Análisis del desgaste de partículas o Ferrografía

La Ferrografía es una técnica que proporciona la examinación microscópica y el análisis de las partículas del desgaste separadas de todo el tipo de fluidos. Desarrollada a mediados de los años 70 como técnica predictiva del mantenimiento, fue utilizado inicialmente para precipitar magnéticamente partículas ferrosas del desgaste de los aceites lubricantes.

Esta técnica fue utilizada con éxito para supervisar la condición de los motores, de las cajas de engranajes, y de las transmisiones de aviones militares. Este éxito ha incitado el desarrollo de otros usos, incluyendo la modificación del método de precipitar partículas no magnéticas de los lubricantes, cuantificando partículas del desgaste en un substrato de cristal (Ferrograma) y el refinamiento de nuestro solvente de la grasa utilizada ahora en la industria pesada.

Tres de los tipos principales de equipo usados en análisis del desgaste de partícula es el Ferrógrafo de Lectura Directa (DR Direct Reading por sus siglas en inglés), el sistema de Ferrógrafo analítico y el Scanner de Ferrogramas

El monitor del Ferrógrafo DR es una herramienta que permite la supervisión de condición a través de la examinación de las muestras de fluido sobre la base de un programa periódico. Un instrumento compacto, portable que es funcionado fácilmente incluso por un personal no técnico, el Ferrógrafo DR mide la concentración cuantitativa de las partículas ferrosas del desgaste en un lubricante o en un aceite hidráulico. El Ferrógrafo DR prevé para un análisis de una muestra de fluido precipitando partículas sobre el fondo de un tubo de cristal que se sujete a un campo. Los paquetes ópticos de la fibra dirigen la luz a través del tubo de cristal en dos localizaciones en donde las partículas grandes y pequeñas son depositadas por el imán permanente. En el inicio de la prueba, antes de que las partículas comiencen a precipitarse el instrumento "se pone a cero automáticamente" con un chip microprocesador mientras que la luz pasa a través del aceite para ajustar su opacidad. La luz se reduce en lo referente al número de las partículas depositadas en el tubo de cristal, y esta reducción se supervisa y se exhibe en un panel de LCD. Dos sistemas de lecturas se obtienen: uno para los > 5 micrones grandes directos (DL) y uno para los < 5 micrones pequeños directos (DS) de partículas. La concentración de la partícula del desgaste es derivada agregando DL + DS dividido por el volumen de la muestra, estableciendo una línea de fondo de la tendencia del desgaste de la máquina.

Las máquinas comienzan el servicio pasan un desgaste en proceso, durante el cual la cantidad de partículas grandes aumenta rápidamente y entonces coloca una concentración del equilibrio durante condiciones normales de uso. Un aspecto clave del ferrógrafo es que las máquinas con un desgaste anormal producirán cantidades inusualmente grandes de partículas de desgaste que indican la condición excesiva de desgaste por el Ferrógrafo DR en lecturas de WPC (Wearing Particle Concentration por sus siglas en ingles). Si las lecturas de WPC están más allá de la tendencia normal una diapositiva de la muestra del Ferrograma es hecha con el fluido para la examinación por microscopía óptica.

El ferrógrafo Analítico: Información adicional sobre una muestra del desgaste, se puede obtener con el sistema analítico de Ferrógrafo, los instrumentos que pueden proporcionar un expediente permanente de la muestra, así como la información analítica. El Ferrógrafo analítico se utiliza para preparar un Ferrograma -- una diapositiva fija de las partículas del desgaste para la examinación microscópica y la documentación fotográfica. El Ferrograma es una herramienta predictiva importante, puesto que proporciona una identificación del patrón de desgaste característico de piezas específicas de equipo. Después de que las partículas se hayan depositado en el Ferrograma, una lavada se utiliza para limpiar el aceite o el lubricante a base de agua. Después de que el líquido de la lavada se evapora, las partículas del desgaste siguen unidas permanentemente al substrato del cristal y estan listas para la examinación microscópica

El microscopio: Los Ferrogramas se examina típicamente debajo de un microscopio que combine las características de un microscopio biológico y uno metalúrgico. Tal equipo utiliza las fuentes de luz reflejadas y transmitidas, que se pueden utilizar simultáneamente. Los filtros verdes, rojos, y polarizados también se utilizan para distinguir el tamaño, la composición, la forma y la textura de partículas metálicas y las no metálicas.

Tipos de partículas del desgaste: Hay seis tipos de partículas del desgaste generadas con el proceso del desgaste. Éstas incluyen las partículas ferrosas y no ferrosas de las cuales comprenden:

1. Desgaste Normal de Fricción: Las partículas del desgaste por fricción normal se generan como resultado el desgaste normal del deslizamiento en una máquina y el resultado de la exfoliación de las partes de la mezcla del cierre de la capa. Las partículas de frotamiento del desgaste consisten en las plaquetas planas, generalmente 5 micrones o más pequeñas, aunque pueden extenderse hasta 15 micrones dependiendo del uso del equipo. Debe haber poco o nada de textura visible de la superficie y el grueso debe ser un micrón o menos

2. Partículas del Desgaste que cortan: Las partículas del desgaste que cortan se generan como resultado de una superficial penetrando otra. Hay dos maneras de generar este efecto.

· El componente relativamente duro puede desalinearse o fracturarse, dando por resultado el borde agudo duro que penetra una superficie más suave. Las partículas generadas de esta manera son generalmente gruesas y grandes, con un promedio de 2 a 5 micrones de ancho y de 25 a 100 micrones de largo.

• Las partículas abrasivas duras en el sistema lubricante, tales como contaminantes como arena o restos del desgaste de otra parte del sistema, pueden encajarse en una superficie suave del desgaste (abrasión de dos cuerpos) por ejemplo un cojinete de la aleación de plomo/estaño. Las partículas abrasivas resaltan de la superficie suave y penetran la superficie de oposición del desgaste. El tamaño máximo de las partículas del desgaste del corte generadas de esta manera es proporcional al tamaño de las partículas abrasivas en el lubricante. Partículas muy finas semejantes a alambres pueden ser generadas con un grosor tan bajo como .25 micrones. Ocasionalmente partículas pequeñas, de aproximadamente 5 micrones de largo por 25 micrones de grueso, pueden ser generado debido a la presencia de inclusiones duras en una de las superficies de uso.
• Las partículas del desgaste que cortan son anormales. Su presencia y cantidad deben ser supervisadas cuidadosamente. Si la mayoría de partículas del desgaste de corte en un sistema está alrededor de algunos micrómetros de largo y de una fracción de un micrómetro de ancho, la presencia de contaminantes de partículas debe ser sospechada. Si un sistema demuestra las cantidades crecientes (50 micrómetros de largo) de partículas largas de uso de corte, una falla del componente es potencialmente inminente.

3. Partículas Esféricas: Estas partículas se generan en las grietas del cojinete. Si se genera, su presencia da una advertencia mejorada del apuro inminente pues son perceptibles antes de que ocurra un resquebrajamiento. La fatiga del cojinete de rodillos no es la única fuente de partículas metálicas esféricas. Se sabe que son generadas por la erosión de la cavitación y más importantemente por soldar con autógena o procesos de trituración. Las esferas producidas en grietas de fatiga se pueden distinguir de las producidas por otros mecanismos con su distribución de tamaño. La fatiga del balanceo genera pocas esferas sobre 5 micrones de diámetro mientras que las esferas generadas por soldar con autógena, trituración, y la erosión están con frecuencia sobre 10 micrones de diámetro.

4. Deslizamiento Severo: Las partículas del desgaste de deslizamiento severo son identificadas por estrías paralelas en sus superficies. Son generalmente más grandes de 15 micrones, con longitud-a-con un radio descendiente de grosor entre 5 y 30 micrones. Las partículas del desgaste de deslizamiento severo demuestran a veces la evidencia de colores templados, que pueden cambiar el aspecto de la partícula después del tratamiento de calor.

5. Partícula de Desgaste del Cojinete: Estos tipos distintos de la partícula se han asociado a fatiga del cojinete:

• Las partículas de la escama de la fatiga constituyen un retiro real de la superficie del metal cuando se propaga en un hoyo o una grieta. Estas partículas alcanzan un tamaño máximo de 100 micrones durante el proceso de micro escamado. Las escamas de la fatiga son generalmente planas con una relación de la dimensión-grosor- de 10 a 1. Tienen una superficie lisa y una forma al azar irregular de circunferencia.
• Las partículas laminares son partículas libres de metal muy finas con la frecuente presencia de agujeros. Se extienden entre 20 y 50 micrones en la dimensión importante con un proporción del grosor de 30:1. Estas partículas son formadas por el paso de una partícula del desgaste a través del contacto con un rodillo. Las partículas laminares se pueden generar a través de la vida de un cojinete, pero cuando se producen escamas de fatiga, la cantidad generada aumenta. Una cantidad de aumento de partículas laminares además del desgaste esférico es indicativa de micro fisuras de la fatiga del rodamiento.

6. El desgaste del engranaje, dos tipos de desgaste se ha asociado a desgaste del engranaje:

• Las Partículas de fatiga de la línea de paso de un paso de engranes tiene mucho en común con las partículas de la fatiga del cojinete del elemento rodante. Tienen generalmente una superficie lisa y con frecuencia de forma irregular. Dependiendo del diseño del engranaje, las partículas tienen generalmente una importante proporción dimensión-grosor entre 4:1 y 10:1. El pedazo de la partícula resultado de la tensión en la superficie del engranaje causando que las grietas de fatiga se propaguen más profundo en el diente del engrane antes de romper en escamas.
• Las partículas de rascado o rallado son causadas por una carga y/o una velocidad demasiado altas. Las partículas tienden a tener una superficie áspera y una circunferencia dentada. Incluso las partículas pequeñas se pueden discernir de desgaste del frotamiento por estas características. Algunas de las partículas grandes tienen estrías en su superficie que indica un contacto de deslizamiento. Debido a la naturaleza termal del rascado, cantidades de óxido están generalmente presentes y algunas de las partículas pueden demostrar evidencia de oxidación parcial, eso es, colores templados azul o marrón.

Muchos otros tipos de partículas están también presentes y describen generalmente morfología u origen de la partícula tal como pedazos, óxido negro, óxido rojo, corrosivo, etc. Además de ferroso y de no ferroso, las partículas del contaminante pueden también estar presentes y pueden incluir: arena y suciedad, fibras, Polímeros de la fricción, y esferas contaminantes.

Las partículas contaminantes generalmente se consideran la sola causa más significativa del desgaste anormal del componente. El desgaste iniciado por los contaminantes induce generalmente la formación de partículas más grandes, con el índice de la formación siendo dependiente en la eficacia de la filtración del sistema. De hecho, una vez que una partícula se genera y se mueve con el lubricante, técnicamente es un contaminante.

Software e Instrumentos de Passport System V

La combinación y el realce de WPA y de UOA en los últimos años se han orientado hacia el manejo de un programa de mantenimiento predictivo eficiente con el advenimiento del software y de las herramientas de alta tecnología. Del reciente desarrollo de nuestro software e instrumentación de Passport System V permite que el usuario incorpore todos los diversos tipos de herramientas del mantenimiento predictivo con un acercamiento modificado para requisitos particulares. El Passport System V es sofisticado, con todo simple de utilizar,

Con tecnología de vanguardia para el manejo de datos y herramienta de reportes escritos, que proporciona a usuarios la capacidad más avanzada disponible para el almacenaje, los datos de la comparación, y la evaluación automatizados de los datos del lubricante y del desgaste. El diseño del software hace la creación de tablas, cuadros, imágenes digitales, dibujos, e informes de calidad, producidos previamente manualmente, una tarea más rápida y más fácil, con resultados más exactos.

El Passport System V incorpora una cámara de vídeo para capturar y para transmitir la imagen de la partícula magnificada en el microscopio a una computadora personal. Las características del manejo de datos permiten al técnico preparar rápidamente un informe y comparar la condición actual de la máquina con la historia anterior al análisis. La pantalla de la computadora sirve como una pantalla regular para la escritura de informe o revisión de la información, mientras que otra parte de las imágenes de alta resolución de la pantalla es exhibición del microscopio o de informes anteriores, o los cuadros del repaso del atlas de la partícula del desgaste. Con estas características combinadas y teniendo la información predictiva del mantenimiento en sus manos permite que el técnico provea de un informe comprensivo con recomendaciones de calidad del monitor de condición.

El Passport System V es un realce significativo a la supervisión predictiva del mantenimiento. La capacidad del manejo de datos es obviamente valiosa a la industria actual. La tecnología a capturar, digitalizar, transferir, y el almacenamiento de imágenes ha progresado rápidamente tal que la calidad ahora sigue siendo igual o aún mejor que la fotografía. El sistema permite al usuario establecer sus propias guías de referencia del mantenimiento predictivo para su maquinaria. El sistema de Modem/Internet e-mail permite al técnico comunicarse con los sitios de las instalaciones distantes y con otros técnicos incluyendo nuestros propios expertos. Quizás la más emocionante de toda es la perspectiva de desarrollar una base de la inteligencia artificial para la toma de la diagnosis y de decisión.

Caso Histórico

Safety Components Fabric Technologies, Inc. Es un productor mundial importante del material usado en la fabricación de las bolsas de aire para los vehículos de pasajeros. Safety Components Fabric Technologies, Inc. instituyó un programa de mantenimiento predictivo en febrero de 1998. Su análisis consistía en análisis de la vibración y análisis Ferrográfico del desgaste de partículas. Fueron incluidos en su programa 205 máquinas de tejido (el objetivo de éste artículo), compresores de aire, refrigeradores, motores, bombas, y ventiladores. El análisis vibratorio se realiza en un ciclo de 90-días en todas las unidades. Todas las unidades encontradas fuera de los límites vibratorios especificados se muestrean inmediatamente y se envían a Predict/DLI para el análisis de la partícula del desgaste. El análisis de la partícula del desgaste consiste en la lectura directa del Ferrógrafo y Ferrografía analítica. Inicialmente, el programa estándar de la caja del engranaje fue utilizado para detectar fallas prematuras en estas unidades, pero se encontró inadecuado, pues las máquinas fallarían mucho después de lo esperado. Con la ayuda del cliente y expertos previsores del Ferrógrafo, un plan innovador fue desarrollado que incorporó lo mejor posible el diseño de la unidad, muestreando singularidades, y las herramientas de la supervisión de condición empleadas. Este plan, o el programa modificado, permitido para la detección exacta de las fallas prematuras de la caja de engranaje en estas máquinas mucho antes de que cualquier tiempo muerto inesperado pudiera ocurrir.

Safety Components Fabric Technologies, Inc. emplea las máquinas de doble aguja de tejido para tejer el hilado en el paño. Ésta máquina funciona así: El urdimbre (longitudinal) enroscado se asegura en el telar a través de los ojos de la aguja (un telar de rosca, alambre, metal o de poliéster de Texsolv es llevado por los palillos del eje con los ojos para roscar los extremos del urdimbre) y se unen a la viga del telar situada en la parte posterior del telar.

Las maquinas de tejido de doble aguja son brazos con forma de dedos que llevan el hilado a medio camino a través de una vertiente de hilados del urdimbre (una vertiente es una separación de los extremos del urdimbre en un sistema alto y bajo de los hilos que permiten que las agujas pasen a través del espacio que se ha formado). El hilo del relleno (transversal) es colocado por el sistema de doble aguja entre la vertiente del hilo del urdimbre. Las agujas se localizan directamente a través de cada una a cada lado del telar [véase el cuadro 1]. Las agujas se encuentran una a la otra a medio camino a través de la vertiente y el hilado que llena llevado por la aguja de la mano izquierda se transfiere a la aguja derecha y es llevado el resto del camino a través del telar donde se corta y el proceso se repite a una velocidad constante. Como los extremos de la urdimbre se trazan a través de las agujas, vía la rotación de la caja del engranaje más baja del telar, la vertiente se forma con cada vuelta y la tela se teje concurrentemente mientras que las agujas agregan el hilado dentro de la vertiente. El telar en general y las agujas son conducidas por las cajas de engranaje de transmisión idénticas en cada lado del telar.

Las máquinas tejedoras son conducidas por un motor de corriente alterna que trabaja continuamente sobre un montaje magnético de embrague-freno. Este motor es conectado con un eje impulsor por tres bandas en V. La velocidad de la caja de engranes depende del tamaño de la polea del eje del motor. Este eje impulsor transmite energía a la caja de engranes izquierda de la transmisión del telar. La caja izquierda [véase el cuadro 2] después acciona un eje que esté conectado con la caja derecha y lo conduce al unísono.

Cada caja contiene un montaje del engranaje impulsor superior e inferior. El engranaje inferior contiene básicamente un engrane de piñón y un engrane principal. El engrane de piñón [ flecha F2e ], que se une al eje impulsor [flecha F2e], transmite energía al engranaje principal inferior de la caja izquierda [flecha F2d], que conduce a la caja derecha, el telar, y al rodillo de doble leva. El rodillo de doble leva [flecha F2a] transmite la energía generada por ambos engranajes principales de la caja inferior a cada uno de los montajes superiores del engranaje impulsor vía el segmento dentado del engrane [flecha F2c]. La doble leva es un componente vital de esta unidad porque transmite la energía muy uniforme y suavemente a la caja superior y de tal modo asegura que el relleno es insertado suavemente por las agujas. El engranaje y las levas en el telar son expertamente estructuradas y sincronizadas con los ejes conectores de modo que todo el componente se mueva en una secuencia específica de movimientos y la tela es tejida exacta y eficientemente

La caja impulsora superior [flecha F2b y cuadro 3] energiza cada una de las agujas. Basado en la alta velocidad de las agujas y la carga, el mayor estrés de carga en esta unidad se encuentra en el ensamble de la caja superior [véase cuadro 3]. Basados en el hecho, los ensambles superiores de la caja son los más susceptibles al desgaste anormal tanto en la antifricción cilíndrica del cojinete y del engranaje.

El engranaje recto, situado en el eje superior del engranaje impulsor, es conducido por el segmento dentado del engrane. Mirando el cuadro 2, el engranaje impulsor superior se ha movido de su posición original. Cuando esta en operación, el montaje superior del engranaje impulsor está situado en la abertura sobre el segmento dentado [cuadros 2 y 3: flechas F2c y F3d] donde están los engranajes rectos entrelazados. Este engranaje recto [flecha F3c] controla que tan lejos el brazo de la aguja gira hacia adelante y hacia atrás. El juego de engranes de piñón y engrane principal en espiral biselado [ flechas F3b y F3e ] transmite la energía generada por el engranaje superior ensamblado al eje del engranaje recto al engrane final que maniobra el brazo de la aguja que se mueve hacia adelante y hacia atrás en un montaje tipo cremallera y piñón. El montaje superior del engranaje impulsor emplea los cojinetes antifricción del rodillo cilíndrico solo y doble para apoyar la carga en todos los ejes aplicables.

El depósito de aceite [cuadro 2: flecha F2f] para ambas cajas está situado en el fondo de la caja, sumergido parcialmente el engrane principal inferior. El volumen del depósito es de 2 galones. El lubricante usado en esta unidad es aceite del engranaje tipo ISO 150 grado EP. Un sistema de bombeo electrónicamente controlado aplica y recircula (a través de un filtro fino) el lubricante al engranaje y a los cojinetes superiores. Después de lubricar la porción superior de la caja de engranes, el aceite cae en cascada para lubricar todos los componentes restantes. Además, el engranaje principal se protege más a fondo contra potencial desgaste anormal porque se sumerge parcialmente n el lubricante y el aceite se aferra en los dientes mientras que rota.

Es decir las muestras seleccionadas estaban dentro del calendario programado se encontraban dentro de los límites numéricos del medio de todos los puntos de la muestra más o menos dos unidades de la desviación estándar. En las cinco muestras, las observaciones analíticas del Ferrógrafo indicaron solamente desgaste normal del frotamiento en el ferrograma. Estas cinco muestras, de abril a agosto, eran clasificadas NORMALES basadas en la concentración de la partícula del desgaste y los resultados analíticos del Ferrógrafo

En contraste, el resultado DR de la muestra de octubre fue muy alto. Mirando el gráfico, El resultado de 537 de la prueba de octubre del Ferrógrafo fue virtualmente 10 veces superior al punto de alarma BH (54) y 500 puntos más alto que la muestra anterior de agosto. En el gráfico denota el medio más dos puntos de la desviación estándar. Cada valor de la concentración de la partícula del desgaste sobre el punto establecido de alarma de BH se considera "fuera de límites". Este resultado era de gran preocupación. El siguiente paso era realizar una Ferrografía analítica. La Ferrografía analítica indicó casos de grandes cantidades y tamaños de acero endurecido, el acero de baja aleación, y acero de mediana aleación partículas anormales del desgaste del engranaje y del cojinete hasta de 120 micrones de tamaño [cuadro 15]. Cuando se comparo los resultados de la Ferrografía analítica de octubre a los resultados previamente tendidos (donde no se habían detectado ninguna partícula anormal del desgaste), fue confirmado que esta unidad experimentaba de un mayor a catastrófico modo anormal del desgaste. Como resultado, basado en la combinación de la concentración muy alta de la partícula del desgaste junto con el resultado de la Ferrografía analítica, esta muestra era clasificada CRÍTICA y notificaron al cliente inmediatamente. El cliente examinó la unidad y se determinó que la unidad había experimentado desgaste anormal del engranaje y del cojinete y la unidad fue reacondicionada.

Safety Components Fabric Technologies, Inc. no se conformo con la falla “estándar” de la caja de la máquina de tejido de la historia del caso descrita en la sección anterior. Mirando la gráfica de la tendencia de la partícula del desgaste para una caja típica de tejido, es inaparente que esta unidad está en peligro de una falla inminente. De mayo a octubre, tres muestras del lubricante fueron muestreadas de esta caja. La concentración de la partícula del desgaste (WPC Wear Particle Concentration por sus siglas en inglés) no tuvo una variación significativa de grados con cada muestreo. Los resultados fueron 4.6 en abril, 9.1 en mayo, y 11.9 en octubre (todo en 1999). Los resultados analíticos del Ferrógrafo indicaron desgaste normal del frotamiento en las muestras de abril y mayo. La muestra de octubre indicó una cantidad pequeña de partículas del desgaste del engranaje y del cojinete de hasta 120 micrones de tamaño [cuadro 17]. Originalmente, la muestra de octubre fue clasificada marginal basado en los resultados analíticos del Ferrógrafo solamente; los resultados de DR estaban de conformidad como se espera que qué sea normal para una caja "estándar".

Los resultados analíticos del Ferrógrafo para la muestra de octubre eran clasificados marginales basados en las cantidades pequeñas de partículas anormales del desgaste. En una caja "estándar", las cantidades pequeñas observadas de partículas anormales del desgaste y el WPC relativamente bajo constituirían típicamente un modo anormal total de menor importancia del desgaste. Según lo indicado previamente en la descripción de los grados de la condición del equipo, las asunciones fueron hechas que el equipo similar sería clasificado marginal. Otra ilustración de las cantidades que diferencian de partículas anormales del desgaste es observar los cuadros 15 y 17. El cuadro 15 ilustra una cantidad grande de partículas anormales del desgaste y de un alto modo obvio del desgaste; tanto las líneas magnéticas del flujo se apilan una en la otra y son individualmente indistinguibles. El cuadro 17, por otra parte, ilustra una cantidad pequeña de partículas anormales del desgaste junto con una pequeña a moderada cantidad de desgaste normal de frotamiento en donde las líneas magnéticas del flujo claramente se distinguen.

Sin embargo en realidad, fue encontrado que esta unidad, junto con varias otras que fueron clasificadas semejantemente, debió ser clasificada como crítica porque los montajes superiores del engranaje impulsor en estas cajas experimentaban un modo alto a catastrófico del desgaste y un fallo inesperado. Estas cajas obviamente no se conformaron con los estándares fijados para las unidades que eran asumidas similares. De acuerdo con esta situación, era confuso si el análisis de la partícula del desgaste del Ferrógrafo se podría emplear para predecir exactamente la falla prematura en estas cajas.

El análisis vibratorio demostró ser acertado en identificar las cajas que experimentaban una cierta forma de un modo anormal del desgaste. Muchas de las cajas de la máquina de tejido, se encontraron fuera de límites vibratorios predeterminados típicos, experimentando un modo anormal del desgaste. Sin embargo, la desventaja del análisis vibratorio era que no era específica en la determinación de qué grado de desgaste estaba en curso en cada una de estas unidades. No todas las unidades encontraron estar fuera de límites vibratorios experimentando un modo catastrófico del desgaste. En el orden para que el análisis Ferrográfico de la partícula del desgaste sea acertado en este uso, tendría que ser capaz de distinguir el modo del desgaste en curso en cada unidad (si existe) donde el análisis vibratorio es incapaz de distinguir. Tendría mucho valor encontrar una relación complementaria entre el análisis vibratorio y el análisis Ferrográfico. Idealmente, si esta relación podría ser empleada, el análisis vibratorio podría señalar las cajas de la máquina de tejido que potencialmente experimentaban un modo anormal del desgaste, una muestra del lubricante se podría obtener de cada una de las reservas de cada unidad, y el análisis de Ferrográfico alternadamente determinaría la severidad del modo del desgaste en cada unidad de tejido. Obviamente, el vínculo que falta en esta relación era el análisis Ferrográfico. Los pasos tuvieron que ser tomados para asegurar que el análisis de la partícula del desgaste Ferrográfico podría predecir exactamente el desgaste anormal en estas unidades. Una vez que fuera probado que la Ferrografía podría ser utilizada, el método tendría que ser modificado para requisitos particulares y ser desarrollado específicamente para determinar la severidad del modo del desgaste en curso en cada una de las cajas. Este nuevo método tendría que ser constante y exacto en la determinación de cualquier modo del desgaste en curso enviado para el análisis.

Historia de un Caso Real de una falla de una “Caja de engranes Estándard”

En octubre del 2000, una reducción del extrusor de una caja de engranes fue determinado un cambio de mayor a catastrófico del desgaste vía análisis Ferrográfico de la partícula del desgaste y era clasificado como CRÍTICO. Esta historia del caso incluye los seis puntos de la muestra tomados durante la historia supervisada de esta unidad y comenta sobre cómo la caja fue de un modo normal del desgaste a un modo catastrófico del desgaste en un semestre.Mientras que la lectura directa (DR Direct Reading por sus siglas en inglés) del gráfico del Ferrógrafo [cuadro 14] indica, de la caja, de abril a agosto (cinco muestras), funcionaba "dentro de los límites" basados en la concentración de la partícula del desgaste

INVESIGACION DE LA CAJA, FALLA DEL ANÁLISIS, y EVALUACIÓN DE LO ENCONTRADO

Patrick Kilbane, analista predictivo de la condición de la máquina, fue enviado a Safety Components para determinar porqué las cajas habían fallado prematuramente. Primero, un análisis de la falla fue realizado en la caja para estimar cuánto metal se está usando realmente de los componentes internos que condujeron a una falla prematura. Si no más que una cantidad pequeña de desgaste se genera cuando la caja falla, será difícil que el análisis Ferrográfico prediga exactamente un modo catastrófico del desgaste. Si la caja averiada se encuentra que generara una cantidad grande de desgaste anormal, otra línea se debe investigar para explicar la anomalía ferrográfica. El equipo investigador entonces tendría que considerar cualquier cosa relativamente inusual en las intrincaciones del maquillaje o del muestreo en las cajas que explicarían porqué no se conforman con los métodos ferrográficos estándares del análisis. Después de que toda la investigación y la información de la falla del análisis fue terminada, sería compilada. Esta información compilada ayudaría al personal investigador a determinarse si el análisis Ferrográfico se podría emplear y modificar para requisitos particulares para que con eficacia, constantemente, y exactamente predecir qué tipo y grado de un modo del desgaste está en curso en esta unidad.

Análisis de la Falla: Dieciséis cajas averiadas de las máquinas tejedoras fueron abiertos y examinados. Muy poco o ningún desgaste anormal fue encontrada en el engranaje inferior de la impulsión [cuadro 2: flechas F2a, F2d-F2g].

Inversamente, cuando el segmento dentado del engranaje y el ensamble superior del engrane [Figura 2: flechas F2b-F2c, la Figura 3: todas las flechas] fueron inspeccionados, una cantidad grande de desgaste anormal se encontró en la mayoría de todos los componentes. Esto se ilustra claramente en las figuras 18 a 20. La figura 18 es una imagen de un impulsor superior de la caja ensamblado en el eje cilíndrico de un cojinete antifricción severamente desgastado. Según lo observado en la imagen, una cantidad grande de escamas de fatiga se descubrió en de las carreras y todos los rodillos. Todas las cajas averiadas mostraron este tipo de desgaste en cada impulsor superior de la caja ensamblado en el eje cilíndrico del cojinete. La figura 19 es una imagen de un severamente desgastado del engrane impulsor superior ensamblado al eje de engranaje recto de una unidad de la caja de engranes averiada de una tejedora. Como lo ilustra la imagen, una gran línea de paso por corrosión por picaduras y astillamiento junto con rascado y rayado se descubrió en muchos de los dientes del engrane. Todas las cajas averiadas demostraron algún grado de este tipo de desgaste en este engranaje específico. La figura 20 es una imagen de un engranaje recto y eje encontrado en el engrane impulsor superior ensamblado al conjunto de engranaje de piñón. Este engranaje es también de una caja de una unidad averiada de una tejedora. Como lo ilustra la imagen, una gran línea de paso por corrosión por picaduras y astillamiento junto con rascado y rayado se descubrió en muchos de los dientes del engrane. Muchas de las cajas averiadas demostraron algún grado de este tipo de desgaste en el conjunto de engranaje de piñón.

Los investigadores determinaron en el análisis de la falla de dieciséis (16) montajes superiores del engranaje impulsor que las unidades fallaron de manera semejante. Cada cojinete de rodillo cilíndrico del engranaje impulsor del eje superior del montaje [cuadro 18] fue desgastado seriamente: más que cualquiera otro componente de la caja de engranajes. Basados en ese hecho y del historial de operación en la unidad averiada, se determino que el cojinete de rodillo cilíndrico del engranaje impulsor del eje superior del montaje aflojaría y se alinearía mal bajo cargas muy altas y velocidades, iniciando un modo anormal del desgaste en la caja de engranajes. Mientras que el cojinete se aflojó más, el piñón del engranaje impulsor superior también se alineó mal. El modo catastrófico del desgaste comenzó en estas unidades cuando el eje del engranaje mal alineado comenzó un desgaste anormal.

Según lo descrito e ilustrado, una gran cantidad de desgaste anormal fue descubierta en el montaje superior del engranaje impulsor en cada caja averiada. Basados en ese hecho, mucho del desgaste anormal estaría presente en el lubricante. El análisis Ferrográfico debe teóricamente ser capaz de distinguir el grado de desgaste anormal en curso en la caja de la unidad tejedora. Porque había tanto residuo anormal del desgaste generado en un modo de fallo y los métodos ferrográficos estándares no lo identificaban, había obviamente una razón alterna por la que el análisis Ferrográfico no diagnosticaba exactamente el problema. Las cajas de la máquina tejedora fueron investigadas más a fondo.

Investigación de la caja de la máquina de tejido: El análisis Ferrográfico depende de varios factores:

Un factor común de la caja que puede afectar los resultados analíticos Ferrográficos es la localización del muestreo. Los puntos ideales de la muestra se pueden encontrar en varios puntos en una caja. El mejor punto se encuentra en la línea de regreso del lubricante justo después de que el aceite ha lubricado el engranaje y los cojinetes. Esta muestra se mezcla bien, uniforme, y representante el lubricante total que circula en el sistema. Si es imposible o impráctico tomar una muestra en ese punto, el mejor punto siguiente del muestreo se puede encontrar a una o dos pulgadas de profundidad en el depósito muy cerca de la línea de vuelta del lubricante. Esta muestra es mezclada bien y uniforme, pero se tiene que tener cuidado para asegurar que la muestra se toma en el mismo lugar cada vez para asegurar que resultados tienden a ser constantes. Es también recomendable que la misma persona toma la muestra cada vez. Si es imposible tomar muestras en cualquiera de esos puntos debido al diseño de la unidad, la muestra se debe tomar en la localización más favorable por la misma persona, exactamente en la misma posición de la muestra, y utilizar la misma técnica de muestreo en cada período. De esta manera la tendencia de los resultados ferrográficos es constante de muestra en muestra.

Otro factor común de la caja que puede afectar los resultados analíticos del Ferrógrafo es el flujo de vuelta del lubricante. Debe ser confirmado que el flujo del lubricante que vuelve es totalmente homogéneo y bien mezclado una vez que regresa al colector de aceite. Si la muestra no esta bien mezclada y uniforme, la cantidad de partículas del desgaste en el lubricante será diluida y ninguna muestra tomada y enviada para el análisis Ferrográfico, no será representante del modo de desgaste en curso en la unidad. Las muestras más representativas son las que regresan totalmente al depósito vía una línea de vuelta. Algunas de las muestras menos uniformes y representativas del lubricante se encuentran en las unidades donde el aceite se rocía sobre un área superficial grande y se permite caer sobre la longitud del colector de aceite vía gravedad. Las muestras tomadas de este tipo de sistema se pueden tomar en un área que su partícula del desgaste sean pobres o ricas comparadas con las cantidades de partículas significativas generadas por la unidad. El Análisis Ferrográfico en estos tipos de muestras tiene una probabilidad más baja de identificar exactamente el curso del modo de desgaste.

Un factor final común de la caja que puede afectar los resultados analíticos del Ferrógrafo es el efecto de diversas cargas y velocidades en cada caja individual. Cada unidad de tejido corre a diferentes velocidades. Además, el tamaño de la tela y el tipo de tejidos del hilado crea diferente carga en una unidad. Como ejemplo, una cuerda pesada tipo hilo es mucho más pesada y más difícil de tejer en el paño. Esta caja está accionando el proceso de tejido bajo mucho más cargamento que una unidad idéntica que esté tejiendo un hilo más ligero en el paño. Por lo tanto, el cargamento y las velocidades se deben también investigar en todos las cajas averiadas que buscan modos de fallo comunes.

Por lo tanto, el siguiente paso lógico en esta investigación era determinar la localización del muestreo del lubricante, flujo de regreso, y/o las anomalías de la carga de la unidad y de la velocidad que explicarían las cantidades pequeñas de fragmentos del desgaste que representaron un modo catastrófico del desgaste observado por medio del análisis Ferrográfico. El sistema lubricante y el depósito enteros fueron investigados a fondo. Los grados que variaban de los tres factores fueron descubiertos.

Como se declaró anteriormente, un factor común que contribuye típicamente a que afecte los resultados analíticos del Ferrógrafo son el punto y las técnicas del muestreo. Si la muestra se toma en la localización incorrecta o de una manera incorrecta, los resultados del Ferrógrafo son también típicamente incorrectos. En la caja de la unidad de tejido, la única localización disponible para el muestreo fue encontrada en el casquillo del dren, que está situado aproximadamente una pulgada sobre el fondo del depósito en el extremo delantero. Debido al diseño de la caja, no había alternativa de puntos del muestreo. El mismo operador tomó las muestras en la exacta misma localización y utilizó la misma técnica de muestreo siempre. Esto asegura, aunque es el punto de la muestra menos ideal, que los resultados analíticos del Ferrógrafo serán constantes en cada fecha del muestreo. En otras palabras, la precisión de todas las muestras es excelente mientras que la exactitud puede ser sospechosa basada en que tan representativo el lubricante está del modo del desgaste en curso en la unidad (flujo de vuelta). Por lo tanto, la localización del punto de la muestra y la técnica de muestreo eran las mejores que eran prácticas para este uso. La investigación reveló que el muestreo y las técnicas de muestreo no eran probables para ser un factor importante que inhibía resultados exactos de la prueba analítica del Ferrógrafo.

La carga y las velocidades de la caja averiada fueron investigadas y comparadas a las unidades que funcionaban dentro del límite. Fue descubierto que una porción grande de cajas averiadas estaba bajo altas cargas y/o velocidades en una cierta hora en su historia, pero las correlaciones no estaban siempre como era de esperarse. Algunas unidades bajo cargas y/o velocidades más bajas excederían límites vibratorios y comenzarían a fallar mientras que seguía habiendo dentro de límites vibratorios y no fueron enviadas otras unidades que estaban bajo un cargamento y/o velocidades más altos para la prueba analítica Ferrográfica. Era evidente que otros factores enigmáticos afectaban estas cajas (tales como un desalineamiento leve) y no otros. La investigación reveló que la carga y/o las velocidades excesivas eran un factor en la falla de la caja y deben indicar una cantidad más alta de partículas anormales del desgaste vía el análisis Ferrográfico. Sin embargo, esto no correlacionó con cada unidad y no era fácilmente evidente en análisis vibratorio o Ferrográfico. Por lo tanto, la carga y/o las velocidades excesivas no se podían utilizar fácilmente para ayudar en la detección temprana de un problema de la caja debido al potencial encubierto y a los factores enigmáticos en curso en la caja.

El flujo de vuelta del lubricante entonces fue investigado. El aceite se bombea al montaje superior del engranaje impulsor, donde se rocía sobre los engranajes y los cojinetes. El lubricante vuelve sobre la longitud entera del colector de aceite por gravedad. En analizar las técnicas de muestreo de estas máquinas de tejido, fue encontrado que ninguna muestra tomada no sería totalmente homogénea y representante del modo del desgaste. El colector de aceite, que es largo, estrecho, y bajo, actúa para dispersar partículas del desgaste generadas por la máquina porque el lubricante que vuelve no drena en un solo punto en el colector de aceite vía una línea de vuelta. En vez, el flujo de vuelta cae en cascada sobre la longitud del colector de aceite. Se esperaba que las cantidades de partículas del desgaste fueran mucho más pequeñas de lo esperado. Por lo tanto, la investigación reveló esto para ser el factor crucial que explicó porqué tan pocas partículas anormales del desgaste eran observadas vía el análisis Ferrográfico. De hecho, la caja que fallaba generaba una cantidad grande de partículas anormales del desgaste.

El flujo del lubricante que volvía fue encontrado de ser la razón primaria que el uso de los límites específicos de alarma era necesario en estas cajas de la máquina tejedora. En un grado inferior, el punto de la muestra era también un factor que contribuía debido a su localización menos que ideal. Sin embargo, porque las muestras fueron tomadas por el mismo operador en una localización constante y utilizo las mismas técnicas de muestreo, la tendencia de los resultados sería por lo menos constante. Las limitaciones en localizaciones del muestreo eran inevitables; las unidades de tejido no podían ser rediseñadas. Los límites típicos de alarma para las cajas estándares no se aplicarían en estas cajas de las máquinas de tejido debido a estos factores. En cualquier curso del desgaste, las cantidades de partículas anormales del desgaste y/o la concentración de la partícula del desgaste serían mucho más bajas de lo esperado para los cajas en general.

El análisis de la falla de la caja y la investigación posterior rindieron una comprensión de las intrincaciones inherentes en estas cajas. Estas unidades generarían más partículas anormales del desgaste que las observadas típicamente en un caja promedio. La Ferrografía analítica se podía emplear en estas unidades bajo especificaciones apropiadas, pero un nuevo método necesitaba ser desarrollado para compensar las diferencias entre esta unidad y una caja típica. Un nuevo y modificado método para requisitos particulares ahora sería desarrollado específicamente para determinar la severidad del modo del desgaste (si hubiera) en curso en cada una de las cajas.

MÉTODO FERROGRÁFICO MODIFICADO DEL ANÁLISIS DE LA PARTÍCULA DEL DESGASTE

El primer paso en desarrollar el método analítico modificado para requisitos particulares del Ferrógrafo era intentar determinar cuando un modo anormal del desgaste comienza en estas unidades. Los datos analíticos del Ferrógrafo de las dieciséis cajas averiadas fueron tomados. La concentración de la partícula del desgaste y el tamaño de partículas fueron trazados y comparados a los datos vibratorios de los datos del análisis y del análisis de la falla. Después de repasar esta comparación, llegó a ser obvio que cuando la concentración de la partícula del desgaste (WPC Wear Particle Concentration por sus siglas en inglés) se levantó sobre veinte (20) y/o si algunas partículas anormales del desgaste sobre 15 micrones de tamaño fueron observadas vía el análisis Ferrográfico, que las lecturas vibratorias y el análisis de la pre-falla indicaron un problema en la caja. Este hallazgo determinó el punto donde estas cajas de la máquina de tejido entraron en un modo anormal del desgaste.

El segundo paso en desarrollar el método analítico modificado para requisitos particulares del Ferrógrafo era procurar descifrar el punto cuando la caja entra en un modo catastrófico del desgaste. Fue determinado que cuando las partículas anormales del desgaste alcanzan el tamaño de 70 micrones o más, la falla era inminente. Este valor fue descubierto después de comparar la inspección de la falla y los resultados posteriores de la investigación con el análisis Ferrográfico del tamaño de las partículas anormales del desgaste. Porque las cantidades de partículas anormales de uso siempre serían pequeñas, los tamaños anormales son el factor más importante en determinar la severidad del modo progresivo de desgaste. Esto fue basado también a comparar los resultados Analíticos del Ferrógrafo con el análisis de la falla y los resultados adicionales de la investigación.

El paso final en desarrollar el método Analítico Ferrográfico personalizado fue poner las especificaciones Analíticas para que la caja de engranaje de las maquinas tejedoras se puedan valorar exactamente. Estas especificaciones se pusieron según los dos pasos mencionados arriba. Las calificaciones se listan abajo:

La unidad fue clasificada NORMAL si los resultados del Ferrógrafo de lectura directa fueron inferiores a 20 y los resultados del Ferrógrafo analítico indicaron solamente desgaste normal de fricción (partículas de menos de 15 micrones).

La unidad fue clasificada MARGINAL los resultados del Ferrógrafo de lectura directa fueron superiores a 20 y los resultados del Ferrógrafo analítico indicaron de desgaste anormal (sin importar el tipo) en el rango de 15-65 micrones.

La unidad fue clasificada CRITICA los resultados del Ferrógrafo analítico indicaron de desgaste anormal (sin importar el tipo) en el rango igual o mayor a 70 micrones.

Desde la implementación de estas especificaciones, han mostrado ser muy exactas en determinar la severidad de un modo de desgaste en estas cajas de engranes de las maquinas tejedoras. Además, no ha habido ningún tiempo de inactividad imprevisto debido a fallas en las cajas de engranes desde que las especificaciones se pusieron. Se han hecho las predicciones oportunas de tres fallas desde la implementación. Estas predicciones salvaron a Safety Components fabric Technologies, Inc. de la agravación de tiempos de inactividad imprevistos junto con los costos adicionales de partes y trabajo.

Turbinas de gas de aeronaves

Aviones y motores tipo jet derivados de aviones son susceptibles a varios mecanismos de falla. Algunos de estos modos de falla avanzaron muy rápidamente, mientras que los otros se pueden discernir centenares de horas de operación antes de que una condición de cierre se alcance. La mayoría de las fallas de turbinas de gas ocurren en el paso del gas. Estas fallas con frecuencia, pero no siempre, causan un aumento en el tamaño de la partícula del desgaste y concentración en el sistema del aceite, probablemente debido a la transmisión de fuerzas de desequilibrio a los cojinetes de turbina y otras partes lubricadas. El resultado de los cojinetes o del desgaste en el engrane es entonces detectado por el análisis del aceite y el análisis de la Partícula del desgaste.

Determinar la fuente exacta del problema del desgaste puede ser difícil en una turbina de gas a causa de la complejidad del paso del aceite. Típicamente varias cavidades, albergando cojinetes, o los engranajes serán forzados a lubricarse por líneas individuales de regreso conectadas a un tanque de bombeo de aceite (en un promedio mayor), entonces pasa por un filtro y un intercambiador de calor, y el ciclo se repite. Los detectores magnéticos de la pastilla o tapones magnéticos a menudo se instalan en las líneas de regreso de varias partes del motor. Estos pueden ayudar a localizar con toda precisión la fuente de generación en los casos donde metalurgia de partícula, determinada por ferrogramas de calor-tratando, es semejante para varias partes de motor. Sin embargo, los detectores de pastilla no darán una advertencia hasta que la situación de desgaste sea tan severa que se generen partículas de gran tamaño. En este momento, la oportunidad para el mantenimiento predictivo este perdida. Otras técnicas analíticas, tal como el análisis de la vibración, puede ayudar a localizar con toda precisión la parte afectada utilizando un sistema experto de software que proporciona las recomendaciones para la acción. En todo caso, las herramientas del mantenimiento predictivo integradas ofrecen al ingeniero de mantenimiento la mejor herramienta de decisión.

Conclusión

El beneficio de la automatización está en el uso de los programas y tecnologías nuevas de software de inteligencia artificial para asistir en determinar cuando quitar el equipo del servicio para mantenimiento. Estos casos de historias proporcionan un escenario de un mundo real que indica que no es tan fácil poner inteligencia artificial para hacer las decisiones de mantenimiento. Sin embargo, esto no significa que no tratamos. Por ejemplo, un sistema avanzado, que integra las tecnologías nuevas de la vibración, el análisis actual motriz, Termografía, ultrasonido, electrónica, micro procesos, gráficas, y gestión de datos, podría probar regularmente varias máquinas. De un dispositivo de muestreo, compare las muestras a muestras previas para la información de la tendencia (junto con otros parámetros de Datos), toma la decisión de programar la máquina para mantenimiento, genera ordenes de trabajo para el equipo de mantenimiento y manda una orden de compra/trabajo para justificar las partes necesarias de la reparación.

El administrador/ingeniero de mantenimiento podría tener informes casi instantáneos de la condición de cada máquina, junto con una figura de dólar que indica las fechas óptimas para el cierre y otros requisitos de mantenimiento, básicamente, una decisión financiera. La tecnología avanza orientada hacia mantener e incorporar todos los datos de la producción que sirven como una evaluación eficiente del equipo industrial. Las compañías como nosotros las conocemos actualmente no pueden enfrentar las interrupciones en la producción es por esto que existe una cantidad tremenda de re-ingeniería o reducción de la empresa por todo el mundo. Por lo tanto, las herramientas del mantenimiento predictivo trabajando en conjunto con la eficiencia de la producción, analizado por un modelo de cash flow son las herramientas de decisiones actuales y del mañana.

Reconocimientos

La información del análisis del desgaste de particular y el análisis de aceite usado fueron extraídas del wear particle atlas y de la extensa experiencia de los empleados del mantenimiento Predictivo. Otras personas que contribuyeron para la preparación de ese reporte técnico fueron Rob Lovicz, Mike Cannon, Pat Kilbane, Carolyn Martovitz, Dr. Rod Bowen, Vernon Westcott, y Bill Hoskins.

Contacte a Robert Lovicz o Raymond Dalley, Predict, 9555 Rockside Road #350, Cleveland, OH 44125; (216) 642-3223, o por correo electrónico a rjdalley@predictusa.com