuar haciendo mantenimiento preventivo, costoso, lento e improductivo ó implementar políticas dinámicas de Confiabilidad, que permitan hacerle manteni-

EDITORIAL miento a los componentes de las máquinas basado en datos estadísticos de tendencias resultantes del monitoreo periódico de las variables operativas y mecánicas, tales como el análisis del aceite en el laboratorio, termografía, vibraciones, y consumo de energía. Por lo tanto, las empresas industriales deben involucrarse en la tendencia mundial, de hacer mantenimiento basado en políticas de Confiabilidad, claras y bien fundamentadas y no en datos históricos de comportamientos operativos, sustentados en muchos casos en el empirismo técnico. Las Confiabilidad de los componentes de máquinas está basada en alcanzar la vida disponible que el fabricante de la máquina calculó y tuvo en cuenta en su fabricación y montaje. Para lograr esta vida disponible el fabricante especifica en su Manual de Mantenimiento y Operación, los procedimientos y parámetros operativos que se deben tener en cuenta, siendo los más relevantes las especificaciones del tipo de lubricante que se debe utilizar, el nivel de limpieza con que se debe mantener, el rango de la temperatura de operación (teniendo en cuenta la temperatura ambiente en la cual trabaja la máquina), y los valores de vibración

normal, alarma y corte. Si estás variables se monitorean correctamente con cierta periodicidad y con los equipos adecuados, se analiza su tendencia en el tiempo y se ejecutan los correctivos que sean necesarios, será factible lograr los estándares de vida disponible, de lo contrario se continuará en la filosofía de hacer Mantenimiento, cuando por observación ó por experiencia acumulada sea necesario realizarlo. Como es obvio la Confiabilidad es costosa al principio porque es necesario cambiar la cultura de cómo hacer mantenimiento, invertir en equipos de monitoreo ó contratar los servicios de monitoreo con empresas especializadas en los diferentes campos, contar con personal especializado, pero a mediano plazo los resultados serán evidentes y los costos de mantenimiento empezarán a reducirse debido a una menor rata de fallas catastróficas, consumo de repuestos y energía, mano de obra y disponibilidad de máquinas. Por lo tanto la alternativa, es la Confiabilidad de las máquinas basada en su accionar operativo y condición mecánica, dentro de la ventana operativa, especificada por el fabricante.

CONFIABILIDAD DE MÁQUINAS

Articulo

Por: Pedro R. Albarracin Aguillón Ingeniero Mecánico Universidad de Antioquia pedroalbarracin@ingenierosdelubricacion.com Ingenieros de Lubricación SAS Marzo de 2010 Medellín – Colombia 1. INTRODUCCION La confiabilidad de las máquinas está fundamentada en lograr que sus diferentes componentes logren la vida disponible especificada por el fabricante, para lo cual es necesario implementar programas de monitoreo objetivos y prácticos que conduzcan al análisis de las variables operacionales y por consiguiente a la solución de las causas que pueden conllevar a un desgaste acelerado ó a una falla catastrófica. Las tres técnicas básicas que permiten lograr altos índices de confiabilidad en máquinas, siempre y cuando las metodologías utilizadas para su uso y la interpretación de los resultados sean correctas, son:

Figura No. 2 Termograma para evaluar la temperatura de operación del rodamiento de apoyo el eje de salida de un reductor de velocidad.

− Análisis de la condición del lubricante, contaminación y nivel de desgaste de los componentes lubricados. − Monitoreo de la temperatura por termografía. − Monitoreo de las vibraciones mecánicas.

Figura No. 1 Evaluación de la condición de lubricación.

CONFIABILIDAD DE MÁQUINAS Figura No. 3 Vibraciones de los puntos de apoyo tomados en modo frecuencial

Críticas: son máquinas que son únicas en un determinado proceso industrial, que paran toda una planta ó empresa, generan alto lucro cesante, impactan negativamente el ambiente, deterioran la imagen de la empresa ó atentan contra la seguridad de las personas. Esenciales: son máquinas de respaldo de las críticas y también se conocen como máquinas stand-by. De propósito general: son importantes para el sistema productivo, pero su falla ó mantenimiento no tiene un impacto significativo en la productividad del proceso.

2. OBJETIVOS Los objetivos de un programa sobre CONFIABILIDAD DE MAQUINAS (CM), son los siguientes:

4. DESARROLLO DEL PROGRAMA Un programa sobre CONFIABILIDAD DE MAQUINAS (CM) se desarrolla teniendo en cuenta los siguientes aspectos:

− Implementar la Ruta de Confiabilidad mediante el monitoreo de las variables operativas utilizando herramientas como los análisis de laboratorio según pruebas STM e ISO, para evaluar la condición del lubricante, contaminación y nivel de desgaste; termografía y vibraciones en modo espectral.

− Seleccionar las máquinas críticas y esenciales de la empresa que estarían incluidas en el programa. − Recopilar y definir claramente la información técnica de las máquinas seleccionadas tales como, tipo de lubricante, rango de la temperatura de operación y nivel Normal, y Corte de las vibraciones en cada punto monitoreado.

− Interpretación correcta de los resultados obtenidos de la ejecución de las rutas de monitoreo. − Correlación de los valores obtenidos en el análisis del lubricante, termografía y vibraciones, de tal manera que se interrelacionen entre sí y se pueda hallar el estado mecánico u operacional real de la máquina.

− Establecer una frecuencia para la toma de muestra de aceite, termografía y toma de vibraciones. Esta frecuencia no debe ser mayor a tres meses, debido a que se pierde la tendencia y no es factible hallar las “enfermedades” ocultas que tienen las máquinas.

− Lograr que las máquinas críticas y esenciales funcionen siempre dentro de la ventana operativa.

− Definir en cada máquina el punto de toma de muestra de aceite y colocar las facilidades necesarias para extraer la muestra correctamente.

− Elaborar un informe mensual sobre Confiabilidad y Disponibilidad de las máquinas especificando cuáles están trabajando bien (OP), cuáles en falla (OF) y cuáles se deben reparar (EF).

− Garantizar que las máquinas incluidas en el programa cuentan con mirilla para chequear el nivel de aceite, tubo de venteo, válvula de drenaje y rótulo con la información del tipo de aceite que utiliza.

3. DEFINICION DE MAQUINAS Antes de implementar un programa sobre CONFIABILIDAD DE MAQUINAS (CM) es muy importante definir claramente los diferentes tipos de máquinas que están involucrada en el proceso industrial de la empresa. Las máquinas se clasifican en:

− Marcar en los cojinetes ó rodamientos de apoyo de los ejes de las máquinas, el punto donde se va a tomar la termografía y las vibraciones (horizontal, vertical y axial).

Articulo

5. METODOLOGIA PARA LA ELABORACION DEL INFORME DE CONFIABILIDAD La siguiente es la metodología que se debe tener en cuenta para obtener resultados representativos de la condición de la máquina y para la elaboración del informe de CONFIABILIDAD DE MAQUINAS (CM): •

La Ruta de Confiabilidad se debe desarrollar teniendo en cuenta el siguiente orden: lubricación, termografía y vibraciones.

•

El monitoreo de la condición de lubricación, termografía y vibraciones se debe ejecutar el mismo día y a la misma hora.

•

En el monitoreo de la condición de lubricación se deben tener en cuenta el siguiente orden y aspectos: - Abrir válvula de drenaje y evacuar el agua condensada por falta de venteo ó por contaminación del aceite durante su almacenamiento, manejo o aplicación a la máquina.

•

A medida que se analiza la condición de lubricación, se toman las termografías y los valores de vibración, se deben corregir los problemas encontrados y que sea factible su solución de manera inmediata, de lo contrario, se reportan para generar la orden de trabajo (OT) respectiva y corregirlos en la fecha programada. La ruta de monitoreo debe ser proactiva, de tal manera que lo que se pueda corregir se corrija a tiempo y no cuando la “enfermedad” sea más grave.

7. ANALISIS DE RESULTADOS

- Tomar muestra de aceite siguiendo la metodología establecida para este propósito.

En caso de que no sea factible filtrar ó dializar los aceites contaminados en la misma máquina, se cambian, se almacenan y posteriormente se someten al proceso de filtración y diálisis.

Junto con el envío de las muestras de aceite se deben enviar los termogramas y los valores de vibración en gravedades y en mm/s (pulg/s) registrados en cada una de los puntos monitoreados de las máquinas.

» Viscosidad cSt/40ºC, ASTM D445 » Viscosidad cSt/100ºC, ASTM D445 » AN, mgrKOH/gr.ac.usado, ASTM D664 » % Volumen de agua, ASTM D95 » Contaminación por partículas sólidas, ISO 4406-99. » Desgaste por Espectroscopia de absorción atómica, contenido de metales ( Fe, Cu, Cr, Sn, ..)

- Chequear el estado del filtro de venteo.

•

Las siguientes son las pruebas de laboratorio según ASTM, que se le efectuan a los aceites de las máquinas industriales incluidas en el programa:

- Observar la mirilla y completar el nivel de aceite si es necesario.

Los aceites que químicamente estén en buen estado se filtran ó se dializan y no se cambian, para lo cual se utiliza un equipo portátil de filtración ó de diálisis.

Tomar valores de vibración en los puntos marcados en los rodamientos y cojinetes de la máquina, en dirección horizontal, vertical y axial.

6. PRUEBAS DE LABORATORIO SEGÚN ASTM

- Si la degradación del aceite es evidente (color y olor) se toma una muestra de aceite y se cambia, si el volumen de aceite es menor de 5 galón, de lo contrario, se esperan los resultados de los análisis de laboratorio para llevar a cabo los correctivos que sean necesarios.

•

Para poder realizar un análisis objetivo de los resultados obtenidos en el desarrollo de la Ruta de Confiabilidad, es necesario contar con una información inicial del aceite, temperatura de operación y vibraciones, con el fin de poder comparar la condición actual de la máquina con respecto al rango de trabajo Normal en el cual debe trabajar. Condición de lubricación Normal » Se grafica la curva del aceite, en el Gráfico ASTM D341, con los valores de la viscosidad del aceite recomendado en cSt/40ºC y en cSt/100ºC.

Tomar termografía en los puntos marcados de la máquina, los cuales deben ser coincidentes con la zona de fricción.

CONFIABILIDAD DE MÁQUINAS » Con los valores reales mínimo y máximo de la temperatura de operación hallados, se localiza, en el Gráfico ASTM D341, el rango de la viscosidad real (película lubricante) de trabajo del aceite. » Se traza en el Gráfico ASTM D341, la curva del aceite usado, con los valores de la viscosidad en cSt/40ºC y en cSt a 100ºC, reportados por el laboratorio. Se localiza la temperatura de operación tomada por termografía y por este valor se traza una línea vertical hasta que corte la curva del aceite usado. Luego se verifica en donde quedó la viscosidad de trabajo del aceite; si quedó en el rango de trabajo Normal, no hay problemas con la película lubricante (ho) y se reporta como en condición (OP), si quedó por debajo del valor mínimo de la película lubricante (ho), pero dentro del 25% del valor mínimo, la película lubricante (ho) está operando en falla (OF) y se deben hacer los correctivos que sean necesarios, y si está por debajo de este valor, la película lubricante (ho) está en falla (EF) y se debe, buscar, mediante la correlación, con el análisis de la refrigeración del componente y los valores de las vibraciones reportadas, dónde está el problema. Gráfico ASTM D341 Viscosidad – Temperatura

Condición de temperatura de operación

Se analizan los demás resultados obtenidos del análisis del aceite, como el AN, mgrKOH/gr.ac. usado, ASTM D664; % Volumen de agua, ASTM D95; Contaminación por partículas sólidas, ISO 4406-99 y Desgaste por Espectroscopia de absorción atómica, contenido de metales (Fe, Cu, Cr, Sn,..), y se comparan con respecto a los estándares establecidos, según el tipo de aceite utilizado, la clase de máquina y la tendencia al desgaste de los mecanismos de la máquina, especificada por el fabricante.

» Se comparan los valores tomados por termografía de la temperatura de operación con respecto al rango de trabajo establecido por el fabricante de la máquina, según la temperatura ambiente real de trabajo de la máquina en la planta. » Se comparan los valores tomados de las vibraciones, con respecto al rango de trabajo establecido por el fabricante de la máquina, para estado Normal (OP), Alarma (OF) y Corte (EF).

Articulo

8. INFORME DE CONFIABILIDAD DE MAQUINAS

- Toma de termografía y de vibraciones.

Con base en los resultados obtenidos del análisis físico - químico del aceite según las pruebas ASTM y su nivel de contaminación según ISO 4406-99, el grado de desgaste de los mecanismos lubricados, evaluado por espectroscopia de absorción atómica, la temperatura de operación evaluada por termografía y el nivel de las vibraciones en modo espectral, se determina el estado de las máquinas críticas y esenciales de la empresa, el cual puede ser:

- Interrelación de los resultados de los análisis de laboratorio, con los de termografía y vibraciones de la empresa, o en su defecto, entre el ingeniero de confiabilidad de la empresa, con los funcionarios de la empresa contratista que los lleva a cabo. - Elaboración del informe mensual de Confiabilidad y Disponibilidad de las máquinas. - Reunión mensual para evaluar los Indicadores de Confiabilidad y Disponibilidad de las máquinas incluidas en el programa.

» OP1: máquina principal operando en óptimas condiciones. » OP2: máquina stand by en óptimas condiciones. » OF1: máquina principal operando en falla. » OF2: máquina stand by operando en falla. » EF1: máquina principal en falla. » EF2: máquina stand by en falla. » MT: máquina en mantenimiento en el taller. » MP: máquina en mantenimiento en la planta.

10. BENEFICIOS La implementación del programa CONFIABILIDAD DE MAQUINAS (CM), permite obtener los siguientes beneficios:

Con el estado de la máquina crítica y esencial, se determinan el Indicador de Confiabilidad, el Indicador de disponibilidad y el factor stand by de las máquinas de una sección, planta ó de toda la empresa.

● Lubricar los componentes de las máquinas críticas y esenciales, por condición y no por frecuencias constantes, asegurando que permanentemente están bien lubricados.

El Índicador de Confiabilidad de las máquinas se calcula de la ecuación:

● Asegurar en tiempo real y de manera inmediata que los componentes de las máquinas críticas y esenciales, que se encuentran en operación no tienen problemas de desgaste anormal al conocer el nivel de contaminación del aceite y la cantidad de partículas metálicas, la temperatura de operación, la intensidad y el espectro de las vibraciones.

Indice de Confiabilidad = (OP1+OP2) / ∑(OP1+OP2+OF1+OF2+EF1+EF2+MT+MP) El Índicador de Disponibilidad de las máquinas se calcula de la ecuación:

● Reducir los costos de lubricación por menor compra de aceites y menos mano de obra al cambiar los aceites en el momento preciso, ó al dializar ó filtrar los aceites contaminados que se encuentran trabajando en los componentes de las máquinas monitoreadas.

Índicador de Disponibilidad = (OP1+OP2+OF1+OF2) / ∑(OP1+OP2+OF1+OF2+EF1+EF2+MT+MP) 9. ALCANCES DEL PROGRAMA

● Conocer el estado de la condición real (OP1,OP2,OF1,OF2,EF1,EF2,MT,MP) de las máquinas críticas y esenciales en todo momento, permitiendo elaborar un informe mensual de confiabilidad y disponibilidad.

Los alcances del programa CONFIABILIDAD DE MAQUINAS (CM) incluye lo siguiente: - Monitoreo periódico a las máquinas seleccionadas para la Ruta de Confiabilidad.

● Lograr que los componentes de las máquinas críticas y esenciales, alcancen la vida disponible, y garantizar que en ningún momento se va a presentar una falla catastrófica en alguno de ellos.

- Toma de muestras de aceite para el análisis de sus propiedades físico-químicas, según las pruebas ASTM, su nivel de contaminación según ISO 4406-99, y el grado de desgaste de los mecanismos lubricados, evaluado por espectroscopia de absorción atómica.

● Retorno de la inversión en su totalidad al imple-

CONFIABILIDAD DE MÁQUINAS mentar la Ruta de Confiabilidad, y en muchos casos con un porcentaje apreciable en la reducción de compras de lubricantes, al filtrar y dializar los aceites contaminados.

● Reducir el desgaste anormal y las fallas catastróficas en los componentes de las máquinas críticas y esenciales.

● Los aceites que se dializan y filtran, se certifican mediante pruebas de laboratorio ASTM efectuadas al aceite usado antes y después del proceso.

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CALCULO DE LA VISCOSIDAD DEL ACEITE PARA LOS RODAMIENTOS DE LA DESFIBRADORA EN UN INGENIO AZUCARERO Por Comité técnico Ingenieros de Lubricación SAS pedroalbarracin@ingenierosdelubricacion.com Noviembre de 2012 Medellín – Colombia INTRODUCCIÓN La Desfibradora de caña de azúcar es una máquina sometida a condiciones de cargas dinámicas, velocidad y temperatura críticas, por lo que su confiabilidad es imprescindible dentro de la productividad del ingenio azucarero. El sistema de transmisión de esta máquina está constituida por una turbina de vapor, un reductor de velocidad de dos ejes y un par de engranajes cilíndricos de dientes helicoidales, y un tambor, conocido como la desfibradora, apoyado en dos rodamientos de doble hilera de rodillos a rótula.

para lubricar los rodamientos de rodillos a rótula, de la Desfibradora, con el fin de eliminar como causa del problema el tipo de aceite que se está utilizando en la actualidad. DATOS TECNICOS En la Tabla No1 se especifican los datos técnicos de la Desfibradora, en la Tabla No2, los datos técnicos de los rodamientos de doble hilera de rodillos a rótula, que soportan el tambor de la Desfibradora, y en la Tabla No3, los datos del sistema de lubricación de los dos rodamientos de doble hilera de rodillos a rótula.

Debido a que problemas repetitivos de falla de los rodamientos de la Desfibradora, como resultado de un acelerado desgaste por fatiga superficial, se presenta la necesidad de recalcular las condiciones de lubricación y el tipo de aceite que se debe utilizar,

Tabla No1 Datos técnicos de la Desfibradora

CALCULO DE LA VISCOSIDAD DEL ACEITE PARA LOS RODAMIENTOS DE LA DESFIBRADORA EN UN INGENIO AZUCARERO Figura No1 Conjunto turbina de vapor, reductor de velocidad, y Desfibradora.

Figura No2 Acople Reductor de velocidad y eje de la desfibradora.

Figura No3 Rodamiento de doble hilera de rodillos a rótula.

Tabla No2 Características y datos técnicos de los rodamientos de apoyo del eje de la desfibradora.

Tabla No3 Características del sistema de lubricación de los rodamientos de apoyo del eje de la desfibradora.

Articulo CALCULO DEL ACEITE

3.2 Cálculo del calor generado por fricción en los rodamientos de la Desfibradora

Para determinar el tipo de aceite que se debe utilizar, es necesario calcular la viscosidad del aceite y la condición de lubricación con el fin de determinar si el aceite a utilizar requiere aditivos Antidesgaste (AW) o Extrema Presión (EP).

Calculo de la cantidad de calor generado por fricción y de la temperatura de operación La cantidad de calor generado por fricción en los rodamientos de rodillos a rótula de la desfibradora se calcula de la Ecuación No2, y es igual a:

3.1 Cálculo de la viscosidad del aceite a la temperatura de operación. La viscosidad del aceite requerido, se calcula del Gráfico No1, conociendo el valor del diámetro medio del rodamiento y la velocidad de operación en rpm.

Qf = 14,34 P (1 – et), kcal/min Ecuación No2

Dm = (Diámetro exterior + Diámetro Ecuación No1.

Qf: Cantidad de calor generado por fricción en los dos rodamientos de rodillos a rótula de la desfibradora, kcal/min. P: Potencia en el eje de entrada a la desfibradora, 3342,58 kw. et: Eficiencia total en los dos rodamientos, adimensional

Donde:

interior)/2

El diámetro medio del rodamiento de doble hilera de rodillos a rótula, Ver Tabla No2, es de: Diámetro exterior: 440 mm; Diámetro interior: 260 mm.

La eficiencia total, et, hasta eje de entrada de la desfibradora se calcula a partir de los Sistemas Tribológicos (ST) que hay desde la turbina de vapor hasta el eje de entrada de la desfibradora.

Dm = (440 + 260)mm/2 = 350 mm Dm = 350 mm Del Gráfico No1, se tiene que para un valor de Dm = 350 mm, y una velocidad de 1000 rpm, la viscosidad mínima requerida del aceite mineral debe ser de ν1 = 7 cSt, a la temperatura de operación.

Figura No4 Sistemas Tribológicos (ST) de la turbina de vapor, reductor de velocidad y desfibradora

Gráfico No1

Por lo tanto se tiene que: e = eST1 x eST2 x eST3 x eST4 x eST5 x eST6 x eST7 Ecuación No3 Donde: eST1: Sistema tribológico constituido por los tres cojinetes (dos radiales y uno de empuje) de la turbina de vapor, es igual a: eST1 = 1 – ff Donde ff es el coeficiente de fricción fluida de la película lubricante entre el eje y el cojinete liso ra-

CALCULO DE LA VISCOSIDAD DEL ACEITE PARA LOS RODAMIENTOS DE LA DESFIBRADORA EN UN INGENIO AZUCARERO dial de la turbina de vapor. Debido a la velocidad del eje de la turbina de vapor de 6500 rpm, se tiene que la condición de lubricación de los cojinetes radiales y de empuje de la turbina de vapor es Hidrodinámica. De la Tabla No2.1, “valores típicos de coeficientes de fricción de acuerdo con el tipo de lubricación” libro Tribología y Lubricación, Tomo I, 4ta Edición, se tiene que el coeficiente de fricción fluida para cojinetes lisos y de empuje, lubricados con aceite mineral es de 0,008, por lo tanto:

velocidad de giro de estos rodamientos de 1000 rpm, y teniendo en cuenta los cálculos hechos en el Numeral 4.3, se tiene que la condición de lubricación en estos dos rodamientos es del tipo Hidrodinámica (HD). Por lo tanto se tiene que: et = (eRod1 + eRod2)/2 eRod1 = 1 – ff = 1 – 0,008 = 0,992 eRod1 = eRod2 = 0,992 et = 0,992

eST1 = 1 – ff = 1 – 0,008 = 0,992 Para los otros sistemas tribológicos, la eficiencia total es igual a:

Donde ff es el coeficiente de fricción fluida de la película lubricante entre los rodillos y las pistas de rodadura de los rodamientos de rodillos a rótula. De la Tabla No4, se tiene que el coeficiente de fricción fluida para rodamientos de rodillos a rótula y lubricados con aceites minerales es de 0,008.

eST1 = 0,992 (lubricación hidrodinámica), cojinetes lisos y de empuje de la turbina de vapor. eST2 = 0,973 (lubricación EHL), acople entre la turbina de vapor y el reductor de velocidad. eST3 = 0,9921 (lubricación hidrodinámica), rodamientos de rodillos a rótula del eje entrada reductor. eST4 = 0,991 (lubricación hidrodinámica), punto de engrane de los dientes de los engranajes. eST5 = 0,9921 (lubricación hidrodinámica), rodamientos de rodillos a rótula del eje salida reductor.

De la Ecuación No2, se tiene que:

eST6 = 0,99 (eficiencia equivalente debido al aceite salpicado) por los engranajes.

Qf = 14,34x3342,58 kw (1 – 0,99) = 479,32 kcal/ min Qf = 479,32 kcal/min

eST7 = 0,973 (lubricación EHL), acople entre el reductor de velocidad y el eje de la desfibradora. De la Ecuación No3, se tiene:

Para cada rodamiento de rodillos a rótula, el Qf es igual a:

et = 0,992x0,973x0,9921x0,991x0,9921x0,99x0,9 73 = 0,90 et = 0,90

Qf = 239,66 kcal/min El calor generado por fricción, lo absorbe el aceite que circula hasta el rodamiento de rodillos a rótula, y se calcula de la Ecuación No4.

Por lo tanto se tiene que la potencia P en el eje de entrada a la desfibradora, a 1000 rpm, es igual a:

Qf = mCp∆Tf, kcal/min, Ecuación No4

Peje de entrada desfibradora = Peje de la turbina de vapor x et, kw Peje de entrada desfibradora = 3713,97 kw x0,90 = 3242,58 kw Peje de entrada desfibradora = 3342,58 kw

Donde: Qf: Calor generado por fricción, 239,66 kcal/min m: flujo de aceite al rodamiento de rodillos a rótula, 0,92 gpm (ver Tabla No3). Cp: Calor especifico del aceite, 0,47 kcal/kgmxºC

La eficiencia et en los dos rodamientos de rodillos a rótula, del eje de la desfibradora, se calcula teniendo en cuenta las pérdidas por fricción entre las pistas de rodadura y los elementos rodantes. A la

De la Ecuación No4, se tiene que: ∆Tf = Qf/mCp = (239,66kcalxminxkgxºCxgalxc-

Articulo

m3x1000grs)/(minx0,92galx0,47kcalx3760 cm3x0,91grsxkg) = 161,98ºC

de operación de 58,61ºC en la zona de carga dinámica o de fricción del rodamiento de doble hilera de rodillos a rótula, el grado ISO del aceite mineral que se debe utilizar a una velocidad de 1000 rpm, es el de grado ISO 15, pero comercialmente el de menor viscosidad para este tipo de aplicación es el de un grado ISO 32.

∆Tf = 161,98ºC Este incremento en la temperatura por fricción en el rodamiento, sería asumiendo que la carcasa del rodamiento disipara todo el calor generado por fricción, pero el sistema completo de transferencia de calor está constituido por el depósito externo de aceite y el enfriador de aceite del sistema de lubricación por circulación de la desfibradora.

Gráfico No2

En un sistema de lubricación por circulación, la disipación del calor total generado por fricción se distribuye normalmente de la siguiente manera: Carcasa del mecanismo: 10%. Depósito externo de aceite: 40%. Enfriador de aceite: 50%. Por lo tanto, del calor total generado por fricción en los dos rodamientos de rodillos a rótula de la desfibradora, Qf igual a 479,32 kcal/min, el 10% lo disipa la carcasa de los dos rodamientos, o sea: 47,93 kcal/min. Para cada rodamiento es igual a: 23,96 kcal/min. De la Ecuación No4, se tiene que: ∆Tf = Qf/mCp = (23,96kcal/min)/(0,92gal/ minx0,47kcal/kgxºC) = (23,96kcalxminxkgxºCxgalxcm3 x1000grs)/(minx0,92galx0,47kcalx3760cm3x0,91grsxkg) = 16,18ºC.

3.3 Condición de lubricación en los rodamientos del eje de la Desfibradora

∆Tf = 16,18ºC

El factor de seguridad de la película lubricante (λ), se calcula de la Ecuación No5:

De la Tabla No2, se tiene que el aceite llega a cada rodamiento a una temperatura máxima (T1) de 45ºC, por lo tanto la temperatura de salida máxima (T2) del aceite de cada rodamiento es igual a:

λ = ho / σp, adimensional, Ecuación No5 Donde:

T2 = T1 + ∆Tf = 45ºC + 16,18ºC = 61,18ºC

λ: Factor de seguridad de la película lubricante, adimensional.

Por lo tanto, la temperatura de operación máxima, en la zona de fricción del rodamiento, es igual a:

ho : Espesor de la película lubricante, μm σp: Promedio geométrico de las rugosidades, 1,07 μm (Tabla No5)

Toperación máxima = (T1 + T2)/2 = (45ºC + 61,18ºC)/2 = 53,09ºC Toperación máxima = 53,09ºC

El espesor de la película lubricante, ho (μm) se calcula de la Ecuación No6:

Cálculo del grado ISO del aceite mineral Del Gráfico No2, con ν1 = 7 cSt y una temperatura

ho = CD(Ln)0,74, μm Ecuación No6

CALCULO DE LA VISCOSIDAD DEL ACEITE PARA LOS RODAMIENTOS DE LA DESFIBRADORA EN UN INGENIO AZUCARERO Donde: C: Factor geométrico del rodamiento. Se selecciona de la Tabla No4, de acuerdo con el tipo de rodamiento; 8,01x10-4. D: Diámetro exterior del rodamiento, 0,44 m L: Parámetro del lubricante, 15 mm2/seg. Se determina del Gráfico No3 en función del grado ISO 32 del aceite mineral y de la temperatura de operación del rodamiento, 53,09ºC. n: Velocidad del rodamiento, 1000 rpm. Tabla No4 Factor geométrico C

Tabla No5 Valores típicos de σp para diferentes tipos de rodamientos

Para rodamientos de rodillos a rótula, de la Tabla No5, se tiene que σ1 = σ2 = 0,076. σp = (σ1 + σ2)0,5 σp = (0,0762 + 0,0762)0,5 = 0,107

≥ 28 y < 150 kgf.

σp = 0,107

Si se utilizará en esta aplicación un aceite de grado ISO 15, la película lubricante ho sería igual a:

El espesor de la película lubricante, ho (μm) se calcula de la Ecuación No1, y se tiene que:

ho = 8,01x10-4 x 0,44mx(7x1000rpm)0,74 μm = 0,24 μm ho = 0,24 μm

ho = 8,01x10-4 x 0,44mx(15x1000rpm)0,74 μm = 0,43μm ho = 0,43 μm

El factor de seguridad de la película lubricante λ, sería igual a:

El factor de seguridad de la película lubricante se calcula de la Ecuación No6, y se tiene que:

λ = 0,24 μm /0,107 μm = 2,30 λ = 2,30

λ = 0,43 μm /0,107 μm = 4,05 λ = 4,05

Este valor está dentro del rango de Desgaste por Fatiga Superficial Anormal, 1,00 < l < 2,50, lo cual aceleraría la falla por fatiga de los rodamientos de doble hilera de rodillos de la Desfibradora, por lo tanto la utilización del aceite de grado ISO 32 es correcta.

De la Tabla No6, se tiene que para rodamientos con un λ = 4,05, la condición de lubricación es HD (Hidrodinámica) y el aceite requiere aditivos antidesgaste (AW), con una capacidad de carga entre

Articulo Tabla No6 Condición de lubricación de acuerdo al valor (l)

Gráfico No3

3.4 Aditivos Antidesgaste y de Extrema Presión En la Tabla No7, se especifica la capacidad de carga de los aditivos Antidegaste (AW) y de Extrema Presión (EP), en la prueba de 4 bolas ASTM D2783. En este caso, la capacidad de carga, de los aditivos antidesgaste del aceite de grado ISO 32, debe estar comprendida entre (≥ 28 y < 150) y el índice de desgaste entre (≥ 7y < 38). Tabla No7 Punto de soldadura e índice de desgaste ASTM D2783 de acuerdo a la generación del aditivo EP del lubricante

3.5 Aceite mineral que se debe utilizar De acuerdo con los cálculos efectuados, se tiene que el aceite mineral que se debe utilizar en los dos rodamientos de rodillos a rótula de la Desfibradora es de un grado ISO 32, con aditivos Antidesgaste (AW), el cual es similar al que se está utilizando actualmente el Teresstic 32 de Exxon Mobil.

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Por Iván Espinosa Acevedo Ingeniero Mecánico ivan.espinosa@cemex.com Gerente Soporte Técnico Ibagué- Colombia

DETERIORO PREMATURO DE LA CORONA DEL REDUCTOR DE VELOCIDAD DE UN MOLINO VERTICAL EN UNA PLANTA CEMENTERA

1. INTRODUCCIÓN El reductor de velocidad del molino vertical usado en la molienda de carbón de una de nuestras plantas de cemento, es del tipo sinfín-corona, y presenta deterioro acelerado en los dientes de la corona por macropitting. El molino data del año 1980, es de marca Raymond, tipo vertical con tres masas moledoras, tamaño 533 y tiene una capacidad de producción de 9 toneladas/hora. La transmisión del molino consta de un motor eléctrico y de un reductor de velocidad tipo sinfín- corona, integrado a la carcasa del molino en su parte inferior. Los flancos de los dientes de la corona del reductor de velocidad sinfín-corona, tienen una vida

real promedio de 8000 horas, por lo que al final de este período de tiempo se baja la corona y se voltea, de tal manera que trabaje el otro flanco de los dientes, lográndose así que la vida real total de la corona sea de 16.000 horas aproximadamente. Se decidió llevar a cabo un estudio tendiente a analizar las causas de que conllevan a que la vida real de la corona sea menor que la vida disponible especificada por el fabricante del reductor sinfín-corona que como mínimo debe ser de 100.000 horas de operación. Ver Figura No1.

Articulo

co de 112 kw a 1180 rpm. El motor eléctrico está acoplado al tornillo sinfín del reductor de velocidad, el cual engrana con la corona y ésta a su vez está acoplada al eje vertical que mueve la mesa de molienda del molino. El sistema de lubricación del reductor de velocidad, es por circulación, el cual cuenta con una bomba de engranajes, ubicada en el cárter del reductor de velocidad, un filtro, un intercambiador de calor del tipo agua-aceite, tuberías, manómetros, etc. La temperatura de operación máxima de la corona es de 70°C. El lubricante usado actualmente en la lubricación del reductor de velocidad es el Mobilgear 600XP 680 mineral. La operación del molino requiere un paro diario por alto inventario de carbón pulverizado, esto demanda uno ó dos arranques del reductor de velocidad diariamente.

Figura No1 Molino Raymond vertical de 3 masas para moler carbón

4. FALLA DE LOS FLANCOS DE LOS DIENTES DE LA CORONA Cuando fallan los flancos de los dientes de la corona, se presenta un desprendimiento bastante pronunciado del material de la superficie de fricción, en todos los dientes, aún cuando la corona se voltea y se ponen a trabajar los dientes por el flanco opuesto. Esta es una falla recurrente que se presenta aproximadamente con la misma frecuencia, lo cual no garantiza la confiabilidad del reductor de velocidad sinfín-corona, ni la del molino vertical.

2. OBJETIVOS DEL ESTUDIO 2.1 Objetivo general Incrementar la vida real de la corona del reductor de velocidad, del molino de carbón, usando los principios de la tribología, de tal manera que se logre la vida disponible especificada por el fabricante de 100.000 horas de operación.

Figura No2 Aspecto del desgaste de los flancos de los dientes de la corona

2.2 Objetivos específicos − Identificar la causa de la formación del macropitting en la corona. − Verificar que el aceite utilizado actualmente, si corresponde al recomendado por el fabricante del molino. − Hacer el cálculo del factor de seguridad de la película lubricante (λ), con el lubricante recomendado por el fabricante del molino. − Seleccionar el lubricante equivalente en una marca comercial y de la marca del proveedor actual que suministra los lubricantes a Cemex Colombia. − Hacer el cambio del lubricante actual del reductor, suministrando el nuevo aceite lubricante seleccionado. 3. OPERACIÓN DEL REDUCTOR DE VELOCIDAD El movimiento a la mesa giratoria es transmitido por un sistema motriz, constituido por un motor eléctri-

Piting diente de corona

DETERIORO PREMATURO DE LA CORONA DEL REDUCTOR DE VELOCIDAD DE UN MOLINO VERTICAL EN UNA PLANTA CEMENTERA go de 1,00 < l < 1,50. En este caso, la carga dinámica que actúa sobre los flancos de los dientes se transmite con mayor intensidad a la superficie de fricción, debido a que hay un menor efecto amortiguador de la película lubricante, conllevando a que se empiecen a generar grietas microscópicas debajo de la superficie de fricción, las cuales se unen entre sí, se propagan y finalmente salen a la superficie de fricción dando lugar a lo que se conoce como “descascarillado” o “descostrado”, acelerando la falla catastrófica del engranaje. Este problema es más común en los engranajes de tipo sinfín-corona, debido al movimiento deslizante que se presenta entre los dientes. - Un factor de seguridad de la película lubricante (λ) superior a 3,0, lo cual indica que la película lubricante ho es superior a la requerida por la utilización de un aceite de una viscosidad mayor que la requerida, la cual da lugar a que dicha película lubricante genere esfuerzos hidrodinámicos de alta intensidad, que presionan sobre ambas superficies de fricción, fatigando más rápidamente a la más blanda, que en el de un engranaje sinfín-corona, son los flancos de los dientes de la corona.

5. TIPO DE FALLA De acuerdo al aspecto que presentan los flancos de los dientes de la corona se puede deducir que el Desgaste es por Fatiga Superficial Acelerada, el cual se define como: La falla por fatiga superficial se presenta de manera típica después de millones de ciclos de deformación elástica y se acelera cuando se tienen temperaturas de operación por encima de los 50°C, por la aplicación de esfuerzos de tensión y compresión, que superan los del material del mecanismo, ó por la presencia de partículas sólidas ó metálicas de un tamaño igual al espesor de la película lubricante y que no se adhieren a ninguna de las superficies en movimiento; en este caso la partícula es atrapada instantáneamente entre las superficies y origina hendiduras en ella debido a que las superficies se deflectan a lado y lado de la partícula como consecuencia de la carga que soportan, iniciándose las grietas, las cuales se esparcen después de “n ciclos” de esfuerzos. El desgaste por fatiga superficial aparece más rápidamente en los elementos que están sometidos a movimiento de rodadura que por deslizamiento debido a los mayores esfuerzos que soportan, este es el caso de los rodamientos, flancos de los dientes de los engranajes a la altura del diámetro de paso, y las superficies de las levas, entre otros.

El desgaste por Fatiga Superficial Acelerada, se debe a la disminución del espesor de la película lubricante, sin que se llegue a la condición de desgaste adhesivo por contacto metal-metal, o por exceso de viscosidad. Las causas más comunes son: − Contaminación del aceite con agua. − Inestabilidad del Indice de Viscosidad del aceite. − Cambio de aceite, por encima del nivel máximo permisible de oxidación (TAN > 1,00 mgrKOH/ gr.ac.us. − Uso de un aceite de grado ISO menor o mayor que el requerido. − Uso de un aceite sin aditivos antidesgaste o de Extrema Presión. − Uso de un aditivo Extrema Presión con una capacidad de carga, según ASTM D2783, menor que la requerida. − Incremento en la temperatura de operación como resultado de: desalineamiento, desbalanceo mecánico, sobrecargas operacionales, falta de enfriamiento, pérdida del “backlash” entre los flancos de los dientes.

El desgaste por Fatiga Superficial Acelerada, se presenta con mayor intensidad en los engranajes, cuando se presentan las siguientes condiciones: - Lubricación Elastohidrodinámica de tipo EP1 (1ra Generación), y el factor de seguridad de la película lubricante l, se encuentra en el ran-

Articulo − − − −

1. JUSTIFICACIÓN ECONOMICA A LA SOLUCIÓN DEL PROBLEMA Mediante el presente análisis tribológico, se pretende dar una solución lo más precisa y económica posibles, para no cambiar la corona cada 16.000 de operación sino con una vida real lo más próxima posible a la vida disponible de 100.000 horas, reduciendo de esta manera considerablemente los costos de mantenimiento de la planta, ya que el conjunto sinfín-corona cuesta $42´119.000, más los costos de Mano de Obra, lucro cesante y el costo del aceite.

− − − −

Viscosidad, 680 cSt/40ºC, ASTM D445. Viscosidad, 39,2 cSt/100ºC, ASTM D445. Indice de Viscosidad, 97, ASTM D2270. Prueba de 4 bolas, Extrema Presión, 200 kgf, ASTM D2783. Protección contra la Herrumbre, agua de mar, Pasa, ASTM D665. Corrosión en lámina de cobre,3 horas, 100ºC, 1B, ASTM D130. Demulsibilidad, tiempo para emulsión de 3 ml, a 82ºC, 30 minutos, ASTM D1401. Ensayo de espuma, Seq. I, tendencia/estabilidad, ml/ml, 30, ASTM D892.

9. PRACTICAS PREDICTIVAS UTILIZADAS

2. METODOLOGIA DESARROLLADA PARA LA SOLUCION DEL PROBLEMA

El reductor de velocidad sinfin-corona del molino se monitorea cada tres meses utilizando las siguientes herramientas predictivas:

Sin pretender llegar a la solución del problema, utilizando la metodología RCA (Análisis de causa Raíz), se va a utilizar la información disponible del fabricante del molino, los datos de los resultados de las prácticas predictivas efectuadas periódicamente y los cálculos tribológicos, relacionados con al lubricación que se requieran.

7. ESPECIFICACIONES DEL FABRICANTE DEL MOLINO Y DEL REDUCTOR DE VELOCIDAD

Análisis de laboratorio, según pruebas ASTM, para evaluar las propiedades físico-químicas del aceite, nivel de contaminación y cantidad de desgaste de los rodamientos y engranajes. Termografía para chequear la temperatura de los puntos sometidos a fricción.

El monitoreo por vibraciones actualmente no se utiliza debido a que en este tipo de máquinas se obtienen resultados muy imprecisos como resultado de las altas vibraciones que generan las masas al moler el carbón.

Las siguientes son las especificaciones técnicas del Molino y del reductor de velocidad, obtenidas del catálogo del fabricante del molino: − − − − − − −

Fabricante del molino: Alstom Power (AP). Marca del molino: Raymond. Tipo: Vertical. Tamaño: 533. Serie: 57184. Capacidad de producción: 9,2 toneladas/hora. Reductor de velocidad integrado a la carcasa del molino. − AP suministra las siguientes especificaciones del lubricante recomendado: − Viscosidad: ISO grado 320 EP1 o AGMA 6EP1. − Volumen de aceite en el carter: 110 galones. − Temperatura de operación: 70°C.

9.1 Resultados de los análisis de laboratorio Resultados obtenidos En el último monitoreo efectuado al aceite Mobilgear 600 XP680, se obtuvieron los siguientes resultados: − − − − −

8. ACEITE UTILIZADO ACTUALMENTE EN EL REDUCTOR DE VELOCIDAD El aceite usado actualmente en el reductor de velocidad sinfín-corona, es el Mobilgear 600XP 680, de Exxon Mobil. Este aceite tiene las siguientes especificaciones:

Viscosidad, 826,7 cSt/40ºC, ASTM D445. TAN ó NN, 0,76 mgrKOH/gr.ac.us., ASTM D664. Agua y sedimentos, 0% Vol. ASTM D95. Conteo de Partículas, 21/20/19, ISO 4406-99 Contenido de metales por espectroscopia de absorción atómica: − Cobre (Cu): 352 ppm − Hierro (Fe): 80 ppm − Estaño (Sn): 21 ppm − Silicio (Si): 56 ppm − Fósforo (P): 221 ppm

DETERIORO PREMATURO DE LA CORONA DEL REDUCTOR DE VELOCIDAD DE UN MOLINO VERTICAL EN UNA PLANTA CEMENTERA

Análisis de resultados − − − − −

Viscosidad, 826,7 cSt/40ºC, versus 400 cSt/40ºC: por fuera de especificaciones. TAN ó NN, 0,76 mgrKOH/gr.ac.us. versus 1,50 mgrKOH/gr.ac.us.: dentro de especificaciones. Agua y sedimentos, 0% Vol. Versus 0,2% Vol. : dentro de especificaciones. Conteo de Partículas, 21/20/19, versus 19/18/17: dentro de especificaciones. Contenido de metales por espectroscopia de absorción atómica: − Cobre (Cu): 352 ppm versus 40 ppm, daño severo. − Hierro (Fe): 80 ppm versus 30 ppm, daño severo. − Estaño (Sn): 21 ppm versus 15 ppm: daño severo. − Silicio (Si): 56 ppm versus 20 ppm: contaminación severa. − Fósforo (P): 221 ppm: versus 50 ppm mínimo: dentro de especificaciones.

9.2 Termografía Paralelamente con el muestreo de aceite, se le toma termografía al reductor de velocidad sinfín-corona en operación. En el último termograma efectuado, la temperatura de operación máxima fue de 60,7ºC, la cual es inferior a la máxima especificada por el fabricante del Molino de 70ºC, pero este valor está por encima de la máxima normal de 50ºC; esto puede ser consecuencia del uso de un aceite de un grado ISO 680 EP1 con respecto al que se debe utilizar ISO 320 EP1. Ver Figura No3. Figura No3 Termografía de la carcasa externa del reductor de velocidad sinfin-corona

10. CALCULO DE LA CONDICION DE LUBRICACION 10.1 Cálculo del factor de seguridad de la película lubricante (l) El factor de seguridad de la película lubricante λ, se obtiene del Gráfico No2, conociendo la velocidad lineal en el diámetro de paso de los engranajes.

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Los datos son: - -

Velocidad del sinfín (n): 1180 rpm. Diámetro de paso del sinfín (dp): 90 mm

La velocidad lineal en el diámetro de paso del engranaje sinfín-corona se calcula de: v = ᴨdpn, m/s, Ecuación No1 Por lo tanto se tiene que: v = ᴨdpn = 1180 rev/minx0,09mx1min/60seg = 11,12 m/s Con v = 11,12 m/s, en el Gráfico No1, se tiene que el factor de seguridad de la película lubricante l es de 1,3. Luego la condición de lubricación es Elastohidrodinámica (EHL). Gráfico No1 Calculo de λ para engranajes

De la Tabla No1, se tiene que para un valor del factor de seguridad de la película lubricante l de 1,3, el tipo de aditivos Extrema Presión requeridos es EP1 (primera generación). Tabla No1 Tipo de aditivos de EP de acuerdo con el valor de λ

La capacidad de carga del lubricante, según el método ASTM D2783, de acuerdo con la generación de aditivos EP se especifica en la Tabla No2.

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Tabla No2 Carga a la soldadura e índice de desgaste ASTM D2783 de acuerdo a la generación del aditivo EP del lubricante

10.2 Análisis de resultados La capacidad de carga del aditivo EP1 del lubricante que se debe utilizar según el método ASTM D2783, debe estar entre ≥ 150 - < 350; el aceite utilizado Mobilgear XP680, tiene una capacidad de 200 kgf, por lo que este aceite, desde el punto de vista de los aditivos EP, está bien utilizado. 11. VISCOSIDAD DE TRABAJO A LA TEMPERATURA MAXIMA DE OPERACIÓN La viscosidad del aceite ISO 320 EP1 recomendado por el fabricante del Molino a la temperatura máxima de operación de 70ºC es de 70 cSt. Ver Gráfico No2, ASTM D341. La viscosidad del aceite ISO 680 EP1 utilizado actualmente en el reductor de velocidad sinfín-corona, a una temperatura máxima de operación de 60,7ºC es de 200 cSt. Ver Gráfico No2, ASTM D341. Análisis de resultados La viscosidad del aceite ISO 680 EP1, a la temperatura de operación de 60,7ºC, es de 200 cSt, mientras que con el ISO 320 EP1, recomendado por el fabricante del Molino a la temperatura de 70ºC es de 70 cSt. La viscosidad del aceite utilizado es mayor, por que el factor de seguridad de la película lubricante l es de 3,71, valor que es superior al máximo permisible de 3,0, lo que conlleva a que se presente Desgaste por Fatiga Superficial Acelerada.

Articulo Gráfico No2 Viscosidad – temperatura ASTM D341

12. CONCLUSIONES - Debido a que el reductor tiene más de un arranque en 24 horas, es importante considerar un aceite lubricante con buena propiedad de untuosidad, para un buen desempeño en condiciones de lubricación límite durante la puesta en marcha, las características más importantes de estos compuestos son, alta estabilidad química a elevadas temperaturas, alta velocidad de reacción con las superficies metálicas, bajo coeficiente de fricción sólida, compatibilidad con las bases lubricantes y demás aditivos de los aceites, baja toxicidad por efecto de los vapores ó por contacto con la piel al manipular los lubricantes. - Cambiar el aceite actual ISO 680 EP1 por el recomendado ISO 320 EP1, por tener un valor de viscosidad demasiado alto, lo cual genera desgaste erosivo y desgaste por Fatiga Superficial. - Utilizar el aceite mineral Mobilgear 600XP 320 ó un sintético del tipo Mobilgear SHC. - El desgaste erosivo se puede presentar tanto bajo condiciones de lubricación fluida como en EHL como resultado del empleo de un aceite de una viscosidad mayor que la requerida debido a que el exceso de capas en la película lubricante “barren” la capa límite que se encuentra adherida a las superficies metálicas haciendo que dichas capas friccionen las rugosidades y la desgaste por erosión. - Tener especial atención con el desgaste corrosivo, es muy frecuente en las coronas de bronce de los reductores sinfín-corona cuando se utilizan en su lubricación aceites con aditivos de Extrema Presión del tipo fósforo, cloro ó azufre y hay presencia de agua en el aceite. - Un alto nivel de aceite, una alta viscosidad y una alta presión en el sistema de lubricación también pueden dar lugar al desgaste adhesivo debido a que el exceso de fricción fluida en el aceite incrementa la temperatura de operación, haciendo que las superficies metálicas sometidas a fricción se dilaten y rocen, rompiendo en un momento dado la película límite. - Al hacer el cambio de aceite lubricante, se debe poner especial atención a la limpieza interna del reductor de velocidad, para evitar contaminación del aceite nuevo con el aceite que se va retirar del reductor. TRIBOS – mercadeo@tribosingenieria.com

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EXPOSICIÓN OCUPACIONAL A LAS VIBRACIONES MECÁNICAS EXPOSICIÓN OCUPACIONAL A LAS VIBRACIONES MECÁNICAS

Por Carlos A. Mejía H. Ingeniero Mecánico servianalisisltda@telecom.com.co Gerente Servianálisis Ltda Cali – Colombia 1. INTRODUCCION Hoy la gran industria colombiana ha enfocado todas sus estrategias y planes de mejoramiento continuo en los procesos productivos, y es así como en muchas de ellas ya se habla del plan 2020, donde las metas trazadas van en dirección a un crecimiento regional, nacional e internacional. Para llegar a estos logros, una de las estrategias planteadas es la implementación de los programas de CONFIABILIDAD en todas las áreas de las empresas y en especial en lo relacionado con el mantenimiento de la maquinaria. El mantenimiento de la maquinaria en las fábricas, ha trascendido al mantenimiento basado en la CONFIABILIDAD y es así como se implementan todas las técnicas de mantenimiento predictivo que van de la mano o asociadas a ella. Tres de las técnicas más aplicadas son la medición y análisis de aceite, análisis de vibraciones, y la termografía mecánica y eléctrica. Con la implementación de estas tres técnicas básicas, el propósito fundamental es garantizar la confiabilidad en la operación dinámica y mecánica de las máquinas y de esta manera contribuir de una manera proactiva a mejorar los procesos y uno de los

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objetivos precisos como es el de bajar los costos de producción.

parámetro y cuál o cuáles frecuencias son las predominantes que están siendo transmitidas a los diferentes órganos del cuerpo humano. Las mediciones que muy esporádicamente hacen en algunas plantas más por requerimientos de tipo legal que por una acción de prevención, se tipifican y se evalúan mediante parámetros muy flexibles, donde es casi imposible que los valores medidos se encuentren fuera de la norma, adicionalmente a esto se maneja el concepto de los tiempos de exposición.

Hay estudios muy bien documentados y fundamentados en lo que tiene que ver con el buen estado de las máquinas, y se construyen diferentes curvas típicas de comportamiento para garantizar el estado real de las máquinas. Estas curvas son: − Curva de vida real y vida disponible de los mecanismos. − Curva de asentamiento de las superficies de fricción. − Curva de vida confiable − Curva de vida positiva − Curva de vida negativa − Curva del envejecimiento moral

La exposición a las vibraciones mecánicas se produce cuando está es transmitida a alguna parte del cuerpo humano. El movimiento oscilatorio que se genera en el sitio del puesto de trabajo (piso o suelo, estructura cerca de la instalación de la máquina o el asiento donde se instala el operario) va a incidir en algún componente del cuerpo del operario.

Estas curvas me determinan el comportamiento dinámico y mecánico de las máquinas y en qué condición de operación se encuentran. Adicionalmente, se establecen unas rutas de inspecciones periódicas que garanticen la confiabilidad y la productividad en la operación dinámica de los equipos.

Dependiendo de la frecuencia del movimiento oscilatorio y la intensidad, las vibraciones mecánicas y estructurales pueden causar sensaciones muy diversas que pueden ir desde el disconfort, hasta alteraciones muy graves de la salud y la interferencia en la ejecución de ciertas tareas tales como la lectura (visión borrosa, haciendo que la imagen oscile en la retina produciendo un deterioro visual), la pérdida de precisión al ejecutar movimientos (provocar movimientos corporales involuntarios en el trabajador expuesto) o la pérdida de rendimiento en la parte física e intelectual debido a la fatiga inducida por las vibraciones.

Estamos frente a toda una estrategia, acompañada de grandes inversiones con tecnologías de última generación y personal altamente calificado en pro de garantizar el buen desempeño de los procesos productivos, que garanticen altos porcentajes de rentabilidad. 2. CONFIABILIDAD HUMANA Nos preguntamos, que se está haciendo a nivel de la industria en general y de los organismos gubernamentales responsables de la seguridad y la salud ocupacional para garantizar la confiabilidad y la calidad en los puestos de trabajo y específicamente con la incidencia de las vibraciones en el cuerpo humano (vibraciones ocupacionales).

3. FRECUENCIA NATURAL DE LA MAQUINA Y DE LOS ORGANOS HUMANOS Los disfuncionamientos de las máquinas rotativas y las estructuras en general van a incidir directamente en el buen envejecimiento de los trabajadores de las fábricas, es por esto que debemos recordar que nuestro cuerpo humano se comporta como un sistema masa resorte y que cada uno de los órganos y componentes músculo esquelético tienen su propia frecuencia natural. Es así como las malas prácticas de mantenimiento de los equipos y las estructuras, en cuanto a no tener planes de mantenimiento por diagnostico serán un aporte importante y dañino para la salud.

Por lo que se conoce a la fecha, no hay programas encaminados con estos propósitos, toda la inversión esta direccionada a los equipos rotativos para poder determinar los disfuncionamientos que se puedan estar presentando en las máquinas; para los trabajadores de fábricas no hay unas rutas de CONFIABILIDAD HUMANA establecidas, hay mucho énfasis en la utilización de los elementos de protección, los cuales son de uso obligatorio para el puesto de trabajo.

Observemos en la Figura No1, la manera como está configurado el cuerpo humano desde el punto de vista de operar como un sistema, con la identificación de las frecuencias naturales propias de alguno de los componentes principales.

Para los operarios de las plantas se debería implementar rutas de confiabilidad similares a las que se planean para las máquinas, es muy importante conocer qué amplitud de vibración, en que

EXPOSICIÓN OCUPACIONAL A LAS VIBRACIONES MECÁNICAS

Figura No1 Sistema simplificado del cuerpo humano En un área de trabajo de una empresa y específicamente donde hay instaladas varias máquinas rotativas que hacen parte del proceso, la velocidad de trabajo de una de ellas es de 1800 rpm y la mayor amplitud de vibración se presenta en su primer armónico (1800 cpm) en la dirección horizontal; esta condición dinámica y mecánica de la máquina es típica de desbalanceo de masa por deterioro y juego de sus componentes. El desbalanceo de masa presente hace vibrar toda la estructura donde está montada y la vibración se transmite hasta el puesto de trabajo del operario donde permanece de pie, se puede observar de la Figura No1, que en el globo ocular y en el codo, una de sus frecuencias naturales es coincidente con la frecuencia de trabajo de la máquina de 1800 cpm. Se debe tener presente que 1 Hz es igual a 60 cpm y en estos dos componentes del cuerpo humano coincide la frecuencia de 30 Hz (1800 cpm). De no corregirse a tiempo este disfuncionamiento de la máquina, la vibración a esta frecuencia va a incidir directamente en el buen comportamiento de estos y se pueden presentar problemas a nivel de la visión y adormecimiento en el codo. 4. MEDICION DE LAS VIBRACIONES EN LOS PUESTOS DE TRABAJO Es por esto que se hace importante la medición de las vibraciones mecánicas en los puestos de trabajo y la evaluación de la maquinaria rotativa de manera periódica, con el propósito de poder detectar los disfuncionamientos de estas a tiempo y hacer las correcciones que sean necesarias. Como podemos ver, este es uno de los muchos casos que se presentan en la industria y así como éste, hay otras tantas máquinas, donde la frecuencia de trabajo o alguna de sus armónicas pueden coincidir con la frecuencia natural del resto de los componentes del cuerpo humano. Un verdadero programa de prevención de los disfuncionamientos en que se pueden ver comprometidos los diferentes órganos del cuerpo humano por este agente contaminante, es poder evaluar con todas las herramientas actuales el nivel de exposición ocupacional a las vibraciones mecánicas. 5. CONCLUSIONES Al Estado y específicamente al Ministerio de Protección Social le está encomendado como uno de los principios de la política social y económica del País velar por seguridad e higiene del trabajador, esta responsabilidad conlleva a la necesidad de desarrollar una política de protección de la salud de los trabajadores, mediante la prevención de los riesgos derivados de su trabajo. Seguimos a la espera que estas entidades reglamenten y exijan la implementación de la medición de las vibraciones ocupacionales en los puestos de trabajo. TRIBOS – mercadeo@tribosingenieria.com

CLASIFICACION SAE Y API ACEITES PARA MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Y TRANSMISIONES Articulo

Por Comité técnico Ingenieros de Lubricación SAS pedroalbarracin@ingenierosdelubricacion.com Noviembre de 2012 Medellín – Colombia 1. INTRODUCCION El vehículo es uno de los inventos más revolucionarios hechos por el hombre en los últimos tiempos, el cual le ha permitido tener un mayor nivel de comodidad, optimizar el tiempo y bajar los costos de su supervivencia en la tierra, además de que lo ha llevado al diseño de otras máquinas, aunque quizás no mejores en su esencia, por lo menos si en los medios de transporte, como el tren, avión, etc. 2. MOTOR DEL VEHICULO El motor es el componente más importante de su vehículo y tiene una serie de elementos sometidos a fricción que incentivan el desgaste, el cual si no se controla puede dar lugar rápidamente a que el motor no funcione correctamente, sea costosa su operación y conlleve a su reparación antes de tiempo, implicando con esto el desembolso de grandes sumas de dinero, además de que no se puede disponer del vehículo.

vieron como modelo el motor a vapor, perfeccionado por el inglés Watt en 1820. Estos dos motores se denominan de combustión interna (MCI) porque la generación de energía se lleva a cabo dentro de los cilindros del motor, mediante la combustión de un combustible derivado del petróleo, el cual puede ser gasolina o ACPM.

Los motores de los vehículos pueden ser a gasolina, Diesel o gas, siendo éste último, mecánicamente igual al de gasolina, pero que utiliza como combustible gas.

Los motores de los vehículos pueden ser de dos o cuatro tiempos, dependiendo de si el proceso de combustión se lleva a cabo en una o dos vueltas del cigüeñal respectivamente. En este caso el programa AUTOLUB, va a estar orientado al cambio del aceite a tiempo en los motores de 4 tiempos, sean a gasolina, gas o Diesel.

El motor a gasolina fue inventado, diseñado y fabricado por el ingeniero alemán Nikolaus Otto en 1877 y el motor a compresión o Diesel por el ingeniero alemán Rudolf Diesel (en 1892. Estos inventos tu-

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CLASIFICACION SAE Y API ACEITES PARA MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Y TRANSMISIONES

2.1 Ciclos del motor de 4 tiempos

Los ciclos del motor Diesel de 4 tiempos son los mismos del motor a gasolina de 4 tiempos, excepto que en el proceso de admisión solo succiona aire y lo comprime sin mezclarse con el combustible, y al final de la carrera de compresión se inyecta el gasóleo (gasoil) o también llamado comúnmente ACPM, produciéndose la explosión y posteriormente la carrera de trabajo.

Los ciclos del motor a gasolina de 4 tiempos son: -

Admisión: succiona aire del ambiente, jugando un papel muy importante el filtro del aire. El aire se mezcla en el carburador o en el sistema de inyección con la gasolina, antes de entrar al cilindro. Se lleva a cabo durante media vuelta del cigüeñal (180º), y el pistón se mueve del Punto Muerto Superior (PMS) al Punto Muerto Inferior (PMI) en el cilindro. Compresión: comprime el aire desde el PMI al PMS, y antes de llegar a éste, la bujía produce la chispa haciendo que explote la mezcla de aire y gasolina. Este proceso se lleva a cabo durante media vuelta del cigüeñal (180º). Explosión: Al explotar la mezcla de aire y gasolina, el pistón es empujado violentamente del PMS al PMI y se produce la carrera de trabajo, haciendo que el cigüeñal gire y que el vehículo se mueva. Este proceso se lleva a cabo durante media vuelta del cigüeñal (180º). Escape: Los gases producidos durante la explosión del combustible, son evacuados al ambiente, cuando el pistón sube del PMI al PMS. Este proceso se lleva a cabo durante media vuelta del cigüeñal (180º).

2.2 Partes del motor de 4 tiempos Las partes más importantes del motor de 4 tiempos son: - - - - - -

Culata: parte superior del motor, sirve de tapa para los balancines. Bloque: es el elemento más importante y en éste van alojados los cilindros. Carter: parte inferior del motor, sirve de depósito al aceite. Cilindro: parte donde desliza el pistón. Pistón: elemento que permite comprimir el aire (motor Diesel) o la mezcla de aire y gasolina (motor a gasolina). Anillos: elementos de desgaste montados en los pistones que permiten que el pistón se deslice en el cilindro y garantizan la estanqueidad

SAAU ACEITE SAE DEL MOTOR

Articulo

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del aire (motor Diesel) o la del aire y el combustible (motor a gasolina) en el cilindro del motor. Biela: elemento que une el pistón con el cigüeñal. Bulón: elemento que une el pistón con la biela. Cigüeñal: parte donde van montadas las bielas y que trasmite la potencia generada por la explosión del combustible al sistema de trasmisión del vehículo. Casquetes: elementos de desgaste que permiten que las bielas y el cigüeñal giren. Válvulas de admisión y de descarga: permiten la entrada de aire al cilindro y la salida de los gases de la combustión del combustible al ambiente. Balancines: permiten la apertura y cierre de las válvulas de admisión y de descarga. Arbol de levas: hace subir y bajar los balancines. Bomba de engranajes: permite la lubricación de los diferentes componentes del motor sometidos a fricción. Filtro del aire: retiene al máximo las partículas contaminantes presentes en el aire. Filtro de aceite: elimina al máximo las partículas de hollín y metálicas presentes en el aceite. Filtro de combustible: elimina al máximo las partículas contaminantes presentes en el combustible. Sistema de inyección: atomiza el combustible dentro del aire bajo unas determinadas condiciones de volumen y de presión. Figura No1 Partes del motor de combustión interna

2.3 Lubricación del motor de 4 tiempos

zado en la parte inferior del pistón, barre de nuevo el aceite obligándolo a que retorne al carter del motor.

El motor de 4 tiempos se lubrica por medio de una bomba de engranajes accionada por el árbol de levas, la cual succiona el aceite del carter del motor y lo hace fluir hasta el filtro de aceite y de allí a los casquetes principales de apoyo del cigüeñal. Una vez que el aceite los ha lubricado, una parte retorna al carter y la otra fluye por unos conductos internos hasta el casquete de cabeza de biela y de allí es salpicado por la fuerza centrifuga, originada por el giro del cigüeñal, hasta el cilindro, donde los anillos de compresión lo distribuyen a lo largo del cilindro y luego el anillo rascador de aceite locali-

El aceite cuando fluye a la parte superior del pistón, por medio de los aditivos detergentes-dispersantes que posee, lava el hollín, gomas, lacas y partículas carbonosas que se forman como resultado del proceso de combustión del combustible y que se adhieren a la cabeza del pistón y se introducen dentro de las ranuras del pistón y los anillos. Estos contaminantes son obligados a fluir con el aceite al carter del motor y de allí por medio de la bomba de engranajes quedan retenidos en el filtro de aceite.

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El espacio entre las ranuras de los pistones y los anillos deben estar lo más limpios posibles, con el fin de que los gases de la combustión fluyan a través del laberinto que se forma y de esta manera dichos gases pierdan presión y no fluyan hasta el carter del motor, manteniendo la presión del motor. Figura No2 Sistema de lubricación del motor de combustión interna

Un aceite de motor de mala calidad o con un paquete de aditivos detergentes-dispersantes inadecuado no mantendrá limpio el espacio entre anillos y ranuras del pistón dando lugar a pérdidas de potencia del motor, mayor consumo de combustible, desgaste prematuro de las diferentes partes del motor, elevando considerablemente los costos de mantenimiento.

es alta puede producir variaciones climáticas a gran escala (efecto invernadero). - Vapor de agua: se produce por la oxidación del hidrógeno. - Hidrógeno. 3.2 Contaminantes - Monóxido de carbono: en concentraciones superiores al 0,3% por volumen y tiempos de exposición altos puede provocar en la sangre la transformación irreversible de la hemoglobina (molécula encargada de transportar el oxígeno desde los pulmones a las células del organismo), en carboxihemoglobina, incapaz de cumplir esa función. La falta de oxígeno en la combustión puede conllevar a la formación monóxido de carbono en lugar de dióxido de carbono. - Benceno (hidrocarburos): es venenoso y provoca irritaciones de piel, ojos y conductos respiratorios; si la concentración es alta, provocará mareos, dolores de cabeza y náuseas. - Oxido de nitrógeno: irritan la mucosa y en combinación con los hidrocarburos y la humedad del aire producen ácido nitroso, causante de la lluvia ácida. - Plomo: está presente en algunas gasolinas en forma de tetra-etilo de plomo para elevar su índice de octano. Al inhalarse puede provocar la formación de coágulos o trombos en la sangre.

3. PROCESO DE COMBUSTION DEL COMBUSTIBLE EN EL MOTOR Cuando la gasolina se quema en un motor se generan una gran cantidad de productos que se pueden catalogar como inofensivos, contaminantes y residuos carbonosos. 2.1 Inofensivos - Nitrógeno: es un gas inerte, que con las altas temperaturas en el motor, forma pequeñas cantidades de óxido de nitrógeno. - Oxígeno: si su mezcla con el combustible es demasiado rica o pobre, no podrá oxidar todos los enlaces de hidrocarburos y será expulsado con el resto de los gases de escape. - Dióxido de carbono: no resulta nocivo para los seres vivos y constituye una fuente de alimentación para las plantas verdes (fotosíntesis). Sin embargo, si su concentración en la atmósfera

Articulo 3.3 Residuos carbonosos - - - -

Hollín: se concentra en las ranuras del pistón y los anillos impidiendo que realicen correctamente su trabajo. Carbón: se adhiere a la cabeza del pistón, generando puntos calientes causantes del pre-encendido del combustible en el cilindro. Gomas ácidas: se adhieren a los anillos, causando su pegamiento en las ranuras. Lacas: se adhieren a la falda del pistón, reduciendo la transferencia de calor entre el pistón y el cilindro, dando lugar a mayores temperaturas de operación. Figura No3 Residuos carbonosos

carbonosos que se generan durante el proceso de combustión del combustible y los mantienen en suspensión en la base lubricante para que finalmente queden retenidos en el filtro de aceite. Estos aditivos actúan también como antioxidantes, mejorando la resistencia del aceite a las altas temperaturas de operación. 5. ESPECIFICACIONES DEL ACEITE PARA EL MOTOR DEL VEHICULO

4. FORMULACION DEL ACEITE PARA MOTORES

El aceite para la lubricación del motor a gasolina y Diesel debe cumplir con:

Los aceites SAE para lubricación de motores de combustión interna están constituidos por una base lubricante que puede ser mineral, sintética o vegetal y por un paquete de aditivos orgánicos y metálicos cuya función es la de proteger la base lubricante para que lubrique correctamente los diferentes mecanismos del motor sometidos a fricción.

- Grado SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices). - Nivel de calidad API (Instituto Americano del Petróleo). Si el aceite no cumple con alguno de estos dos requerimientos, no se debe utilizar en la lubricación del motor, ya que su vida de servicio será muy inferior a la especifica da por el fabricante del motor.

Los aceites SAE contienen aditivos mejoradores del índice de viscosidad, antioxidantes, depresores del punto de fluidez, antidesgaste, detergentes, dispersantes y antiespumantes.

5.1 Grado SAE (Society of Automotive Engineers) de los aceites para automotores

Todos los aditivos que contiene le aceite SAE para motores, son importantes y se requieren, pero los que los diferencian de los demás aceites son los detergentes-dispersantes, que son imprescindibles en estos aceites, ya que lavan los residuos

El grado SAE de un aceite para lubricación de motores de combustión interna solo indica el comportamiento del aceite a determinadas temperaturas, no tiene nada que ver con su calidad, contenido de

CLASIFICACION SAE Y API ACEITES PARA MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Y TRANSMISIONES aditivos, funcionamiento o tipo de aplicación. Cada tipo de motor requiere una viscosidad específica. La viscosidad es la espesura o poca densidad de un fluido a una determinada temperatura. Los aceites de motor deben fluir libremente en condiciones frías y mantener su densidad o espesura en condiciones de altas temperaturas. Los aceites con baja viscosidad se caracterizan por fluir libremente mientras que aceites con viscosidad alta mantienen su espesura, por tanto fluyen lentamente.

tor el aceite se comportará como un aceite de baja viscosidad SAE 0W, garantizando que llegará rápidamente a todos los puntos a lubricar, principalmente al 1er anillo de compresión en el cilindro, y que cuando alcance la temperatura de operación se comportará como un aceite de mayor viscosidad SAE 50. La formulación de los aceites multígrados se logra mediante la incorporación a la base lubricante de unos aditivos conocidos como mejoradores del Indice de Viscosidad (IV).

La SAE clasificó a los aceites según su viscosidad adoptando como temperatura de referencia 100ºC y unidad de medida el centistoke (cSt). Se dividió el rango total de viscosidades de los aceites en grupos arbitrarios designados por los siguientes números: 10, 20, 30, 40 y 50; originalmente existió un grado 60 que luego fue suprimido.

Los aceites multígrados, en los países donde no hay estaciones aparentemente no se deben utilizar, porque en ningún momento se presentarán temperaturas por debajo de los 0ºC. No obstante debido a la mayor estabilidad de su viscosidad con respecto a los aceites SAE monogrados, su uso en los vehículos actuales permite obtener los siguientes beneficios:

Esta clasificación no tuvo en cuenta que un aceite SAE 20 en condiciones de baja temperatura aumentaba considerablemente su viscosidad no siendo apto para una operación correcta en climas fríos. Surgieron así los aceites de tipo W (winter: invierno) que cubrirían esta deficiencia. Se amplió entonces la clasificación incorporando los grados SAE 0W, 5W, 10W, 20W y 25W, a los ya existentes.

El grado SAE clasifica los aceites para motores a gasolina y Diesel en monogrados (unígrados) y multigrados. Ver Tabla No1.

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- Aceites SAE monogrados: Se caracterizan porque en la especificación SAE solo tienen un grado de viscosidad y la resistencia a fluir en el momento de la puesta en marcha del motor es alta. Su viscosidad es inestable con los cambios de la temperatura de operación del motor, lo cual conlleva a mayores niveles de desgaste en los componentes del motor sometidos a fricción y a un mayor consumo de combustible. Se clasifican entre un SAE 0W y un SAE 50. El número que aparece después de la especificación SAE indica solamente que a medida que este número es más alto su viscosidad es mayor, y se selecciona de acuerdo con la temperatura ambiente donde funciona el vehículo.

Reducción del desgaste adhesivo en las partes lubricadas del motor, en el momento de la puesta en marcha y a las altas temperaturas de operación. Reducción en el consumo de combustible hasta en un 5%. Mayor duración de la batería y del sistema de arranque del motor. Mayor contenido de aditivos detergentes-dispersantes, y por lo tanto mayor limpieza interna en los componentes del motor. Mayores frecuencias entre cambios de aceite.

Los aceites SAE monogrados aparentemente presentan mayor viscosidad que los multigrados, porque el usuario desprevenido, compara su viscosidad a la temperatura ambiente del lugar donde se encuentre, pero esto es incorrecto, ya que la comparación se debe hacer es a 100ºC que es la temperatura a la cual trabaja el aceite en el motor. Bajo estas condiciones de trabajo, los aceites multigrados tienen mayor viscosidad que los aceites monogrados y por lo tanto garantizan una mejor película lubricante.

- Aceites SAE multigrados: Se caracterizan porque en la especificación SAE tienen dos grados de viscosidad: el primero puede ser desde el 0W y el segundo hasta el 50, por ejemplo el SAE 0W50. Esta especificación quiere decir que en el momento de la puesta en marcha del mo-

Los aceites SAE monogrados tienden a dejarse de fabricar a nivel mundial, para aplicación de lubricación de motores de combustión interna de 4 tiempos a gasolina y diesel. Solamente se utilizarán cuando por diseño del motor el fabricante lo recomiende, pero serán unos pocos casos especiales.

Articulo Tabla No1 Aceites SAE monogrados y multigrados

5.2 Nivel de calidad API La API (Instituto Americano del Petróleo), tiene estandarizados los diferentes niveles de calidad de los aceites para lubricación de motores a gasolina y Diesel. Estas especificaciones de calidad son el complemento indispensable que debe acompañar a la viscosidad en el sistema SAE.

para analizar y verificar que las están formulando correctamente. Cuando dice que “cumple con el API” no tiene ninguna fiscalización. - La especificación API depende de si el aceite es para motores a gasolina o Diesel, así se tiene que cuando la especificación API empieza por la letra S, el aceite es para lubricación de motores a gasolina y cuando empieza por la letra C es para motores Diesel. Cada una de estas letras va acompañada de una segunda letra ubicada a la derecha, la cual depende, en los motores a gasolina del año de fabricación del vehículo y en los motores Diesel, del tipo de motor. Ver Tabla No2.

Un aceite para servicio automotriz no quedará bien seleccionado si no se tiene en cuenta tanto el grado SAE como el nivel de calidad API. - Cumplir con las normas API y ser certificado por el API son dos cosas muy distintas. Cuando la empresa, su planta y sus productos son certificados por el API la receta está registrada y el API puede comprar aleatoriamente muestras

CLASIFICACION SAE Y API ACEITES PARA MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Y TRANSMISIONES Tabla No2 Especificación API para los motores a gasolina y Diesel

6. ASPECTOS IMPORTANTES A TENER EN CUENTA AL SELECCIONAR EL ACEITE PARA EL MOTOR - Utilice el grado SAE que le recomienda el fabricante del vehículo, en caso contrario selecciónelo de acuerdo con la temperatura ambiente del lugar donde funciona el vehículo. Ver Tabla No1. - Utilice el grado API que le recomienda el fabricante del vehículo, en caso contario selecciónelo de acuerdo con el año de fabricación del vehículo. Ver Tabla No2. - Siempre utilice un aceite del mismo grado SAE y especificación API que el seleccionado. - Si desea cambiar de marca de aceite, utilice el que sea equivalente al seleccionado inicialmente, de acuerdo con el grado SAE y API. - Si no es factible conseguir el aceite de la especificación API requerida, debido al modelo de su vehículo, utilice la más próxima posible que se consiga comercialmente. - Cambie el aceite del motor, por condición química y no por kilometraje u horas de trabajo. - Siempre que cambie el aceite, cambie el filtro de aceite. - Cambie el filtro de aire y de combustible, por cada tres cambios de aceite. - Utilice filtros de aceite, de aire y de combustible de la mejor marca posibles. - No utilice aceite SAE monogrados ni de especificaciones API obsoletas. - Los aceites para motores a gasolina actuales, por ejemplo un aceite SAE 15W40, API SL, son aceites para frecuencias de cambio como mínimo de 8000 kilómetros de recorrido. - Los aceites para motores Diesel actuales, por ejemplo un aceite SAE 15W40, API CH-4, son aceites para frecuencias de cambio como mínimo de 12.000 kilómetros de recorrido. - No limpie el filtro de aire manualmente ni con aire, cámbielo por uno nuevo. - No sobrepase el nivel de aceite requerido en el motor, ya que esto produce espuma en el aceite y da lugar a que el exceso se queme en la cámara de combustión. - No mezcle aceites de diferentes marcas, aunque sean del mismo grado SAE y especificación API. De ser necesario espere el próximo cambio de aceite. - Es factible agregarle modificadores de fricción al aceite, pero antes de hacerlo, es necesario que se asesore muy bien de un experto en lubricación, ya que de hacerlo de manera inadecuada puede averiar el motor.

Articulo

- Revise el nivel de aceite por lo menos una vez al mes. - No ponga en marcha el vehículo inmediatamente prenda el motor. Esto da lugar a altos niveles de desgaste, principalmente en el cilindro y los anillos. - Nunca lave internamente el motor con algún producto o método recomendado, esto propiciará altos niveles de desgaste en los componentes del motor. Los aceites actuales son altamente detergentes – dispersantes y mantiene limpios los diferentes componentes del motor. - Si en un motor se ha venido utilizando un aceite SAE monogrado durante mucho tiempo, no es recomendable empezar a utilizar un aceite SAE multigrado, porque estos aceites son mucho más detergentes - dispersantes que los monogrados. - En motores en muy estado mecánico, es mejor utilizar aceites SAE monogrados que aceites SAE multigrados, porque laven menos y los residuos de carbón que dejan ayudan a compresionar el motor.

medida que avanzan los kilómetros recorridos del vehículo se va degradando, cambiando su condición de basicidad a acidez, y va recogiendo información del estado mecánico del motor, ya que las partículas metálicas provenientes del desgaste del motor se van a acumulando en él. El análisis del estado del aceite SAE se debe hacer bajo las normas internacionales ASTM, las cuales tienen estandarizadas una serie de pruebas que permiten evaluar con mucha exactitud el estado del aceite y nivel de desgaste del motor. Las propiedades físico-químicas y nivel de desgaste de los componentes de un motor de combustión interna son: - Viscosidad cSt/100°C: ASTM D445. Evalúa el espesor de la película lubricante. - TBN (Número Básico Total), mgr KOH/gr. ac. us.: ASTM D664. Evalúa la capacidad detergente-dispersante del aceite y por lo tanto su habilidad para mantener lo más limpias posibles las diferentes partes del motor, en especial los anillos y las ranuras del pistón. Es la propiedad más sensible al cambio y la que más se afecta cuando los demás parámetros del aceite empiezan a salirse de los rangos establecidos. - Punto de inflamación, °C, ASTM D92. Disminuye cuando hay problemas con el sistema de inyección de combustible al motor. También se puede evaluar mediante la prueba de contenido de combustible por Infrarrojo. - Contenido de hollín por infrarrojo. - Espectroscopia por absorción atómica. Evalúa la cantidad metales presentes en el aceite provenientes del desgaste de las diferentes partes del motor.

7. ESPECIFICACION DEL ACEITE PARA MOTORES El aceite automotriz debe cumplir con las siguientes especificaciones: - Aceites para motores a gasolina: SAE multigrado y especificación API empezando por la letra S de acuerdo al modelo del vehículo. Por ejemplo un aceite SAE 15W40, API SM. - Aceites para motores a Diesel: SAE multigrado y especificación API empezando por la letra C de acuerdo al modelo del vehículo. Por ejemplo un aceite SAE 15W40, API CH-4. - Aceites para motores a gasolina y Diesel: SAE multigrado y especificación API empezando con las letras S y C, de acuerdo al modelo del vehículo. Por ejemplo un aceite 15W40, API SL/CI. - Aceites para motores a Gas: SAE multigrado y especificación API empezando por la letra S de baja especificación. Por ejemplo un aceite SAE 15W40, API SE, y referenciado como aceite para motores a gas. 8. LUBRICACION DEL MOTOR

Mediante la evaluación del TBN del aceite SAE es factible conocer el estado del aceite, su nivel de detergencia – dispersancia, su grado de oxidación o de descomposición química y su capacidad de mantener los pistones y anillos del motor, libres de gomas, lacas, hollín, y carbón, garantizando su correcto funcionamiento. El TBN del aceite SAE disminuye a medida que aumentan los kilómetros recorridos, hasta que llega a valor un mínimo permisible en el cual es necesario cambiar el aceite.

El motor del vehículo es el componente más importante y costoso, por lo que su cuidado es muy importante y se puede llevar a cabo mediante el análisis periódico del aceite en el laboratorio. El aceite del motor es un fluido que químicamente a

En los motores a gasolina el valor mínimo permisible del TBN es el 35% de su valor original y para los motores Diesel del 50%. En los motores Diesel es más crítico debido a la mayor cantidad de hollín que genera el ACPM cuando se quema en el motor.

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Con la evaluación del TBN de un aceite SAE en servicio, se puede determinar la frecuencia de cambio del aceite de un vehículo particular, en el cual por razones económicas no se justificaría un análisis de laboratorio completo del aceite SAE. No obstante, si una vez que se define la frecuencia de cambio del aceite por el TBN, se presenta dentro de una frecuencia posterior una reducción prematura de su valor, es necesario llevar a cabo un análisis completo del aceite, para determinar las causas que están originado que el aceite se descomponga antes de tiempo y chequear adicionalmente el nivel de degaste de los diferentes componentes del motor.

son similares en cuanto a que no tiene aditivos detergentes – dispersantes, pero el paquete de aditivos que poseen, protege los mecanismos de los sistemas automotrices de las condiciones más severas de operación que se presentan en este tipo de componentes con respecto a las transmisiones industriales. Los aceites SAE para engranajes automotrices contienen aditivos mejoradores del índice de viscosidad, antioxidantes, depresores del punto de fluidez, antidesgaste, Extrema Presión y antiespumantes.

9. LUBRICACION DE LA TRANSMISION En toda unidad automotor independientemente de la aplicación que s ele de, hay instalados sistemas de engranajes del más variado tipo, siendo los más importantes, los siguientes: - - -

11. ESPECIFICACIONES DEL ACEITE SAE PARA TRANSMISIONES El aceite para engranajes automotrices debe cumplir con:

Cajas sincronizadas. Transmisiones automáticas. Diferenciales axiales.

- Grado SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices). - Nivel de calidad API (Instituto Americano del Petróleo).En algunos casos, como en el de las normas militares de USA, conocidas como MIL, fijan sus propias exigencias, pero que en la práctica son muy similares a las fijadas por API.

10. FORMULACION DEL ACEITE PARA TRANSMISIONES Los requerimientos mínimos de un aceite para la lubricación de engranajes automotrices son:

Si el aceite SAE no cumple con alguno de estos dos requerimientos, no se debe utilizar en la lubricación de engranajes automotrices, ya que su vida de servicio será muy inferior a la especifica da por el fabricante de este componente mecánico.

- Disminuir la fricción para controlar el contacto metal-metal entre los dientes de los engranajes y elementos rodantes y pistas de los rodamientos. - Proteger los mecanismos lubricados de la corrosión. - Evitar la formación de depósitos. - Controlar la formación de espuma. - No atacar los sellos y empaquetaduras. - Modificar poco su viscosidad con la variación de la temperatura . - Estabilidad a la oxidación y resistencia al envejecimiento.

10.1 Grado SAE (Society of Automotive Engineers) de los aceites para engranajes automotrices Los aceites SAE para engranajes automotrices, se clasifican en monogrados y multigrados y ha establecido la norma J306, para los aceites monogrados, que corresponde con la DIN 51512, y la SAE J306C para los aceites multígrados. El grado SAE, es un número empírico que no tiene una relación directa con alguna unidad de la viscosidad, sino que indica que a medida que este número es más alto, su viscosidad también lo es.

Los aceites sistemas de engranajes automotrices se clasifican bajo el sistema SAE, pero contrario a los aceites SAE para lubricación del motor, no cuentan con aditivos detergentes - dispersantes, porque no los requieren, pero es muy importante tener en cuenta que este tipo de aceites son muy diferentes a los de especificación industrial, que

Los aceites SAE con la letra W (Winter) son para invierno o bajas temperaturas y sin la letra W son para verano. Ver Tabla No3.

Articulo Tabla No3 Aceites SAE monogrados y multigrados para engranajes automotrices

10.2 Nivel de calidad API La calidad API (Instituto Americano del Petróleo), de los aceites para engranajes automotrices depende del tipo y de su condición operacional, la cual puede ser hidrodinámica o EHL. La especificación API, se identifica con las letras GL (Gear Lubricant), y con un número que va del 1 al 6. nadas MIL-L. Otros fabricantes tienen sus propias especificaciones como:

Un aceite para engranajes automotrices no quedará bien seleccionado si no se tiene en cuenta tanto el grado SAE como el nivel de calidad API. Esta información aparece tanto en el catalogo del fabricante del aceite como en el envase.

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Algunos fabricantes de transmisiones automotrices, además de la especificación API exigen que los aceites cumplan con una determinada especificación de las fuerzas militares de USA, denomi-

Caterpillar con sus normas TO-2 y TO-4. Mercedes Benz con sus normas DB 236.6. Volkswagen con la norma TL 52726. Ford con su norma ESP-M2C166-H. Allison con su norma C-4.

En la Tabla No4, se especifica la clasificación API de los aceites para engranajes automotrices.

CLASIFICACION SAE Y API ACEITES PARA MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Y TRANSMISIONES Tabla No4 Especificación API para los aceites de engranajes automotrices

11. ASPECTOS IMPORTANTES A TENER EN CUENTA AL SELECCIONAR EL ACEITE PARA TRANSMISIONES - Es factible agregarle modificadores de fricción al aceite, pero antes de hacerlo, es necesario que se asesore muy bien de un experto en lubricación, ya que de hacerlo de manera inadecuada puede averiar la transmisión.

- Utilice el grado SAE que le recomienda el fabricante del vehículo, en caso contrario selecciónelo de acuerdo con la temperatura ambiente del lugar donde funciona el vehículo. Ver Tabla No3. - Utilice el grado API que le recomienda el fabricante del vehículo, en caso contrario selecciónelo de la Tabla No4. - Siempre utilice un aceite del mismo grado SAE y especificación API que el seleccionado. - Si desea cambiar de marca de aceite, utilice el que sea equivalente al seleccionado inicialmente, de acuerdo con el grado SAE y API. - Cambie el aceite del motor, por condición química y no por kilometraje u horas de trabajo. - No utilice aceite SAE monogrados ni de especificaciones API obsoletas. - Los aceites para engranajes automotrices actuales, por ejemplo un aceite SAE 85W90, API GL-5, son aceites para frecuencias de cambio como mínimo de 40000 kilómetros de recorrido. - No sobrepase el nivel de aceite en las transmisiones, ya que esto produce altas temperaturas, y espuma en el aceite y dando lugar a que la lubricación sea deficiente. - No mezcle aceites de diferentes marcas, aunque sean del mismo grado SAE y especificación API. De ser necesario espere el próximo cambio de aceite.

AVISOS CLASIFICADOS BOMBA DE ENGRANAJES DE 40 GPM Perfecto estado CARACTERÍSTICAS - -

MOTOR ELÉCTRICO: Marca: ________________________ BOMBA DE ENGRANAJES: Marca: ________________________

Esta sección de la revista TRIBOS tiene como objetivo que las empresas industriales publiquen mediante un aviso publicitario, los productos que tienen en el almacén de materiales y que los adquirieron con un propósito especifico pero con por una u otra razón nos los usaron y que con el tiempo van a dar de baja, aún encontrándose en perfecto estado, perdiendo de esta manera el dinero que invirtieron en su compra. Pueden adquirir su espacio publicitario del tamaño que deseen y se les publicará en la revista del próximo bimestre. La revista TRIBOS solo sirve de contacto entre la empresa que ofrece un determinado producto y la que lo adquiere, y el negocio lo hacen directamente entre la dos. TRIBOS no se responsabiliza por el estado o la calidad del producto comercializado. En la información que se publique en el aviso, es requisito indispensable describir el estado en que se encuentra el producto, si es una máquina o repuesto, especificar su condición mecánica y operacional y si es un lubricante (aceite o grasa), las propiedades físico-químicas, con base en un análisis de laboratorio, realizado dentro de un período de 30 días antes de la publicación del aviso. Puede ir acompañado de una fotografía. El aviso se publicará tal y como lo envíe la empresa interesada. Los avisos se pueden publicar en colores y las medidas son: 5 cm x 5 cm, 10 cm x 10 cm, 15 cm x 15 cm y 20 cm x 20 cm. La revista TRIBOS es leída en el mundo de habla hispana por más de 5000 lectores. Si desea contar con esta publicación bimensual, sin costo alguno, se puede inscribir en: www.pedroalbarracinaguillon.com o en www.ingenierosdelubricaciopn.com.

Para solicitar información sobre el valor del aviso publicitario, por favor dirigirse a: mercadeo@tribosingenieria.com; Telf. (57) 4443877, Ext. 115, Medellín – Colombia. 42

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